tiheysvaihteluista

Tiheysvaihtelut ovat tilastollisia poikkeamia paikallisen tiheyden ρ(r) ja sen tilastollisen keskiarvon 〈ρ〉 välillä. Ne esiintyvät kaikissa aineissa ja mittakaavoissa, esimerkiksi nesteissä, kaasuissa, kiinteissä sekä kosmisen mittakaavan ilmiöissä. Tiheysvaihteluita kuvataan usein korrelaatiofunktiolla g(r) ja rakenteellisella tekijällä S(k). Niiden voimakkuus riippuu lämpötilasta, paineesta ja vuorovaikutuksista; termodynaaminen epävarmuus yhdistää tiheyden vaihtelut systeemin vasteeseen, kuten isothermal compressibility κ_Tiin.

Käytännön ilmiöissä tiheysvaihtelut voivat kasvaa suuremmiksi kriittisillä pisteillä, jolloin korrelaatioetäisyys ja vaihtelujen mittakaava suurenevat. Tämä ilmiö tunnetaan kriittisenä opalesenssina. Tiheysvaihteluita mitataan ja mallinnetaan useilla tekniikoilla, kuten valon-, neutroni- tai röntgensäteilyn hajonnan sekä suoraan kuviantamalla tapahtuvien tiheyden epätasaisuuksien kautta. Rakenteelliset tekijät ja mittaustulokset tarjoavat tietoa aineen faasien ominaisuuksista sekä dynamiikan aikaskaaloista.

Kosmologiassa tiheysvaihtelut tarkoittavat varhaisen universumin epämuutoksia, jotka inflation aikana muovasivat suuria rakenteita ja toimivat galaksien sekä galaksijoukkojen siemeninä. Niitä tutkitaan CMB:n anisotropioiden ja galaksijakauman tilastollisten ominaisuuksien avulla. Niille annetaan kuva kaksipisteisen korrelaatiofunktion tai power spectrumin P(k) kautta, joka kuvaa vaihtelujen voimakkuuden eri mittakaavoilla.