Eesti täppisteadused sinises raamatus

22. Sep 2006

Teadusmõte Eestis
Täppisteadused
Vastutavad toimetajad Ilmar Koppel, Peeter Saari
Eesti Teaduste Akadeemia
244 lk, leidub raamatukogudes

Ei saa hõlmata hõlmamatut, ütles vene isemõtleja Kozma Prutkov. Eesti Teaduste Akadeemia akadeemikud Ilmar Koppel ja Peeter Saari nii ei arva. Muidu ju ei oleks nad toimetanud ühte raamatusse, mille eesmärgiks on “tutvustada meie teaduse taasiseseisvumise järgset arengut”, 15 aasta jooksul täppisteadustes tehtu. Nõnda siis Eesti füüsika, matemaatika ja keemia saavutused.
Toimetajad märgivad, et kui 1990. aastate alguses mõjutasid teaduse riiklikku rahastamist postmodernistlikud ja “ajaloo lõpu” meeleolud, siis nüüd on jõutud spiraaliga jälle sinna, kus oldi külma sõja tipul. USA järgmise aasta eelarveprojektis on eelistatud just füüsikaga seotud teadused. Energeetika arendamine saab koguni 14 protsenti enam raha. Sama suundumus on Euroopas.
Kokku on esile toodud 30 valdkonda. Iga valdkond on esitlenud omakorda õige mitmeid töid. Nõnda kujutab Eesti täppisteaduste esirind endast niivõrd kirevat ja haralist pinda, et selle hõlmamine on ilmvõimatu. Kuid siiski saab ju välja valida mõned esiletükkivad alad sel keerulisel pinnal.
Kosmoloogia

Universumi suuremastaabilise struktuur. Väga suurtes mastaapides ei ole isoleeritud objekte, vaid ühtne suurte tühikute ja pikkade haraliste kettide ehk galaktikate superparvede võrgustik (pildil). Võrgustiku leidsid olemasolevaid taevakaarte uurides ja töödeldes Tartu Observatooriumi teadlased Jaan Einasto, Maret Einasto, Erik Tago ja Veikko Saar. See on reaalne kuubiline struktuur külje pikkusega 360 miljonit valgusaastat. Kuidas selline struktuur tekkis, on mõistatus. Mudeleid on palju, ja lõppude lõpuks võib kehtivad universumi varase arengu versioonid nende valguses valeks osutuda.

Mikromaailm
Neutriinode massi mõistatus. Universumi massist 70 protsenti on energia, mille päritolu pole teada. Osakestefüüsika on võimeline selle olemasolu selgitama. Arvatakse, et võti peitub neutriinos, mida on kolm liiki ning mis üksteiseks muunduvad. Õieti neutriino massis, mis veel hiljaaegu arvati puuduvat.
Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi osakestefüüsika töörühm eesotsas Martti Raidaliga uurib neutriinode massi sõltuvust energiast ja nende seotust kosmoloogiaga. Püütakse arvutada, kuidas neutriinode massid sõltuvad energiast.

Aatomite maailm
Tuumade elu. Tuumamagnetresonants on meetod, mille abil saab määrata aatomituumade seisundit. See omakorda sõltub aatomi naabritest. Nõnda saab aatomi tuuma kaudu tungida aine ehituse tuumani. Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudis rakendatakse Ago Samosoni ja ta kolleegide poolt kavalat meetodit, kus proovi pööritatakse erilises mõõtepeas kahe telje ümber üheaegselt. On ehitatud maailma kiireim pööritaja, 70 000 pööret sekundis. See võimaldab näha keerulisemate molekulide elu.

Juhumuutlik maailm

Maailm pole lineaarne. Selles valitsevad mittelineaarsed, juhumuutlikud ja mittetasakaalulised protsessid. Tallinna Tehnikaülikooli mittelineaarsete protsesside analüüsi keskuses on Jüri Engelbrechti ja tema kolleegide poolt välja töötatud meetodid, mis võimaldavad kirjeldada, kuidas naftalaik voolavas vees jaotub (pildil), kuidas käituvad finantsturud, kuidas süda oma rütmi muudab ning kuidas on tekkinud meie maastikud. Neid kõiki ühendab sõltumatus mastaabist – see tähendab, et kui väikest või suurt ajavahemikku ka vaadata, protsess on ikka sama iseloomuga.

Vaakumi energia
Maailm elab võlgu. Vaakum pole tühi. Sellest hüppab pidevalt välja kolossaalne arv osakesi, et sealsamas jälle kaduda. Vaakumi nullenergia on tohutu ja seda tasakaalustavad teised väljad. Vaakumi energia võib vahel ka vabaneda, näiteks musta augu tekkimisel tähe gravitatsioonilise hävingu läbi. Tartu Ülikooli füüsika instituudis töötati Vladimir Hizhnjakovi juhtimisel välja teooria, mis kirjeldab sellise kiirguse omadusi.

Ülijuhtivus

Kõrge temperatuuri saladus. Mida kõrgemal temperatuuril aine ülijuhiks muutub, seda enam rakendusi see pakub. Praegu on rekordiks 164K ehk –109°C. Selleks, et seda temperatuuri veelgi tõsta, peab täpsemalt teadma ülijuhtivuse mehhanismi. Tartu Ülikooli füüsika instituudis töötati Nikolai Kristoffeli juhtimisel välja magneesiumdiboriidi (pildil) ülijuhtivuse mitmekanaliline mudel. Loodud teooria võimaldas leida ülijuhtivust iseloomustavad suurused, mis on kooskõlas eksperimendiga.

Matemaatika
Ruumide lähendamine. Meie elame küll kolmemõõtmelises ruumis, kuid füüsikud räägivad, et osakesed võivad elada näiteks 11-mõõtmelises ruumis. Matemaatikud aga armastavad lõpmatusi, ja seepärast tegutsevad ruumides, kus mõõtmeid on lõputult. Kuid arvutid lõpmatust ei armasta. Et oma ruumidega hakkama saada, tuleb neid siiski lõplikumõõtmeliste ruumidega lähendada. Eve Oja Taru Ülikooli puhta matemaatika instituudist on koos Norra ja Rootsi matemaatikutega tõestanud ühe teoreemi, mis näitab, kuidas teatud liiki lõpmatumõõtmelisi ruume saab lõplikumõõtmeliste ruumidega lähendada.

Bioenergeetika
Südamelihase raku töö. Raku ainevahetusele saab jälile vaid eri teadusharude koostöös. Raku maailm on mittelineaarne ja juhumuutlik. Südamelihase rakk on eriline, see peab töötama ikka ja alati. Lihastes ja ajurakkudes toimiva energia ülekande süsteemi uue kontseptsiooni lõid Valdur Saks Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudist, Jüri Engelbrecht TTÜ Küberneetika instituudist, Raivo Vilu TTÜ biotehnoloogia õppetoolist, Enn Seppet TÜ patofüsioloogia õppetoolist ja nende kolleegid. Tulemus on ainulaadne ja seletab ka paljude südamehaiguste tegelikku olemust.

Optika

Lained, mis ei lagune. Tavaliselt täidab valgus kogu ruumi. Kuid kavala korraldusega saab tekitada liitlaine, kus toruja valgushalo sees levib üksainus ere hajumatu valgusniit. See sadu kordi juuksekarvast peenem valguskimp ehk Besseli kimp ehk oma ristlõike järgi X-laineks nimetatud kimp registreeriti kümmekonna aasta eest Tartu Ülikooli füüsika instituudis Peeter Saari (pildil) ja ta kolleegide poolt. Mõnel puhul võib sellise laialivalgumatu valguskimbu liikumist tõlgendada kui liikumist üle valguse kiiruse.

Superhapete disain

Happed, mis söövad kõike. Kontsentreeritud väävelhape pole veel see kõige suurem hape. Viimasel ajal on hakatud happeid kavalate rühmade lisamisega muutma kangemaks tuhandeid, miljoneid ja miljardeid kordi. Nii näiteks võib sipelgate ja kõrvenõgeste toimeainet muuta kangemaks tervelt 50 suurusjärku. Selline sipelgas läbiks inimese silmapilkselt. Ilmar Koppel (pildil) ja tema kolleegid Taru Ülikooli keemilise füüsika instituudist on välja töötanud meetodid, kuidas teatud liiki hapete happelisust oluliselt tõsta. Sellised happed on vajalikud näiteks tõhusamate patareide ja kütuseelementide ehitamiseks.

Ainete süntees
Parema ja vasaku käe keemia. Elusloodus on ehitatud molekulidest, mis ei ole sümmeetrilised. Nii nagu parema ja vasaku käe kinnas, on ka elutähtsad molekulid kindla käelisusega ehk kiraalsusega. Looduslikud suhkrud on paremakäelised, aminohapped aga vasakukäelised. Kui näiteks arstimis on toimeaine nii vasaku- kui parema käelisusega, siis läheb pool rahast lihtsalt kaduma või teeb hoopis halba. Seepärast on oluline osata luua toimeaineid, mis oleksid teada-tunda käelisusega. Margus Lopp Tallinna Tehnikaülikooli keemiainstituudist ja ta kolleegid on välja töötanud meetodid, mille abil saab lihtsalt ja kiirelt sünteesida näiteks kindla käelisusega sidrunhapet.
Tiit Kändler

Kommenteeri

Telli Teadus.ee uudiskiri