Ajassa muuttuvia ilmiöiden tutkiminen on keskeisessä asemassa kaikilla matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan laitoksilla ulottuen alkuräjähdyksestä nykyaikaisten kaupunkien kehitykseen. Matematiikan keinoin ajassa muuttuvia systeemejä kuvataan dynaamisten systeemien teoriassa. Dynaamisia systeemejä käytetään niin fysikaalisten, kemiallisten ja biologisten kuin myös teknillisten ja yhteiskunnallisten ilmiöiden mallinnuksessa.

voutilainen_avaruus

 

Kumpulan kampuksen vahvuuksia ovat erityisesti matemaattisen fysiikan ja biomatematiikan dynaamiset mallit kuten epätasapainosysteemit, ekologiset, evolutiiviset ja epidemiologiset mallit, sekä dynaamisten systeemien matemaattinen teoria ja fraktaalien teoria.

Fysikaalinen maailmankaikkeus syntyi alkuräjähdyksessä ja kehittyy ajallisesti kaikissa mittakaavoissa kvantti-ilmiöistä koko universumiin. Tämän ajallisen kehityksen kuvailuun tarvitaan monipuolisia ajasta riippuvia matemaattisia, fysikaalisia ja kemiallisia malleja. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta panostaa alkeishiukkasfysiikan ja kosmologian yhteyksien tutkimukseen mm. osallistumalla aktiivisesti työskentelyyn Euroopan hiukkastutkimuskeskuksessa CERN:issä. Aurinkokunnan, tähtien ja koko maailmankaikkeuden kehitykseen liittyviä ongelmia ratkotaan käyttäen Euroopan avaruusjärjestön ESA:n avaruudessa toimivia havaintolaitteita ja Euroopan eteläisen observatorion ESO:n suuria teleskooppeja.

Kemiallisten reaktioiden tai faasimuutosten mekanismit, nopeudet ja niihin vaikuttavat ulkoiset tekijät ovat sekä perustutkimuksellisesti että sovellusten kannalta ensiarvoisen tärkeitä tutkimuskohteita. Mm. ihmisen hyödyntämien materiaalien ominaisuudet määräytyvät kemiallisten sidosten ja molekyylienvälisten vuorovaikutusten ajallisesta yhteisvaikutuksesta. Alan tutkimusta tehdään sekä laskennallisesti että kokeellisesti hyödyntäen kampuksen korkeatasoisia spektroskooppisia laitteistoja sekä kansainvälisiä säteilyä tuottavia infrastruktuurikeskittymiä.

Maa on dynaaminen planeetta ja geologiset prosessit vaikuttavat paitsi sen rakenteeseen myös sen pinnalla vallitseviin olosuhteisiin kuten mannerten syntyyn ja liikkeeseen, pinnanmuotoihin sekä ilmakehän koostumukseen.Alkuaineiden jakautuminen maankuoressa ja niiden isotooppisuhteet heijastavat maankuoren evoluutiota läpi geologisen historian. Tiedekunnassa keskitytään maan kuoren historian ja dynamiikan tutkimuksiin, joissa ansiokkaasti hyödynnetään mm. isotooppi-, hivenalkuaine- ja seismisiä nopeusanalyyseja.

Myös elämän prosessit ovat osa maan dynaamista systeemiä, ja kiinteässä vuorovaikutuksessa geologisten prosessien kanssa. Tiedekunnassa panostetaan geologisen aikaskaalan evoluutio- ja sukupuuttodynamiikkaa selittäviin prosesseihin sekä viime vuosituhansien ilmaston ja kasvillisuuden kehitykseen.

Tutkimus toteutuu monitieteellisessä verkostossa, johon kuuluu ilmastonmallinnusta, sedimentologiaa, isotooppigeokemiaa, ekologiaa, polveutumisselvitystä ja kehitysbiologiaa. Tiedekunnassa mallinnetaan myös luonnonvalintaan perustuvaa evoluutiota, jolloin erityisen mielenkiinnon kohteena ovat ekologian (populaatiodynamiikan) ja evoluution väliset vuorovaikutukset (adaptiivinen dynamiikka). Aluejärjestelmien perustana ovat ilmiöiden sijainti ja levinneisyys, ihmisen toiminnan alueelliset säännönmukaisuudet sekä ihmisen suhde tiloihin ja paikkoihin.

Yhteiskunnan rakenteellinen kehitys on nopeiden muutosten keskellä. Järjestelmien avulla tutkitaan ja mallinnetaan yhteiskuntakehityksen dynaamisia muutostekijöitä, myös yhteiskunnan ja luonnon vuorovaikutusta. Tutkimusaiheita ovat kaupunkien alueellinen erilaistuminen ja ympäristövaikutukset, alueiden käyttö ja suunnittelu, innovaatioiden synty ja leviäminen, erilaiset väestöön liittyvät ilmiöt kuten muuttoliike ja maahanmuutto.

Tutkimus perustuu pääasiassa ilmiöiden taustalla vaikuttaviin prosesseihin, mutta kaupunkien kehitystä tarkastellaan myös subjektiivisesti yksilön kokemusten, tunteiden ja elämysten kautta tai ihmisten sosiaalisen vuorovaikutuksen kenttänä. Dynaamisten systeemien matemaattiseen tutkimukseen liittyy valtakunnallinen ”Analyysin ja dynamiikan huippuyksikkö” sekä Euroopan tutkimusneuvoston ERC:n ”Advanced Investigator Grant”-rahoitus ja kosmologian alalla toimii akatemiaprofessori. Kaupunkitutkimukseen on myönnetty mm. kansainvälistä ERA-NET NORFACE –rahoitusta.