Dynamiska system från Big Bang till samhälle

Studiet av fenomen som förändras i tiden utgör en central del av forskningen vid alla institutioner vid matematisk-naturvetenskapliga fakulteten, ett ämnesområde som sträcker sig från urexplosionen till moderna städer. Med hjälp av teorin för dynamiska system beskrivs system som ändras i tiden med matematiska modeller. Dynamiska system används vid modellering av såväl fysikaliska, kemiska och biologiska som tekniska och sociala företeelser.

voutilainen_avaruus

 

Campus Gumtäkts styrkeområden är i synnerhet dynamiska modeller inom matematisk fysik och biomatematik såsom icke-jämviktssystem, ekologiska, evolutionära och epidemiologiska modeller, samt matematiska teori såsom dynamisk systemteori och fraktalteori.

Det fysikaliska världsalltet föddes i stora smällen och utvecklas över tiden och i alla skalor från kvantfenomen till hela universum. För att beskriva denna utveckling behövs det mångsidiga tidsberoende matematiska, fysikaliska och kemiska modeller. Matematisk-naturvetenskapliga fakulteten satsar på forskning i förhållandet mellan elementarpartikelfysik och kosmologi bl.a. genom att aktivt delta i arbetet vid den europeiska forskningsorganisationen CERN.

Problemställningar i anslutning till solsystemets, stjärnornas och universums utveckling undersöks med hjälp av Europeiska rymdorganisationen ESA:s observationsutrustning i rymden och de stora teleskopen vid det södra observatoriet ESO.

Kemiska reaktioner eller fasförändringar, deras mekanismer, hastigheter och de yttre omständigheter som påverkar dem är mycket viktiga forskningsobjekt både inom grundforskning och med tanke på tillämpningar. Bl.a. egenskaperna hos material som människan använder bestäms av samverkan mellan kemiska bindningar och intermolekylär växelverkan. Forskningen inom området är både komputativ och experimentell och utnyttjar de exklusiva spektroskopiska instrument som finns på Campus Gumtäkt och internationella infrastrukturenheter som producerar strålning

Jorden är en dynamisk planet och de geologiska processerna påverkar förutom jordens struktur också förhållandena på dess yta, dvs. kontinenternas uppkomst och rörelser, jordytans former och atmosfärens sammansättning. Grundämnenas fördelning i jordskorpan och deras isotopförhållanden avspeglar jordskorpans evolution och geologiska historia

Forskningen vid fakulteten är koncentrerad till jordskorpans historia och dynamik, och man utnyttjar med framgång metoder som isotop- och spårämnesanalys och seismiska hastighetsanalyser. Också livsprocesserna är en del av jordens dynamiska system och samverkar nära med de geologiska processerna.

Fakulteten satsar särskilt på processer som förklarar evolutionens och utdöendets dynamik i geologisk tidsskala, samt klimatets och växtlighetens utveckling under de senaste årtusendena. Forskningen bedrivs i ett multidisciplinärt nätverk som omfattar klimatmodellering, sedimentologi, isotopgeokemi, ekologi, fylogenetisk analys och utvecklingsbiologi. Vid fakulteten modelleras också evolution genom naturligt urval, i synnerhet växelverkan mellan ekologi (populationsdynamik) och evolution (adaptiv dynamik).

Spatiala system beskriver företeelsers läge och spridning, spatiala regelbundenheter i fråga om mänsklig verksamhet och människans förhållande till rum och platser. Samhällets strukturella utveckling präglas idag av snabba förändringar. Med teoretiska system som utgångspunkt undersöks och modelleras dynamiska förändringsfaktorer i samhällsutvecklingen, också samspelet mellan samhälle och natur.

Forskningsämnen är städernas regionala differentiering och miljökonsekvenser, markanvändning och planering, innovationer och deras spridning och olika företeelser som har att göra med befolkningen, t.ex. migration och invandring. Forskningen baserar sig främst på processerna bakom fenomenen, men städernas utveckling granskas också subjektivt utifrån individens erfarenheter, känslor och upplevelser eller som en arena för socialt samspel mellan människor.

Till den matematiska forskningen i dynamiska system ansluter sig den nationella ”Spetsenheten för analys och dynamik” samt Europeiska forskningsrådet ERC:s ”Advanced Investigator Grant”-finansiering. Fakulteten har också en akademiprofessor i området kosmologi. Stadsforskningen har bl.a. beviljats internationell ERA-NET NORFACE-finansiering.