keskiviikko 28. elokuuta 2019

Elämä, kehitys, äly ja kaikki muu

Elämän synty on eräs tieteen suuria kysymyksiä. Uskonnot ovat pyrkineet antamaan siihen vastauksia, sillä jotenkin tuo asia on vain aina kiinnostanut ihmisiä. Moniin uskontoihin ja tarustoihin - ellei suorastaan melkein kaikkiin - kuuluu jonkinlainen luomis- tai syntykertomus. Esimerkiksi Kalevalassa maailma syntyy sotkan munasta, mutta sen sijaan eläinten tai ihmisten syntyä ei pohdita sen kummemmin. Elollinen luonto vain astui esiin siinä vaiheessa kun taivaankappaleet olivat asettuneet paikalleen. Oikeastaan elämä oli olemassa jo ennen kosmosta. Tästä voisi tehdä mielenkiintoisia johtopäätöksiä. Tai sitten on kysymys vain kansanrunojen ja niiden keräilyn suurpiirteisyydestä. 

Myös ihmisjärki on koettanut ratkaista arvoitusta. Antiikin ajoista filosofit ovat pohtineet kosmoksen luonnetta ja sen syntyä. Lukemattomat filosofiset katsantokannat yhdessä uskonnollisten maailmansynnyn kertomusten kanssa muodostavat rikkaan kulttuuriperinnön. Tiede on sieltä saanut runsaasti vaikutteita ja impulsseja omille teorioilleen. Kun olen lueskellut tutkijoiden, filosofien, teologien ja maallikkojen kirjoituksia aiheesta, niiden taustalla oleva kulttuuriperintö on enemmän tai vähemmän kätketysti näkyvillä - ja kaikessa rikkaudessaan. En halua nyt syyllistää enkä vähätellä, tokihan kaikki inhimillinen ajattelu nojaa kulttuuriperinteeseen. Mutta jos etsimme tieteelliseen evidenssiin ja perustelutapaan nojaavia näkemyksiä, on syytä etsiä herkällä silmällä kulttuuriperinnön mukanaan tuomia vääristymiä. 

Olen tullut varovaiseksi myös filosofisten perustelujen suhteen. Filosofia nimittäin nojaa vahvasti luonnolliseen kieleen. Sanat eivät kuitenkaan ole lainkaan neutraaleja, niissä on vahvoja syvällä piileviä merkityksiä ja oletuksia. Lauserakenteet ja retoriset struktuuritkaan eivät ole neutraaleja. Siksi jopa objektiiviselta vaikuttava filosofinen perustelu voi kantaa mukanaan vääristymiä. Tämä on filosofian luontainen kirous, josta se ei pääse eroon. En vähättele filosofiaa, päin vastoin. Tämä asia pitää vain ottaa huomioon. Matematiikka, eli tässä tapauksessa formaali esitystapa ei pelasta filosofian objektiivisuutta. Tätä on kyllä yritetty, mutta esimerkiksi logiikka ja sen pidemmälle kehitetyt muodot kuten modaalilogiikka eivät ole tuottaneet filosofian läpimurtoa tieteen temppelin huipulle. Filosofia on edelleen kirouksensa vanki. Puhdas matematiikkakaan ei ole puhdas ratkaisu. Matematiikka on vain tahroja paperilla, ellei se saa tuekseen luonnollista kieltä, joka antaa sille tulkinnan ja merkityksen. Mutta: tulkinta ei voi olla mielivaltainen. 

Joten miten pitää arvioida erilaisia näkemyksiä elämän synnystä? Monestakin syytä tässä pitää nojata luonnontieteissä vakiintuneeseen esitystapaan. Tärkein syy tähän on luonnontieteen ylivoimaisuus luonnon ilmiöiden ja inhimillisen elämän selittäjänä. Ja samalla pitää muistaa, että nämä selitykset eivät ole virheettömiä eivätkä ikuisia, vaan ne noudattavat tieteellisen tiedon luonteelle ominaista dynamiikkaa. Se ei oikeuta tieteellisten selitysten pätevyyden postmoderniin kieltämiseen, sillä kritiikistä  huolimatta luonnontiedettä pidetään huomattavassa määrin todenmukaisena. 

Palataan nyt itse asiaan: mitä voidaan sanoa elämän esiintymisestä muilla planeetoilla? Voisimme ensi tarkastella tällaisen arvioinnin kulttuurihistoriaa. Olen sitä pohtinutkin kirjoituksessa Tervetuloa kosmokseen, LGM. Tieteen luoman maailmankuvan muuttuminen eri aikoina ei tietenkään ole kovin vahva argumentti, mutta jotain se kuitenkin kertoo. Teologinen kanta on tietenkin ollut ehdoton: ihminen on ainutkertainen ja maailmamme on universumin keskus. Kun valistus hylkäsi teologian maailmaa koskevan tiedon lähteenä, mentiin toiseen äärimmäisyyteen. Nyt taivas olikin täynnä vieraita maailmoja ja niiden asukkaita. Tämä ajatus oli luonnollista jatkumoa löytöretkille, jolloin uusia eläinten ja ihmisten populaatioita löytyi aiemmin tuntemattomilta saarilta ja mantereilta. 
 
Uusi jyrkkä käänne syntyi, kun avaruuden tutkimus osoitti, että lähiavaruutemme onkin elämän kannalta karu ja vihamielinen paikka. Elämää on siis etsittävä kauempaa. Avaruus ajateltiin kuivaksi paikaksi, jossa on hyvin niukasti jos lainkaan elämälle otollisia planeettoja. Yhdestäkään eksoplaneetasta kun ei ollut minkäänlaista havaintoa. 

Tämä aution avaruuden visio säilyi vuoteen 1992, jolloin ensimmäinen eksoplaneetta löydettiin. Aluksi havaittiin hyvin suuria planeettoja hyvin lähellä pulsaria tai muuta emotähteä. Maan kaltaisten planeettojen löytäminen sopivalta etäisyydeltä auringon kaltaisesta tähdestä on ollut vaikeaa: ei siksi, että sellaiset planeetat olisivat harvinaisia, vaan havaintoteknisistä syistä. Nyt (vuonna 2019) eksoplaneettoja on kirjattu NASA:n luetteloon yli 4000, ja vahvistamista odottavia havaintoja on moninkertainen määrä. Edelleen on arvioitu, että joka kuudes linnunradan tähti on "auringon kaltainen" (riippuu tietenkin määritelmän tiukkuudesta). Entä kuinka monella niistä on maan kaltainen planeetta "elämän vyöhykkeellä", eli alueella, jossa voi esiintyä nestemäistä vettä? Arviot vaihtelevat 1/3 - 1/30. Tähän pitää vielä lisätä, että vesi on avaruudessa erittäin yleistä, avaruus ei olekaan "kuiva". 

Siis kolmessa vuosikymmenessä aution avaruuden visio on korvautunut elämän mahdollisuuksien avaruudella. Vaikka olen saattanut tulkita lukemaani tutkimusdataa liian optimistisesti ja unohtanut jonkun varauksen, tilanne on mielenkiintoinen. Planeettoja, joilla vallitsevat tuntemallemme elämälle suotuisat olosuhteet on yksin omassa galaksissamme paljon. Ei yhtä tai muutamaa, vaan kriteerien tiukkuudesta riippuen tuhansia, miljoonia tai vieläkin enemmän. 
 
Tutkijat ovat harrastaneet tällaista pohdiskelua selvittääkseen lupaavimmat kohteet, joista maapallon ulkopuolista elämää kannattaa etsiä. Tällainen missio kun tulee olemaan hyvin kallis ja teknisesti vaativa, ja avaruus on kovin suuri tutkimusalue. Siksi kriteerejä pitää kiristää. Kun emotähti oletetaan lähes identtiseksi auringon kanssa ja eksoplaneetta määritellään hyvin paljon maata mustuttavaksi, lupaavia tutkimuskohteita löytyy edelleen muutaman kymmenen valovuoden säteellä meistä. Meidän kannattaakin lopettaa astronominen tarkastelu seuraavaan päätelmään: Luonto on järjestänyt omaan lähiavaruuteemme valtavan määrän paikkoja, joissa elämä voi syntyä, jos se on syntyäkseen. 

Kysymys maapallon ulkopuolisiesta elämästä voitaisiin asettaa seuraavasti: voiko elämä syntyä itsestään, jos olosuhteet ovat sopivat? Kysymys on oikeastaan turha, sillä luonnontiede on jo vastannut siihen. Kyllä voi, sillä juuri niin elämä meidän planeetallamme on syntynyt: itsestään. Prosessille on olemassa nimityksiä: morfogeneesi; kemiallinen ja biologinen evoluutio. Erityisen vähän tiedämme niistä vaiheista, jolloin DNA:n kaltaiset rakenteet eivät vielä olleet muodostuneet, oli van niiden esiasteita. Mutta voimme olla varmoja, että nuo esiasteet on käyty läpi. Elämän syntymiselle ja säilymiselle tarpeellinen energia on peräisin kemosynteesistä tai fotosynteesistä. Mutta vahvaa näkemystä tapausten kulusta ei ole - tai niitä on useita. 

Seuraava kysymys kuuluu: onko elämän syntyminen universumissa ainutkertaista, vai voiko se tapahtua yhä uudelleen? Jos lähdemme siitä, että elämän syntyminen on luonnollinen prosessi, joka aiheutuu niin sanotuista luonnonlaeista, väite elämän ainutkertaisuudesta on outo. Siinä voidaan nähdä kulttuurihistoriallinen vääristymä. Otan vertauksen. Kun Galileo pudotti Pisan vinosta tornista yhtä aikaa musketinkuulan ja tykinkuulan, ne osuivat maahan yhtä aikaa. Entä tapahtuuko näin joka kerta kun koe toistetaan? Useimmat ihmiset vastaisivat: "kyllä". Vain joku filosofi saattaisi väittää vastaan. 

(Tosiasiassa Galileo ei koskaan tehnyt tällaista koetta, hän vain selosti jonkun toisen tekemää koetta). 

Entä millainen luonnonlaki johtaa elämän syntymiseen soveliaissa olosuhteissa? Kysymys on hankala, sillä luonnonlain käsite ei ole lainkaan selkeä. Olen pohdiskellut kysymystä kirjoituksessani Se on luonnonlaki. Siteeraan johtopäätöksiäni. Luonnonlaki on epätäsmällinen käsite, se on selitys arkielämässä tekemillemme havainnoille ilmiöistä, jotka tuntuvat toistuvan pysyvästi samalla tavalla. Pisan pudotuskoe havainnollistaa luonnonlakia: eripainoiset esineet pyrkivät putoamaan samalla tavalla. Se voidaan kuvata täsmällisemmin klassisen mekaniikan liikeyhtälöllä. Mutta nykyisin tiedämme, että tuo laki on virheellinen. Vaikka se näyttääkin havaintotarkkuuden puitteissa oikealta. Joten putoaminen pitää mallittaa nykyaikaisilla fysiikan laeilla ja vuorovaikutuksilla. 

Aivan vastaavasti elämän syntyä ohjaava luonnonlaki on taipumus. Elämällä on taipumus syntyä itsestään, kun olosuhteet ovat sopivat. On tieteen tehtävä pyrkiä kuvaamaan tuo ilmiö täsmällisien fysiikan lakien ja vuorovaikutusten avulla. Se ei ole lainkaan helppoa. Itse ajattelen, että periaatteessa se on tehtävissä jollain tarkkuudella. Mielikuva elämän syntymisestä satunnaisena prosessina on ilmeisen väärä. Kyse ei ole siitä, että lämpöliike ravistelee satunnaisesti molekyylit juuri oikeaan järjestykseen. Tällä tavalla elämää ei koskaan syntyisi. Sen sijaan kyse on polusta, jossa tietynlaiset peräkkäiset askeleet ovat muita todennäköisempiä. Jos haluamme nimetä edes jonkun "luonnonlain" joka liittyy asiaan, Arrheniuksen reaktiolaki voisi olla sopiva.

Kun pohditaan elämää maapallon ulkopuolella, pohditaan yleensä myös älyllistä elämää. Jos elämä syntyy itsestään, voiko myös älykkyys syntyä itsestään? Tässä pohdinnassa on väistämättä mukana raskasta historiallista painolastia. Jotta voisimme pohtia älykkyyden syntyä, meidän pitää nähdä kulttuurihistoriallisten vääristymien läpi. 

Ensimmäinen ja ehkä raskain vääristymä on älykkyyden inhimillistäminen. Älykkyys on nähty puhtaasti ihmisen ominaisuutena, ja se on yhdistetty sieluun. Se on jumaluuden kipinä elävässä olennossa. Toisaalta älykkyys on myös asetettu syvemmän ihmisyyden vastakohdaksi. Taiteessa älykäs ihminen kuvataan usein kylmäksi, tunteettomaksi ja epäinhimilliseksi. Ja kun tekoäly tulee mukaan keskusteluun, se on tietenkin erityisen epäinhimillinen. Paitsi kehittyessään riittävästi tekoäly voikin tulla inhimilliseksi ja kehittää itselleen sielun. 

Toinen vääristymä on kuvata älykkyys jonkinlaisena substanssina. Sitä voi olla enemmän tai vähemmän, ja kun älyä on oikein paljon, se saa suorastaan yliluonnolliset mittasuhteet. Kuvitellessamme maapallon ulkopuolista älyä ajattelemme helposti, että siellä voi olla myös superälyä. Ja koska superäly on kaikkivoipaista, tuo superäly pystyy mihin vain, vaikka rakentamaan ja siirtelemään taivaankappaleita ja matkustamaan ajassa tai valoa nopeammin. Selvästi superälyssä näyttää olevan teologista taustaa. Ja niin sanottu Fermin paradoksi näyttää sisältävän uskon superälyn yliluonnollisuuteen. Jos maapallon ulkopuolista älyä on, on myös superälyä, ja sen pitäisi näkyä.  

Vaikka meille näkyvät merkit ulkoavaruuden älystä ovat ilmeisen heikkoja, johtopäätös ei voi olla, että ulkoavaruudessa ei ole elämää eikä älykkyyttä. Oikeampi johtopäätös kuuluu: älykkyys ei anna omistajalleen yliluonnollisia kykyjä. 

Edellä yritin vihjata, mitä äly ei ole. Joten mitä se sitten on? Ilman muuta äly on elämän ominaisuus. Maapallon ulkopuoliseen elämään liittyy väistämättä maapallon ulkopuolinen äly. Olen pohtinut älykkyyttä kytkemättä sitä ihmiseen kirjoituksessani Älykkyys – laajempi näkökulma. Joten esitän tässä vain lyhyen yhteenvedon. Tuntemamme elämänmuodot elävät jatkuvassa kilpailussa toisten eliöiden kanssa ja ympäristöstä tulevien uhkien ja mahdollisuuksien paineessa. Äly on elämän eräs resurssi pärjätä tässä kilpailussa. 

Älykkyys tarkoittaa siis kykyä toimia tarkoituksenmukaisesti uudenlaisessa tilanteessa. Älyyn liittyy erilaisia muutoksen ja selviytymisen vivahteita. Voimme tarkastella yksilön, yhteisön ja lajin älykkyyttä. Voimme puhua myös erilaisista aikaskaaloista. Yksilö toimii ja reagoi nopeasti, sekunneista ylöspäin. Populaation älykkyys on jo hitaampaa. Kasvien älykkyys on jo kokonaan erilaista, hyvin hidasta. Voidaan puhua myös lajien älykkyydestä. Se ilmenee lajin kykynä muuttua ja sopeutua, ja aikaskaala ulottuu kymmenistä tuhansiin sukupolviin.

Ja tietyssä mielessä maapallo on elämänmuotojensa kautta älykäs taivaankappale. Täällä vallitsee planetaarinen äly.

Älykkyys sopeutumisen mekanismina on huima ajatus, se mullistaa tapamme tarkastella älyä. Tämä on suuri ja jopa outo asia, ja sille pitää antaa aikaa upota ja vaikuttaa. 

Joten lopetan tällä kertaa tähän.

tiistai 27. elokuuta 2019

"Isi, mitä sinä teet töissä?"

Lapsilla lienee melko hyvä kuva siitä, mitä kadunkorjaajat tekevät työssään. Lasten ihailevien silmien edessä miehet levittävät maahan väkevän tuoksuista asfalttia ja ajavat sen tasaiseksi jyrällä. Ja yhtä lailla lapset ovat hyvin selvillä toisten katujen sankarien, jätehuoltomiesten puuhista. Erityisesti roska-auto on pieni tekninen ihme. Se kumoaa jäteastiat mouruavaan kitaansa ja ilmeisesti tiivistää niiden sisällön pieneen tilaan. Rakennusmiehiäkin näkee. Nykyään he ovat värikkäämpiä kuin lapsuudessani. Epämääräisten haalareiden sijaan työmiehillä on kirkkaan väriset vaatteet ja lukuisia turvavarusteita. Ja työnaisilla; sellaisiakin näkee yhä useammin.

 Lääkärin ja sairaanhoitajan ammatit lienevät myös tuttuja. Jokainen lapsi on joskus sairastanut. Nuket ja nalletkin sairastavat ja niitä hoidetaan. Nuo ammatit ovat itsestään selvästi tarpeellisia, eikä työn tavoitteesta ole epäselvyyttä: pahan olon helpottaminen ja sairauden parantaminen. On myös helppo käsittää, mitä opettajat, lentäjät, poliisit ja palomiehet tekevät. Jos ammatin luonne on helposti ymmärrettävä, on myös aina lapsia, jotka ihailevat näitä sankareita ja haluavat isona tulla samanlaisiksi.
 
Maailmastamme on tullut monimutkainen. Sen ylläpito ja kehittäminen tarvitsevat paljon työtätekeviä ihmisiä, joiden työtehtävät ovat vaikeasti kuvattavissa. Kaiken avain on koulutus. Peruskoulu tarjoaa lapsille yleissivistystä ja kaikissa töissä tarvittavia perustaitoja. Niitä ovat lukeminen ja laskeminen, mutta yleissivistys on aivan yhtä olennaista. Ja tutustuminen monipuolisesti kulttuurin eri alueisiin, myös itse tehden ja kokeillen. Kaikkea tätä koulussa tapahtuu, eikä se ole mikään ihme. Aikojen kuluessa koulutus on muovautunut yhteiskunnan tarpeiden ja odotusten mukaan. Nykyisellään koulu on aika hyvä paketti!

Ja koulua aseuraa sitten ammatillisten ja korkeampien opintojen vaiheita. Pidämme luonnollisena, että kaikkien on lapsuudessa ja nuoruudessa kuljettava tämän mankelin läpi. Se on hyvinvoivan ja onnellisen yhteiskunnan tunnusmerkki - ja se on myös sellaisen yhteiskunnan välttämätön edellytys.

Ja silti, niin kauan kuin muistan, olen kuullut, erityisesti koululaisten suusta: "ei työelämässä tarvita matematiikkaa" (roskapuhetta tietenkin, en viitsi edes perustella). Ja vielä ankarammin käydään äidinkielen ja yleissivistävän koulutuksen kimppuun (roskapuhetta sekin, ja nyt asialla ovat myös aikuiset). Kuullaankohan pian myös sellaisia mielipiteitä, ettei työelämässä tarvita lukutaitoa!

Tietenkin matematiikan rooli on moninainen. Harva tarvitsee koulun jälkeen toisen asteen yhtälön ratkaisukaavaa tai alkeisfunktioiden derivointisääntöjä. Tässä kohdassa koulumatematiikka toimiikin ainakin kolmella tavalla. Ensinnä se pohjustaa pidemmälle meneviä matematiikan opintoja jatkokoulutuksessa. Toiseksi se kuvastaa ongelmanratkaisua, aivan kuin shakkipeli tai sudoku. Näiden asioiden pohtiminen koulussa voi tuottaa älyllistä nautintoa. Ja matematiikka on myös yleissivistävää. Se antaa käsityksen paitsi matematiikasta, myös siitä, että asiat rakentuvat yksinkertaisesta monimutkaisen suuntaan. Asiat voivat olla - ja yleensä ovatkin - monimutkaisia ja silti totta.
 
Koulu on vakava asia, sillä se valmentaa elämää varten tarjoamalla tietoa ja taitoa, jota tarvitaan jokapäiväisissä askareissa ja työelämässä. Ja myös paljon sellaista, mitä tarvitaan muuten vain, ja joka tekee elämästä hauskaa ja kiinnostavaa. Olisi hyvä, jos myös lapset näkisivät asian näin. Silloin koulusta tulisi merkityksellistä ja kiinnostavaa. Mutta luulen, että tämä on tullut vaikeammaksi. Koska ammatit ja tehtävät ovat tulleet niin moninaisiksi ja vaikeasti kuvailtaviksi.

Olisi hyvä, jos me itse kukin yrittäisimme kertoa lapsille, mitä siellä työpaikalla oikein tapahtuu. Itse huomasin, että minun oli aika vaikea vastata käsitettävästi kysymykseen, millaista insinöörityöhön kuuluva suunnittelu oikein on. Ja kun ryhdyin tutkijaksi, vaikeudet vain kasvoivat. Kun tytär teki vaimolleni vastaavan kysymyksen, vastaus oli, että hän muun muassa laskee. Jolloin jatkokysymys kuului: "moneenko olet päässyt?

Mielessäni asiaan liittyy kaksi tärkeää pohdittavaa kysymystä. Ensimmäinen kuuluu: pitäisikö koulussa olla uudenlaisia oppiaineita. Koska koulumme vastaa kuitenkin hieman vanhoihin, vuosikymmenten takaisiin tarpeisiin. Onhan joihinkin kouluihin tullut koodausta. Hyvä, mutta sitäkin haluaisin hieman laajentaa yleisemmän toiminnan analyysin, suunnittelun ja kuvauskielten suuntaan. Näin hienosti sanoen, vaikka oppiaineella pitäisi tietysti olla ymmärrettävämpi nimi kuten "todellisuuden tutkiminen".

Muitakin täydennyksiä voisi ajatella. Muutama vuosisata sitten kouluissa opetettiin puhetaitoa ja väittelytaitoa. Ehkä nuo aineet pitää palauttaa uudistettuna: argumentointi yhdessä eräiden filosofisten periaatteiden kanssa. Lähdekritiikki on joissain kouluissa ollut pieni osa äidinkielen opetusta. Se pitäisi laajentaa yleisemmäksi tiedon hankkimisen ja hyödyntämisen oppiaineeksi.

Entä se toinen pohdittava asia? Nuorille pitäisi tuottaa enemmän ja parempaa tietoa siitä, mitä yhteiskunnassa oikein tapahtuu. Jonkinlaista ammatinvalintaa tukevaa aineistoa, mutta syvällisempää ja tarkempaa, siis todellista tietoa, ei yleistyksiä ja hymistelyä. Otan esimerkiksi insinöörin ammatin. Perinteisesti koulutukseen on kuulunut fysiikan ja matematiikan täydentäviä opintoja sekä teknisiä tieteitä. Ja lisäksi piirustusta ja suunnitteluharjoituksia.

Mutta todellisuudessa insinöörin työkuvaan kuuluu paljon muuta - ja enimmäkseen paljon muuta. Insinööri tietenkin tuottaa teknologiaa, mutta ennen kaikkea hänen työnsä on sovittaa ja säädellä tekniikan ja ihmisyhteisöjen yhteiseloa. Niinpä insinööri on myös tutkija, hankkeiden vetäjä, opettaja, neuvottelija ja diplomaatti. Tästä voisin hyvinkin kirjoittaa nuorisolle suunnatun selostuksen, koska olen pohtinut asiaa perusteellisesti.

Lääkärin ammatti on yllättäen hyvin saman tapainen kuin insinöörillä. Hän korjaa ja huoltaa ihmisruumista - monimutkaista koneistoa joka toimii monimutkaisessa ympäristössä. Niinpä hänen täytyy insinöörin tapaan tuntea ja ymmärtää kovat tosiasiat. Toisin sanoen tuntea perin pohjin anatomia ja fysiologia. Ja farmakemia. Ja erityisesti kirurgeilla alaan kuuluu vaativia käytännön taitoja. Mutta myös lääkärin ammatti on suurelta osin paljon muuta. Hänkin on tutkija, diplomaatti, neuvottelija ja opettaja. Ja hänen täyttyy hoitaa yhteydenpitoa koneiston omistajaan - eli potilaaseen. Siksi häneltä pitää edellyttää myös psykologisia taitoja.

Lääkärin ammattia on tosiasiassa valotettu myös tästä näkökulmasta. Paljon enemmän kuin insinöörin ammattia. Alan varhainen klassikko on William Osler (1849 – 1919). Kirjoitettua materiaalia on paljonkin, sitä pitäisi vain osata soveltaa ja levittää.

Tutkijan ammatti on modernissa yhteiskunnassa myös hyvin olennainen. Tietyssä mielessä se on jopa tärkeimpiä ammatteja. Tutkijan tehtävä on tuottaa uutta tietoa. Ja juuri tieto - sen ymmärtäminen, vastaanotto ja hyödyntäminen on viime aikoina joutunut vakavasti uhatuksi. Mielestäni siihen vaikuttaa paljon uusi tekniikka ja niin sanottu sosiaalinen media. Joten tässäkin olisi yleisempi valistuksen paikka. Olen aikanaan opettanut tohtorikoulutettavia tulemaan hyviksi tutkijoiksi. Joten ehkäpä nämä opit on siirrettävissä myös paljon vaativamman ja tärkeämmän ihmisryhmän käyttöön: uteliaille ja elämänsä tarkoitusta pohtiville nuorille ihmisille.

perjantai 23. elokuuta 2019

Riffien mestari

Riffi on meille nykyisin tuttu juttu rockmusiikista. Tuntuu, että parhaat ja ikimuistoisimmat rock-kappaleet sisältävät säännönmukaisesti koukuttavan riffin. Se luo kappaleeseen rikkautta ja vaihtelua. Onhan riffi selvästi eräs polyfonian muoto. Riffi on monimutkaisessa suhteessa itse melodiaan, se voi korostaa sitä tai kontrastoida sitä, tai sitten riffi ja melodia vain elävät omaa elämäänsä, ja jollain oudolla tavalla synnyttävät uuden rikkaan kokonaisuuden. 
 
Riffit ovat rockmusiikin perusjuttuja. Säännöllisesti järjestetään äänestyksiä parhaasta riffistä tai kaikkien aikojen riffeistä. Mutta joistain syystä riffeistä ei ole puhuttu aina, ei niistä ainakaan omassa nuoruudessani puhuttu, vaikka niitä käytettiinkin. En onnistunut helposti löytämään tietoa, milloin rock-piirit alkoivat puhua riffeistä. Minusta myös tuntuu, että riffien tietoinen käyttö on nykyään lähes sääntö, aiemmin hyvät riffit olivat harvinaisempia. 
 
Pitäisikö antaa joku esimerkki? Black Sabbathin "Smoke on the water" 1970- luvulta on ikoninen. Tai Rolling Stonesin "Last time". Riffi voi olla pidempi melodia, kuten Europen "Final countdown", tai vain muutama tehokas sointu, kuten Iggy Popin "Passenger". Tyypillisesti riffi on myös voimakkaasti korostettu, vaikka se on yleensä pääteemaa kompaktimpi. Joskus riffi soitetaan poikkeavalla instrumentilla tai erityisellä sointivärillä tai tyylillä. Näin se iskee heti kuulijan tajuntaan - ja sehän on tietysti juuri niiden tarkoitus. Riffin kautta kuulija imaistaan musiikkiin, ja vähitellen myös sen teema ja kappaleen rakenne tulevat tutuiksi. Jazzissakin riffit ovat aivan tavallisia, esimerkkinä vaikkapa Herbie Hancockin "Cantaloupe Island". 
 
Minulle tuotti suurta iloa huomata, että riffi onkin vanha asia, ja että riffien ylittämätön mestari on Johann Sebastian Bach (1685 – 1750). Hän käytti riffejä aivan nykyisten rockmuusikkojen tapaan hyvin korostetusti urkukoraaleissa ja kantaateissa. Voin hyvin ymmärtää, miksi. Usein näiden teosten pohjana on ajalle tuttu virsimelodia, yksinkertainen ja monesti jopa ankea. Mutta kun mukaan liietään tehokas ja vetävä riffi, syntyykin jotain aivan ainutlaatuista. Ehkä tunnetuin esimerkki on kantaatti 140, "Wachet auf ruft uns die Stimme". Urkukoraalissa "In dir ist Freude" riffit ottavat suuria vapauksia, ne toistuvat yhä uudelleen yllättävästi, ja ne myös muuntelevat. 

Ja sitten hieman ilonpilaamista. Ei riffien käyttö klassisessa musiikissa ole suinkaan mikään oma löytöni. Niitä ei vain sanota riffeiksi, vaan oikea termi on ostinato. Niistäkin löytyy tuttuja esimerkkejä, tutuin on varmaan Ravelin "Bolero". Itselleni tulee mieleen Sibeliuksen toisen sinfonian finaali. Siinä riffi on aivan lyhyt rytminen torvien soittama jakso, suunnilleen se kuulostaa niinkuin joku sanoisi: hum-pa-pa-pa-paa. Kun se lähtee käyntiin,finaalin teemat nousevat aivan uudelle tehotasolle. 

Kun etsin tietoa ostinatosta, törmäsin heti jäykkään musiikin teoriaan. Jokin asia on ehkä ostinato tai sitten se on sekvenssi tai ei aivan oikea ostinato. Miksi ihmeessä musiikkitieteilijät yrittävät sulloa musiikin ahtaisiin kategorioihin, kun musiikki on niin tavattoman villiä? Ja myös klassinen musiikki ja nimenomaan se voi olla villiä, aivan tolkutonta. 
 
Joka tapauksessa opin taas kerran, että kun luulen keksineeni jotain, huomaan pian että se ei olekaan mitään uutta. En vain ole viitsinyt ottaa asioista selvää.  

Yhteen asiaan olen kuitenkin tyytyväinen. Sanon mielessäni edelleen Bachia riffien suurmestariksi, enkä ole edelleenkään nähnyt, että nimi olisi yleisessä käytössä. Bach on rock!

Wachet auf- riffi, alkuosa

torstai 22. elokuuta 2019

Se on luonnonlaki


Käsitys luonnonlaeista on nykyaikaisen maailmankuvan perustavia rakennekiviä. Maailma ei ole kaoottinen, eikä sen myöskään tarvitse seurata jumalien oikukkaita päähänpistoja. Sen sijaan maailman toimii, kehittyy ja muuttuu luonnonlakien järkkymättömässä ohjauksessa. Oletamme luonnonlait muuttumattomiksi, ja siten ne tekevät maailman ymmärrettäväksi ja ennustettavaksi. Tämä oletus on meille turvallinen, sen rohkaisemina voimme käyttää luonnon resursseja hyödyksemme, ja voimme suunnitella luottavaisin mielin tulevaisuuttamme. Kunhan vain ponnistelemme riittävästi oppiaksemme tuntemaan luonnon ja sen lainalaisuudet aina vain paremmin. 

Sanon heti, että en aio jonkun postmodernin impulssin voimasta kiistää tätä asiantilaa. En myöskään aio väittää, että emme koskaan pysty ymmärtämään maailmaa tai luontoa emmekä pysty saamaan siitä sellaista tietoa, jota voisi pitää edes jossain määrin luotettavana. Ei, en aio kyseenalaistaa valistuksen suurta ideaa. Ajatus maailmasta lainomaisesti toimivana ja monessa suhteessa ennustettavana järjestelmänä on yleisesti ottaen todenmukainen suuri kuva. 

Mutta luonnonlain käsite ei ole lainkaan ongelmaton, tai ainakaan se ei ole yksinkertainen. Pohditaan sitä hieman. Fyysikoille luonnon lait ovat tietenkin erittäin tuttuja, heidän maailmankuvansa on suorastaan rakennettu luonnon lainmukaisten toiminnan oletuksen varaan. Mutta pinnallinenkin fysiikkaan perehtyminen (niinkuin omalla kohdallani) paljastaa toisenlaisen totuuden. Luonnonlait ovatkin jotain muuta kuin yleensä oletetaan. 

Eräs 1900-luvulla syntyneen modernin fysiikan perustan rakentajista, Richard Feynman (1918 - 1988) on jopa kirjoittanut merkittävän teoksen: Fysiikan lain luonne. En aio referoida hänen kirjaansa, vaan otin sen esiin, koska se osoittaa, että luonnonlain käsite askarruttaa vakavaa ajattelijaa. Käsite on, jos ei suorastaan ongelmallinen, niin ainakin monimutkainen. En voi enkä haluakaan kiistää luonnonlain periaatteellista ideaa. Toisaalta minusta tuntuu, että sen olemuksen kriittinen pohtiminen vie suoraan fysiikan ytimeen. 

Taas kerran pitää aloittaa antiikin filosofiasta. 

Muinaisen Kreikan filosofit etsivät ja pohtivat maailmaa kuvaavia yleisiä periaatteita. Aristoteles muodostui keskeiseksi auktoriteetiksi, ja tuo asema säilyi vuosisatojen ajan. Filosofien mukaan luonto pyrkii kohti päämäärää, luonnossa vallitsevat lait ovat teleologisia. Ne tähtäävät universaaliin järjestykseen ja kosmiseen harmoniaan. 
 
1600-luvulla, luonnontieteen astuessa voimalla historian näyttämölle, luonnonlain käsite vahvistui, ja nyt siitä tuli teologiaa. Luonnonlait olisivat Jumalan tahdon ilmauksia maailmassa. Epäilemättä luonnonlakien teologisen luonteen korostaminen oli myös tutkijoiden itsepuolustusta. Kirkko kun suhtautui luonnon tieteelliseen tutkimiseen karsaasti, se uhkasi kirkon mahtiasemaa. 

Nopeasti kehittyvien fysiikan ja kemian keskeinen toimintatapa oli luonnonlakien ominaisuuksien selventäminen ja uusien lakien keksiminen. Sen sijaan uusin fysiikka 1900-luvun loppupuolelta lähtien ei oman käsitykseni mukaan juurikaan puhu luonnonlaeista. Luulen, että se halutaan korvata täsmällisemmillä käsitteillä. 

Joten mitä on luonnonlain ongelmallisuus, johon olen jo muutaman kerran viitannut? Tarkastellaan asiaa esimerkkien kautta. 

Antiikin luonnonfilosofiassa kappale liikkuu, jos siihen vaikuttaa jokin voima. Mutta miten voidaan ymmärtää ammutun nuolen jatkuva lento? Nuoli saa tietenkin liiketilansa jousen jänteen vaikutuksesta. Mutta miten voidaan selittää että se etenee pidemmälle? Filosofit selittivät, että jousen jänteestä siirtyy nuoleen salaperäinen tekijä, impetus. Se antaa lennon aikana nuolelle ikään kuin jatkuvia sysäyksiä. Lopulta impetus ehtyy, ja nuoli putoaa maahan. Onko impetusteoria luonnonlaki, vai onko luonnonlaki se periaate, että liike edellyttää välittömän vaikutuksen? Niin tai näin, kumpikin vaihtoehto on nykytiedon valossa selvästi virheellinen. 
 
Toinen antiikin aikainen periaate on tyhjiön kammo. Sen avulla voitiin selittää vesipumpun toiminta: männän liike pyrkii aiheuttamaan tyhjiön, ja luonto torjuu sen antamalla veden imeytyä pumppuun. Tyhjiön kammo on luonnon peruslaki siinä mielessä, että sitä ei voi selittää, mutta se auttaa ymmärtämään havaittuja ilmiöitä. Nykytiedon valossa tyhjiön kammo ei ole luonnonlaki, eikä edes hyödyllinen hypoteesi. Sitä kun vain ei ole. Sen sijaan tyhjiön kammon periaatteen pohtiminen johti lämpövoimakoneiden keksimiseen 1600- luvulla. Sinänsä virheellinen luonnonlaki tuottikin odottamattoman teknologisen läpimurron! 

Klassinen fysiikka korvasi impetuksen uusilla luonnonlaeilla. Voima saa aikaan kappaleen nopeuden muutoksen. Jos voima ei vaikuta, kappale on levossa tai tasaisessa liikkeessä. Lukija saattaa aavistaa, että nämäkään lait eivät ole aivan ongelmattomia. Fysiikassa voima ei ole perussuure, vaan se ilmenee kappaleen nopeuden muuttumisena. Fysikaalinen laki on siis oikeastaan aivan muuta kuin intuitiivinen luonnonlaki liikkeen luonteesta. Entä mitä oikeastaan tarkoittaa liike? Klassinen fysiikka olettaa, että jossain on olemassa vertailutila ei koordinaatisto, jonka suhteen liike voidaan ilmoittaa. Nykytiedon valossa kaikki koordinaatistot ovat samanarvoisia. Aivan, siellähän vaanii suhteellisuusteoria
 
Entä klassisen fysiikan painovoimateoria? Siinä on mukana maapallon massa, tarkasteltavan kappaleen massa ja sen etäisyys maan keskipisteestä ja verrannollisuuskerroin. Painovoimateoria kuvaa fyysikon ajattelua, mutta käytännön ja havaintojen kannalta se on hyödytön ja jopa virheellinen: emme tunne maapallon massaa emmekä verrannollisuuskerrointa, ja tutkimamme kappaleen massakin on tuntematon: tiedämmehän sen kappaleen painon perusteella, siis kehäpäätelmä! Jos haluamme tislata tästä esiin luonnonlain, se voisi olla kappaleen taipumus pudota tai vieriä alamäkeen suuren massan läheisyydessä eli maan pinnalla. Tässäkin luonnonlaki on jotain jota emme voi tarkemmin määritellä: taipumus tai ominaisuus. Nykytiedon valossa tämä ongelmallisuus häviää kokonaan: painovoima onkin aika-avaruuden geometriaa. 

On olemassa tietyllä lailla perustavampia luonnonlakeja, Energian siirtyminen korkeasta lämpötilasta tai energiatasosta matalamman suuntaan eli entropian kasvu. Tässä ongelmallisuus ei ole itse ilmiössä. Tarkkaan ajatellen kyseessä on seuraus molekyylien kinematiikasta tai säteilylaista, jos energia siirtyy säteilemällä. Entropialaki on ilmeisen todenmukainen, eikä riitele muiden lainalaisuuksien kanssa. Ongelmallisuus liittyy siihen, että entropiaprosessi edellyttää materiaalista kehikkoa eli fysikaalista systeemiä jossa se vaikuttaa. Ja tämä on johtanut tulkintaongelmiin. 

Oma johtopäätökseni voisi olla seuraava: luonnonlait ovatkin tulkintoja, jotka auttavat omaa ymmärtämystämme, kun tarkastelemme maailman ilmiöitä. Mutta ne näyttävät olevan ristiriitaisia. Ja ne saattavat samalla selittää ilmiön täysin väärin. 

Entä mitä Richard Feynman ajatteli luonnonlaeista? Tarkkaan ottaen hän ei puhunut luonnonlaeista, vaan fysiikan laeista, joille asetetaan tiukempia muodollisia ehtoja. Fysiikan laki ilmaistaan matemaattisella yhtälöllä, joka kertoo maailmassa vallitsevan asiantilan. Tällaisia lakeja on klassisessa fysiikassa paljon, esimerkiksi putoamisliikkeen kaava ja Maxwellin yhtälöt. Usein tällainen fysiikan laki liittyy pikemminkin fysiikan soveltamiseen tekniikassa kuin fysikaalisen ilmiön kuvaamiseen. Kuten Ohmin laki tai Tsiolkovskin rakettiyhtälö. Feynman pohdiskeli mm miksi matematiikka toimii luonnon kuvaamisessa. On myös olemassa hyvin perustavanlaatuisia lainalaisuuksia, ja mahdollisesti fysiikan lait johtuvat niistä. Tällaisia ovat vuorovaikutuksiin liittyvät säilymislait ja matemaattiset symmetriat. 

Tässä blogissa harjoitin tieteestä puhumista. Kaikki tutkijat harjoittavat sitä, sillä se on ainoa tapa luoda ymmärrystä. Ja mikä tärkeintä, myös maallikot harrastavat sitä. Se rakentaa siltaa tieteen ja muun yhteiskunnan välille. Kun sitten tieteenhaara vakiintuu, sen perusasiat saatetaan ilmaista hyvinkin tiiviissä muodossa. Ne ovat kuitenkin syntyneet intuitiivisen tieteestä puhumisen kautta. Ja ne myös pitävät yllä ja synnyttävät lisää tieteestä puhumista. 

Oma pohdiskeluni luonnonlain luonteesta lähti liikkeelle, kun ihmettelin sellaisia asioita kuin evoluutio, elämän synty ja älykkyyden ilmaantuminen. Ovatko ne luonnonlakeja, vai ovatko ne jonkun tietyn luonnonlain ilmentymiä? 

Palaan tähän myöhemmin, sillä se on aivan oma juttunsa.