Luumupuun alla

Monet keksinnöt ja oivallukset nousevat arkipäivän havainnoista. Väitetään, että Newton keksi painovoiman nähtyään omenan putoavan puusta. Galileo kävi Venetsiassa telakalla, jossa rakennettiin gondoleja, ja teki muistiinpanoja kappaleiden kellumisesta. Mahdollisesti Arkhimedeen kuuluisa huudahdus Heureka! syntyi myös laivatelakalla, vaikka toisen tarinan mukaan hän kelluttikin itseään eli oli kylvyssä. Väitetään että Einstein testasi ajatuksiaan suhteellisuusteoriasta ajellessaan Zürichissä raitiovaunuilla. Siellä ne ovat sinisiä, kun taas Bernin raitiovaunut ovat punaisia – tarpeetonta nippelitietoa. Ja nippelitietoa on sekin, että hän ehkä ajelikin raitsikolla Bernissä, missä hän työskenteli patenttitoimistossa. Tieteen historiassa kerrotaan runsaasti tällaisia tarinoita. Ne ovat viihdyttäviä ja huvittavia, etenkin silloin, kun ideaan johtanut sattumus on aivan eri alalta – tai aivan outo. En tiedä, kuinka merkittävä tai yleinen tämä ilmiö on. Ehkä ne jäävät elämään tarinoina vain silloin, kun yhteydet ovat riittävän outoja.  

Itse pidän olennaisempana sitä, että yleensä idea ei ole kertaluonteinen mullistava läpimurto. Pikemminkin ideointi etenee sarjana enemmän tai vähemmän yhteen liittyviä vaiheita. Tällaista mallia sanotaan marjanpoimintamalliksi. Marjastaja suunnistaa kohti lupaavan suurta tai hyvältä näyttävää marjaa. Näin marjojen etsintä suuntaa marjastajan askelia vähitellen kohti aina vain parempia apajia. Tai sitten, kuten usein käy, parempaa apajaa ei löydykään, ja pitää etsiä kokonaan uudesta paikasta. Marjanpoimintamallia on käytetty erityisesti havainnollistamaan tiedonhakuprosessia.  

Mutta miksei se toimi laajemminkin. Ehkä ihmisen elämä ylipäätään etenee samaan tapaan, toisiaan seuraavina sattumuksina. Ja joskus ne tuntuvat jäsentyvän tunnistettavaksi kehityskuluksi. Silloin elämä tuntuu merkitykselliseltä. Tai, jos niistä ei muodostu mitään selvää hahmoa, ihminen tuntee ajelehtivansa vailla päämäärää. Tällaista kehityskulkua ei välttämättä tunnista heti. Ovathan tulevat tapahtumat vielä piilossa. Siksi elämän jäsentyminen voi syntyä myös jälkijunassa, hyvinkin pitkän ajan kuluttua. Aiemmin mitättömät asiat saavatkin uuden merkityksen. Ihminen voi siis löytää elämälleen tarkoituksen tai tunnistettava hahmon yllättäen. Tai elämänkulku voi jopa jäsentyä moneen kertaan uudelleen. 

Usein on hyvä konkretisoida asioita. Kerron tapauksen itsestäni. Kaikki alkoi kymmeniä vuosia sitten, lapsuudessani. Olin ehkä vasta menossa kouluun. Tapahtumavuotta en mitenkään pysty kiinnittämään. Olin oppinut varhain ja itsekseni lukemaan, ja luin kaikenlaista. Olin lukutoukka. Esimerkiksi Helsingin puhelinluettelon ”keltaiset sivut” eli palveluhakemisto oli tosi kiehtovaa luettavaa. Samoin luin läpi tietosanakirjojen osia, hakusana kerrallaan, etsimättä mitään eritystä. Romaaneja en lukenut, luultavasti en vielä ymmärtänyt romaanin ideaa. Saatoin tosin lukea muutaman sivun, mutta en ymmärtänyt, miksi nuo sivut oli kirjoitettu. 

Myös tapahtumapaikka on tärkeä. Muistomme ovat kokonaisvaltaisia ja monimutkaisia, ja niihin on kietoutunut eri aistimuslajien vivahteita. Siksi lähes unohtuneita ja hyvinkin vanhoja muistoja voi yllättäen nousta mieleen. Seuraavassa selostamani varhainen muistuma tapahtui isoäitini puutarhassa. Vietimme joskus muutamia kesäisiä viikkoja isoäidin luona. Hän asui vanhassa puutalossa Forssassa. Ja taloa ympäröi puutarha, joka oli kaupunkilaispojalle suorastaan paratiisi. Kukkien huumaavaa tuoksua, linnunlaulua ja hyönteisten surinaa. Marjapensaita ja hedelmäpuita. Tai sadepäiviä, jolloin oleskelin lasiverannalla ja kuuntelin sateen ropinaa peltikatolla. Minulla oli puutarhassa kaksi mieluisaa lueskelupaikkaa. Toinen oli suuren kiven juurella ja toinen luumupuun alla.

Isoäidin kirjahyllyssä oli todellinen aarre. Hän oli vuosien ajan tilannut ”Valitut Palat”- lehteä, ja oli tallettanut kaikki lehden numerot. Sain lukea noita lehtiä, ja se oli tietenkin tavattoman kiinnostavaa. Valitut Palat julkaisee amerikkalaisista lehdistä poimittuja kirjoituksia, jotka on käännetty, lyhennetty ja sovitettu ”suomalaisiin oloihin”. Nuo jutut olivat useilta eri aloilta: lehdestä löytyi muun muassa tiedettä, kuvauksia eri kansojen elämästä politiikkaa, psykologiaa, uskontoa, ja lyhyitä novelleja. Mukana oli yleensä myös ”kuukauden kirja”, eli muutaman kymmenen sivun lyhennelmä jostain maailmankirjallisuuden merkkiteoksesta. 

Tiedettä ja tekniikkaa käsittelevät jutut kiehtoivat minua erityisesti. On tietenkin mahdotonta sanoa, syntyikö tuo kiinnostus Valittujen Palojen vaikutuksesta. Jotenkin ajattelen, että tällainen taipumus oli minussa jo olemassa. Sitä paitsi eräät asiat alkoivat vaivata minua. Ehkä kaikki, mitä tässä ”arvovaltaisessa ” lehdessä kirjoitetaan ei olekaan totta. Valitut Palat on amerikkalaiseen tapaan uskonnollisesti värittynyt. Useissa jutuissa esiin tuotu ajatus äärettömyydestä, ikuisuudesta ja ”iankaikkisesta elämästä” tuntui oudolta, sitä oudommalta, mitä enemmän sitä ajatteli. Sen ajattelu alkoi huimata päätä, ja lopulta se tuntui suorastaan kauhealta. Samalla tuntui, että jotain on väärin. Ei sitä asiaa näin pitäisi ajatella. Muistan hyvin, miten istuin lempikiveni juurella ja katselin sinistä taivasta ja valkoisia kumpupilviä. Vähitellen päädyin siihen, että hylkäsin koko jutun. Se, mitä pyhäkoulussa kerrottiin tai mitä kuulin radion hartausohjelmissa saattoikin olla vain tyhjänpäiväistä tunteilua, joka ei tähdännyt mihinkään. Tai ehkä sen tarkoitus oli kuulijan oman ajattelun hämärtäminen. Minua oli petetty, en vain ymmärtänyt, miksi. 

Muistan erityisesti erään artikkelin, jonka otsikko oli: ”miksi tiedemies uskoo Jumalaan”. Se tuntui tärkeältä, ja luin sen moneen kertaan. En tietenkään ajatellut, että minusta tulisi ”tiedemies”. Se tuntui aivan liian vaikealta. Luin kuitenkin kiinnostuneena, ja mitä enemmän luin, sitä hämmentyneemmäksi tunsin oloni. Otsikossa oli selvä kysymys, mutta miksi siihen ei vastattu? Ehkä kirjoittaja ei itsekään tiennyt! Mutta miksi hän sitten ylipäätään vaivautui kirjoittamaan? Otsikossa esitettiin myös selvä väite. Vasta aikuisena luin jostain, että väite ei olekaan totta, asiantila on jopa Yhdysvalloissa suorastaan päinvastainen. Koko artikkeli oli siis vailla mitään tietopohjaa.

Palaan nyt tuohon edellä esittelemääni marjanpoimintamalliin. Ja siihen, kuinka jo lapsena löysin ensimmäiset houkuttelevat marjat. Mutta jatko ei ollut mitenkään suoraviivaista. Mättäät köyhtyivät, ja jouduin aloittamaan aina uudestaan jostain uudesta paikasta. Nyt jälkikäteen voisin tietysti esittää kertomuksen tästä marjastusretkestä. Mutta en usko, että se olisi kiinnostavaa. Pikemminkin se olisi jonkinlaista jälkiviisastelua.

Kerron kuitenkin jotain, eli koetan selittää, mikä tällaisessa marjastuksessa on niin vaikeaa. Jo lukioikäisenä innostuin tietokoneista. En kuitenkaan ymmärtänyt niistä juuri mitään. Oltiin niin sanottujen asiantuntijoiden varassa, joista useimmat oli myös ihan pihalla. Kirjoitin ylioppilasaineen aiheesta, ja sain kai ällän, ei kovin vahvaa. Mutta muistan tuosta aineesta sen verran että olen syvästi häpeissäni. No nyt ollaan hiukan vastaavassa tilanteessa tekoälyn kanssa, taaskin asiantuntijoita riittää. Joten ei siitä työuran rakentumisesta mitään siistiä polkua tullut, ne löytyneet marjat oli joka kerralla enemmän tai vähemmän väärää lajia.

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.

Kekseliäisyys ja uteliaisuus tieteessä nousee erimielisyydestä

Ihminen on uskomattoman kekseliäs, mutta ei niinkään yksilönä, vaan yhteisönä, ja prosessoidessaan erilaisia ja ristiriitaisia käsityksiä. Tämä on syytä pitää mielessä, ja erityisesti niiden, jotka suhtautuvat kriittisesti tieteelliseen tietoon. Myös tieteen rahoittajien on syytä pitää mielessä, että konsensus ei vie tiedettä eteenpäin, vaan kiistat ja kriisit.

Parasta – taas kerran – tarkastella asiaa historian kautta. Luonnontiede hioi metodisen miekkansa teräväksi kamppaillessaan tieteen vastustajien, konservatiivien ja kirkon kanssa. On myös hämmästyttävää, miten vähäisistä aineksista tiedeyhteisö pystyi luomaan teorioita, jotka vähitellen voimistuivat ja saivat lopulta vakuuttavan varmistuksen. Olen kertonut, kuinka tiede ei suinkaan pystynyt todentamaan aurinkokeskeistä maailmankuvaa tähtitieteen havainnoilla 1600-luvulla, vaan vasta 1800-luvun puolessa välissä. Kopernikaanisen maailmankuvan läpimurto 1600-luvun lopussa oli seurausta hyvin epävarmoista vihjeistä ja teorian loogis-matemaattisesta selkeydestä. Olen myös muissa kirjoituksissa esittänyt, kuinka evoluutio vakiintui käsitteenä päätelmien kautta, ennen kuin sen mekanismit todennettiin molekyylikemian tasolla.

Kysymys maailman iästä osoittaa, kuinka vastustajien argumentit stimuloivat tieteellistä pohdintaa. On nimittäin varsin ilmeistä, että perinteisin käsitys maailmasta on staattinen: maailma on ikuinen ja muuttumaton. Käsitystä on myös helppo puolustaa, koska muutos on välittömien aistiemme ja lyhyen elinikämme takia mahdoton havaita. Mutta teologien käsitys maailman äkillisestä luomisesta ja jopa eräiden teologien maailmalle laskema noin 8000 vuoden ikä oli häiritsevä. Voidaanko se todentaa tieteen keinoin? Vai voidaanko se kiistää? Ja mistä lähteä liikkeelle?

Eräs lähtökohta on, että heti maailman luomisen jälkeen maailma oli hyvin kuuma, sulassa tilassa. Pursuaahan sulaa sisustaa edelleenkin esiin tulivuorista! Isaac Newton (1623-1727) todella laski, miten kauan kestäisi maapallon jäähtyminen sulasta tilasta nykyiseen lämpötilaan. Hän sai tulokseksi 50000 vuotta! Maailman ikä piteni heti kertaluvulla.

Buffonin markiisi (George Louis de Buffon) halusi selvittää asiaa kokeellisesti. Hän mittasi erikokoisten rautapallojen jäähtymistä, ja ekstrapoloi tulokset maapallon kokoiselle pallolle. Hän päätteli iäksi 75000 vuotta (Epochs of Nature (1774). Vielä 1800-luvulla lordi Kelvin teki omat jäähtymislaskelmansa, ja nyt tulos oli taas paljon suurempi – ja siis tietyssä mielessä tarkempi - eli 20-40 miljoonaa vuotta.

Nykyisin tiedämme, että myös tämä laskelma oli virheellinen. Tai, laskelma oli varmaan tehty oikein, mutta sen teoreettinen viitekehys oli väärä, eli liian yksinkertainen. Se ei ottanut huomioon, että maapallon valtavan koon takia lämpö siirtyy sisuksista pinnalle hyvin hitaasti. Itse asiassa maapallon muutaman kymmenen kilometrin paksuinen kuori eristää meidät tehokkaasti kuumasta sisuksesta. Kelvin ei myöskään tiennyt, että maaperän radioaktiiviset isotoopit kuumentavat maapalloa jatkuvasti.

Geologeille ja evoluutiotutkijoille Kelvinin laskema ikäkin oli aivan liian lyhyt. Geologit arvioivat, kuinka kauan kestää sedimentoituneen vuoriston muodostuminen, tai millä nopeudella eroosio syö vuoria. Charles Darwin arveli, että ne geologiset prosessit, joiden tulokset ovat näkyvissä Walesin kambrisessa vuoristossa, ovat vaatineet ainakin 300 miljoonaa vuotta, ja pian geologi John Goodchild pidensi ajan 700 miljoonaan vuoteen. Se onkin suuruusluokaltaan oikea lukema kambrisille vuoristoille.

Paremmat arviot maapallon iästä saivat sitten odottaa radioaktiivisuuden keksimistä. Isotooppiajoitus pidensi maapallon ikää vielä kertaluokalla. Koko maailmankaikkeuden ikä tuntui sen sijaan olevan mielikuvituksen ja mittausten ulottumattomissa. Kunnes tähtitieteilijä Edvin Hubble havaitsi punasiirtymän 1920-luvulla, ja kosminen taustasäteily löytyi 1960 - luvulla.

Maailmankaikkeudelle saatiin ajallinen alkupiste. Aiheellinen epäluulo luomiskertomusta kohtaan oli synnyttänyt lopulta modernin ja havainnoin varmennetun kosmologian.