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.

Humpuukia vai vakavaa pohdintaa?

Luin juuri Thomas Nagelin melko tuoreen kirjan "Mieli ja kosmos : miksi materialistis-darwinistinen luontokäsitys on lähes varmasti epätosi." (Basam books 2014). Tai yritin lukea, tähän asiaan palaan lopuksi.

 

Thomas Nagel (s.1937) on varsin tunnettu amerikkalainen filosofi. Erityisen tunnettu hän on skeptisestä asenteestaan luonnontieteitä kohtaan. Ei siis mikään ihme, että erilaiset humpuukitahot viittaavat mielellään häneen, joko korrektisti, tai (yleensä) mutkia oikoen. Tällaisilla humpuukitahoilla tarkoitan muun muassa kreationisteja, älykkään suunnittelun kannattajia, ja ylipäätään tieteenvastaisia käsityksiä levittäviä porukoita. Sanoin näitä humpuukitahoiksi, koska en pidä niiden strategioita rehellisinä. Näin siksi, että niiden perinteisenä motiivina näyttää olevan uskonnon puolustaminen, ja yleensä implisiittisesti rajattuna, kristillisen valtauskonnon hellittely. Tätä ei yleensä kuitenkaan suoraan tunnusteta, vaan annetaan käsitys, että esimerkiksi älykkään suunnittelun tukena on oikeaa tiedettä, ja samalla luonnontieteitä ja tieteellisiä käsityksistä vääristellään. 

 

Tämä strategia on joustavaa ja opportunistista. Tieteen väitetään julistavan ehdottomia totuuksia, ja toisaalta, jos tieteellinen tieto esitetään, niinkuin kuuluukin, mainitsemalla siihen liittyvä epävarmuus tai tuomalla esiin kritiikkiä ja vaihtoehtoisia käsityksiä, tämä sitten paisutellaan väitteeksi, että tiede on kauttaaltaan epäluotettavaa, vain erilaisia mielipiteitä. Tieteentekijät luokitellaan papistoksi, ja tiede selitetään tiedeuskonnoksi. Tämä on erityisen groteskia, koska parjaajilla itsellään on uskonnolliset motiivit.

Joka tapauksessa, Nagel on arvostettu filosofi ja häneen viittaavat myös muut arvostetut ajattelijat. Joten tartuin kirjaan innokkaasti ja myönteisin ajatuksin. En ehkä olisi kaikesta samaa mieltä, mutta saisin ainakin lukea älykästä ja kriittistä tekstiä. Alku ei kuitenkaan ollut lupaava. Jostain syystä kirjan suomentaja oli kirjoittanut kirjaan laajan esipuheen, peräti 34 sivua, missä otti asiakseen selittää, mitä Nagel oikeasti ajattelee. Teksti oli paasaavaa, yksioikoista, ja puettu sekavaan filosofiseen jargoniin. Kääntäjä yritti selvästi olla paavia paavillisempi. Pikainen googlaus paljasti, että kääntäjä on "filosofi ja teologian opiskelija". Olisi kai pitänyt arvatakin.

Mennäänpä Nagelin omaan tekstiin. Hän kohdistaa kritiikkinsä lähinnä neljään asiaan, joita hän nimittää suuriksi ongelmiksi: evoluutiokonseptin "riittämättömyyteen", elämän synnyn kysymykseen, tieteellisen maailmanselityksen vaikeaselkoisuuteen (Nagel käyttää sanaa "maailmanjärjestys", aivan kuten Galileo kuuluisassa teoksessaan), ja sielu-ruumis ongelmaan eli tietoisuuteen, jota luonnontiede ei Nagelin mukaan selitä, eikä (jostain hämärästä filosofisesta syystä) tule koskaan selittämään. Nagel puhuu paljon myös emergenssistä ja reduktionismista, joita hän tuntuu kritisoivan.

Nagelin teksti on selkeää ja kirjoitustyyli ymmärrykseen vetoavaa, (toisin kun kääntäjän esipuhe). Se on myös sivistynyttä argumentointia, jota on ilo lukea. Nagel ei tarjoile ehdottomia väitteitä. Hän ei tyrkytä mitään maailmankuvaa, vaan pikemminkin esittää epäilyksiään. Hän ei myöskään tyrmää evoluution ideaa ehdottomasti, eikä hän halua kuulua älykkään suunnittelun kannattajiin. Toisaalta tekstissä näkyy peitelty uskonnollisuus, tai ainakin kaipuu uskonnollisuuteen, ja hän etsii avoimesti teleologiosia (tarkoitukseen suuntautuvia) selityksiä. Joten mitä kirjasta jäi käteen? Selkeästi esitetty kritiikki ja epäily, mutta todelliset ratkaisuehdotukset asioihin, joita hän pitää ongelmiin jäivät puuttumaan. 

Entä miksi Nagel ei kuitenkaan vakuuttanut minua? Ehkä siksi, että hän on nimen omaan filosofi. Hän ei tunnu olevan kovin syvällisesti perehtynyt biologiaan ja fysiikkaan, joita hän kuitenkin kommentoi. Toisaalta hän argumentoi sivistyneesti: hän ei esitä niistä brutaalin vääristeleviä tulkintoja, niin kuin monet tiedettä kritisoivat tekevät. Eräitä vanhentuneita käsityksiä hän tosin esitti. Muutama muukin asia pisti silmään. Hän käyttää termiä "kovat luonnontieteet mukanlukien biologia". Mitä ihmettä? Ei kai tässä "kova"-sanaa tarvita, tai ainakaan en osaa sanoa mitä on "pehmeä luonnontiede". Ja kyllähän biologia on luonnontiede ilman että filosofin täytyy sitä korostaa. Vai olisiko "kova"- sana kääntäjän keksintöä?

Nagel käyttää säännöllisesti termiä "uusdarwinismi", joka ainakin minun silmissäni vivahtaa hieman halventavalta. Toki käsitys evoluutiosta on tarkentunut Darwinin ajoista, mutta siinä on kyseessä lähinnä evoluution tutkimuksen tuottama molekyylikemian ja populaatiodynamiikan mekanismien selvittäminen. Ylipäätään tieteen kriitikot puhuvat mielellään evoluutioteoriasta, korostaen sanaa "teoria". Aivan kuin kyseessä olisi joku yksittäinen ja mielivaltainen teoria, jonka kumoaminen sortaisi luonnontieteellisen maailmankuvan. Näinhän ei ole, vaan evoluutio on pikemminkin kehitystä tutkivien tieteiden eri haaroja yhdistävä sana (on myös olemassa mm evolutiivinen talousteoria, evolutiivinen teknologiateoria ja evolutiivinen ohjelmointitekniikka). Kaiken kaikkiaan Nagelin käsitys tieteellisestä maailmankuvasta on sekundäärinen, se on sellainen, joka välittyy toisten filosofien teoksista. Mutta tämähän on filosofin kohdalla kai aika luonnollista.

Omat vaikeuteni lukea Nagelia johtunevat siitä, että hän on nimenomaan filosofi. Ensimmäisistä sivuista alkaen törmäsin hatariin lauseisiin ja käsitteisiin, joita ei ollut määritelty, ja joita en voinut sellaisenaan hyväksyä, kuten esimerkiksi "henki". Ajattelin merkata tällaiset kohdat - mutta minulla oli kirjastosta lainattu kirja, enkä halunnut touhuta liimalappujen kanssa. Niitä olisi tullut liikaa, käsitteellisiä ja metodisia ongelmia oli liki joka sivulla. Siksi en pidemmän päälle pystynyt seuraamaan hänen argumentointiaan. En yksinkertaisesti uskonut siihen. Mitä mutkikkaammiksi hänen perustelunsa kävivät, sitä sakeammaksi muuttui myös filosofinen savu. Joten tunnustan, aloin lukea kursorisesti, jätin luvun kesken ja hyppäsin sen loppuun etsien johtopäätöksiä - ja seuraavassa luvussa käy taas samoin. Mieleeni tuli jopa, olenko suhtautunut filosofiaan aivan liian ymmärtävästi?

Kirjassa oli myös periaatteellinen ongelma. Tieteen jakautuminen aristoteliseen metodiin (alkusyiden ja tarkoitusten etsintä) ja galileolaiseen metodiin (lyhyiden kausaalisyiden ja mekanismien selvittäminen) on historiallinen tosiasia. Yleisesti katsotaan (en pane lähdettä, koska tämän voi lukea lähes jokaisesta tiedehistorian yleisteoksesta), että galileolainen metodi selittää nykyaikaisten luonnontieteiden tehokkuuden ja tuloksellisuuden. Mutta Nagel ilmoittaa avoimesti, että hän haluaa paluuta aristoteliseen tieteeseen. Hän siis haluaa hylätä historiallisen jaon, ja antaa ymmärtää, että luonnontieteet ovat tulleet umpikujaan. Harva voi olla samaa mieltä. Mutta mihin tulisi edetä? Nagel ei kerro muuta kuin että hän hakee ratkaisua teistisistä (karkeasti ottaen uskonnollisista) selityksistä. Minusta hänen projektinsa tuntuu lohduttomalta ja tuhoon tuomitulta. 

Nagelin keskeisenä argumenttina ovat edellä mainitut isot ja ratkaisemattomat ongelmat, kuten elämän synty ja tietoisuus. Mutta ovatko nuo ongelmat todellisia? Tieteen historiasta tiedämme, että kun toimiva tieteellinen selitys löytyy, tällainen ongelma katoaa niinkuin usva katoaa auringon noustessa. Ajatellaan vaikka sellaisia ilmiöitä kuin palaminen, kappaleiden kelluminen tai putoaminen, sähkö, ja magnetismi. Emme enää tarvitse niitä varten mystisiä tai alkemistisia selityksiä.