Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta

 

Uusimmat julkaisut

  • Ciragan, Annika (2017)
    Kaikille antibiooteille resistenttien mikrobikantojen yleistyminen on maailmanlaajuinen terveysuhka. Tällaisten multiresistenttien kantojen hoitamiseksi tarvitaan uusia antibiootteja, joiden vaikutus perustuu uusiin kohdemolekyyleihin tai –rakenteisiin bakteerien pinnoilla. Uusien molekyylien rakenteellinen ja toiminnallinen tutkimus on tärkeää selvitettäessä niiden soveltuvuutta antibioottien kohdemolekyyleiksi. Tämän väitöskirjatyön ensimmäisessä osassa on tutkittu mahdollista antibioottien kohdeproteiinia TonB:tä sekä solun muotoa säätelevää proteiinia MreC:tä. Bakteereilla TonB-proteiini osallistuu eräiden bakteereille niukasti saatavilla olevien ravintoaineiden, kuten raudan ja B 12–vitamiinin, ottamiseen ympäristöstä. MreC toimii soluseinän synteesissä, ja soluseinässä ovat mm. penisilliinin ja sen johdannaisten kohderakenteet. Tässä tutkimuksessa selvitettiin ydinmagneettisen resonanssispektroskopian eli NMR-spektroskopian avulla Helicobacter pylori-bakteerin TonB-proteiinin erimittaisten C-terminaalisten osien sekä Bacillus subtilis-bakteerin MreC-proteiinin kolmiulotteinen rakenne. Tämän lisäksi tutkittiin MreC-proteiinin ja penisilliiniä sitovien proteiinien vuorovaikutusta käyttäen NMR-spektroskopiaa sekä bakteerin kaksihybridi-menetelmää. NMR-spektroskopia on monipuolinen menetelmä, jonka avulla tutkitaan proteiinien rakennetta, dynamiikkaa ja vuorovaikutuksia esimerkiksi toisten proteiinien kanssa. Menetelmän merkittävä etu on se, että proteiineja voidaan tutkia liuostilassa fysiologisen kaltaisissa olosuhteissa. Haittapuolena menetelmässä on, että molekyylin koon kasvaessa (> 25 – 30 kDa) NMR:n käyttö on haasteellisempaa ja vaatii usein erityisiä leimausmenetelmiä. Osittainen isotooppinen leimaaminen, jossa vain osa proteiinista leimataan pysyvästi, voi auttaa suurten proteiinien NMR-mittauksissa. Tutkimuksen toisessa osassa TonB–proteiinia on käytetty mallina tutkittaessa suolasta riippuvaisen inteiinin soveltuvuutta osittaiseen isotooppiseen leimaamiseen. Suolan läsnäollessa halofiilinen inteiini tekee ns. trans splicing reaktion ja yhdistää kaksi proteiinidomeenia. Osittainen isotooppinen leimaus mahdollistaa esimerkiksi yksittäisten domeenien tutkimisen monidomeenisessa proteiinissa. TonB-proteiinissa on rakenteellinen C-terminaalinen domeeni sekä joustava proliinirikas alue, joka vaikuttaisi haitallisesti NMR-spektrien laatuun täysin leimatussa näytteessä. Sen lisäksi TonB-proteiinia on käytetty mallina tutkittaessa tandem SUMO-fuusiovektoreita, joiden avulla saatiin yleensä liukenemattomana tuottuvasta proteiinista liukoinen. NMR-tutkimusta varten proteiinien on pysyttävä liukoisina korkeissa pitoisuuksissa. Tämän vuoksi on tärkeä optimoida proteiinin tuotto siten, että saadaan liukoinen, oikeassa kolmiulotteisessa muodossa oleva proteiini, jonka pitoisuus on riittävän korkea. Molempia optimoituja menetelmiä voidaan käyttää myös muiden proteiinien tuottamiseen ja leimaamiseen, mikä edesauttaa proteiinien rakennetutkimuksia NMR-spektroskopian avulla.
  • Al-Qaisi, Feda'a (2016)
    Väitöskirja käsittelee hiilidioksidin liittämistä epoksideihin ja siten sen muuttamista käyttö- kelpoisiksi orgaanisiksi yhdisteiksi eräiden siirtymämetallikatalyyttien sekä organokatalyy- sin avulla. Tutkimus liittyy hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen ja uusiutuvien raaka- aineiden käyttöön ja käsittelee siten hyvin ajankohtaisia aiheita ns. vihreän kemian tutki- musalueella. Työssä on onnistuttu kehittämään kaksi uutta tehokasta katalyyttisysteemiä, joissa hiilidioksidin ja orgaanisen lähtöaineen reaktio voidaan tehdä ilman erillistä liuotinta sekä kaksi uutta katalyyttisysteemiä, joissa reaktiot tehdään käyttämällä erilaisia liuottimia. Vihreän kemian periaatteisiin kuuluu mm. jätteen synnyn ehkäisy sekä haitallisten liuotti- mien välttäminen, joten liuotinvapaan katalyyttisysteemin kehittämistä voidaan pitää mer- kittävänä tuloksena pyrittäessä kehittämään ympäristöystävällisempiä menetelmiä kemial- listen prosessien toteuttamiseksi. Tässä työssä käytetyt katalyyttimetallit titaani ja rauta - ovat ympäristölle vaarattomia ja siten vihreä kemian periaatteiden mukaisia. Organokata- lyysiä hyödynnettäessä voidaan myös välttää haitallisten metalliyhdisteiden käyttäminen.
  • Mei, Peng (2013)
    Väitöskirja käsittelee matemaattisia malleja monifermionisysteemeille. Erityisesti tavoitteena on kehittää menetelmiä, joilla voidaan paremmin ymmärtää ja analysoida elektronien spinvapausasteiden käytöstä kristallirakenteissa. Tätä ongelmaa lähestytään usein yksinkertaistettujen mallien kautta, joista ehkä kaikken eniten tutkittu on Hubbardin malli. Väitöskirjan keskeinen tulos on johtaa Hubbardin malliin liittyvä Boltzmannin kuljetusyhtälö heikon spinvuorovaikutuksen rajalla, sekä osoittaa, että tämä kuljetusyhtälö on hyvin määritelty yhtälön matemaattisesti poikkeuksellisesta rakenteesta huolimatta.
  • Vuollekoski, Henri (Helsingin yliopisto, 2010)
    Pienhiukkaset vaikuttavat monin tavoin maapalloon ja jokapäiväiseen elämäämme. Ne voivat esimerkiksi toimia pilvien tiivistymisytimiä, jolloin ne epäsuorasti viilentävät ilmastoa. Hengitettyinä pienhiukkaset voivat koostumuksestaan ja koostaan riippuen aiheuttaa vakaviakin oireita, mikä on Suomessakin havaittu erityisesti Venäjän metsäpalojen aikana. Pienhiukkaset ovat siis varsin luonnollinen ilmiö, vaikka ihminenkin toki pystyy niitä toiminnallaan tuottamaan. Luonnostaan hiukkasmuotoisen aineen (esimerkiksi hiekkamyrskyn) lisäksi pienhiukkasten muodostumista ympäröivistä kaasuista tiivistymällä on havaittu ympäri maailmaa. Muodostustapahtumaan liittyvien mekanismien tuntemus on kuitenkin yhä puutteellista. Lukuisat havainnot viittaavat kaasumaisen rikkihapon tärkeyteen, mutta toisaalta rikkihappoa ei kaikkialla ole tarpeeksi. Siksi on esitetty, että esimerkiksi pohjoisissa havumetsissä monimuotoiset mitattavat orgaaniset höyryt osallistuisivat joko hiukkasmuodostukseen tai ainakin hiukkasten varhaiseen kasvuun. Merialueilla puolestaan levistä ja planktonkasvustosta vapautuvat jodikaasut saattavat osoittautua tärkeiksi. Näiden hypoteesien kokeellista varmentamista on toistaiseksi vaikeuttanut kyseisten höyryjen mittaamista hankaloittavat fysikaaliset ominaisuudet. Tässä väitöskirjatyössä on tutkittu hiukkasmuodostusta ja vastamuodostuneiden hiukkasten kasvua laskennallisista lähtökohdista. Tutkimuksessa on käytetty kaikkia oleellisia fysikaalisia prosesseja kuvaavaa 0-ulotteista tietokonemallia, jonka kehitys on tässä työssä ollut suuressa osassa. Muita merkittäviä osa-alueita ovat olleet aineiston käsittelyyn tarvittavien menetelmien kehitys, erilaisten herkkyystarkastelujen suorittaminen sekä tietenkin malliajojen tuottaman aineiston tulkinta. Tässä työssä tehtyjä parametrisaatioita käyttäen tietokonemalli pystyy kuvaamaan luonnossa havaittuja hiukkasmuodostustapahtumia niin pohjoisten havumetsien, rannikkoalueiden kuin myös avomeren olosuhteissa. Hiukkasten muodostumisnopeuden määrittämistä on kehitetty ja ympäröivien olosuhteiden vaikutusta hiukkasmuodostustapahtumaan tarkasteltu. Lisäksi työssä kuvataan uusi laskennallinen menetelmä hiukkasia kasvattavien höyryjen määrittämiseksi.
  • Reijonen, Vappu (2010)
    Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria on klassinen teoria painovoimasta jatkuvan aika-avaruuden ja maailmankaikkeuden ainekenttien välisenä vuorovaikutuksena: kuinka niiden kehitys on kytkeytynyt toisiinsa. Pohjimmiltaan yleinen suhteellisuusteoria on postulaatti, eikä sen muoto sinänsä ole yksikäsitteinen teoreettiselta kannalta. Yleisesti uskotaankin, että yleinen suhteellisuusteoria on korvattava kvanttiteorialla gravitaatiosta, joka välttämättä näyttäytyy ainakin varhaisessa maailmankaikkeudessa ja aika-avaruuden alueilla, joissa kaarevuus on suurta - vrt. mustat aukot. Yritykset kvantisoida gravitaatiota - mukaanlukien käsitteellisesti uudet mallit aika-avaruuden ja materian luonteesta kuten säieteoria - ovat vihjanneet, että poikkeamia yleisestä suhteellisuusteoriasta saattaa esiintyä suhteellisen alhaisillakin energiaskaaloilla. Toisaalta on myös ehdotettu, että maailmankaikkeuden laajenemisen nykyinen kiihtyminen, joka tunnetaan pimeän energian ongelmana, saattaa olla peräisin gravitaation alueelta. Vaikkakin yleinen suhteellisuusteoria on läpäissyt käytännössä kaikki sille tehdyt tarkkuusmittaukset Maan päällä ja Aurinkokunnassa, sekä antanut muutoinkin johdonmukaisia ennusteita muutoinkin avaruusfysiikan ja tähtitieteen alueella, on aiheellista kysyä miksi efektiivisen painovoimateorian tulisi ottaa juuri yleisen suhteellisuusteorian muoto. Kuinka teorian ennusteet muuttuvat, jos yleistä suhteellisuusteoriaa muokataan? Entä kuinka pitkälle muutoksia ylipäätään voidaan tehdä ennenkuin rajoitukset kokeista tulevat vastaan? Voisiko teorian muokkaaminen tuottaa mukanaan uusia ilmiöitä, joita mittaamalla voitaisiin saada vihjeitä kvanttigravitaation luonteesta? Tämä väitöskirja käsittelee tiettyä painovoimamalliluokkaa, joka tunnetaan f(R)-teorioina. Erityisesti työssä keskitytään aiheeseen, kuinka painovoiman muuttaminen f(R)-teorian puitteissa saattaa vaikuttaa tähtien rakenteeseen ja kuinka teorioiden muotoa voidaan rajoittaa vertaamalla niiden ennusteita kokeellisiin havaintoihin Aurinkokunnasta sekä myös muista astrofysikaalisista kohteista. Näytämme myös, kuinka mallit, jotka eivät poikkea yleisestä suhteellisuusteoriasta Aurinkokunnan skaalalla, saattavat tuottaa hyvinkin poikkeavia ennusteita tiiviiden tähtien kuten neutronitähtien tapauksessa. f(R)-teorioiden luonteeseen liittyy, että on aiheellista keskustella avaruusaikaan liittyvän konnektion roolista vapaana muuttujana, ja siksi aihetta onkin painotettu johdannossa.
  • Lakkala, Kaisa (Helsingin yliopisto, 2010)
    Auringon säteilystä noin 8 % on ultraviolettisäteilyä (UV-säteily), jonka lyhyet aallonpituudet ovat haitallisia maapallon ekosysteemeille. Ilmakehän yläkerroksissa sijaitsevat otsonimolekyylit suojaavat kuitenkin maapalloa UV-säteilyn haitallisimmilta aallonpituuksilta. Ilmakehässä noin 15-30 km:n korkeudella sijaitsevassa stratosfäärin otsonikerroksessa on havaittu 1980-luvulta lähtien otsonin kausittaista vähenemistä erityisesti napa-alueiden läheisyydessä. Voimakkainta otsonin väheneminen on ollut etelänavan ympäristössä eteläisen pallonpuoliskon kevätaikaan. Suojaavan otsonikerroksen oheneminen herätti huolen maapallon pinnalle saapuvan UV-säteilyn mahdollisesta lisääntymisestä, ja järjestelmällinen UV-säteilyn mittaus aloitettiin monin paikoin 1980-luvun loppupuolella. Suomessa Ilmatieteen laitos aloitti spektrisen UV-säteilyn mittaukset Sodankylän mittausasemalla vuonna 1990. Mittausaikasarja on yksi Euroopan pisimmistä ja edustaa arktisen otsonikadon alueella tehtyjä UV-mittauksia. Korkeilla leveysasteilla tehtävät UV-mittaukset ovat haastavia runsaan ja vaihtelevan pilvisyyden, matalien auringon korkeuskulmien, kylmien lämpötilojen ja talvisten jäätämis- ja lumiolosuhteiden vuoksi. Korkealaatuiset tieteelliseen käyttöön soveltuvat UV-mittaukset vaativat järjestelmällisiä laadunvalvonta- ja laadunvarmistusmenetelmiä. Tässä työssä on kehitetty Ilmatieteen laitoksen Brewer-spektroradiometreillä mitatuille UV-mittauksille prosessointiketju, jossa tuotetaan tieteelliseen tutkimuskäyttöön soveltuvaa UV-mittausaineistoa. Ketju sisältää laadunvalvonta- ja laadunvarmistusmenetelmiä, jotka perustuvat laboratoriokarakterisointien mittaustulosten ja teoreettisten sovellutusten yhdistämiseen. Menetelmät ovat sovellettavissa muillekin UV-säteilyä mittaaville radiometreille. Uutta on mm. pilvisyyden vaihtelut huomioiva kosinikorjausmenetelmä, jolla on korjattu matalista auringon korkeuskulmista aiheutuva virhe mittaustuloksissa. Uusia menetelmiä on myös kehitetty lämpötilariippuvuudesta ja mittauskyvyn muutoksista aiheutuvien virheiden korjaamiseen pitkistä aikasarjoista. Mittausten laatua on arvioitu osallistumalla säännöllisesti kansainvälisiin vertailukampanjoihin. Ilmatieteen laitoksen spektroradiometrien ja Euroopan kiertävän QASUME-vertailuspektroradiometrin mittaustulosten erot ovat olleet noin 5 % tai vähemmän vuosina 2002-2010. Työssä analysoitiin Sodankylän spektrisen UV-säteilyn aikasarjassa esiintyviä lyhyt- ja pitkäaikaisia vaihteluja vuosina 1990-2001. Aikasarjaa kuvasti kuukausikeskiarvojen suuri vuosittainen vaihtelu, minkä seurauksena havaitut muutokset riippuivat valituista ajanjaksoista eivätkä olleet tilastollisesti merkittäviä. Kokonaisotsonin vaikutus UV-säteilyn vaihteluissa oli suurin keväisin, kun taas pilvisyyden vaikutus korostui kesällä. Tämän työn yhtenä osana on ollut osallistuminen Etelämantereen alueella sijaitsevan UV-säteilyä mittaavan mittausverkoston suunnitteluun ja toteuttamiseen. Mittausverkoston on perustanut espanjalainen Instituto Nacional de Meteorogía (INM) espanjalais-argentiinalais-suomalaisena yhteistyönä vuosina 1999-2000. Käytettävät mittalaitteet ovat NILU-UV-monikaistaradiometrejä. Tässä työssä on kehitetty mittausverkostolle soveltuvat laadunvalvonta- ja laadunvarmistusmenetelmät, jotka voidaan ottaa käyttöön muissakin vastaavissa mittausverkostoissa. Menetelmät perustuvat kaksi kertaa kuukaudessa tehtäviin lamppumittauksiin ja kiertävällä vertailumittarilla tehtäviin auringon UV-säteilyn mittauksiin. Kehitettyjen menetelmien avulla voidaan korjata laitteiden mittauskyvyn muutoksista aiheutuvat virheet, sekä saattaa verkoston eri mittausasemien mittaustulokset vertailukelpoisiksi keskenään. Tämä työ osoitti, että kiertävää NILU-UV-vertailumittalaitetta voidaan käyttää irradianssiskaalan siirtämiseen pohjoisen ja eteläisen pallonpuoliskon korkeiden leveysasteiden välillä. Lisäksi kiertävän NILU-UV-mittalaitteen vertailumittaukset spektroradiometrien kanssa osoittivat, että Euroopan arktisten alueiden ja Etelämantereen alueen UV-mittauksia on mahdollista vertailla keskenään.
  • Kivekäs, Niku (Helsingin yliopisto, 2010)
    Ilmakehässä on kaasujen lisäksi huomattava määrä kiinteitä ja nestemäisiä hiukkasia, joita kutsutaan pienhiukkasiksi tai aerosolihiukkasiksi. Näillä hiukkasilla on vaikutuksia ihmisten terveyteen, sekä valon ja lämpösäteilyn kulkuun ilmakehässä, ja sitä kautta ilmastoon. Suurin osa aerosolihiukkasista heijastaa auringon säteilyä (valoa) takaisin avaruuteen viilentäen ilmastoa. Lisäksi aerosolihiukkaset toimivat pilvipisaroiden tiivistymisytiminä vaikuttaen pilvien ominaisuuksiin ja myös sitä kautta takaisin avaruuteen heijastuvan säteilyn määrään. Kuitenkin aerosolihiukkasten ilmastovaikutukset tunnetaan paljon huonommin kuin vaikkapa kasvihuonekaasujen vaikutus. Suurimmat epävarmuustekijät ilmastonmuutostutkimuksessa liittyvät juuri aerosolihiukkasiin. Tässä väitöskirjatutkimuksessa on tutkittu pitkiä havaintosarjoja aerosolihiukkasten koosta ja lukumäärästä Suomessa Pallaksen mittausasemalta Lapista ja Utön mittausasemalta Saaristomereltä. Lisäksi on tutkittu hiukkasia Mount Waliguanin mittausasemalta Kiinasta. Pitkien havaintosarjojen lisäksi on aerosolihiukkasten ominaisuuksia tutkittu monipuolisemmin kahden mittauskampanjan aikana Pallaksella. Kiinassa vastaavia mittauksia ei ole aiemmin tehty kaupunkialueiden ulkopuolella. Mittauksissa havaittiin, että aerosolihiukkasten pitoisuus ilmakehässä oli korkeampi kuin vastaavilla alueilla muualla maailmassa. Tämä siitä huolimatta, että mittausasema sijaitsee kaukana kaikista merkittävistä päästölähteistä. Aerosolihiukkasten aktivoitumista pilvipisaroiksi tutkittiin Pallaksen mittauskampanjoissa. Tutkimuksessa havaittiin, että monet hiukkasten aktivoitumiseen vaikuttavat tekijät olivat voimakkaasti riippuvaisia siitä, miltä alueelta ilmamassa saapui Pallakselle. Lisäksi tutkittiin epäsuoraa menetelmää pilvipisaroiden määrän laskemiseksi mitatuista aerosolihiukkasten koko- ja lukumääräjakaumista. Aerosolihiukkasten lukumäärän ja tilavuuden suhdetta tutkittiin myös kaikilla kolmella mittausasemalla. Tämä suhdeluku vaihteli vuodenajan ja ilmamassan mukaan, mutta seurasi samalla tavoin lämpötilan vuodenaikaisvaihtelua kaikilla kolmella asemalla. Väitöstutkimuksessa kehitettiin myös uusi aerosolihiukkasten lukumäärän ja tilavuuden suhdelukuun perustuva parametrisaatio pilvipisaroiden määrän laskemiseksi. Uusi parametrisaatio on laskennallisesti kevyempi kuin nykyisin käytössä olevat vastaavat parametrisaatiot, ja soveltuu siksi paremmin käytettäväksi laskennallisesti raskaissa ilmakehämalleissa, joilla ennustetaan säätä ja ilmastonmuutosta.
  • Raento, Mika (Mika Raento, 2007)
    Läsnä-äly, jokapaikan tietotekniikka, ubiikki tietotekniikka tai arkipäivän tietotekniikka---nimestä riippumatta Mark Weiserin esittämä visio pitää sisällään ajatuksen tietokoneiden sulautumisesta arkipäiväämme ja ympäristöömme. Tietokoneet ovat muuttumassa samalla tavoin näkymättömäksi osaksi arkitoimiamme kuin kynä kirjoittajalle tai vasara työmiehelle. Tietokoneiden arkipäiväistyminen ja sulautuminen ei muuta vain tehokkuuttamme ja kykyjämme, vaan myös sitä, kuinka paljon ja minkä laista tietoa meidän arkitoimistamme kerääntyy. Tämän väitöksen tarkoituksena on pohtia sitä, miten tämä henkilötietojen keruun muutos voidaan tehdä järkevällä tavalla, niin että ihmisten on mahdollista itse tehdä päätöksiä yksisyisyydestään. Johtoajatuksena työssä on ollut, että ihmisten ymmärrystä ja tuntemuksia yksityisyydestä täytyy tutkia kokeellisesti, ei teoreettisesti. Väitöskirjassa on täten kaksi päätutkimuskysymystä: Ensinnäkin, miten voimme toteuttaa ja arvioida läsnä-älyjärjestelmiä jotka käsittelevät henkilötietoja, jotta oppisimme miten ihmiset niitä käyttävät? Toiseksi, miten ihmiset käyttävät tiettyä arkipäivän sovellusta: tilatietopalvelua, joka käyttäjän niin halutessa kertoo hänen liikkeistään, toimistaan ja tuntemuksistaan muille ihmisille? Väitöskirjassa on ensimmäisen kysymyksen vastauksena julkaistu vapaana lähdekoodina ohjelmistoalusta tilannetietoisten sovellusten kehittämiseen älypuhelimille, sekä kuvattu tällaisen ohjelmiston käyttöä ihmisten käyttäytymisen tutkimuksessa. Osoittautuukin että ohjelmisto joka kerää tietoja ihmisten arkikäyttäytymisestä jotakin sovellusta varten, antaa myös tutkijalle uudenlaisia mahdollisuuksia havainnoida käyttäytymistä. Toiseen kysymykseen ehkäpä tärkein vastaus on sosiaalipsykologisen itsestä kertomisen käsitteen soveltaminen tilatietojärjestelmään. Väitän tässä, että tiettyjä suunnitteluperiaatteita noudattamalla järjestelmä, joka kertoo käyttäjän arkitoimista muille, voi tulla osaksi käyttäjän yksityisyyden hallintaa sekä itsestä kertomista, ja sen käyttö voi olla jopa hauskaa ja miellyttävää. Järjestelmä tulisi rakentaa siten, että käyttäjä voi manipuloida ja kommentoida tietoa, jota hänestä kerätään ja luovutetaan, ja saada takaisin kommentteja muilta. Ihmisen käsitys arkitodellisuudesta rakentuu jatkuvassa vuorovaikutuksessa muiden ihmisten kanssa. Järjestelmän täytyy ottaa tämä huomioon, eikä olettaa, että ihmisten kokema todellisuus olisi jotenkin mekaanisesti mitattavissa ja kuvattavissa hänen käyttäytymisensä perusteella.
  • Vänskä, Simopekka (Suomalainen tiedeakatemia, 2006)
    Sirontateoriassa tutkitaan aallon siroamista. Kun homogeenisessa aineessa, tai tyhjiössä, etenevä aalto osuu epähomogeenisuuteen, tämä aiheuttaa aaltoon häiriötä, jota sanotaan sironneeksi aalloksi. Epähomogeenisuutta kutsutaan sirottajaksi. Se voi olla esimerkiksi kala vedessä, lentokone ilmassa, kasvain kudoksessa tai halkeama kattopalkissa. Aallot voivat olla esimerkiksi ääniaaltoja tai sähkömagneettisia aaltoja. Suorassa sirontaongelmassa tehtävänä on ratkaista sironnut aalto, kun alkuperäinen aalto ja sirottaja tunnetaan. Käytännössä tämä tarkoittaa tilannetta mallittavan osittaisdifferentiaaliyhtälösysteemin ratkaisemista - teoreettisesti ja numeerisesti. Koska luonnossa aalto aina siroaa jotenkin, niin yleensä suora ongelma on matemaattisestikin ratkeava, kunhan malli vain kuvaa luontoa riittävän hyvin. Sironnan inversio-ongelmassa, eli käänteisessä sirontaongelmassa, tehtävänä on määrittää sirottaja, kun tunnetaan kutakin alkuperäistä aaltoa vastaava sironnut aalto. Tämänkaltainen tilanne tulee tyypillisesti vastaan mittauksissa: lähetetään aaltoja kiinnostavalle alueelle, mitataan sirontaa, ja halutaan päätellä, mitä kiinnostavalla alueella on. Sironnan inversio-ongelmia on itseasiassa hyvin monenlaisia riippuen siitä, miten sirontaa mitataan ja mitä sirottajasta halutaan selvittää. Yleensä inversio-ongelmien minkäänlainen ratkeavuus ei ole lainkaan itsestäänselvää. Singulaaristen lähteiden menetelmällä on mahdollista ratkaista sirottajan muoto tietynlaisen mittausdatan avulla. Menetelmän idea on konkreettinen: Kuljet huudellen ympäriinsä ja kuuntelet omaa ääntäsi. Kun tulet lähelle seinää, äänesi heijastus seinästä kasvaa. Näin saat seinän paikan selville. Singulaaristen lähteiden menetelmässä tällainen "liikuteltava lähde" muodostetaan laskennallisesti mittausdatan avulla. Myös "heijastuksen kuunteleminen" suoritetaan laskennallisesti mittausdatan avulla. Sirottajan lähellä heijastus kasvaa suureksi ja näin saadaan sirottajan reuna selville. Väitöstyössä tarkastellaan lineaaristen Beltrami-kenttien suoraa ja käänteistä sirontaongelmaa. Vektorikenttä on lineaarinen Beltarmi-kenttä, jos sen pyörteisyys on verrannollinen kenttään itseensä paikasta riippumattomalla vakiolla. Tutkittavassa inversio-ongelmassa oletetaan sironnut kenttä tunnetuksi kaukana sirottajasta ja tehtävänä on määrittää sirottajan muoto. Työssä todistetaan sekä suoran että kyseisen käänteisen sirontaongelman ratkeavuus Beltrami-kentille. Lisäksi johdetaan kaavat, joilla singulaaristen lähteiden menetelmää voidaan soveltaa tarkasteltavassa tilanteessa ja lasketaan numeerisia esimerkkejä.
  • Kytölä, Kalle (Helsingin yliopisto, 2006)
    Väitöskirjan "Conformal field theory methods for variants of Schramm-Loewner evolutions" aiheena ovat kaksi lähestymistapaa kaksiulotteisen tilastollisen mekaniikan mallien kriittisen pisteen jatkumorajan tutkimuksessa, konformikenttäteoria ja Schramm-Loewner evoluutiot (SLE). 1980-luvulta alkaen teoreettisessa fysiikassa tällaisia kriittisiä ilmiöitä on tutkittu kvanttikenttäteorian menetelmin. Kriittisessä pisteessä mallit ovat skaalainvariantteja ja on paljon todisteita vielä vahvemmasta symmetriasta, konformisymmetriasta. Konformisymmetriaa kuvaa Virasoro algebraksi kutsuttu ääretönulotteinen Lien algebra. Niitä kvanttikenttäteorioita, joilla on tämä symmetria, sanotaan konformikenttäteorioiksi. Konformikenttäteoriaa käytetään myös nk. säieteorioissa, hiukkasfysiikan teorioissa jotka pyrkivät gravitaation kvanttiteoriaan. SLE:t ovat satunnaisia käyriä kaksiulotteisissa alueissa ja ne ovat konformisymmetriansa takia vahva ehdokas kuvaamaan kriittisen tilastollisen mekaniikan käyriä ja rajapintoja. Ne yhdistävät matemaattisesti Charles Loewnerin (Karl Löwner) idean viiltokuvauksista 1920-luvulta, todennäköisyysteoriaa ja tilastollisen fysiikan motivoimana oletetun konformisymmetrian. SLE:n tutkimus alkoi Oded Schrammin artikkelista vuodelta 1999. Alan uranuurtajista Wendelin Werner palkittiin töistään Fieldsin mitalilla vuonna 2006. Tässä väitöskirjassa tutkitaan konformikenttäteorioiden ja SLE:n välistä yhteyttä. Tilastollisen mekaniikan perusteella esitetään, miten yhteys voidaan ymmärtää. Työssä tarkastellaan erityisesti muunnelmia alkuperäisestä SLE:stä, jotka sallivat yleisempiä reunaehtoja. Näistä muunnelmista moni-SLE:t kuvaavat useita käyriä samassa alueessa ja niiden topologisten konfiguraatioidenn yhteyttä konformikenttäteorian käsitteisiin operaattoritulokehitelmä ja konforminen blokki selvitetään. Myös konformikenttäteorioiden Coulombin kaasu menetelmän näytetään soveltuvan joihinkin SLE:n muunnelmia koskeviin kysymyksiin. Työssä osoitetaan myös, että lähestymistapojen yhteys mahdollistaa SLE:n tiettyjen suureiden luokittelun kvanttikenttäteorioiden konformisymmetriaan liittyvän Virasoro algebran avulla. Erityisesti tätä luokittelua sovelletaan kahteen tunnettuun SLE:hen liittyvään avoimeen ongelmaan, SLE:n kääntämiseen ja duaalisuuteen. SLE:n kääntämisellä tarkoitetaan kysymystä onko SLE-käyrä samanlainen alusta loppuun kuin lopusta alkuun. Duaalisuus taas liittyy kysymykseen onko tietyn SLE:n nk. rungon reuna paikallisesti samanlainen kuin toisen SLE:n käyrä. Työssa saadut tulokset antavat tukea näille otaksumille. Työn menetelmillä voidaan jatkossa parantaa ymmärrystä SLE:istä ja mahdollisesti muista samankaltaisista konformisymmetrisistä satunnaisista käyristä.
  • Hännikäinen, Outi-Kristiina (Siirtolaisuusinstituutti, 2010)
    Maisemalla on keskeinen rooli yksilön ja yhteisöjen identiteettien muodostuksessa; identiteettiä ilmaistaan maiseman avulla ja maisema vaikuttaa identiteettien syntyyn ja ylläpitoon. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan sitä, miten suomalaisten asuttaman, Kanadan Saskatchewanissa sijaitsevan New Finlandin eli Uuden Suomen maisema on ilmentänyt siirtolaisten ja heidän jälkeläistensä suomalaista alkuperää, muuttuvia ideologioita, arvoja ja yhteisöllisyyttä sekä suomalaisuuden merkityksiä eri aikoina. Tutkimuksesta selviää myös se, mitkä tekijät ovat vaikuttaneet suomalaisuuden ilmentymiseen. Tutkimus keskittyy arkipäivän maiseman keskeisiin elementteihin: rakennuksiin, hautausmaihin sekä henkilön- ja paikannimistöön. Tarkastelu alkaa suomalaisen asutuksen alkamisesta vuonna 1888 ja päättyy vuosituhannen vaihteeseen. Tutkimus perustuu visuaalisiin havaintoihin, joita kirjallisuus, kuvat ja haastattelut täydentävät. Tutkimuksessa sovelletaan laadullista, tulkinnallista lähestymistapaa, joka etenee havainnoista maiseman taustalla vaikuttaviin valtasuhteisiin ja yhteiskunnallisiin prosesseihin. Tuloksissa erotetaan viisi kronologista maisemajaksoa, jotka eroavat toisistaan siinä, millaisia merkityksiä suomalaisuus ja suomalainen identiteetti ovat asukkaiden keskuudessa saaneet sekä siinä, millaisena ja millä ehdoilla suomalaisuus on maisemassa ilmentynyt. Kanadan siirtolaisuuspolitiikalla ja maailmanpoliittisilla tapahtumilla on suuri merkitys maisemajaksojen muodostumisessa. Esimerkiksi toisen maailmansodan aikana hallinto rajoitti suomalaisten toimintaa ja kansallisten symbolien käyttöä, koska Suomi ja Kanada olivat toistensa vihollisvaltioita. 1960 70-lukujen assimilaatiojakson jälkeen monikulttuurisuuspolitiikka puolestaan motivoi suomalaisten juurien näkyväksi saattamista 1980-luvulla. Juurien maisemallistamisella eli esiintuomisella asukkaat osoittavat syntyperänsä merkitykselliseksi. Muistamisen maisemassa suomalainen identiteetti on kytkeytynyt erityisesti suomen kieleen, kulttuuritraditioihin ja uudisasukkailta periytyneeseen arvomaailmaan, jossa keskeisintä on ollut evankelis-luterilainen uskonto ja sen työetiikka. Maisema ilmentää myös sitä, että uudisasukkaiden osallistuminen Saskatchewanin rakentamiseen on tärkeä osa asukkaita yhdistävää narratiivia. Unohtamisen maisema puolestaan sisältää yhteisön tietoisesti unohtamaa historiaa, johon kuuluvat muun muassa ajoittaiset seurakuntien väliset ristiriidat. Uuden Suomen maisematutkimus auttaa tutkimaan ja ymmärtämään myös muiden siirtokuntien ja yhteisöjen monimuotoista identiteettien maisemaa. Tulokset osoittavat, että maiseman avulla on mahdollista löytää uusia näkökulmia useiden eri tieteenalojen tutkimukseen.
  • Bäcklund, Pia (Helsingin kaupungin tietokeskus, 2007)
    Tutkimus käsittelee kuntalaisten osallistumista ja kuntademokratian toimivuutta. Toimivan kuntademokratian edellytyksenä nähdään kuntalaisten mahdollisuus määritellä niitä asioita, joita kuntien suunnittelussa pitäisi käsitellä. Osallistuminen ei ole vain reagoimista jo johonkin olemassa olevaan, vaan aktiivista uusien näkökulmien esille tuomista osaksi suunnittelua. Tutkimuksessa kysytään, mahdollistavatko kuntien suunnittelun ja päätöksenteon käytännöt kuntalaiselle myös tällaisen roolin. Menetelmällisesti tutkimus kiinnittyy ymmärtävään, hermeneuttiseen tutkimusperinteeseen. Tutkimuksen lähtökohtana on, että tarvetta osallistumisen vahvistamiseen ehdollistaa se, millaisiksi viranhaltijoiden, luottamushenkilöiden ja kuntalaisten toimijaroolit mielletään suunnittelun tietopohjan rakentamisessa. Myös toimijoiden omat käsitykset ja kokemukset vaikuttavat näiden roolien tulkintoihin. Tutkimus jakaantuu kahteen osaan. Kuntalaisten mahdollisuutta pätevän (legitiimin) tiedon tuottamiseen tarkastellaan ensin käsitteellisistä lähtökohdista, aikaisempaan tutkimuskirjallisuuteen nojautuen. Tavoitteena on tuottaa yleiskuva suomalaisesta monitieteisestä osallistumiseen liittyvästä keskustelusta, jota peilataan kuntien toimintatapojen muutoksia käsittelevään keskusteluun. Lopuksi rakennetaan tulkintakehikko, jossa erilaisia kunnan toiminnan tapoja vertaillaan kuntalaisten mahdollisuuksiin määritellä suunnittelun tietopohjaa. Toisessa osassa kuntalaisten tuottaman informaation hyödyntämistä tarkastellaan kuntalaisten ja poliittis-hallinnollisten prosessien toimijoiden omien kokemusten kautta. Tavoitteena on ymmärtää millä tavalla poliittis-hallinnollisten prosessien käytännöt jo sinällään määrittelevät laadukasta ja tarpeellista tietoa ja siten ehdollistavat kuntalaisten mahdollisuutta aktiivisen tiedon tuottamiseen. Tarkastelun ytimessä on kunnallishallinnon pragmaattinen tietokäsitys ja erityisesti kysymys siitä, missä kohdin suunnittelun prosesseja on tilaa erilaisten näkökulmien kohtaamiselle. Tutkimuksen tuloksena esitetään, että kunnallishallinnon käytännöt eivät tue kuntalaisten kokemuksellisen tiedon systemaattista hyödyntämistä. Tähän vaikuttaa kaksi seikkaa: ensinnä, käytäntöjen kautta rakentuva tietokäsitys edellyttää tiedon epäpoliittisuutta. Toiseksi, on myös epäselvää, missä kohdin suunnitteluprosesseja ja millä perustein saatua informaatiota arvotetaan. Ratkaisuksi esitetään komplementaarista tietokäsitystä, jossa tietämisen politiikka on itsestään selvästi läsnä myös todellisuuteen liittyvien tulkintojen tasolla. Demokraattinen toiminta edellyttää mahdollisuutta asioiden politisoimiseen. Avainsanat: osallistuminen, kuntademokratia, suunnittelun tietopohja, kokemuksellinen tieto
  • Eronen, Jussi Tuomas (Suomen Eläin- ja Kasvitieteellinen Julkaisutoimikunta, 2006)
    Väitöskirjani käsittelee menneen ajan nisäkkäitä ja ilmastoa. Tutkimukseni keskittyy kasvinsyöjänisäkkäisiin ja niiden yhteisörakenteeseen Euraasiassa 24-2 miljoonaa vuotta sitten. Tänä aikana ympäristössä tapahtui suuria muutoksia, jotka näkyvät nisäkäsyhteisöissä. Kasvinsyöjänisäkkäiden levinneisyys ja nisäkkäiden muodostamien yhteisöjen kehitys on yhteydessä ilmastoon ja menneen ajan maantieteeseen. Yhteys muodostuu paljolti ravinnon, eli kasvillisuuden kautta, ja on siten hyvin vahvasti siteissä ilmaston kehitykseen. Väitöskirjassani selvitän myös nisäkäsyhteisöjen rakenteen ja kasvillisuuden yhteyttä ja kehitystä, sekä pyrin näyttämään kuinka näiden maantieteellinen erilaisuus muuttuu ajan kuluessa. Tutkin myös kuinka muutokset ilmakehän kierrossa ovat vaikuttaneet ympäristönkehitykseen ja siten kasvinsyöjänisäkkäisiin. Tutkimalla menneen ajan kasvinsyöjänisäkkäiden levinneisyyttä ja lajikoostumusta eri alueilla voidaan saada selville monia asioita ilmaston kehityksestä. Nisäkkäät ovat tähän erinomainen lähde, koska niitä löytyy suhteellisesti paljon ja laajalta alueelta. Tutkimukseni kohteena olleelta ajalta (24-2 miljoonaa vuotta sitten) löytyy ajanjaksoja, jolloin ympäristö-olosuhteet olivat hyvin erilaisia verrattuna nykyisiin. Silti fysikaaliset prosessit ja olosuhteet ovat tarpeeksi lähellä nykypäivää, jotta tulokset voidaan ymmärtää nykypäivän olosuhteiden valossa. Tietyt ajanjaksot ovat olleet olosuhteiltaan hyvin samankaltaisia kuin ennusteet ja mallit kuvaavat tulevaisuuden olevan, kun nyt tapahtumassa oleva ilmastonmuutos muuttaa olosuhteita. Mennyt aika tarjoaa näyteikkunan näihin ympäristöihin ja myös siihen, mitä tapahtuu ympäristössä, kun ilmakehän kierto muuttuu nopeasti. Tutkimalla menneisyyttä voidaan selvittää, mihin tuleva ilmastonmuutos saattaa johtaa, ja minkälaisia vaikutuksia sillä on eläimiin ja kasveihin. Tutkimukseni kohde, fossiiliset kasvinsyöjänisäkkäät, on tärkeä lähde, jota tulevaisuudessa voidaan hyödyntää yhä enemmän menneen ajan ympäristöjen tulkinnassa.