Oraakkelit ja aikakoneet

Kautta historian ihminen on kiihkeästi halunnut nähdä tulevaisuuteen. Niin sanotusti, raottaa tulevaisuuden verhoa. Ennustamisessa ja tulevaisuuden näkemisessä on kokeiltu erilaisia vaihtoehtoja. Ennustaminen on nähty ihmisen kyvyksi, joka tosin on varattu vain harvoille poikkeusyksilöille. Tai se voi perustua erilaisiin magian tekniikkoihin tai välineisiin. Tai sitä on lähestytty myös tieteen keinoin. Aika nähdään usein jonkinlaisena janana tai nuolena, joka kulkee menneisyydestä tulevaisuuteen. Joten ehkä voitaisiin rakentaa erityinen laite, aikakone. Sillehän on jopa malli. Kello ottaa toimintansa periaatteen ajasta, joka vaikuttaa sen osoittimien liikkeeseen. Voitaisiin ehkä rakentaa käänteinen kello, jonka osoittimia liikuttamalla voitaisiin siirtyä ajassa.

Aikakoneen rakentamisessa ei ole kuitenkaan onnistuttu, ja ehkä koko ajan käsite on ymmärretty väärin. Siteeraan nyt, tosin ulkomuistista ajan ehdotonta ammattimiestä, eli fyysikko Kari Enqvistia. Hän on kosmologi, ja hehän joutuvat työkseen miettimään ajan olemusta. Enqvistin mielestä menneisyys on totta, se on ehdottomasti ja objektiivisesti olemassa. Eikä ole olemassa vaihtoehtoisia menneisyyksiä – vaikka jotkut poliitikot yrittävät sellaisia rakentaa. Valitettavasti meillä ei ole menetelmiä tutkia menneisyyttä suoraan. Näemme vain muinaisen nykyhetken jättämiä heikkeneviä jälkiä. Mutta tulevaisuuden laita on vielä huonommin. Fysiikan näkökulmasta tulevaisuutta ei ole edes olemassa. On vain nykyhetken ankara mylly, joka jauhaa olemassaoloa ja tapahtumia tyhjästä. Aikakonetta varten ei siis ole olemassa sellaista tulevaisuuden seutua, jonne se voisi meidät viedä.

Psykologisesti tämä tuntuu aivan väärältä, emme voi uskoa että maailmamme olisi tällainen. Ihmisen mieli rakentuukin pitkälle ennustamisen varaan. Asialla on tausta evoluutiohistoriassa. Kun elollisille olennoille kehittyi hermosto, se lisäsi olennaisesti niiden kelpoisuutta. Hermoston avulla eläin pystyy reagoimaan nopeasti ympäristön signaaleihin, esimerkiksi välttämään vaaraa ja löytämään ruokaa. Mutta evoluutio kehittyi vielä pidemmälle. Eräät eläimet alkoivat myös ennakoida, mitä lähitulevaisuudessa tulee tapahtumaan. Ja se tarjosi vielä parempia menestymisen mahdollisuuksia. Ihmisessä tämä kyky kehittyi pisimmälle. Aivomme ovat ennen kaikkea ennustuslaite. Veimme ennakoinnin jopa käsitteelliselle tasolle, persoonallisuuteemme ja kulttuuriimme. Tulevaisuus on meille olennainen osa todellisuutta. Me suunnittelee toimiamme, ja saamme tulevaisuuden ajattelusta motivaatiomme ja elämänuskomme. Jopa kansojen ja valtioiden olemassaolo perustuu tulevaisuuden ajatukselle.

Tulevaisuuteen liittyy vain eräs kiusallinen piirre: sitä ei voi ennustaa. Vaikka ennustaminen siis on periaatteessa mahdotonta, käytännössä se on kuitenkin suhteellisen mahdollista. Niin kuin moni muukin ihmisen tekemä asia. Ihmiskunta onkin ennustanut hamasta esihistoriasta saakka. On haluttu tietää, mistä saalista löytyy, tai millainen sato on tulossa. Tai onko asuinpakka turvallinen. Ja historiallisen ajan alusta lähtien ennustamisessa on hyödynnetty ammattilaisia. Papit ovat ennustaneet tulevaisuutta uhrieläinten maksasta. Esimerkiksi kuninkaat ovat halunneet tietää, onko nyt otollinen aika lähteä sotaretkelle ja miten siinä sitten käy. Antiikissa neuvoja haettiin Delfoin oraakkeleilta, se oli suoranainen instituutio. Juutalaisuudessa ja kristinuskossa profetoinnilla on merkittävä rooli. Ennustamisesta siinäkin on kysymys. Oraakkelit, profeetat ja muut muinaiset ennustajat osasivat todella ammattinsa. Se antoi heille toimeentulon ja siitä syntyi menestyviä kultteja. Ennustukset esitettiin aina monimerkityksellisessä tai jopa sekavassa muodossa. Siksi ennustaja ei koskaan ollut väärässä. Päin vastoin, heidän taitoaan ja viisauttaan ihailtiin laajasti. Ennustukset toteutuivat usein yllättävillä tavoilla, ja silloin niiden viisautta ihailtiin aivan erityisesti. Myös nykyajan ammattiennustajat osaavat hämäryyden taidon. Palaan tähän vielä lopuksi.

Uudella ajalla noussut uudenlainen luonnontiede tarjosi myös aivan uuden tavan tarkastella todellisuutta. Tieteellisen tiedon ensimmäinen kriteeri on, että sen tulee selittää ilmiöitä. Mutta syntyi myös aivan uusi kriteeri: tieteen tulee myös ennustaa tulevaisuutta. Uusi astronomia ennusti planeettojen liikkeet ja komeettojen radat. Tieteellinen ennustaminen on erityisen tärkeää tekniikassa. Höyrykoneen rakentaja perustaa suunnitelmansa teorioihin mutta kun kone rakennetaan, on olennaista, että kone toimii teorian ennustamalla tavalla. Näin tekniikassa pääosin menetellään, luotetaan ennusteisiin. Jos rakennetaan aivan uudenlainen silta tai rakennus, rakennuttajat uskovat, että niissä toteutuu teorian ennustama turvallisuus. Suhteellisen harvoin käy niin, että suunnittelijat tai rakentajat tulkitsevat teoriaa väärin tai teoriat ovat epätäydellisiä –ja silloin voi tapahtua onnettomuuksia.

Ennustaminen on siis suhteellisen mahdollista, etenkin jos ei ennusteta kovin kauas tulevaisuuteen. Ihmisen oma evoluutiohistoria on hyvä todiste. Kyky ennakoida lähitulevaisuutta luotettavasti on eräs ihmislajin menestyksen kulmakiviä. Mutta miksi ennustaminen toimi ainakin jossain mittakaavassa, vaikka fysiikan mukaan se on mahdotonta? Vastaukseksi riittää yksi ainoa sana: systeemidynamiikka. Todellisuuden mutkikkaat ilmiöt ovat dynaamisia systeemejä. Taivaanmekaniikka tai tykillä ammuttu ammus tai kemiallinen reaktio käyttäytyvät tavalla, jota voidaan kuvata differentiaaliyhtälöillä ja nuo yhtälöt ovat voimassa myös nykyhetkestä eteenpäin. Tämä ei tosin ole aivan totta, sillä systeemit käyttäytyvät ainoastaan likimäärin ennustettavasti ja vain silloin kun tarkastellaan lähitulevaisuutta. En nyt erittele tätä enempää.

Entä kun mennään muiden tieteiden puolelle, yhteiskuntatieteisiin, historiaan tai taloustieteisiin? Tiedämme, että ennustaminen on nykyään varmaan jopa yleisempää kuin antiikin aikana, näemme ennustajia päivittäin tiedotusvälineissä. Ennustamisen motiivikin on osittain sama kuin ennen. Valtaapitävät tai valtaa tavoittelevat haluavat perusteluja ja legitimiteettiä toiminnalleen. Ennustajilla ei nyt ole käytössään täsmällistä matematiikkaa, sen sijaan he nojaavat menneisyydessä kerättyihin aikasarjoihin. Tältä osin ennustaminen vastaa luonnontieteiden dynaamisiin systeemeihin nojaavaa periaatetta. Sen sijaan teorian osalta asiat ovat paljon heikommin. Erityisen heikko teoriapohja on poliitikoilla, he soveltavat pikemminkin psykologisia mielikuvia.

Mutta eikö taloudessa kuitenkin ole vallalla joku teoriapohja? Eksaktia teoriaa on kuitenkin niin niukasti ja sen ennustuskyky on niin heikko, että moni tutkija haluaa pudottaa taloustieteestä sanan tiede kokonaan pois. Jäljelle jää pikemminkin uhrilampaan maksasta ennustaminen. Mutta ehkä on syytä olla tasapuolisempi. Kyllä taloustieteessäkin jotain pohjaa täytyy olla – aikasarjojen jatkamisen ohella. Ehkä onkin, parhaiten muotoillut teoriat ovat päätöksentekoteorioita. Niissä on kaksi ongelmaa. Ensinnäkin ne ovat psykologisesti epärelevantteja. Toisekseen, yksilöllisistä toimijoista rakentuvaan taloudellisen mekanismin tarkka kuvaus puuttuu. Ennustajina talousviisaat seuraavat muinaisten kollegojen jalanjälkiä. He esittävät ennusteensa monimielisesti tai epäselvästi. "edellyttäen, että premissit toteutuvat, ennuste näyttää tältä". Mitä tällainen lause oikein tarkoittaa, näyttäähän ennuste muutenkin siltä miltä se näyttää? Talousuutinen ei mainitse, mitä "premissejä" on käytetty, ehkä niitä ei ole lehdistötiedotteessakaan. Ja yleistajuisessa uutisoinnissa ei edes viitata teoriakehykseen.

Mutta pitääkö taloustieteessä edes olla teoriaa? (Tällaisen kysymyksen esittäminen nostaa esiin joukon muita kysymyksiä, eivätkä ne ole edullisia taloustieteilijöille; ei mennä nyt siihen). Teorian perään haikailijoita vastaan talousmiehet voivat ottaa varoittavaksi esimerkiksi marxilaisen talousteorian. Varoitus onkin paikallaan, ja teorian soveltamisesta on saatu ikäviä kokemuksia. Mutta mikä varsinaisessa teoriassa oli pahiten väärin? Marx kiinnitti huomiota tuotantomenetelmien ja tuotantosuhteiden ensisijaisuuteen, ja se on merkittävä huomio. Sen sijaan Marx ohitti kokonaan teknologian, joka oikeastaan on tuotannon tekijöistä tärkein. Marxin arvoteoria on ilmeisen hämärä ja väärä, itse en ymmärrä sitä ollenkaan. Tosin ei tämä mikään helppo rasti ole. Kuka voi nykyäänkään sanoa ymmärtävänsä esimerkiksi rahan teoriaa. Itse kukin voi miettiä, mistä raha syntyy, ja nyt en tarkoita omaa tilipussia. Filosofiassa Marx nojasi nähdäkseni höttöiseen Hegeliin.

Marx joka tapauksessa kiinnitti huomion tuotantoon, joka on ollut yhteiskunnan perusta kivikaudesta alkaen. Seuraavaksi historian näyttämölle astuu itävaltalainen Joseph Schumpeter (1883–1950) sikäli onnettomasti, että hän toimi valtionvarainministerinä aikana jolloin inflaatio laukkasi tuhansia prosentteja päivässä. Schumpeter pohti, miten tuotanto organisoituu teollisuudenaloiksi. Hän huomasi että talous muistuttaa biologisia ekosysteemejä, ja että sillä on ennustettava dynamiikka. Jos joku haluaa pohtia, mitä Schumpeter todella sanoi, pitää mennä kirjallisille lähteille, toisin kuin poliitikot, jotka aiheutettuaan talouskatastrofin alkavat hokea: ”luova tuho on hyvä!”

Lukijalle pahoittelen pitkää aasinsiltaa lampaanmaksoista Marxin ja Schumpeterin kautta teollisuusalojen dynamiikkaan. Neuvostovenäläinen taloustieteilijä Nikolai Kondratjev (1892–1938) havaitsi länsimaiden taloudessa 40-60 vuoden pituisia suhdannesyklejä. Taloustiede oli noissa oloissa hengenvaarallista, ja vaikka hän oli nuorena ministerinä rakentamassa Neuvostoliiton taloutta, Stalinin aikana hänet teloitettiin.

Kondratjevin sykleissä on kiehtovia ideoita. Ensinnä ne kuvaavat määrällisten vaihtelujen lisäksi talouden laadullista muuttumista. Toiseksi, ne huomioivat tieteen ja teknologian vuorovaikutusta. Tieteelliset läpimurrot ruokkivat teollista kasvua, ja vastaavasti teolliset syklit tuottavat resursseja ja ideoita uusiin tieteellisiin läpimurtoihin. Alla oleva kuva havainnollistaa Kondratjevin mallia. Sen tulkinnat vaihtelevat esittäjästä riippuen, olen itse muokannut oheisen kuvan nykyistä ymmärrystäni vastaavaksi. On huomattava että teollinen paradigma ei kokonaan katkea uuteen sykliin, vaan se voi jatkua taustaresurssina useiden syklien yli. Esimerkiksi sähköstä tuli jo sata vuotta sitten perusresurssi, ja lämpövoimakoneet ovat vasta nyt siirtymässä alenevalle käyrälle. Kuvan mukaan elämme nyt viidettä Kondratjevin sykliä, se satsaa uusiin materiaaleihin ja energiantuoton uudistamiseen. Aikamme tieteellisistä läpimurroista voi olla ennenaikaista puhua, kvanttilaskennan ohella voisi syntyä syvällistä biologian inspiroimaa systeemiteoriaa, joka palvelisi sekä teollista struktuuria että yhteiskuntaelämää.

Ennustaako tämä malli siis tulevaisuutta? Ainakin siinä mielessä, että sen esikuvana ovat biologiset dynaamiset prosessit, ja niillä tiedetään olevan vakaata jatkuvuutta lähitulevaisuuden suuntaan. Oheinen kuva on kymmenen vuotta vanha, en ole tuntenut tarvetta korjata sitä.

 

 

Totuus fysiikasta - ei se ihan niin mene!

Taas tulee kovaa tiedettä. Kovaakin kovempaa eli fysiikkaa. Pahoittelen, heikkohermoiset hypätköön yli.

Sattuma toi käteeni Ramo Lehden kirjan ”Tieteen rannalla” (Ursa 2005). Matemaatikko Raimo Lehti (1931-2008) oli minulle tuttu Teknillisestä korkeakoulusta vuodelta 1970. Hän luennoi minulle integraalimuunnosten kurssia. Olin huono oppilas, mutta läpäisin kurssin joten kuten. Lehti ei ollut erityisen karismaattinen opettaja, muistan hänen olleen kuiva, mutta tavattoman tarkka yksityiskohdissa. Hän käytti myös säästeliäästi viistoa huumoria. Samaan aikaan riehui kuumana yliopistojen hallinnonuudistuskiista, jossa Lehti toimi oman ilmoituksensa mukaan ”tykkimiehenä”. Se oli masentava ja hyödytön episodi, joka viilensi opiskelijoiden ja professoreiden välejä.

Seuraavan kerran törmäsin Lehden kirjoituksiin vasta 2000- luvulla. Havaitsin, kuinka hän kirjoitti tavattoman kiehtovasti ja oivaltavasti tieteenhistoriasta, erityisesti Galileosta, Kopernikuksesta ja Kepleristä. Siteerasinkin hänen tekstejään mm omilla luennoillani.

Lehdestä oli siis tullut tieteen historian ja tieteenfilosofian tutkija ja asiantuntija, ja hän oli vähintäänkin hyvin perillä tähtitieteestä. Olin hyvin vaikutettu ”Tieteen reunalla”- kirjasta. Sain siitä uusia oivalluksia. Kirjassa on lähinnä muokattuja kirja-arvosteluja ja kommenttipuheenvuoroja - mutta ne ovatkin jotain ihan erityistä! Tieteen popularisoijana hän ei välttämättä ole esimerkiksi Kari Enqvistin veroinen, koska tarkkuus ja huolellisuus tuntuvat herkästi kuivakoilta. Minä tunnistin kirjasta heti hänen kuivan tyylinsä, viiston huumorin ja tarkkuuden yksityiskohdissa.

On kiintoisaa, että, Lehti ruotii ankarasti Enqvistin kirjaa ”Olemisen portilla” - vaikka hän on useimmista asioista samaa mieltä. Hän oli löytänyt epätarkkuuksia ja laiskaa ajattelua, jokaisen tietokirjailijan syntejä. Lehti yhtyi myös Enqvistin kritiikkiin kvanttifysiikan oudoimpia tulkintoja kohtaan, itse asiassa terävöittäen kritiikkiä. Schrödingerin kissa on siis elävä TAI kuollut, ei mitään muuta (kysyin asiaa kerran lapsiltani, ja hekin olivat tätä mieltä - ja lapset ovat viisaita.) Kaikkiaan Lehti antoi Enqvistin kirjalle reilun tunnustuksen, onhan sen aihe todella kunnianhimoinen. 

Lehti ottaa myös voimakkaasti kantaa ns. postmodernia tieteenkäsitystä vastaan, osoittaen - mielestäni varsin armottomasti - sen pinnallisuuden ja väärintulkinnat. Myös reduktionismin, emergenssin ja determinismin käsitteitä Lehti ruotii ilahduttavalla innolla ja älyllä.

Lehti kurmottaa myös liian yksioikoista luonnontieteellisen metodin esittelyä. Usein esitetään, että luonnontieteellisen mallin ihannetyyppi on differentiaaliyhtälö, ja sen ratkaisut esittävät kuvattavaa ilmiötä. Lehti jos kuka tunsi differentiaaliyhtälöt. Hän toteaa purevasti, että differentiaaliyhtälöllä ei useinkaan ole ratkaisua, tai sitten ratkaisu on kelvoton kuvaamaan mitään ilmiötä. Usein mainittu esimerkki on niin sanottu kolmen kappaleen ongelma: kolme kappaletta kiertää toisiaan avaruudessa, jolloin niiden radat määrää liikevektorien alkuarvot ja kappaleiden keskeinen vetovoima. Niiden liikeyhtälöt on helppo kirjoittaa, mutta yhtälöiden ratkaisua on pidetty mahdottomana. Jo Newton sai päänsärkyä tästä ongelmasta. Ranskan tiedeakatemia lupasi jopa palkkion ongelman ratkaisemisesta.

Olen tavannut väitteen ongelman ratkaisemattomuudesta useammassakin tiedettä popularisoivassa kirjassa. Lieneekö kyseessä tieteellinen sovinismi, sillä vuonna 1912 suomalainen matemaatikko Karl Frithiof Sundman julkaisi ratkaisunsa matemaattisessa aikakausilehdessä, ja kuittasi Ranskan akatemian palkkion jopa kaksinkertaisena. Myös toinen suomalainen, Pauli Kustaanheimo on esittänyt oman ratkaisunsa. Raimo Lehti on eritellyt näitä ratkaisuja erillisissä kirjoituksissaan.

Varsinainen oivallus syntyi artikkelista, joka käsitteli Juri Baryshevin ja Pekka Teerikorven englanninkielistä kirjaa kosmoksen fraktaalirakenteista. Ja se oivallus on seuraava. Sekä populaareissa että tutkijoille suunnatuissa tieteenfilosofian esityksissä väitetään varsin yleisesti, että suhteellisuusteoria korvasi Newtonin fysiikan, ja että kvanttimekaniikka on pidemmälle kehitettyä ja oikeampaa kuin Einsteinin relativistinen fysiikka. Asia ei ole lainkaan näin. Kvanttimekaniikan tulkitsemisessa on runsaasti ongelmakohtia. Ehkä vielä kiehtovampaa on, että Newtonin fysiikka tarjoaa kosmologialle sellaisen hedelmällisen viitekehyksen mihin Einsteinin geometrinen painovoimateoria ei yllä. Yhteenvetona, näillä kolmella teorialla on sovelluskohteen mukaan vaihteleva tarkkuus ja kattavuus ilmiöiden mallituksessa. Ja mikä yhtä olennaista, kullakin näistä teorioista on kyky stimuloida ihmisen ajattelua ja ei-matemaattista keskustelua fysiikasta yhä tänäkin päivänä.

Niin että unohtakaa väite Newtonin fysiikan vanhentuneisuudesta. Ja muistakaa että suhteellisuusteoria ei ole kaikkivoipa. Ja kvanttimekaniikka - siitä ehkä kannattaisi puhua äärimmäisen varovasti.