maanantai 8. lokakuuta 2018

Sielu, psykologia ja kirjallisuus

On tavallista ajatella, että käsityksemme maailmasta kehittyvät, ja yhtä tavallista on ajatella, että kehitys on tasaista. Se tapa, miten me ajattelemme nyt, on ollut olemassa aikaisemminkin, ehkä vain hieman yksinkertaisemmassa muodossa. Mutta ehkä asia ei olekaan niin, vaan aivan toisin. Voisi luulla, että psykologoa on vanha ajattelun traditio, mutta voidaan myös väittää, että moderni psykologia on vain noin 200 – 300 vuotta vanha asia. Oikeastaan se on uudempi tiede kuin fysiikka. Se on aika hätkähdyttävää.

Ryhdyin ajattelemaan, onko aina ollut psykologiaa? Mitä oikein on psykologia? Ilmeisesti se on ihmisen ”henkistä” puolta tutkiva tiede. Psykologian vanhentunut nimi on suomen kielessä ”sielutiede”. Mutta asiassa tuntuu olevan ristiriita. Sielu on jonkinlainen ihmisessä asuva aineeton henki. Jumalan ihmiskehoon puhaltama. Miten aineetonta henkeä muka voisi tutkia?

Onhan tähän eräs ratkaisu. Voisihan tuo henki tutkia itseään. Ihminen voi ajatella itseään, ja niinhän ihminen toki tekeekin. Antikin ajoista alkaen ajattelijat ovat ajatelleet myös ihmistä. He ovat ajatelleet ihmistä hänen kykyjensä näkökulmasta. Mitä hän osaa tai muistaa? Viisauden ja älykkyyden eri muodot on tunnettu pitkään. Mutta vielä tärkeämpää on ajatella ihmistä moraalin näkökulmasta. Mikä on oikein ja mikä väärin – ja millaisia moraalisia taipumuksia ihmisellä on. Ne näyttäytyvät hyveinä tai niiden puuttumisena. Jopa paheina.

Uskonnot toivat ajatteluun mukaan synnin. Uskonto asettaa ihmiselle eräänlaisen moraalisen auktoriteetin ja esikuvan: jumaluuden. Jossain vaiheessa tuo auktoriteetti alkoi korostaa itseään. Oikein tekemisen rinnalle nousi kuuliaisuus tuolle auktoriteetille, ja sen puute eli synti. Ilmeisesti tämä kuvio liittyy valtaan. Kuuliaisuuden tulee kohdistua myös jumaluuden edustajiin. Papistoon ja niihin jotka seisovat heidän takanaan. Ihmiskunnan historiassa kuuliaisuus ajaa oikein tekemisen ohi, yhä uudelleen ja uudelleen. Voisi ajatella, että uskonto turmelee moraalin, eikä ajatus ole lainkaan uusi eikä vieras. Mutta onko se oikea johtopäätös? Asia voisi olla toisinkin. Ehkä uskonto tulikin ensin, ja moraali ja oikein tekeminen on myöhempää pintakoristelua. Silloin uskonnosta jää jäljenne paljaampi ja raadollisempi kuva.

Mutta mitä muinaisesta psykologiasta jää jäljelle? Ajattelevan ihmisen moraalinen kamppailu? Vai ehkä realistisemmin, arkipäivän järkevyys ja siihen ripustetut kuvitellut ylärakenteet, jotka saattaisivat ohjata käyttäytymistä silloin, kun se ei selity järkevän harkinnan kehikolla. Mutta onko tämä psykologiaa? Antaako se meille uskottavaa tietoa ihmisestä? Vai olisiko olemassa konkreettisempaa perustaa?

Kirjallisuus käsittelee uudella tavalla ihmisenä olemista. Psykologinen kaunokirjallisuus syntyi vähitellen, uuden ajan myötä. Merkittävää on, että ihmistä tarkastellaan nyt ulkopuolisen silmin ja siksi myös aiempaa objektiivisemmin. 1300- luvulla ilmestyneessä Decameronessa ei mielestäni ole vielä psykologista. Siinä on runsaasti henkilöitä ja tapahtumia, muta teksti ei houkuttele syvälliseen pohdintaan. Henkilöt joutuvat eriskummallisiin tilanteisiin, reagoivat eri tavoilla, ja heille käy joko hyvin tai huonosti. Sen sijaan pidän Cervantesin Don Quijotea (1605) jo varsin vahvasti psykologisena – se saa meidät pohtimaan henkilöitään. Hidalgon käytös askarruttaa, ja myös se, mikä saa Sancho Panzan kiintymään isäntäänsä ja puolustamaan häntä. Ei toki pelkkä yksinkertaisuus.

Suuret psykologiset romaanit syntyivät 1800- luvulla. Minusta tuntuu, kuin se olisi jonkinlainen hyökyaalto. Valistuksen myötä syntynyt ihmiskuva ei ole rationaalinen, kuten usein väitetään. Ei ainakaan olennaisesti. Se on ennen kaikkea psykologinen. Valistus on luonut uuden ja syvällisen ja uskonnosta irtautuneen ajattelutavan. Itse näen esimerkiksi Dickensin, Dumas’n, Hugon, Balzacin ja Flaubert’n juuri psykologisina kirjailijoina, vaikka heihin liitetään toki muitakin määreistä. Venäjä on vielä silmiinpistävämpi tapaus. Venäjän suuri kirjallisuus on ehdottoman psykologista. Ehkä valistuksen aalto iski vanhoilliseen Venäjän vielä voimallisemmin kuin Länsi-Eurooppaan, ja sen synnyttämä reaktio, vuosikymmeniä myöhässä, oli juuri kirjallinen.

Euroopassa tapahtui siis valistusaikana jotain, joka loi uudenlaisen psykologisen ihmiskuvan. Se näyttää liittyvän sieluun, juuri sielu tuntuu olevan asioita sekoittava ainesosa. Näyttää vakavasti siltä, että tieteellinen psykologia saattoi syntyä vasta, kun sielua alettiin panna viralta. Minuun teki suuren vaikutuksen George Makarin kirja Soul machine (2016), joka kuvaa tätä prosessia.

Usein muutos lähtee liikkeelle konfliktista. Tässä tapauksessa konfliktin syynä oli mielenhäiriöt ja mielisairaudet. Niitä oli siihen asti pidetty joko synnin seurauksena tai pahojen henkien riivauksena. Tämä ei enää sopinut valistuksen aatemaailmaan. Olihan sairautta ylipäätään pidetty rangaistuksena tai riivauksena, ja tämäkin näkemys alkoi horjua. Ennakkoluulottomat lääkärit alkoivat kokeilla, ja kokeet tuottivat myös tuloksia. Rankaisemisen asemasta potilaille annettiin mahdollisuus levätä ja rauhoittua. Läheskään kaikkia mielisairaita ei tietenkään voitu parantaa, mutta muutos potilaiden ennusteessa oli merkittävä. Psykologia alkoi vähitellen saada muotoaan itsenäisenä tieteenä, ja siihen liittyi pysyvästi myös ajatus terapiasta. Psykologia sai erään tehtävän ja tarkoituksen: parantaa ihmisiä. Mutta jäljelle jäi vielä suuri arvoitus: miten ymmärtää ihmistä.

Valistuksen henki tarjoaa ratkaisuksi erään psykologian menetelmän. Vain sellaista voi ymmärtää, mitä voi tutkia ja mitata objektiivisin menetelmin. Vuonna 1879, saksalainen Wilhelm Wundt perusti ensimmäisen kokeellisen psykologian laboratorion. Wundtin laboratorio merkitsi oikeastaan tieteellisen psykologian syntymistä. Toinen merkittävä kokeellisen psykologian suurhahmo oli venäläinen Ivan Pavlov. Mutta oliko ihmisen käyttäytymisen ja havaintokyvyn tutkimuksessa kaikki, mitä tieteellä on psykologiaan sanomista?

Joidenkin mielestä oli. Syntyi behaviorismi- niminen psykologian suuntaus. Sen jyrkimmät edustajat, kuten amerikkalainen B. F. Skinner kiistivät kokonaan ihmisen henkilökohtaiset tunteet ja ajatukset pelkkinä illuusioina. Mutta kaikki eivät kuitenkaan olleet samaa mieltä. Jopa Willhelm Wundt kiinnitti uransa loppupuolella huomionsa niin sanottuun kansanpsykologiaan. Kliiniset psykologit pyrkivät auttamaan ihmisiä ja parantamaan mielen häiriöitä erilaisten terapioiden avulla. He nojaavat siinä ikivanhaan traditioon: terapiaa antavat psykologit ovat puheella parantajia. Jotta he voisivat onnistua tehtävässään, heidän pitää ymmärtää potilaitaan, mutta myös potilaiden pitää ymmärtää heitä. Psykologilla ja hänen asiakkaallaan pitää olla yhteinen kieli.

Tietenkin psykologeille kehittyy myös pidemmälle erikoistunut ammattikieli, jota asiakkaiden ei ole yhtä helppo käsittää. Toisaalta psykologien erityistermeillä voi olla jopa terapeuttista tehoa, ne toimivat kuin maagiset loitsut.

Joka tapauksessa psykologialla on terapeuttisen käytön takia ainutlaatuinen suhde siihen käsitykseen, mikä ihmisillä on psykologiasta ja ylipäätään ihmisenä olemisesta. Se ei helposti voi irtaantua kansanomaisesta tiedekäsityksestä, ei edes silloin kun tutkimustulokset vihjaavat jotain muuta. Siinä mielessä se poikkeaa monesta muusta tieteenalasta. Neuropsykologia tuottaa tällä hetkellä radikaaleja uusia ajatuksia, mutta ne kohtaavat vastustusta. Keskustelu vapaasta tahdosta on tästä hyvä esimerkki.

lauantai 6. lokakuuta 2018

Prahan ylioppilas – ja muita opettavaisia kauhukertomuksia

Aikanaan ”lauantain toivotuissa”, ja nykyäänkin vastaavissa ”sävel on vapaa”- konserteissa kuuluu säännöllisesti vuosikymmeniä hallinnut kestosuosikki: Berliinin satakielen, Miliza Korjusin laulama Warum? (Miksi?). Tämä Goethen runoon sävelletty pateettinen ja kohtalontuntuinen rakkauslaulu levytettiin jo vuonna 1935, ja totta kai myös toinen ”lauantain toivottujen” suosikki Mauno Kuusisto on sen levyttänyt. Minua ei niinkään kiinnosta itse laulu, vaan se, että sen sanotaan olevan elokuvasta Prahan ylioppilas. Se näyttää nykyään olevan täysin tuntematon. Mutta onneksi on meillä internet, joka helpottaa suuresti asioiden penkomista. Kunhan muistetaan lähdekritiikin jalo taito.

Prahan ylioppilaasta on tehty kolmekin elokuvaa. Niistä ensimmäinen on Paul Wegenerin vuonna 1913 Saksassa valmistunut mykkäelokuva, joka jouduttiin tekemään omakustannusperiaatteella. Elokuvan juonen kulku on seuraava. Tapahtumapaikkana on vuoden 1826 Praha. Köyhä opiskelija Balduin rakastuu rikkaaseen aateliseen naiseen. Opiskelijan köyhyyden takia suhteesta ei kuitenkaan tule mitään, kunnes jostain ilmaantuu salaperäinen herra Scapinelli. Hän tarjoaa köyhälle Balduinille suuren summan rahaa vastineeksi mistä tahansa mitä Scapinelli vaatii itselleen opiskelijan asunnosta. Balduin suostuu, ja Scapinelli ottaa rahojen vastineeksi miehen peilikuvan itselleen. Balduinista tulee rikas mies, hänen toiveensa täyttyvät. Lopussa Balduinin peilikuva palaa vaatimaan omaa osaansa hänen onnestaan, ja huonostihan siinä käy.

Prahan ylioppilaan toista versiota pidetään parhaana, se valmistui vuonna 1926. Vuonna 1937 sai vielä ensi-iltansa elokuvan kolmas versio, nyt äänielokuvana. Warum ei soi lauluna itse elokuvassa, mutta sen säveltäjä Theo Mackeben teki musiikin myös Prahan ylioppilaaseen. Melodiaa käytetäänkin tehokkaasti elokuvan traagisessa loppukohtauksessa.

Elokuvan juoni tuntuu tutulta. Ja aivan oikein, se onkin eräs versio Faustin tarinasta. Herra Scapinelli on tietenkin itse paholainen. Itse asiassa tarinaa on kerrottu lukuisina versioina jo ennen Goethen Faustia. Ja juoni on sama: paholainen esittää edullista sopimusta, mutta sopimukseen liittyy aina kiero juoni. Ja yleensä paholainen voittaa lopuksi.

Näiden tarinoiden kiinnostavassa variantissa ylioppilas tai tiedemies janoaa tietoa ja ehkä myös sen tuomaa mainetta. Faust kuluu juuri tähän varianttiin, ja olen kirjoittanut siitä jo aikaisemmin. On kiintoisaa, että Prahan ylioppilaan ensimmäinen ohjaaja Paul Wegener teki elokuvan myös Golemista. Tämäkin tarina sijoittuu Prahaan. Oppinut rabbi Löw valmisti savesta hirviön, Golemin suojelemaan synagogaa ja Prahan ghettoa. Golem herätetään henkiin kirjoittamalla sen otsaan hepreankielinen sana emet, ”totuus”. Golem saadaan hengettömäksi pyyhkimällä pois sanan ensimmäinen kirjain alef. Jäljelle jää met, joka tarkoittaa ”kuolema”. Tarinan mukaan rabbi unohti pysäyttää Golemin, jolloin se alkoi riehua ja hajottaa synagogaa.

Kerrotaan, että Golem on edelleen piilotettuna Prahan juutalaiseen kaupunginosaan. Prahan vanhoissa osissa kulkiessa saattaakin tuntea jonkinlaisia väristyksiä, etenkin pimeään aikaan. Itä-Euroopan vanhat kaupungit ovat kuin aikakoneita, ne vievät vierailijan toiseen aikaan ja toiseen todellisuuteen. Kulkiessani itse Prahassa, Golemin, Kafkan, Scapinellin, Faustin, sotamies Svejkin ja monen muun fiktiivisen ja todellisen hahmon kaupungissa, törmäsin odottamatta vanhan talon seinään kiinnitettyyn laattaan, jossa luki muistaakseni saksaksi: ”täällä asui ja työskenteli Johannes Kepler”. Historia tuntui vaanivan joka askeleella. Myös Hus, Mozart, Wagner, Kopernikus, Tyko Brahe ja Goethe oleskelivat Prahassa.

Miksi niin monet kauhukertomukset käsittelivät oppineiden tai ylioppilaisen ja paholaisen sopimuksia? Ja vaikka paholainen ei olisi mukana henkilönä, se on kertomuksissa ideana. Tohtori Frankenstein opiskeli ja työskenteli uutterasti, mutta paholainenko hänet vietteli rakentamaan keinoihmistä? Tohtori Jekyll etsi kemikaaleilla oman itsensä rajoja – oliko paholainen hänen mielensä pimeä puoli? Ikaros lensi liian korkealle – myös kuvainnollisesti. Siitäkö häntä rangaistiin? Goethe kirjoitti aikanaan runon noidan oppipojasta – mutta tarina on 2000 vuotta vanha, Lukianos Samosatalaisen muistiin merkitsemä. Raamatun syntiinlankemus-kertomus tuntuu sekin toistavan teemaa. Palautuvatko nämä kertomukset Prometheus- myyttiin. Tämä helläsydäminen titaani varasti jumalilta tiedon tulen kärsivälle ihmiskunnalle. Prometheus sai ankaran rangaistuksen, mutta myös ihmiset saavat kärsiä.

Tiedemies on tietenkin oivallinen esimerkkihenkilö kuvaamaan tietoa etsivää ihmistä, ja nuori ylioppilas on aivan ihanteellinen henkilö. Onhan ylioppilas enemmän tai vähemmän kuvainnollisesti tyhjän päälle heittäytynyt ja siksi elämässään herkässä vaiheessa. Hänen elämässään risteävät uteliaisuus, kunnianhimo, houkutukset ja paheet. Ainakin itse muistan nuoruudestani tällaisen mielentilan.

Näiden kertomuksen opetus näyttää olevan sukua niin sanotulle Janten laille. ”Älä luule että olet yhtään mitään”. ”Älä edes kuvittele, että kukaan piittaisi sinusta”. Ja niin edelleen. Nämä opetukset löytyvät Aksel Sandemosen teoksesta ”Pakolainen ylittää jälkensä” (1933). Se on melkein unohdettu klassikko. Se kannattaa lukea, sillä klassikko ei ole klassikko turhan takia. Klassikot ovat kovaa tavaraa, ne jättävät jäljen sieluun.

Aivan toisenlaisen kertomuksen saamme, kun sankarina on kansanihminen. Nuorukainen, joka on astumaisillaan perinteiseen sukunsa ammattiin. Hän ei janoa tietoa, vaan onnellista ja rauhallista elämää hyvän puolison rinnalla. Hänkin kohtaa yllätyksiä ja houkutuksia, ja lopulta voittaa vaikeudet nokkeluutensa turvin. Tarinalla on yleensä onnellinen loppu. Ilmeisesti tälläkin kertomuksella on moraalinsa, joka on päinvastainen Faust-tarinoihin nähden. Tyytykää osaanne, niin hyvin käy!

Samaan moraalisten tarinoiden ryhmään kuuluu myös aivan toisenlaiset kertomukset. Määrättömän rikas ja paheellinen nuorukainen, jota houkuttelee vain nautinto. Niissäkin on usein mukana paholainen. Hän asettaa ansan, johon sankari astuu. Eräs esimerkki on Oscar Wilden Dorian Grayn muotokuva. Don Giovannin lukisin myös tähän sarjaan. Kuten Faustilla, näilläkin tarinoilla on enemmän tai vähemmän todellisia esikuvia. Aivan ilmeinen roolimalli on lordi Byron. Ja kuuluupa joukkoon myös uskomattoman turmeltuneita Borgia- suvun paaveja.

perjantai 5. lokakuuta 2018

Raudasta Sammot taotaan

Sammon taonta on Kalevalan keskeinen myytti. Emme oikeastaan edes tiedä, mikä se Sampo on. Mutta Kalevalassa se valmistettiin takomalla, ja seppä on tämän kertomuksen todellinen sankari. Myytti heijastaa esi-isiemme arvostuksia. Sampo on edistyksen keskeinen symboli, ja se tehtiin siis jollain lailla raudasta. Kalevalassa rauta on muutenkin esillä, löydämme sieltä myös raudan syntysanat.

Rauta on ollut ihmiskunnan kehityksen keskeinen resurssi. Se on muovannut kulttuureja. Tuhansia vuosia ihmiskunta on osannut hyödyntää rautaa. Siitä on valmistettu hyödyllisiä työkaluja, yksinkertaisia koneita ja tehokkaita aseita. Vaikka historian tutkijat käyttävät hieman toisenlaista jaottelua, mielestäni teollista aikaa edelsi pitkä esiteollinen rautakausi. Ja kun teollinen kausi lopulta, äkillisesti ja jopa odottamatta käynnistyi, se tapahtui nimenomaan raudan merkeissä.

Raudan valmistus on vaikeaa, se on ollut vaikeimpia asioita tekniikan historiassa. Raudan valmistustaito eteni perinnetiedon ja käsityötaidon varassa. Tiede alkoi selvittää raudan mysteereitä vasta 1800- luvun lopulla. Raudan valmistus ja sen ominaisuudet on niin monimutkainen asia, että historiankirjoissa ja romaaneissa se on usein kuvattu enemmän tai vähemmän väärin. Joten pohditaanpa asiaa.

Rauta on pehmeähkö metallinen alkuaine. Jopa sen nimityksissä on ongelmia. Erään näkökulman mukaan vain alkuainetta saa sanoa raudaksi, ja kaikki raudan tekniset muodot ovat teräksiä. Rauta on kuitenkin niin voimakkaasti kielessä ja kulttuurissa, että käytännössä tätä sääntöä ei voi noudattaa.

Aloitetaan alusta. Vaikka rauta on maapallon yleisimpiä aineita, puhdas rauta on harvinaista. Se on epäjalo metalli ja hapettuu ilman vaikutuksesta. Tunnetusti rauta ennen pitkää ruostuu. Siksi emme löydä puhdasta rautaa luonnosta. Tai löydämmepä kuitenkin, sillä varsin puhdasta rautaa sataa jatkuvasti maapallon pinnalle meteoriittien muodossa. Osa on tosin kivimeteoriitteja, mutta rautaa sataa myös. Siksi varhaisimmat tunnetut rautaesineet ovat meteoriittirautaa.

Namibiaan putosi noin 80 000 vuotta sitten suuri rautameteoriitti. Paikalliset asukkaat ovat hyödyntäneet pitkään sen kappaleita tekemällä niistä teriä ja koriste-esineitä. Muualtakin meteoriittirautaa löytyy. Vielä 1800- luvulla eskimot valmistivat nuolenkärkiä ja harppuunoita meteoriittiraudasta. Meteoriittiraudassa ei ole teräksille niin olennaista hiiltä. Sen sijaan se sisältää runsaasti nikkeliä ja hieman kobolttia, ja se tekee raudasta kovaa ja sitkeää. Meteoriittirautaa voi takoa vain kylmänä tai muotoilla hiomalla.

Meteoriittiraudan saanti oli satunnaista ja se oli kallista kauppatavaraa. Varsinainen rautakausi alkoi kun rautaa opittiin valmistamaan malmista, ja malmia löytyy lähes kaikkialta. Ilmeisesti raudan valmistus keksittiin muinaisessa Intiassa, sieltä on löytynyt suuria raudasta valmistettuja pylväitä. Lähi-idässä heettiläiset hallitsivat raudan valmistuksen ehkä jo 1400 eaa., ja raudanvalmistus alkoi vähitellen levitä alueella. Menetelmä säilyi suunnilleen samanlaisena, malmin kuumentaminen puuhiilen seassa kuoppauuneissa, kunnes masuunit alkoivat yleistyä myöhäiskeskiajalla. Asia ei kuitenkaan ole aivan näin yksinkertainen. Jotta raudan valmistusta voisi ymmärtää, pitää tietää enemmän teknisen raudan ominaisuuksista.

Rauta on rautamalmeissa hapettuneena ja yhdessä erilaisten muiden aineiden kanssa. Raudan valmistuksessa rauta täytyy pelkistää, eli poistaa siihen kemiallisesti sitoutunut happi. Pelkistyksessä käytetään lähes pelkästään hiiltä: kuumuudessa hiili riistää rautamalmista hapen, jolloin rautamalmi pelkistyy ja muuttuu puhtaaksi alkuaineeksi. Osa hiilestä liukenee samalla rautaan. Hiili on raudan tärkein lisäaine, erilaiset määrät hiiltä antavat tekniselle raudalle eli teräkselle erilaisia ominaisuuksia. Muitakin tärkeitä lisäaineita teräksissä on, mutta niitä ei nyt tässä käsitellä.

Raudan valmistustapa tuottaa erilaisia raudan hiilipitoisuuksia. Vanhassa kuoppauuni- tai harkkohyttimenetelmässä poltetaan paljon puuta hiilen aikaansaamiseksi, ja annetaan rautamalmin reagoida hehkuvan hiilen kanssa. Siinä syntyy varsin puhdasta rautaa, mutta koska sen sulamispiste on korkea, yli 1400 °C, rauta ei valu uunista ulos. Se jää kuonan sekaan huokoisena möykkynä, rautasienenä. Rautasieni puhdistetaan ja tiivistetään kuumana takomalla. Näin saadaan melko pehmeää rautaa, jonka hiilipitoisuus on alle 0,1%. Sitä on helppo muokata takomalla, joten siitä voi suoraan valmistaa erilaisia esineitä. Tällaista rautaa sanotaan takoraudaksi tai kankiraudaksi.

Jos uuniin lietsotaan paljon ilmaa, sen lämpötila kohoaa korkeammaksi. Silloin hiiltä liukenee enemmän rautaan, ja sen sulamispiste alenee lähelle tuhatta astetta. Tällainen rauta voidaan valuttaa uunista ulos. Näin kehittyi vähitellen masuuni, ja siitä tuli myös jatkuvatoiminen. Hiilen ja malmin lisäksi masuuneihin syötettiin kalkkia. Masuunista rauta valutettiin hiekkaan kaavattuihin harkkomuotteihin. Tällainen tuote on nimeltään takkirautaa. Koska harkot muistuttivat muodoltaan porsaita, niistä käytettiin myös nimeä ”pig iron”.

Suomessa valmistettiin rautaa ikivanhalla kuoppauuni- ja harkkohyttimenetelmällä aina pitkälle 1800-luvulle. Masuunit olivat pieniä ja tehottomia. Osasyynä oli, että ei ollut käytössä rikkaita rautamalmiesiintymiä. Ruukkeja rakennettiin paikkoihin, joissa oli järvimalmin nostoon sopivia vesistöjä, metsiä puun hiiltämiseen ja virtaavaa vettä vasaralaitosten ja masuunin palkeiden käyttövoimaksi.

Jatkuvatoimiset masuunit tehostivat suuresti raudan tuotantoa. Harkkojen hiilipitoisuus on korkea, yli 4%. Tällainen rauta oli tärkeää kauppatavaraa, mutta harkot olivat hyvin hauraita, niistä ei voinut valmistaa mitään hyödyllistä. Raudan käsittely pelkistyksestä eteenpäin liittyykin hiilipitoisuuden muuttamiseen. Edellä mainittuun vähähiiliseen takorautaan voitiin lisätä hiiltä hehkuttamalla sitä hiilen seassa ahjossa. Näin saatiin lujempaa ja sitkeämpää terästä. 

Haurasta takkirautaa puolestaan käsiteltiin poistamalla siitä hiiltä. Liian hiilen poistamista sanotaan mellotukseksi. Varhainen menetelmä oli kuumana takominen, jolloin ilman happi poltti hiiltä pois. Vanhoissa ruukeissa olikin usein vesivoimalla käyvä takomolaitos. Takomista tehokkaampaa oli mellotus kuumentamalla rautaa ahjoissa ja mellotusuuneissa, hapen luovuttajana käytettiin harkkorautaan sekoitettua raakaa rautamalmia. Putlaus on saman tapaista mellotusta. Siinä harkkorauta-malmiseosta kuumennetaan uunissa ja hämmennetään rautatangoilla, kunnes se sulaa tahmeaksi massaksi. Putlaus oli raskasta ja raakaa työtä.

Pelkistyksen ja mellotuksen ohella kolmas keskeinen valmistusmenetelmä on lämpökäsittely. Se vaikuttaa ratkaisevasti hiiltä sisältävien teräksien lopullisiin ominaisuuksiin. Arkikielessä puhutaan usein vain karkaisusta, mutta kyseessä on laaja kirjo erilaisia kuumennus- ja jäähdytystekniikoita, jotka valitaan raaka-aineen ja haluttujen ominaisuuksien mukaisesti.

Vanhoissa teollisuusmaissa terästeollisuus kehittyi suurten masuunien ympärille. Euroopan metsistä huomattava osa hakattiin hiilen saamiseksi. Sitten keksittiin, että myös kivihiiltä voi käyttää, kunhan sen epäpuhtaudet poistetaan kuivatislaamalla eli koksaamalla. Tämä nosti terästuotannon aivan uudelle tasolle. Keksittiin myös tehokkaita mellotusmenetelmiä: Bessermer, Martin-Siemens- ja lopulta nykyään vallitseva Linz-Donawitz-menetelmä. Menetelmä on periaatteessa aina sama: raudan pelkistys hiilellä ja liian hiilen poistaminen hapen avulla mellottamalla. Omat kokemukseni teräksen valmistuksesta on kerrottu jutussa Teräksen henkussa.

Raudan ja teräksen tuotannosta löytyy runsaasti tietoa ja materiaalia. Kyseessä on mutkikas ja edelleen osin tuntematon prosessi, jossa kemia yhdistyy aineen kiderakenteen moninaisiin muuntumisprosesseihin. Se osoittaa, millaista on materiaalitekniikka ja materiaalifysiikka parhaimmillaan ja pahimmillaan.

Tavalliselle lukijalle on aivan verraton tiedon lähde Juha Perttulan kirja Puukkoteräkset. Se yhdistää hienosti fysikaalisen ja kemiallisen tiedon vanhaan terien valmistustekniikkaan.

keskiviikko 22. elokuuta 2018

Luonnonfilosofiaa

Koulussa minulle opetettiin jotain antikin filosofiasta. En vain mitenkään muista, mihin oppiaineeseen se olisi liittynyt. Minun oppikouluaikanani (ja nuorille lukijoilleni pitää selventää, että se on sama kuin yläaste ja lukio) filosofiaa ei opetettu, eikä ns. katsomusainetta edes ollut. Joten sen on pakko olla ollut osa historian kurssia. Olennaista on, että antiikissa oli sellaisia tyyppejä kuin luonnonfilosofit. Se oli siis aikaa jolloin luonnontieteitä ei ollut, ja filosofit joutui hoitamaan homman.

Joten meille annettiin seuraava kuva: luonnonfilosofia oli jonkinlaista kehittymätöntä filosofiaa. Antiikin ajan jälkeen filosofia on jakaantunut erilaisiin koulukuntiin, filosofiasta on tullut rationaalinen tiede – tai tieteiden ryväs. Ja luonnontieteet puolestaan ovat omaksuneet matemaattisen formalismin. Ei siinä ole sijaa filosofoinnille.

Lopputulos on siis, että luonnonfilosofia on kadonnut maailmasta. Tai jos se ei ole kadonnut, se on joutunut etsimään itselleen piilopaikkoja Tiedossani ei nimittäin ole, että yhdessäkään oppilaitoksessa olisi luonnonfilosofian oppituolia. Silti omien havaintojeni mukaan luonnonfilosofiaa on olemassa ja sitä harjoitetaan.

Ihan jälkiä jättämättä luonnonfilosofia ei kuitenkaan kadonnut. Koska se sulki sisäänsä matematiikan ja fysiikan, näiden aineiden opiskelijat saavat edelleen tutkintonsa filosofisesta tiedekunnasta.

Joten ryhdytään etsimään näitä piilopaikkoja, missä luonnonfilosofiaa saattaa löytyä. Ensimmäiseksi tulee mieleen tieteenhistoria ja kulttuurihistoria, Siellä luonnonfilosofialla on aivan laillinen sijainti, ja tieteen harjoittajat voivat myös kommentoida luonnonfilosofiaa tarvitsematta pelätä akateemisen poliisin kostoa. Heiltä tosin puuttuu luonnonfilosofian nykyaikainen vertailutaso. Joten he joutuvat improvisoimaan.

Vaikka fysiikka on Galileon päivistä alkaen muuttunut formaaliksi, luonnonfilosofia tunkee itsensä esiin aina, kun tiede joutuu murroskohtaan ja alkaa soveltaa uusia paradigmoja. Voisin luetella tällaisia murroskohtia. 1600- luvun astronomia, ja kiihkeä kysymys maailmanjärjestyksestä. 1800- luvulla termodynamiikka, joka muuten kiihottaa mieliä edelleen. Ja sitten tulee tieteen isot murrokset: sähkökenttien teoria ja erityinen ja yleinen suhteellisuusteoria. Joita seurasi tietyssä mielessä pahin kaikista: kvanttimekaniikka. Luonnonfilosofinen debatti koskee erityisesti yhtä asiaa: mitä uusi tiede tarkoittaa. Minkälainen on pohjimmiltaan se uusi maailma, joka alkaa paljastua.

Olen keksinyt luonnonfilosofialle nimen, ainakin silloin, kun fysiikasta puhutaan. Tuo nimi on fysiikasta puhuminen. Koska siinä siirrytään fysiikan formalismeista toiselle tasolle, merkityksiin ja tulkintoihin, tuo nimi voisi olla myös metafysiikka (vaikka sillä on jo tieteenhistoriassa hieman toinen merkitys). Luulen, että useimmat luonnontieteilijät harrastavat metafysiikkaa, ja myös silloin kun mennään fysiikasta hieman syrjään, kuten kosmologiaan, genetiikkaan ja synteettiseen biologiaan. Tai aivotutkimukseen. Kysymys on aina sama: millaisessa maailmassa me oikein elämme. Tai joskus se voi esiintyä myös kritiikkinä vallitsevia paradigmoja kohtaan.

Olen aivan hiljattain kirjoittanutkin tästä aiheesta, otsikolla Miksei fysiikka edisty?

Mutta johtopäätös näyttää silti olevan, että luonnonfilosofia on ajettu tieteiden parnassolta. Siitä on tullut lievästi paheksuttua toimintaa. Mutta ehkä meillä on edelleen keskuudessamme luonnonfilosofeja, kuten Roger Penrose. Liki legendaarinen Alan Turing oli luonnonfilosofi aivan avoimesti ja häpeämättä. Idea ei ole minun, sillä luin juuri Andrew Hodgesin oivallisen, mutta myös matemaattisesti hankalan esityksen ”Turing. Luonnonfilosofi” (Otava 1997). Ja aivan totta, Turing ei tehnyt mitään eroa matematiikan, psykologian, fysiikan ja teknisten tieteiden välillä. Hänelle ne ne olivat osa kokonaisuutta – siis luontoa tai maailmaa. Turing asetti neurotieteelle ja laskentatieteelle aivan omat askelmerkit. Hän pohti jopa elämän syntyä profeetallisessa kirjoituksessaan ”The chemical basis of morphogenesis” (1952). Turingin mielestä elämä on saman kaltainen ilmiö kun matematiikka ja fysiikka, ja hän saattoi alkuun merkittävän tutkimussuunnan. Aivan edellä aikaansa, sanoin kuin hän oli laskentatieteissä.

Turingista olen myös kirjoittanut, joten ei tässä sen enempää. Mutta jotenkin toivon, että luonnonfilosofiasta (tai metafysiikasta) tulisi kunniallinen ajattelun ja tieteen suuntaus, jota ei tarvitsisi kätkeä.

keskiviikko 8. elokuuta 2018

Tekoälyn älykkyydestä

Lupasin (kirjoituksessa Älykkyys – laajempi näkökulma), että kommentoisin myös tekoälyn ”älykkyyttä”. En ole unohtanut. Tuo kirjoitus kasvoi vain niin laajaksi, että jätin tekoälyn käsittelyn suosiolla pois. Joten palaan nyt asiaan.

Tekoälyn käsitettä ja sen tutkimusta rasittaa historiallinen erehdys. Alan uranuurtajilla oli aikanaan suppea käsitys ihmisen älykkyydestä. 1950-luvulla älykkyys miellettiin jonkinlaiseksi loogiseksi päättelyksi ja sovelletuksi matematiikaksi. Tekoälyn tutkijat nimittäin olivat insinöörejä ja matemaatikkoja, eivät psykologeja, jotka olisivat ehkä tienneet asian paremmin. Ei ollutkaan mikään ihme, että älyn jäljittely tietokoneella tuntui olevan helppo tavoite. Olihan tietokoneen elektroniikka täynnä loogisia piirejä, ja ohjelmien perustoimintaa olivat loogiset operaatiot.

Mutta ei se niin mennyt. Tekoäly ei alkuunkaan saavuttanut tavoitteitaan. Vain laskemisessa ja joissain algoritmeissa (shakki, Go) se on ihmistä parempi. Tekoälyn tutkimuksesta tuli pitkä taival tuskallista ponnistelua ja katkeria pettymyksiä, ja taapertamista on jatkunut jo 70 vuotta. Ei tekoälyn tutkimus toki aivan turhaa ole ollut. Se on synnyttänyt monia hyödyllisiä sovelluksia, ja lisännyt tietoamme tietokoneiden rajoituksista ja älykkyyden luonteesta.

Toisaalta tulokset voisivat kyllä olla parempiakin. Tietokoneiden muistin koko ja laskentanopeus ovat kasvaneet tuona aikana vähintään miljoonakertaisiksi, joissain tapauksissa jopa miljardikertaisiksi, mutta vastaavaa kehitystä ei vain näy koneiden ”älyssä”. Insinöörit ja matemaatikot kyllä ymmärtävät asian. Tekoäly, eli tarkemmin sanoen monet siihen tarkoitukseen kehitetyt algoritmit, ovat laskennallisesti ”kovia”, niiden mutkikkuus kasvaa rajusti ongelman koon kasvaessa. Ja tiedetään, että laskentatehon kasvattamisella on vain vähäinen vaikutus laskennallisesti kovan algoritmin suoritusaikaan.

Tässä kohtaa on nykyisin tapana viitata kvanttitietokoneisiin, jotka ovat ”tuota pikaa” käytettävissä, ja jotka suorittaisivat vaivattomasti laskennallisesti kovia algoritmeja. En ole perehtynyt aiheeseen erityisen hyvin, mutta näyttää todella siltä, että on olemassa joukko laskentatehtäviä, jotka ratkeavat näppärästi kvanttitietokoneilla. Sitten kun niitä alkaa olla käytettävissä. Mutta ehkä laskennallisesti kovat algoritmit eivät kuitenkaan ole tekoälyn kovinta ydintä. Entä mikä sitten on? Jätämme nyt syrjään kvanttitietokoneisiin liitetyn mystiikan ja fantastiset väitteet. En aio edes ruotia niitä sen pidemmälle kuin todetakseni, että on perin inhimillistä antaa kvanttitietokoneen (jonka ominaisuuksia hyvin harva tietokoneista kirjoittava filosofi ymmärtää) ratkaista niin ikään huonosti ymmärretyt ja epäselvästi määritellyt tekoälyn vaikeat kysymykset (kuten kontekstin ymmärtäminen ja tietoisuus).

On vaikeaa – tai suorastaan mahdotonta - määritellä tekoälyn kyvykkyyttä niiden algoritmien kautta, joita älykkyyttä jäljittelevä tietokone suorittaa. Sillä emme osaa nimetä tai kuvailla sellaisia algoritmeja, jotka tuottavat älyä. Voisimmeko sitten turvautua älykkyyden laajempaan luonnehdintaan? Katsotaan, muihin se meidät johtaa.

Eräs tapa tarkastella kysymystä on bioniikka (tiede, joka pyrkii soveltamaan elävässä luonnossa tavattavia rakenteita ja periaatteita teknologiassa). Aiemmin olen todennut, että älykkyys on luonnossa sekä tavanomaista että olennaisen tärkeää. Millaisia ovat luonnollisen älyn piirteet? Eräs sellainen piirre on kilpailussa selviämisen ja muutoksiin sopeutumisen paine. Tekoälyssä ei normaalisti ole mukana tällaisia rakenteita. Pikemminkin tekoäly on ihmisen suoraviivainen apulainen. Motivaatio ja tavoitteellisuus eivät kuulu tekoälylle, vaan ne vaikuttavat siihen ihmisen välittäminä. Toinen biologisen älykkyyden piirre on kollektiivinen äly eli kyborg-älykkyys. Siinä älykäs eli tarkoituksenmukainen toiminta syntyy suhteellisten itsenäisten toimijoiden vuorovaikutuksesta. Evoluution kautta muuntuvia algoritmeja on tutkittu ja kokeiltu, ja myös kollektiivisia automaatteja on tutkittu – mutta missään tapauksessa tämä ei ole tekoälytutkimuksen valtavirtaa. Tulokset eivät ole olleet dramaattisia, eivätkä edes lupaavia.

Biologisten järjestelmien älykkyys nousee niiden autonomasta, selviytymisen tarpeesta, ja ympäristön muutoksista. Älykkyys on siten dynaamisen vuotovaikutuksen ilmentymä. Ihmisen tuottamalla tekoälyllä ei ole vastaavaa autonomisuutta eikä ympäristösuhdetta. Ne ovat ihmisen suoraviivaisia apulaisia: instrumentteja ja työkaluja. Tekoälyn kohdalla ei voida puhua laajennetusta älykkyyden käsitteestä.

Syväoppimisessa on kuitenkin ympäristösuhteen piirteitä. Siinä hyödynnettävä kokemustietokanta ja tekoälyn päätelmistä saatava karttuva palaute edustavat dynaamista toimintaympäristö. Sen sijaan orientaatio ja motivaatio perustuvat edelleen järjestelmää ohjaavan ihmisen valintoihin. Syväoppiva tietokone on myös kovin yksin. Tarvitsisiko se avukseen vastaavien järjestelmien kollektiivin? Minusta tuntuu, että syväoppimisessa on mukana ainakin ripaus laajennettua älykkyyttä.

maanantai 6. elokuuta 2018

Älykkyys – laajempi näkökulma

Älköön tiede enää olko riippuvainen yhden ainoan ihmisen vapisevassa kädessä lepattaen palavasta soihdusta, olipa hän kuka tahansa.
Francis Bacon (Prometheus- vala, ote)

Olen aiemmin kirjoittanut älykkyydestä sen tavanomaisessa merkityksessä (Äly ja superäly). Tällainen näkökulma on kovin ihmiskeskeinen, ja vaikka itse siitä kirjoitinkin, jäin tyytymättömäksi. Minusta ihmiskeskeinen näkökulma rajoittaa älykkyyden ymmärtämistä. Syvempi ymmärtäminen on tarpeellista monesta syystä. Sillä vaikka älykkyys on ongelmallinen käsite, se on kuitenkin hyödyllinen. Erityisesti laajennettu älykkyyden käsite auttaa ymmärtämään paremmin ihmisten ja ihmisyhteisöjen käyttäytymistä. Mutta se selittää myös meitä ympäröivää luontoa. Ja antaa vastauksia tekoälyä koskeviin kysymyksiin. Tämä ei varmaankaan ole ollenkaan ilmeistä. Asia selviää vain tutkimalla sitä lähemmin.

Älykkyys erityisenä asiana näyttää alun perin juontuvan vanhoilta ajoilta ja ihmisen ajattelun pohtimisesta. Antiikin kreikkalaiset tunnistivat useita erilaisia älyn lajeja. He erottivat toisistaan viisauden, nokkeluuden, ja oveluuden. Jo muinoin virinnyt logiikan tutkimus oli ehkä yritys systematisoida älyä. Oman aikamme psykologia tarttui uudella otteella älykkyyteen, tarkoituksena tehdä siitä ihmisten kontrolloinnin väline. Määriteltiin erityisiä älykkyystestejä, joiden avulla ihmisiä voitaisiin jaotella luokkiin ja ryhmiin. Ihmisen olemus, siis ”hyödyllinen” olemus haluttiin tiivistää yhteen numeroarvoon. Älykkyydelle koetettiin määritellä myös sen osatekijöitä, faktoreita. Toisaalta eräänlainen kaiken kattava älykkyyden kuvaaja, yleistekijä, g-faktori on kuitenkin tullut jonkinlaiseksi älyn tutkijoiden viisasten kiveksi. Älyä yleisesti luonnehtivalle ominaisuudelle on keksitty myös tieteelliseltä kalskahtava nimi: kognitiivinen kapasiteetti.

Tämänhän me jo oikeastaan tiedämme, mutta siinä ei vielä ole kaikki. Perinteiseen älykkyyden käsitteeseen liittyy sen pimeä puoli. Sillä on ollut vahva kytkentä eugeniikkaan ja rasismiin Älystä tulikin ”tieteellisesti neutraali” ihmisarvon mitta. Älykkyyden ympärillä tuntuu yhä leijuvan polttouunien käryä. Joten onko järkeä laajentaa älykkyyden käsitettä, johtaako se johonkin vielä pahempaan? Huolestuneelle lukijalle vastaan heti: ei minusta. Ja teen pienen juonipaljastuksen: perinteinen äly on suuresti yliarvostettua.

Kauan sitten luin jostakin älykkyydelle seuraavanlaisen määritelmän: se tarkoittaa kykyä toimia tarkoituksenmukaisesti uudenlaisessa tilanteessa. Tämä on hyvä luonnehdinta. Se tuo esille älykkyyden positiivisen puolen, liittää sen toimintaympäristön muutoksiin, ja jättää muutenkin tilaa ajatuksille. Kenen kannalta älykäs toiminta on hyödyllistä: yksilön, yhteisön vai lajin? Vai onko hyöty jotain vielä laajempaa? Ja älyyn liittyy muutoksen ja selviytymisen vivahteita.

Älykkyys koetaan perinteisesti yksilön ominaisuutena, mutta onko siinä mitään yksilön omaa? Oikeastaan äly toimii lajin ja ympäristön määrittämässä lokerossa. Vanha kysymys yksilön ja yhteisön suhteesta saa uuden merkityksen. Kyseessä ei ole vastakkainasettelu, vaan dynaaminen suhde. Tarkkaan ottaen yhteisöllä ei ole mitään omaa kapasiteettia, vaan jokainen yksilö tekee ratkaisut ja toiminnat lajin evoluution tuottamien resurssien varassa. Ja huomaamattaan kantaen vastuuta lajin tulevaisuudesta. Sillä tietenkin tuo yksilö näkee ja ymmärtää vain oman suppean maailmansa ja suorittaa vain ne rajatut asiat, joihin se kykenee.

Tätä asiaa havainnollistavat erinomaisesti yhteiskunnissa elävät hyönteiset. Yhden muurahaisen kognitiivinen kapasiteetti on kovin pieni. Lisäksi sen hermostossa on suuri joukko automaattisia toiminnallisia malleja, nekin yksinkertaisia. Mutta yhdessä toimivien muurahaisten yhteiskunta toimii ikään kuin se olisi hyvin älykäs, ja lisäksi tavattoman joustava mukautumaan erilaisiin olosuhteisiin ja tilanteisiin. Tiede ei tarkkaan ottaen osaa mallittaa tällaista toiminnallisuutta. Kollektiivinen äly, kyborg-älykkyys on pitkään ollut sekä tieteiskirjailijoiden että tutkijoiden mielenkiinnon kohteena, mutta ongelma on todella vaikea. Asia kiinnostaa toki myös insinöörejä. 1980- luvulla neuvostoliittolainen kollega kertoi minulle, että Leningradin teknillisessä korkeakoulussa (LETI) tutkittiin kollektiivisia automaatteja. Puolalainen tieteiskirjailija Stanislaw Lem vieraili laitoksessa, ja tuloksena syntyi kirja Voittamaton.

Kyborg- älykkyys on aivan yhtä olennaista hyönteisissä, jotka eivät elä tiukasti organisoiduissa yhteiskunnissa. Ja se on monien eliöiden ja myös ihmisten tärkeä ominaisuus. On silmiinpistävää, että kulttuurissamme, esimerkiksi tieteessä ja tekniikassa huomio kiinnitetään yksilösuorituksiin, vaikka nämä toiminnan muodot ovat mitä suurimmassa määrin yhteisöllisiä: ne lepäävät ja kehittyvät lukemattomien sukupolvien ja toimijoiden luoman henkisen perinnön varassa. Yhteisöllisesti tuotetun älyn näkökulma ei ole täysin uusi, mutta se on edelleen heikosti tiedostettu. Jo brittiläinen taloustieteilijä David Hume (1711 - 1776) kummasteli, kuinka yksinkertainen työmies (”stupid mechanic”) pystyi luomaan aikansa merkittävimmän esineen, linjalaivan.

Tietenkään kaikki eliöt eivät luon tiedettä ja tekniikkaa. Älyllisessä kapasiteetissa on evoluution myötä syntyneitä eroja. Ihmiskunnan poikkeuksellinen kyvykkyys edellytti symbolisen viestinnän tasoa – se loi mahdollisuuden suurien järjestäytyneiden yhteiskuntien muodostamiseen. Tarvittiin siis tälle tasolle yltävä älykkyyden minimimäärä. Teollisen teknologian ja luonnontieteen kehittyminen edellyttää puolestaan hieman vaativampaa matemaattisen kyvykkyyden tasoa, koska sen varassa voidaan viestiä tekniikasta ja tieteestä kollektiivisesti. Ns. nerot eivät ole olennaisia, pikemminkin riittävän erilaiset yksilöt.

Jos palataan aivan erilaiselle tasolle (en mielelläni sano ”matalammalle”), voisimme pohtia kasvien älykkyyttä. Ja tosiaan, kasvit OVAT älykkäitä. Mutta niiden aikaskaala on niin erilainen, että emme lainkaan huomaa sitä. Kasvit reagoivat tavattoman hitaasti, ne ovat kiinnittyneet paikalleen, ja niiden liikkeet ovat liian verkkaisia. Mutta kasvipopulaatioina ne reagoivat ja mukautuvat muutoksiin, ja lajeina myös muuntuvat.

Nyt olemme päässeet suorastaan perustasolle, perimän ja DNA:n tasolla. Ja siellä voimme erottaa vielä hitaamman älykkyyden lajin, joka ilmenee evoluutiona. Tässä on syytä palata muurahaisten yhteiskuntaan. Kollektiivinen älykkyys auttaa muurahaisyhteisöä toimimaan tehokkaasti ja mukautumaan muuttuviin olosuhteisiin. Sen sijaan muurahaisten peruskyvyt ja toimintarutiinit eivät ole kollektiivisen älyn kontrollissa. Ne muuttuvat tavattoman hitaasti evoluutiomekanismin kautta, missä muutokset koodautuvat suhteellisen pysyvästi DNA:han.

Ehkä nyt alamme erottaa älykkyyden perimmäisen mekanismin. Luonto on älykäs järjestelmä.

Nyt laajennetaan edelleen näkökulmaa. Olemme nähneet älykkyyden dynaamisen voiman populaatioiden ja lajien tasolla. Mutta aivan samoin kun alussa sanoin, että älykkyys ei ole pelkästään yksilön ominaisuus, voimme sanoa, ettei se ole myöskään pelkästään lajin ominaisuus. Laji on toki eräs biologinen systeemi, jonka puitteissa sen yksilöiden äly vaikuttaa. Mutta luonto on jotain muuta, se on kaikkien lajien kokonaisuus. Nyt joudumme sellaiselle biologisen systeemiteorian alueelle, joka on merkittävästi mutkikkaampi ja monisyisempi kuin keskenään samankaltaisten toimijoiden muodostama kollektiivinen automaatti. En lainkaan ihmettele, ettei tiede ole vielä juurikaan tuottanut tällaisen heterogeenisten toimijoiden kollektiivisen automaatin teoriaa. Siinä vasta vaikeusastetta riittää.

Älykkyyden laajempi tarkastelu tuotti niin huimia visioita, että en edes yritä muodostaa kokoavaa loppulausetta.

perjantai 3. elokuuta 2018

Ilmapumppu

Taivaalla näemme useita tähtikuvioita. Tai ainakin kuvittelemme näkevämme, sillä olemme oppineet näkemään ne, tähtikuviot ovat ikivanhaa kulttuuriperinnettä. On toki niin selviä tähtikuvioita, että lähes kaikki kansat tunnistavat ne samalla tavalla. Kukapa ei ilahtuisi tunnistaessaan talviselta taivaalta Otavan. Antiikin ajoista siitä on käytetty myös nimeä Ursa Major eli Iso Karhu. Tai kuinka hauskaa on kääntää päänsä aivan takakenoon ja löytää korkealta ylhäältä Kassiopeian siksak-kuvio. Ja kuinka suuri ja mahtava onkaan Orion, kunhan näkyvissä on riittävän laaja alue taivasta.

Ehkä vähättelin hieman tähtikuvioita. Muistan, kuinka hurja elämys oli nähdä tähtitaivas ensimmäistä kertaa Kreikassa, harvaan asutulla seudulla ja kuuttomana yönä. Aivan toista kuin pohjolassa. Huikea kosminen näky: kirkas Linnunrata ja aivan uskomaton määrä kimaltavia tähtiä yön mustaa samettia vasten. Ehkä tällainen taivas saa katsojan etsimään taivaalta mytologisia hahmoja ja herättää intohimon tieteeseen. Useimmat tähtikuviot nimettiin jo antiikin aikana ja viimeistään Klaudios Ptolemaioksen toimesta. On kuitenkin aivan luonnollista, että 1700- luvulta alkaen kukoistanut valistus saattoi matkaan uuden innon nimetä tähtikuvioita. Tässä kunnostautui erityisesti uuttera ranskalainen astronomi Nicolas-Louis de Lacaille. Hän nimesi nyt tähtikuvioita luonnontieteen tutkimuslaitteiden mukaan. Taivaalta löytyy Kaukoputki, Mikroskooppi, Kompassi, Sekstantti, Oktantti, Kulmaviivain, Harppi, Heilurikello, Köli, Purje ja Sulatusuuni. Surukseni Johann Boden nimeämä Kirjapaino ei ole vakiintunut tähtikuviona.

Eteläisellä pallonpuoliskolla näkyy himmeä tähdistö, Lacaillen nimeämä Ilmapumppu. Miksi se on päässyt tähän arvokkaaseen seuraan? Asia ei ole välttämättä yleisesti tunnettu, mutta ilmapumppu on ollut suunnattoman tärkeä laite sekä tieteessä että tekniikassa. Tämä vaatii varmaankin perusteluja.

Jo antiikissa osattiin valmistaa mittatarkkoja pronssisylinterejä. Niillä oli käyttöä muun muassa laivojen pilssipumppuina. Mäntäpumppu oli myös myyttisen ”kreikkalaisen tulen” tekninen sydän. Ktesibios (285 - 222 eaa) sai idean kokeilla sylinteriä ja mäntää katapultin jousena. Hän rakennutti suuren katapultin, joka viritettiin moukaroimalla tiivis mäntä niin syvälle sylinteriin kuin mahdollista. Kun katapultti laukaistiin, katsojat kertoivat kuullensa ukkosen jyrähdyksen ja nähneensä tulen leimahduksen ja savupilven. Voin melkein uskoa tähän. Puristetun ilman nopea laajeneminen saa lämpötilan alentumaan voimakkaasti, jolloin ilman kosteus tiivistyy höyryksi. Ymmärrettävästi tällainen katapultti ei yleistynyt, se oli hankala käyttää ja altis vuodoille.

Ilmapumppu voi synnyttää myös tyhjiön. Aristoteleen filosofian mukaan tyhjiötä ei voi olla. Luonto kammoaa tyhjiötä, ja sen takia esimerkiksi vedenpinta nousee imupumpussa. Tyhjiö kiehtoi tutkijoita. Ajateltiin, että sen avulla voi tuottaa suuria voimia. Ilmapumppu oli keskeinen väline tyhjiön tutkimisessa. 1600- luvulla Evangelista Torricelli osoitti, että tyhjiön kammoon liittyvät ilmiöt johtuivatkin ilmanpaineesta. Vuonna 1650 saksalainen fyysikko Otto von Guericke demonstroi ilmanpaineen vaikutusta julkisesti. Koulukirjoista saatamme muistaa Magdeburgin puolipallot: tyhjäksi ilmasta pumpatut pallonkuoret, joita 16 hevosta yritti turhaan vetää erilleen.

Kaikesta huolimatta tyhjiön kammon idea sinnitteli ihmisten ajatuksissa vielä pari sataa vuotta. Samalla ilmapumppu alkoi muuttua voimakoneeksi. 1600- luvulla Christiaan Huygens kehitteli ruutimoottoria. Siinä tyhjiö tuotettiin polttamalla ruutipanos sylinterissä ja sulkemalla se sitten nopeasti. Laite oli ymmärrettävistä syistä epäkäytännöllinen. Ensimmäiset höyrykoneetkin perustuivat tähän ideaan. Newcomen koneessa tyhjiö synnytettiin ruiskuttamalla vettä höyryn täyttämään sylinteriin. James Wattin höyrykoneessa tyhjiö tuotettiin päästämällä höyry sylinteristä ulkoiseen lauhduttimeen. Vasta vähitellen Watt uskalsi hyödyntää myös ylipainetta.

Ilmapumppu auttoi kehittämään myös termodynamiikkaa. Se vaikutti ratkaisevasti lämpövoimakoneiden keksimiseen, mutta se vaikutti myös kineettisen kaasuteorian syntyyn. Kun ilmaa puristetaan sylinterissä, se kuumenee. Mistä se voisi johtua? Eihän lämpöä voi tyhjästä syntyä! Pian ymmärrettiin, että lämpenemisen tuottaa ulkoa tuotu mekaaninen voima. Ja että lämpö onkin ilman muodostavien pienten hiukkasten, molekyylien liikettä.

Yksinkertainen mekaaninen laite johti loputa modernin fysiikan juurille. Mutta ei mikä tahansa laite, sillä ilmapumppu pitää valmistaa suurella tarkkuudella, jotta se tuottaisi hyödyllisiä ilmiöitä. Tämä näyttää pätevän tieteeseen yleisemminkin. Ideat ja mielikuvitus eivät sinänsä ole riittäviä, niihin pitää yhdistää runsaasti tarkkaa ja huolellista työtä.