Maailmankaikkeuden tihein aine löytyy varsin yllättävästä paikasta. Kun Aurinkoamme huomattavasti painavammat tähdet tulevat elinkaarensa päähän, niiden ulko-osat räjähtävät avaruuteen supernovana. Tähden ydin puolestaan luhistuu kasaan joko tapahtumahorisonttinsa verhoamaksi mustaksi aukoksi tai neutronitähdeksi. Jälkimmäiset ovat tiiviitä, säteiltään noin kymmenkilometrisiä palloja, joiden sisään mahtuu parhaimmillaan jopa kahden Auringon massan verran lähinnä neutroneista koostuvaa ainetta. Neutronitähdet ovatkin eräitä universumimme eksoottisimmista astrofysikaalisista kohteista – ja monet niiden ominaisuuksista vielä pitkälti hämärän peitossa.
Aleksi Vuorinen on teoreettinen hiukkas- ja ydinfyysikko Helsingin yliopistolta, joka haluaa selvittää, miten aine neutronitähtien äärimmäisen tiheissä ytimissä käyttäytyy. Aleksi väitteli tohtoriksi teoreettisesta fysiikasta Helsingin yliopistolta vuonna 2004, vain 23-vuotiaana. Monen fyysikon tapaan hän kiersi väitöksensä jälkeen varsin pitkään maailmalla. Kolme vuotta kului ensin Yhdysvaltain länsirannikolla Seattlessa, Washingtonin yliopistossa. Sieltä matka jatkui Wienin teknilliseen yliopiston kautta Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskukseen CERNin Genevessä. Vuonna 2008 Aleksi sai Alexander von Humboldt -säätiön arvostetun Sofja Kovalevskaja -palkinnon, jonka turvin hän perusti ensimmäisen oman tutkimusryhmänsä Bielefeldin yliopistoon. Helsingin yliopistoon Aleksi palasi syksyllä 2013 akatemiatutkijana ja johtaa siellä toimivaa tutkimusryhmää, joka laajeni merkittävästi hänen saatuaan Euroopan komission ERC Consolidator grant -apurahan syksyllä 2016.
Aleksi Vuorinen on hiukkas- ja ydinfyysikko, joka tutkii neutronitähtiä (kuva: Helsigin yliopisto)
Aleksi on teoreettinen fyysikko termin varsinaisessa merkityksessä: hänen tärkeimmät työkalunsa kvanttiväridynamiikan ja muiden kvanttikenttäteorioiden tutkimuksessa ovat kynä ja paperi. Kvanttiväridynamiikka kuvaa aineen pienimpien osasten, kvarkkien ja gluonien välistä vahvaa vuorovaikutusta, joka sitoo kvarkit protoneiksi, neutroneiksi ja lukuisiksi muiksi havaituiksi hiukkasiksi. Työssään Aleksi hyödyntää paitsi kvanttikenttäteorian perinteistä koneistoa, kuten häiriöteoriaa, myös säieteoriasta johdettua ns. mittakenttä/painovoima- tai AdS/CFT-dualiteettia. Tämä varsin eksoottinen työkalu tarjoaa mahdollisuuden ratkaista vahvasti vuorovaikuttavien kenttäteorioiden ominaisuuksia palauttamalla laskut yleisen suhteellisuusteorian ongelmiksi kaarevassa 5-ulotteisessa avaruudessa.
ERC-projektissa Aleksin kunnianhimoinen tavoite on löytää tarkin mahdollinen ennuste neutronitähtien tilanyhtälölle, joka kuvaa niiden sisältämän aineen termodynaamisia ominaisuuksia. “Suurin avoin kysymys alalla on, löytyykö neutronitähtien sisältä kvarkkiainetta eli ovatko kvarkit tähden sisällä vapautuneet värivoiman kahleista”, Aleksi kertoo. Kvarkkiainetta – tai tarkemmin kuumaa kvarkkigluoniplasmaa – on ollut olemassa myös universumin alkuhetkillä, heti alkuräjähdyksen jälkeen, ja lisäksi sitä tuotetaan ns. raskasionitörmäyksissä esimerkiksi CERN:n LHC-kiihdyttimessä. Tämänkaltaisen aineen tutkiminen auttaa siis ymmärtämään myös maailmankaikkeuden alkuhetkiä, minkä lisäksi sillä on linkkejä mm. ydinfuusion sekä kiinteän olomuodon fysiikan tutkimukseen.
Vaikka puhdas laskeminen onkin Aleksin sydäntä lähellä, hän haluaa pitää ainakin toisella kädellään kiinni todellisuudesta. Neutronitähtien fysiikassa häntä kiehtoo paitsi mahdollisuus työskennellä fundamentaalin ja matemaattisesti haastavan ongelman parissa, myös alan kiinteä yhteys havaitsevaan tähtitieteeseen. “Nopeat edistysaskeleet neutronitähtien ominaisuuksien mittaamisessa tarjoavat teoreetikolle upean mahdollisuuden testata ennusteitaan lähes reaaliajassa,” Aleksi tiivistää. Tämä kehitys liittyy osin LIGO-kollaboraation vuonna 2016 julkistamaan gravitaatioaaltohavaintoon. Neutronitähtifyysikot odottavat nimittäin LIGO:n havaitsevan lähivuosina myös kahden neutronitähden yhteensulautumisprosessista lähteviä gravitaatioaaltoja, mikä avaisi kokonaan uuden havaintoikkunan tähtien sisärakenteeseen.
Neutronitähtien tilayhtälön tarkkaa teoreettista ennustamista on pidetty lähes mahdottomana tehtävänä, ja vaikeaa Aleksi myöntää sen olevankin. Hänen ryhmällään on kuitenkin uusi tapa lähestyä ongelmaa, joka lähtee liikkeelle kvarkkiaineen tilanyhtälön määrittämisestä vielä neutronitähtien ytimiäkin korkeammissa tiheyksissä. Uudella metodilla on jo saatu erittäin lupaavia tuloksia, mutta ERC-lupauksen lunastaminen vaatii vielä paljon työtä. ”Jää nähtäväksi, pääsemmekö tavoitteeseemme. Toisaalta tutkimus olisi aika tylsää, jos lähestyisi vain sellaisia ongelmia, jotka tiedetään jo etukäteen ratkeaviksi”, toteaa Aleksi.
Markku Kulmalasta on vaikea puhua tai kirjoittaa käyttämättä superlatiiveja. Yhtä hankalaa on yrittää kuvailla hänen työtään, ellei yhdistele toisiinsa näennäisesti vastakkaisia ilmiöitä ja asioita.
Siis näin: Kulmala johtaa tutkijajoukkoa, joka on aerosolitutkimuksessa maailman paras, ja kuuluu ilmakehätieteissäkin kansainväliseen eliittiin.
Kulmala puolustaa näkyvästi akateemisen perustutkimuksen asemaa. Hänen johdollaan on kuitenkin syntynyt kaksi menestyvää , aerosoliteknologian teollisia sovelluksia tuottavaa spin off- yritystä.
Ja vielä: persoonaltaan hän on niitä ihmisiä, jotka viihtyvät parhaiten omassa rauhassaan. Hän istuu mielellään yksin luontoa kuvaavia yhtälöitä pohtien tai kirjoja lukien. Toisaalta hänet nähdään jatkuvasti kiertämässä ympäri maailmaa tapaamassa poliitikkoja, yritysjohtajia ja rahoittajia, virkamiehiä, mediaväkeä ja taiteentekijöitä. Ulkopuolisesta näyttääkin siltä, että hänet toivotetaan tervetulleeksi kaikkialle – myös valtaapitävien kabinetteihin.
Edelleen, Kulmalan hankkeet kummastuttavat joskus hänen lähimpiä kollegoitaankin. Ne tuntuvat suureellisilta, alaisen sanoin ”joskus ihan absurdeilta.” Niillä on kyllä yleensä taipumus toteutua, jos ei ihan heti, niin jossain vaiheessa kuitenkin. Osasyy lienee se, että Kulmala osaa sekä ideoida että käynnistää projekteja, mutta myös viedä ne loppuun asti. Sitä paitsi Kulmala on optimisti: ”Elefantti syödään pala kerrallaan,” ja edetään ”hitaasti kiiruhtaen.”
Suomen Akatemian ilmakehätieteen huippuyksikkö on pitkälti juuri Kulmalan käsialaa. Jopa huippuyksikkö täydentää näennäisten vastakohtaisuuksien luetteloa: Kulmalan johtamista tutkijaryhmistä osa porautuu syvälle yksittäisten, nanosekunneissa tapahtuvien molekyylireaktioiden tasolle. Osa taas osa tutkii maapallonlaajuisia ilmiöitä, joiden aikaskaala kattaa vuosisatoja.
Kaiken tämän jälkeen kenenkään ei pitäisi yllättyä, kun Kulmala sanoo pitävänsä fysiikkaa kaiken tieteellisen ajattelun selkärankana. Ja lisää samaan hengenvetoon, että hänen omat saavutuksensa perustuvat holistiseen näkemykseen, miltei saumattomaan yhteistyöhön tieteenalojen välillä.
Akateemikko Markku Kulmala on fyysikko, joka on selvittänyt luonnossa syntyvien aerosolihiukkasten alkuperää. Kuva Juho Aalto.
Havaintoasemia maailman ympäri
Tutkijaksi Kulmala on esiintynyt paljon suomalaisessa mediassa ja julkisuudessa. Tieteen akateemikoksi hänet on kuitenkin nimitetty pitkän elämäntyön ja konkreettisten aikaansaannosten perusteella. Hän on johtanut 250 hengen huippuyksikköä sen perustamisesta lähtien, ja tehnyt kollegoineen monia tieteellisiä läpimurtoja.
Useimmat Kulmalan ja huippuyksikön löydöksistä liittyvät luonnossa syntyvien aerosolihiukkasten muodostumistapaan. Samalla on vähitellen selvinnyt, miten aerosolihiukkaset vaikuttavat maanpinnan ja ilmakehän välisiin ilmiöihin.
Aerosolihiukkasten suuri rooli ekosysteemissä olisi jäänyt ymmärtämättä ja Kulmalan poikkeuksellinen ura luomatta ilman teknisesti erityislaatuisia havaintoasemia, SMEAR-asemia.
SMEAR-havaintoasemilla mitataan maaperän ja ilmakehän välisiä energia- ja ainevirtoja. Havaintoasema on eräänlainen maastoon sijoitettu laboratoriokokonaisuus, johon kuuluu tutkimuslaitteita, useita huoltorakennuksia, mittaustorneja, asuntoloita jne. Oheisen kuvan mökki on lattiasta kattoon täynnä herkkiä instrumentteja ja huippuelektroniikkaa. Kuva Juho Aalto
SMEAR-asemien nimi tulee lyhenteestä ”Station for Measuring Earth Surface Atmosphere Relations”, eli niillä mitataan maanpinnan ja ilmakehän välisiä aine- ja energiavirtoja. Asema muistuttaa eräänlaista maastoon sijoitettua laboratoriota rakennuksineen ja instrumentteineen, mittaustorneineen ja henkilökuntineen.
Havaintoaseman mittausmasto kohoaa 128 metrin korkeuteen. Kuva Juho Aalto
Kulmala kuuluu pieneen tutkijoiden ydinryhmään, joka yli kolme vuosikymmentä sitten päätti perustaa ensimmäisen SMEAR-aseman tiettömien taipaleitten päähän, keskelle metsää.
Nuoret tutkijat, joista osa vielä oli tuolloin opiskelijoita, tekivät kaiken tieteellisestä suunnittelusta rakennustyöhön asti itse. Samaan aikaan piti ratkoa yhtälöitä ja mallintaa, raivata ja lapioida, kantaa ja asentaa painavia instrumentteja. Siinä sivussa tulevan huippuyksikön tutkijat opettelivat lobbaamaan. Raha oli tiukalla: ensimmäistä asemaa pystytettiin 90-luvun alussa, jolloin Suomen valtio huojui konkurssin partaalla
Värriön SMEAR I-asema on tähän mennessä tuottanut katkeamatonta mittaussarjaa yli neljännesvuosisadan. Ajan mittaan Kulmalan luotsaamat ilmakehätutkijat ovat rakentaneet neljä asemaa Suomeen, yhden Viroon ja yhden Kiinaan, Nanjingiin. Mittausdatan avulla tutkijat ovat pystyneet parantamaan ja testaamaan ilmakehän fysiikkaa ja kemiaa kuvaavia teorioita, ja jatkossa niillä paikataan myös nykyisten ilmastomallien puutteita.
Luonnontieteilijä käyttää työssään sekä aivojaan että käsiään. Lihasvoimakaan ei ole pahitteeksi: laitteet rakennetaan usein itse, ja mittauksia tehdään hankalissa olosuhteissa. Viereisessä kuvassa fyysikko ja metsätieteilijä pystyttävät ensimmäistä SMEAR-havaintoasemaa Lapin Värriöön vuonna 1991. Vas. Markku Kulmala, oik. Pertti Hari. Kuva Erkki Siivola.
Kuusi vakiintunutta asemaa on kuitenkin vasta alkua. Kulmala tähtää tutkijoineen maailmanlaajuisen havaintoasemaverkoston luomiseen. ”Yksi asema tuhannen kilometrin välein, urbaaneille alueille, jäätiköille, rannikoille”, suunnittelee Kulmala. Työ on jo käynnistynyt: tuoreimmat sopimukset uusista asemista Kulmala on allekirjoittanut Pekingissä, Siperian Nadymissa ja lisäksi Kyproksella.
Avointa dataa ja teknisiä sovelluksia
Skandinaviasta Siperian yli Kiinaan ylettyvän hankkeen kokonaiskustannukset nousevat 4 miljardiin euroon. Lisäksi tarvitaan Euroopan, Venäjän ja Kiinan hallitusten yhteistyötä ja myötämieltä. Jonain päivänä investointi maksaa itsensä takaisin, tuumaa Kulmala: hän tietää kokemuksesta, että akateemisen tutkimuksen sivutuotteena syntyy markkinakelpoisia sovelluksia ja tuotteita.
Huippuyksikön suojissa on tähän mennessä syntynyt kaksi menestyvää spin off-yritystä. Airmodus Ltd valmistaa hiukkaslaskureita ja Karsa Ltd räjähdesensoreita. Räjähdesensoreita käytetään esimerkiksi lentokenttien turvatarkastuksissa vaarallisten kemikaalien etsimiseen.
Kumpikin tuote on lähtöisin aerosolitutkimuksen tarpeista: sellaista kauppaa ei ole, josta tutkijat voisivat ostaa instrumenttinsa suoraan hyllyltä. Kojeet ja laitteet pitää siten keksiä ja rakentaa itse. Joskus se johtaa oivalluksiin, joista on hyötyä muillekin.
”Todennäköisesti me emme näillä rikastu, mutta laskureita kyllä on viety jo hyvän aikaa Kiinaan”, sanoo Kulmala. ”SMEAR-teknologiasta nousee jatkossa lisää aihioita kaupallisille sovelluksille. ”
Kulmala muistuttaa myös, että kaikki SMEAR-asemilla tuotettu data on julkista. Huippuyksikössä työskentelee parhaillaan useampikin tutkija ja data-analyytikko, joiden tehtävänä on dokumentoida ja järjestää dataa niin, että sitä on kenen tahansa helppo käyttää.
”Fysiikka on tieteellisen ajattelun selkäranka”
Markku Kulmala on saanut miltei kaikki mahdolliset koti- ja ulkomaiset palkinnot ja kunnianosoitukset. Tuorein niistä on Wihurin säätiön kansainvälinen, 150 000 euron palkinto, joka ojennettiin hänelle eilen 9.10.2017 Finlandia-talolla järjestetyssä juhlassa.
Akateemikoksi hän on nuori, 58-vuotias. Hänen elämäntyönsä ei ole kuitenkaan vielä tehty. Kulmalan johtama huippuyksikkö on ylittänyt Sciencen ja Naturen kaltaisten tiedefoorumien korkean julkaisukynnyksen kymmeniä kertoja, eikä tahti näytä hidastumisen merkkejä – päinvastoin. Fysiikan, metsätieteen, meteorologian ja eksaktien tieteitten rajapinnassa syntyy edelleen isojen läpimurtojen alkuja. Uusin aluevaltaus liittyy 5 G-verkon sovelluksiin. Jatkossa Kulmalaa aikoo syventää yhteistyötä myös ekonomistien kanssa.
Silti fysiikka on Kulmalalle ja hänen lähimmille työtovereilleen kaiken tieteellisen ajattelun selkäranka. Se on myös ollut menestysresepti: ”Maailmalla on paljon ilmakehään keskittyviä tutkijaryhmiä, mutta me olemme ainoa, jonka painopiste on fysiikassa ja enemmistö tutkijoista nimenomaan fyysikoita.”
”Toisaalta, jos en olisi aikoinani liittoutunut metsätieteilijöiden kanssa, mitään huippuyksikköä ei olisi koskaan syntynyt. Tutkisin varmaan edelleen aerosolin muodostumisen yksityiskohtia näkemättä sen yhteyttä koko ekosysteemiin. Ilman kemistejä taas moni ilmakehän reaktio olisi jäänyt selitystä vaille. Ja niin edelleen.”
Mitä ilmeisimmin Kulmala osaa yhdistää syvän ja kapean asiantuntemuksen optimaalisella tavalla laveaan monialaisuuteen. Tarkan optimipisteen tietänee vain hän itse, eikä se löydy pelkästään laskemalla, vaan jonkinlaisen vaiston avulla. Se näkyy esimerkiksi rekrytointipäätöksissä: Kulmala on usein täydentänyt joukkojaan akateemisten piirien ulkopuolelta. Esimerkiksi laitteitten rakentamisessa tarvitaan käsityöläisten ja seppien taitoja.
Kulmalan oma opintoura alkoi teoreettisella fysiikalla. Hän ei kuitenkaan ollut niin valopää kuin olisi toivonut, ja siirtyi kandidaatintutkinnon suoritettuaan kokeellisen fysiikan puolelle. Monet kollegat kuitenkin pitävät häntä erinomaisena mallintajana ja teoreetikkona.
”Markku on pitkin uraansa muodostanut työparin jonkun taitavan empiirisen kemistin tai fyysikon kanssa. kanssa. Työparilla on ollut uutta dataa tai toimiva koeasetelma, ja Markku on sitten mallittanut tuloksia,” kuvailee ydinfyysikko Hans-Christen Hansson Tukholman yliopistosta.
Erityisen hedelmälliseksi osoittautui myös työskentely yhdysvaltalaisen kemistin, Douglas Worsnopin kanssa: Kulmala pohdiskeli ja laski, Worsnop rakensi mittalaitteita. Tuloksena syntyi aivan uuden tyyppinen massaspektrometri, jonka avulla alle kolmen nanometrin kokoiset aerosolihiukkasten esiasteet pystyttiin havaitsemaan.
Kulmala vähättelee: ”En minä ainakaan opiskelijana fysiikassa loistanut. Jatko-opinnoissa esimerkiksi monen kappaleen ilmiöiden kurssi tuotti suuria vaikeuksia. Ehkä sitten tutkijana olen onnistunut keskimääräistä paremmin. Ainakaan en pelkää lähestyä asioita, joita ei ole aiemmin edes osattu kysyä. Sitä varten se maailmanlaajuinen havaintoasemaverkostokin pitää rakentaa.”
”Fysiikka on tieteellisen ajattelun selkäranka”, sanoo Markku Kulmala. Kuva Linda Tammisto
CV Markku Kulmala
Akateemikko, aerosolifysiikan professori ja ilmakehätieteen osaston johtaja Helsingin yliopistossa, Suomen Akatemian Ilmakehätieteen huippuyksikön johtaja, maailman viitatuin geotieteilijä vuodesta 2011 – kirjoittajana yli 900 tieteellisessä artikkelissa, joista Naturessa tai Sciencessä yli 30, akatemiaprofessori kaudet 2004-2009, 2011-2015 ja 2017-2021
syntynyt 1958 Forssassa
Pro gradu –työ 1982: Uusien ja uusiutuvien energiavaihtoehtojen vertailu
Väitöskirja 1988: Nucleation as an aerosol physical problem
kuuluu SMEAR-(Station for Measuring Earth Surface-Aerosol Relations)-asemien perustajiin
tunnetuin tieteellinen läpimurto: Direct Observations of Atmospheric Aerosol Nucleation, Science 339/943/2013
kunniatohtori 9 yliopistossa, muun muassa Tukholmassa, Tartossa ja Nanjingissa
kymmeniä palkintoja, mm. Suomen tiedepalkinto 2003, Kansainvälisen Systeemintutkimuskeskuksen IIASA:n palkinto monialaisen ilmakehätieteen kehittämisestä 2014 (Distinguished Visiting Fellow), Fedor P. Litke Gold Medal, Russian Geographical Society, 19.8. 2015
Kiinan tiedeakatemian ulkomainen jäsen 2015
International Eurasian Academy of Science Euroopan osaston presidentti 2015 – Johtaa perustamaansa PEEX (Pan Eurasian Experiment) -ohjelmaa
Ilmakehätieteen huippuyksikkö
perustettu 2001
250 tutkijaa: fyysikoita, metsätieteilijöitä, meteorologeja, kemistejä, matemaatikoita jne, joista valtaosa työskentelee Kumpulan tiedekampuksella Helsingissä
harjoittaa akateemista perustutkimusta, jonka tuloksista teollisia sovelluksia. Kolme spin off -yritystä: Airmodus Ltd (hiukkaslaskureita), Karsa Ltd (räjähdesensoreita), SMEAR Ltd (havaintoasemien teknologian ja ympäristöteknologian vienti ja konsultointi)
Markku Kulmalasta, huippuyksiköstä ja ilmakehätutkimuksesta kerrotaan tarkemmin mm. Yhdessä ilmakehässä – tieteen huipulle ydinturman jäljiltä –kirjassa, jonka joitakin osia on käytetty ylläolevassa tekstissä. Kirja on Mai Allon kirjoittama, ja sille myönnettiin tiedonjulkistamisen valtionpalkinto 2017.
Vuonna 1928 Hämeenlinnan lyseon 15-vuotiaasta oppilaasta Erkki Aukusti Laurilasta oli tulossa innokas maanviljelijä. Aukusti-isän sairastuminen ja kuolema seuraavana vuonna muutti pojan suunnitelmat, ja pian alkaneena lama-aikana perhe menetti suuren Rääpiälän tilan Hämeenlinnan maalaiskunnassa. Maailman murjoma lyseolainen keskittyi opintoihin ja kirjoittautui vuonna 1932 Helsingin yliopistoon. Matematiikastakin olisi voinut tulla Laurilan pääaine, mutta fysiikka kiehtoi enemmän.
Erkki Laurila opiskeli 1930-luvulla fysiikkaa Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksella osoitteessa Siltavuorenpenger 20. Rakennuksen varhaisimman osan suunnitteli arkkitehti Gustaf Nyström ja se valmistui vuonna 1910. Fyysikot jättivät talon vuonna 2001. Kuvalähde: Helsingin Kaupunginmuseo
Maatilallaan Laurilat olivat hyödyntäneet monenlaista aikansa uusinta tekniikkaa Erkin käsistään taitavan äidinisän avulla. Samankaltaista luonnontieteiden perusteiden, oivaltamisen ja kätevyyden yhdistelmää Erkki Laurila rakensi 1930-luvun Helsingin yliopistolla sovelletun fysiikan professori Jarl Wasastjernan oppilaana ja valmistumisen jälkeen yksityisassistenttina. Tämän työn yhteydessä ja jatkona maisteri teki kokeita jalokaasuilla. Väitöskirja tarkastettiin vuoden 1940 lopulla. Tutkimuksen otsikko kuului Die Streuung der Röntgenstrahlen an Edelgasen.
Väitöskirja käsitteli tiettyjen jalokaasujen elektronikuorten rakennetta mittaamalla röntgensäteiden sirontaa kaasuissa. Laurila sai erityiset kiitokset omatekoisesta röntgenspektrografistaan. Laite perustui William Braggin alun perin vuonna 1912 rakentaman spektrografin periaatteelle, mutta Laurila oli keksinyt käyttää elektrometriputkea aiempaa tarkempien mittaustulosten saamiseksi. Taitavuus erilaisten instrumenttien rakentajana johdatti hänet jatkosodan aikana Valtion lentokonetehtaan hienomekaaniselle osastolle, jossa tuli korjata ja kehittää monenlaisia mittareita sotalentokoneisiin. Tampereella toimineessa lentokonetehtaassa Laurila suuntautui vuodesta 1942 alkaen tulevan teknillisen fysiikan kysymyksiin käytännön sotateollisuusprojektien suunnittelijana ja johtajana. Kun Teknilliselle korkeakoululle (TKK) Helsingin Hietalahteen (Laurilan myötävaikutuksella) perustettiin vuonna 1945 teknillisen fysiikan professuuri, Laurila valittiin sen ensimmäiseksi haltijaksi.
Maisteri Erkki Laurila tutkii elektronien jakautumista atomissa vuonna 1938 todennäköisesti omatekoisella laitteistollaan. Kuva: Helsingin yliopistomuseo.
Sodanjälkeisistä vuosista alkaen Erkki Laurila oli mukana pystyttämässä tai vahvistamassa Suomeen sellaisia tieteenteon instituutioita ja rakenteita, jotka vaikuttavat vahvasti ja keskeisinä edelleen. Näihin kuuluvat esimerkiksi tutkimusta rahoittavat säätiöt kuten Suomen kulttuurirahasto, yhdistykset kuten Fyysikkoseura, jonka puheenjohtajana Laurila toimi vuonna 1949, ja sekä tiedeseurojen omaehtoinen että valtiollinen tiede- ja teknologiapolitiikka erityisesti 1960-luvulta lähtien.
Tietokoneita ja kaivosinstrumentteja
Laurilan tutkimuskiinnostuksen yksi tärkeä kohde oli jo 1930-luvun lopulta lähtien matematiikkakoneet tai nykytermein varhaiset tietokoneet. TKK:n laboratoriossaan hän rakensi oppilaidensa voimin vuodesta 1952 analogiakonetta. Sitä seurasi digitaalisen ESKO-tietokoneen tekeminen Matematiikkakonekomiteassa vuosina 1954–1960 ja pienempiä hankkeita. Saksalaisesta mallista jäljennetyn ESKOn eli Elektronisen Sarja KOmputaattorin oli tarkoitus valmistua Suomen ensimmäiseksi tietokoneeksi, mutta Postisäästöpankkiin tilattu IBM 650 -kone, joka kastettiin nimellä ”Ensi”, ehti käyttöön vuonna 1958.
1950-luvun alusta Laurilan keskeiseksi omaksi tutkimusalueeksi muodostuivat kaivosteollisuuden tarvitsemat instrumentit ja erityisesti magneettinen erotus. Tältä alueelta hän haki ja sai kymmeniä patentteja 1950-luvun alusta 1980-luvulle sekä julkaisi tuloksiaan tieteellisissä lehdissä ja sarjoissa. Parhaiten menestyi ”Laurilan erotin”, Laurila Separator, joka syntyi jo 1952 ruotsalaiselle Höganäs Ab:lle hienon rautajauheen puhdistamista varten. Suomessa Laurila entisine oppilaineen työskenteli pisimpään Outokumpu Oy:n instrumenttituotannon kehittämiseksi. Tämä työ on yksi tärkeä tausta nykyiselle Outotec Oyj:lle.
Ydinvoimaa ja jälkikasvua
Vuonna 1955 valtioneuvosto nimitti Erkki Laurilan Energiakomitean puheenjohtajaksi. Tarkoitus oli jouduttaa Suomi kohti atomiaikaa. Vastuullinen tehtävä johti Laurilan valmistelemaan ydinvoiman käyttöönottoa Suomessa reilun kahden vuosikymmenen ajaksi. Laaja kokonaisuus sisälsi asiantuntijoiden koulutusta, tutkimustyön rahoitusta ja koordinaatiota, tutkimusreaktorin hankkimisen ja lopulta ydinenergialain kauaskantoista luonnostelua. Pitkällisten esivaiheiden jälkeen Neuvostoliitosta hankittu ja länsimaisella teknologialla paranneltu Suomen ensimmäinen ydinvoimalaitos Loviisa I valmistui vuonna 1977 (video Loviisan ydinvoimalan vihkimisestä).
Vuosien varrella Laurila tuli julkisuudessa tunnetuksi atomifyysikkona, mitä hän ei oikeastaan koskaan ollut. Osana tätä atomiasioiden välillä sekavaa, suurvaltapolitiikan ja kaupallisten intressien läpitunkemaa työkenttää Laurila valittiin vuonna 1963 ns. vanhan Suomen Akatemian jäseneksi, mikä tarkoitti hyvin palkattua vapaata tutkimusvirkaa, josta Laurila jäi eläkkeelle 70-vuotiaana vuonna 1983. Vähintään siihen asti Laurila toimi itsenäisenä tiedevaikuttajana lukuisissa asioissa.
1980-luvun alkuun mennessä Laurilan ja hänen nuoremman kollegansa, professori Pekka Jauhon kouluttamia teknillisen fysiikan diplomi-insinöörejä ja tutkijoita johti niin vastaperustettua Teknologian kehittämiskeskusta (TkT Juhani Kuusi), Suomen kulttuurirahaston hallintoneuvostoa (prof. Jorma Routti) kuin Neste Oy:ä (DI Jaakko Ihamuotila). Pekka Jauho toimi VTT:n pääjohtajana. Samoin Laurilan entisiä oppilaita oli neuroverkkojen tutkijana 1980-luvulla läpimurron tehnyt professori Teuvo Kohonen. Muiden mukana he muodostivat yhteiskunnassa sellaisen teknisesti suuntautuneen vaikuttajaryhmän, jollaista Laurila oli kaivannut Suomeen jo 1950-luvulla puhuessaan tarpeesta luoda maan Väinämöisten rinnalle ”Ilmarisen Suomi”.
Kaiken tekniikan ja fysiikan ohella oli musiikki Laurilan pitkäkestoisin läheinen harrastus. Hänet pyydettiin Hämeenlinnan lyseon orkesteriin soittamaan huilua, mutta yliopistolla Hämäläis-Osakunnan soittajissa soitin vaihtui oboeen. Syksyllä 1941 Laurila osallistui jalkaväkirykmentti 32:n komentokorsussa Uhtualla kuuluisaksi tulleen Eldankajärven jää -laulun sanoittamiseen ja ensimmäiseen esittämiseen. Tämä rintamalaulu, populaarikulttuurin helmi (tai korvamato), jonka varsinaiseksi tekijäksi kirjattiin Erkki Tiesmaa, perustui ryhmätyöhön kuten Laurilan monet muut onnistumiset.
Erkki Laurila: Faktalaatikko
Syntynyt 1913, Hämeenlinna
Aloitti yliopisto-opiskelut 1932 (Helsingin yliopisto; fysiikkaa, matematiikkaa, kemiaa, tähtitiedettä)
Valmistui filosofian maisteriksi 1936 (pro gradu sovellettuun fysiikkaan)
Väitöskirja valmistui 1940, dosentti (HY) 1942–1953
Valtion lentokonetehdas, hienomekaanisen osaston ja tehtaan johtaja 1942–1946
Teknillinen korkeakoulu, teknillisen fysiikan professori 1945–1963
Suomen Akatemian jäsen 1963–1983 (ns. vanha Suomen Akatemia)
Kuoli Porvoossa 1998
puoliso Kerttuli os. Leiwo, neljä lasta
Erkki Laurilan suurelle yleisölle tarkoitetut kirjat: Atomienergian tekniikka ja politiikka, 1967, Ydinenergiapolitiikan harhailut, 1978, Muistinvaraisia tarinoita, 1982.
Kirjallisuutta: Paju, Petri: ”Hienomekaaninen keksintötehdas kriisiaikana: Erkki Laurila tutkimusjohtajana Valtion lentokonetehtaalla.” Tekniikan Waiheita, vsk. 33, 1/2015, s. 17–40. Linkki
Kaarle Juhani Hämeri (s. 18. heinäkuuta 1964 Espoo) on toiminut Helsingin yliopistossa aerosolifysiikan professorina vuodesta 2003 lähtien ja aloittaa Helsingin yliopiston kanslerina lokakuusta 2017 alkaen.
Kaarle aloitti fysiikan opinnot Helsingin yliopistossa vuonna 1984, valmistui filosofian maisteriksi vuonna 1991 ja aerosolifysiikan alalta filosofian tohtoriksi vuonna 1995. Väitöskirjatyössä hän tutki kokeellisesti höyryjen nukleaatiota itse rakentamallaan koelaitteistolla. Väitöskirja otsikkona oli Homogeneous nucleation in a laminar flow diffusion chamber. Kaarle toimi väittelyn jälkeen post doc -tutkijana Tukholman yliopistossa vuosina 1995–1996 ja Helsingin yliopisto nimesi hänet dosentiksi vuonna 1999.
Työurasta valtaosa on Helsingin yliopistossa, jossa hän toimi assistenttina, Suomen Akatemian projektitutkijana ja Suomen Akatemian nuorempana tutkijana useita jaksoja 1990-luvulla. Vuosina 1998–2000 hän toimi Helsingin yliopiston ympäristötutkimuksen koordinaattorina. Lisäksi Kaarle toimi Työterveyslaitoksen vanhempana tutkijana vuosina 2000–2002 ja hän on ollut Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksen varajohtaja vuodesta 2010.
Työtehtävien ohella Kaarle on työskennellyt aktiivisesti useissa kansainvälisissä aerosolifysiikan tieteenalan järjestö- ja opetustehtävissä. Vuonna 2016 hänelle myönnettiin International Aerosol Fellow –tunnustus, kansainvälisestä toiminnasta aerosolitieteen edistämiseksi. Professoriliiton puheenjohtajana (2015-2017) Kaarle Hämeri on puhunut vahvasti tutkimuksen ja opetuksen puolesta ja edistänyt tiedeyhteisön ja muun yhteiskunnan vuorovaikutusta.
Tutkimus ja siihen perustuva opetus ovat olleet aina Kaarlelle tärkeitä: ”Parhaiten tutkimuksen ja opetuksen yhteys on toteutunut osaltani vuosittain järjestämissäni kansainvälisissä kesäkouluissa.”. Kaarle Hämeri on järjestänyt kansainvälisiä intensiivikursseja Hyytiälän tutkimusasemalla jo 13 vuonna, minkä lisäksi hän on pitänyt vastaavia kursseja myös Saksassa ja Kiinassa. Kursseilla hän on tuonut opetukseen uusia menetelmiä, joilla opiskelijoiden roolia oppimisessa ja vuorovaikutteisuutta on korostettu.
Tieteellisen julkaisutoiminnan ohella Kaarle Hämeri on kirjoittaja muun muassa Otavan vuosina 2010–2013 julkaisemassa lukion fysiikan Empiria-oppikirjasarjassa.
Meillä on kunnia saada Kaarle Suomen Fyysikkoseuran Pecha Kucha lavalle 29.9! Aiheena Yllättävä pienihiukkastutkimus. Ilmoittaudu fyysikkoseura.fi
Massiiviset tähdet päättävät päivänsä dramaattisesti. Niiden ulko-osat räjähtävät supernovana ja ydin luhistuu äärimmäisen tiheäksi pistemäiseksi kohteeksi. Syntyy singulariteetti, reikä aika-avaruudessa, jonka valtaisasta vetovoimasta ei säteilykään pääse pakenemaan.
Sissi Enestam innostui mustista-aukoista jo lapsena. Hän pohti maailmankaikkeuteen liittyviä filosofisia kysymyksiä ja haaveili tekevänsä havaintoja suurilla kaukoputkilla. Nyt näistä unelmista on tullut totta. Sissi tekee väistökirjaansa supermassiivisista mustista aukoista ja hän pääsee käyttämään Metsähovin observatorion 14 metristä radioteleskooppia.
Synnyttyään musta aukko alkaa imeä sisuksiinsa lähellä olevaa materiaa. Singulariteettiin katoaa niin tähtienvälistä ainetta kuin kokonaisia tähtiä. Mustat aukot voivat myös sulautua yhteen. Sulautuminen synnyttää paitsi entistä massiivisemman mustan aukon, myös gravitaatioaaltoja. Nämä Einsteinin ennustamat aika-avaruuden värähtelyt havaittiin ensimmäistä kertaa syyskuussa 2015 kun kaksi mustaa aukkoa törmäsi miljardin valovuoden päässä Maasta.
Kun materiaa kertyy tarpeeksi syntyy supermassiivinen musta aukko, jonka massa saattaa olla jopa kymmenien miljardeja Auringon massoja. Tällaisia jättiläisiä löytyy useimpien galaksien ytimistä, myös oman Linnunratamme keskustasta. Sissi tutkii miten mustan aukon massa vaikuttaa aktiivisen galaksiytimen ominaisuuksiin. Kun materia syöksyy supermassiiviseen mustaan aukkoon valtavalla vauhdilla se lähettää voimakasta säteilyä radioaalloista gammasäteilyyn. Tutkimus auttaa myös ymmärtämään nuoren maailmankaikkeuden kehittymistä ja galaksien muodostumista.
Aktiivisen galaktisytimen keskeltä löytyy supermassiivinen musta-aukko (Image credit: NASA / Dana Berry, SkyWorks Digital)
Sissi ei päätynyt jatko-opiskelijaksi ihan sitä tavallisinta polkua. Hän vietti jo 17-vuotiaana vuoden Yhdysvalloissa. Valkolakin saatuaan Sissi aloitti lukemaan fysiikkaa Los Angelsissa Kalifornian yliopistossa ja jatkoi sieltä parin vuoden päästä Skotlantiin Glasgow’n yliopistoon lukemaan astrofysiikkaa. Maisterin paperit hän sai Ranskasta Strasbourgin yliopistosta. Kesätöitä hän on tehnyt sekä Euroopan avaruusjärjestö ESA:n että Yhdysvaltain avaruusjärjestö NASA:n leivissä.
Millaista on siis aktiivisen galaksin ytimessä? Tule kuuntelemaan Sissiä Pecha Kucha illassa 29.9! Ilmoittaudu fyysikkoseura.fi
Merli on nuori kärkipolven fyysikko ja tohtorikoulutettava, joka on ehtinyt tehdä hengästyttävän paljon muutakin kuin nörtteillä yliopiston käytävillä. Innostus tähtitieteeseen toi hänet yliopistolle, mutta hän vaihtoi ilmakehätieteisiin pelastaakseen maailman joka on tässä ja nyt, sen sijaan että selvittäsi kaukaisen avaruuden ihmeitä. Hänen väitöskirjatutkimus keskittyy energialähteiden riskianalyysiin niiden koko elinkierron osalta. Viikonloppuisin hän on taikuri, merenneito tai vampyyri eli larppaaja. Aktiivisuus ei rajoitu vaihtoehtoisiin todellisuuksiin, hän myös parantaa maailmaa yhteiskunnallisissa tehtävissä. Opiskeluaikana Merlin sukunimen ollessa vielä Lahtinen, hän toimi Helsingin yliopiston ylioppilaskunnassa (HYY), ainejärjestöissä Resonanssi ja Meridiaani, tiedekuntajärjestössä Matlu sekä ainejärjestöjen edunvalvontajärjestössä (HYAL). Hän työskenteli tutkimusavustajana yliopistolla sekä ammattiliiton opiskelija-asiamiehenä, josta tie on vienyt ammattiliitto Loimun valtuuston puheenjohtajaksi.
Tällä hetkellä Merli työskentelee, väitöskirjatutkimuksensa ohessa, Future Earth Suomen tiedesihteerinä. Future Earth Suomi on globaalimuutostutkimuksen kansalliskomitea, joka edistää Suomessa harjoitettavaa monitieteistä ja yhteiskunnallisesti vaikuttavaa globaalimuutostutkimusta. Keväällä 2017 Merli järjesti Helsingissä March for Science tiedemarssin, joka nosti tieteen- ja tutkimuksen tapetille ympäri maailmaa. Tämä työ jatkuu edelleen ja Merlillä on myös paljon kiinnostusta tiedeviestinnän suuntaan. Harrastuksiin on kuulunut myös aktiivinen bloggaaminen yhteisöblogi Nörttitytöissä, jonka tiedeosiota Merli päätoimittaa.
Merli Juustilan kehittämä kurssi “Fyysikkona työelämässä” on osa Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksen työelämäopintoja. ”Luonnontieteiden ja fysiikan osaamiselle on tarvetta yhteiskunnan kaikilla osa-alueilla, kurssin on kehitetty valmentamaan fyysikoiksi valmistuvia vastaamaan tähän haasteeseen.”
Merlin unelma on työskennellä tieteen ja politiikan risteyksessä, juuri siellä missä maailmasta tehdään parempi! Tervetuloa kuuntelemaan hänen tarinaansa Tutkijoiden yönä Pecha Kucha tapahtumaan. Ilmoittaudu fyysikkoseura.fi
Hanna Vehkamäki on laskennallisen aerosolifysiikan professori Helsingin yliopistossa. Hän tutkii hiukkasryppäiden ja jääkiteiden muodostumista ilmakehässä. Hanna on mallintaja, eli hänen työnsä on kehittää menetelmiä hiukkasrykelmien muodostumisen ymmärtämiseksi. Nämä pikkuiset hiukkasryppäät ovat usean eri ilmakehätieteen tutkimuskohteen ytimessä. Esimerkiksi ilmastonmuutoksessa niillä on suuri rooli joka tunnetaan kuitenkin hyvin huonosti ja niiden käyttäytyminen on ymmärrettävä taisteltaessa ilmansaasteita vastaan. Keskeisen työnsä vuoksi Hanna on ilmakehätieteiden raskaan laskennan primadonna, hänet tunnetaan kaikkialla maailmassa ilmakehätieteilijöiden parissa.
Hanna väitteli Helsingin yliopistosta vuonna 1998, ja työskenteli sen jälkeen Lontoossa. Hanna on yksi niistä harvoista henkilöistä, jotka ovat onnistuneet Euroopan arvostetuimman rahoituksen saavuttamisessa, ei vain kerran – vaan kahdesti. Euroopan tutkimusneuvosto myöntää kovan kilpailun jälkeen monivuotisen rahoituksen vain parhaille hakijoille, ja Hanna on onnistunut sekä aloittelevien että kokeneiden tutkimusryhmänjohtajien sarjoissa.
Hanna on aktiivinen ja pidetty opettaja ja opetuksen kehittäjä, ja hän on merkittävästi vaikuttanut Helsingin yliopiston fysiikan opetuksen uudistumiseen. Suoraviivaisella tarmollaan Hanna vaikuttaa myös yhteiskunnassa tekemällä ilmakehän hiukkasryhmien käyttäytymistä tunnetuksi. Hannan hieno keksintö on Aerosolijuna, jonka kyydissä hän matkusti kollegansa kanssa Euroopan halki pitämässä luentoja yliopistokaupungeissa! Mukava tapa yhdistää tiede, matkailu, kansainvälinen vaikuttaminen ja verkostoituminen, sekä tieteen popularisointi. Tyttöjen ja naisten innostaminen fysiikan pariin on Hannalle tärkeää ja aerosolijuna edisti myös tätä asiaa.
Suomen Fyysikkoseura tarjoaa tajunnanräjäyttävän Pecha Kucha puheillan, jossa iloksemme olemme saaneet Hannan lavalle puhumaan molekyylien kosiomenoista! Tule kuuntelemaan Hannaa Tutkijoiden yönä 29.9. Helsingin yliopiston Pieni juhlasali, 29.9. klo 20 – ilmoittaudu fyysikkoseura.fi.
Ilpoa kiinnosti jo lapsena luonto. Näin jopa siinä määrin, että hän oli kerran tutkimusretkillään vähällä kadota suonsilmäkkeeseen. Tästä kokemuksesta Ilpo ei masentunut vaan seikkailu sytytti kipinän ymmärtää ja tutkia entistä tarkemmin ympäröivää maailmaa. Lukion jälkeen Ilpo opiskeli yliopistolla fysiikkaa, mutta väitöksen kynnyksellä hän päättikin keskittyä lapsuutensa rakkauteen biologiaan. Ilposta tuli siis biofyysikko.
Mikään käytännön biologi Ilpo ei kuitenkaan ole. Omien sanojensa mukaan hän ei erota toisistaan harakkaa ja varista, eikä hänen tunnistamiaan sieniä kannata syödä. Ilpo keskittyy teoriaan ja numeeristen mallien kehittämiseen ja soveltamiseen. Tieteellinen laskenta onkin Ilpon toinen intohimo. Yläasteikäisenä Ilpo myi moponsa, jotta sai ostettua sen ajan tykeimmän tietokoneen ja koodasi konekielellä omia pelejä. Nykyään Ilpo kertoo katselevansa kateellisena, kun ryhmän muut jäsenet koodaavat massiivisille supertietokoneille, kun hän itse joutuu kirjoittamaan raportteja ja hoitamaan muita ryhmänjohtajan velvollisuuksia.
Konkreettista hyötyä ei Ilpon tutkimukselta puutu. Hänen johtamansa noin 30 laskennallisen biofyysikon ryhmä mallintaa ilmiöitä, jotka auttavat löytämään parempia hoitokeinoja useisiin sairauksiin. Alan kiehtovuus on myös sen poikkitieteellisyydessä. Tutkimus risteilee fysiikan, biologian, kemian ja tieteellisen laskennan rajapinnoilla.
Ilpo nousee lavalle Suomen Fyysikkoseuran järjestämässä Pecha Kucha tapahtumassa Tutkijoiden yönä 29.9. Aiheena on Elämää tietokoneissa. Tervetuloa!
Videolla Ilpo pohtii alaansa ja polkua tutkijaksi.
Koleratoksiini-proteiinin sitoutuminen solukalvoon. Kuva: Sami Rissanen (Ilpo Vattulaisen tutkimusryhmä (TTY)).
Taina Kurki-Suonio esittelee olevansa ”fuusikko” eli fuusiota tutkiva fyysikko. Fuusiossa kevyet atomiytimet sulautuvat siististi yhteen. Energiaa syntyy puhtaasti ja polttoainevarat ovat käytännössä ehtymättömät. Kestävä ratkaisu siis yhä kasvavaan energiatarpeeseen. Fuusiota ei kuitenkaan ole ihan vaivatonta valjastaa hyötykäyttöön. Ensin yli satamiljoona-asteinen plasma pitäisi saada vangittua mahdollisimman pitkään voimakkaiden magneettikenttien avulla. Mutta plasma on siitä ärsyttävää ainetta, että se ei tahdo pysyä millään paikoillaan. Tainan suuri unelma onkin kesyttää mini-Aurinko.
Mutta miten Tainasta tuli fuusikko? Omien sanojensa mukaan hänen uransa alun suuret päätökset tekivät miehet ja sattuma. Rakkaus luonnontieteisiin syntyi jo lapsena rakennusmestari-isän kannustamana. Kun lukioaikainen poikaystävä dumppasi Tainan hän päätti muuttaa Rovaniemeltä Helsinkiin. Siellä tuore kemianopiskelija istui vahingossa fysiikan cumlaude luennolle ja jäi kerrasta koukkuun. Maisterivaiheessa Taina lähti uteliaisuuttaan Yhdysvaltoihin Massachusettsin teknilliseen korkeakouluun. Tuore sulhanen siirtyi samoihin aikoihin uudelle mantereelle tekemään väitöskirjaa Teksasin yliopistoon Austiniin. Taina seurasi perässä ja innostui kirjoittamaan oman väitöskirjansa plasmapohjaisista hiukkaskiihdyttimistä. Pian huippuyliopistoista soiteltiin Tainalle, että tuletko meille töihin. Ja niin Taina päätyi tutkijatohtoriksi aurinkoiseen Kaliforniaan, Berkeleyn yliopistoon. Siellä hän aloitti työt fuusion parissa.
Nykyään Taina on alansa huipulla. Hänen johtama tiimi Aalto-yliopistolla on kehittänyt maailman parhaimman koodin mallintamaan kaikista kuumimpia ioneita, joita syntyy sekä fuusioreaktioissa, että plasmaa kuumentaessa. Nämä ”kiihkeät kaverit” pitäisi saada ehdottomasti vangittua, koska ne tekevät muuten melkoista tuhoa fuusioreaktorin sisäseinille. Lähes törmäyksettöminä kuumat ionit seuraavat uskollisesti magneettikentän pienimpiäkin mutkia, mikä tekee mallinnuksesta erityisen haastavaa.
Mutta jos se Tainasta on kiinni tulevaisuudessa maailma pyörii fuusion voimalla! Hän nousee lavalle Fyysikkoseuran järjestämässä Pecha Kucha tilaisuudessa 29.9. Ilmoittaudu fyysikkoseura.fi
Videolla Taina kertoo tarkemmin alastaan ja miksi fuusiotutkimukseen kannattaa nyt panostaa
