11. Heikki Mäntylä 31.1.2001

Heikki Mäntylä 31.1.2001 Luonnonfilosofian seura

Olen yhä kasvavalla huolestuneisuudella seurannut emeritusprofessoreiden Kullervo Rainion (KR) ja Kaarle Kurki-Suonion (KK-S) välistä sähköpostikirjeenvaihtoa. Kiitokset siitä, että se on tullut meille muillekin luonnonfilosofeille nähtäväksi ja opiksi. Aluksi ihmettelin miksei kukaan muu reagoi ja osallistu jännittävään keskusteluun. Vähitellen kuitenkin luulen alkavani ymmärtää miksi. Ehkäpä moni muukin kantaa samaa huolta kuin minä: aina kun kuvittelen alkavani hiukan käsittää mistä on kysymys ja millainen on kirjeenvaihdossa kuvailtu maailmanmalli, huomaan putoavani kärryiltä ja kompuroivani kaukana takana pölyssä ja savessa. Osittain tämä varmaan johtuu teoreettisten tietojeni riittämättömyydestä, mutta yhtä varmasti myös vaikeudesta omaksua uusia ajatusmalleja. Tämä on erityisen huolestuttavaa. Silläkin uhalla, että paljastan totaalisen ymmärtämättömyyteni, en malta enää pitää pölyjä keuhkoissani vaan köhiä ainakin osan ulos.

KK-S toteaa eräässä kirjeessään: ”...olen itse sitä mieltä, että näiden makromaailmamme itsestäänselvyyksien sijoittaminen mikromaailmaan, jossa niille ei ole empiiristä tukea saatavissa, ei ole oikeutettua. Pidän sellaisia yrityksiä kehäpäättelynä. Mikromaailmaa tarkastelemme havaittavan makromaailman selitysperustana. Ei kai ole mielekästä ottaa makromaailman rakenteita perustaksi selittäessämme havaintojemme saavuttamattomiin jäävää mikromaailmaa.”

On selvää, että olemme havaintomaailmamme vankeja ja muodostamme käsitteitämme tältä pohjalta. (ehkä matematiikkaa lukuunottamatta?) Toisaalta, en näe mikromaailmaa niin totaalisesti makromaailmasta poikkeavana, mitä tulee sen havaitsemiseen. Kun näemme elektronien jälkiä detektorissa tai ratakäyrän sumukammiossa, voimme helposti ymmärtää, että havaintomme ovat vain merkkejä, informaatiota tapahtumista; eivät itse tapahtumia. Kun mittaamme jotain mikromaailman prosessia, saamme tietoa siitä vain mittareidemme ja havaintovälineidemme välityksellä. Mutta näinhän on itse asiassa usein tilanne makromaailmassakin! Mittaamme universumimme laajenemista ja etääntyvien tähtien pakonopeuksia punasiirtymin, ja ”löydämme” uusia planeettoja mittaamalla tarkkailtavan tähden pientä heilahtelua ja laskemalla siitä millainen planeetta sitä ehkä kiertää. Suuri osa tieteellisistä havainnoistamme myös makromaailmassa on aistiemme havaintoja mittarilukemista ja laitteista. Havainnoista tehdään päätelmiä ja laskelmia vallitsevan teorian mukaisesti. Oikeita tai vääriä. Emme siis havaitse välittömästi itse kohdetta tai ilmiötä. Tilanne ei tietenkään parane vaikka havaintomme olisi välitön aistihavainto ilman apulaitteita. Meidän on edelleen tyytyminen siihen fotonivirran tuomaan informaatioon ilmiöstä, jonka esim. näköhavainto silmiemme välityksellä tuottaa aivoissamme, ja joka saa lopulta tulkinnan oman maailmanmallimme pohjalta.

Kun olen koettanut hahmottaa kvanttimekaniikkaa ja sen kuvaamaa mikromaailmaa sekä myös makromaailman suhteellisuusteoriaa ja Tuomo Suntolan DU-mallia, olen yhä uudelleen muistuttanut itselleni, että kyseessä ovat vain mallit, joiden avulla koetamme selittää mittauksiamme ja havaintojamme. Mitä parempi malli sitä laaja-alaisemmin se sopii erilaisten ilmiöiden selittäjäksi (ilman poikkeuksia ja korjauskertoimia) ja sitä luontevampia selityksiä se tarjoaa eri ilmiöille. Vaikka todellisuuden todellisesta luonteesta emme voi koskaan mitään varmaa tietääkään, on haaste siinä, että mallimme kuvauskykyä voidaan laajentaa ja parantaa loputtomasti. (Tämän ajatuksen pohjalta minulla onkin ollut aina hiukan vaikea mieltää ontologian ja epistemologian eroa.) Kaiken kattavan mallin (teorian) saavuttaminen, eli siis teorian muodostuksen entropian kasvu äärettömäksi, on mielestäni mahdotonta.

Hiukkaset (kuten sanakin jo vihjaa) nähdään mielellään pieninä sinkoilevina pallosina, jotka törmäilevät toisiinsa. Tuntuu luontevalta kuvitella elektronien kiertävän atomiydintä kuten planeetat aurinkoa. Niiden kummallinen siirtyileminen radalta toiselle (viritystilan muutokset) tuntuu jo hiukan omituisemmalta. Energian vapautuminen kvantteina vielä kummallisemmalta. Kvanttimekaniikan komplementaarisuusperiaate ja Heisenbergin epätarkkuusperiaate sekä tilastollinen kausaliteetti ovat jo hankalia miellettäviä. Minulle uusi ja jännittävä ajatusmalli on KK-S:n vuorovaikutustapahtuma kuvauksen välineenä; samoin siirtyminen yksilöidentiteetistä laji-identiteetin käsitteeseen sekä hiukkas- että tapahtumatasolla. Jatkuvan eksistenssin käsitteen siirtäminen romukoppaan hiukkasten osalta eli eräänlainen eksistenssin ”kvantittuminen” ei myöskään ole ihan helppo sisäistää.

Silloin, kun puhutaan tapahtumista hiukkasten sijaan, on jotenkin helpompi mieltää ettei jatkuvaa eksistenssiä ole ollenkaan. Tapahtumathan ovat yhtäaikaisia tai seuraavat toisiaan, ovat olemassa ja häviävät. Samoin lajiidentiteetin käsite tuntuu luontevalta. Toisia muistuttavia tapahtumia voi lajina olla olemassa jatkuvasti, mutta yksittäistapahtumina ne ovat kaikki erilaisia ja katoavat tapahduttuaan. Omassa Aika-esitelmässäni (”Eipä aikaakaan”) tulin kai huomaamattani hiukan sivunneeksi tätä ajatusmallia väittäessäni, ajan mittauksessa käytetty syklinen prosessi ei ole saman tapahtuman uusiutumista säännönmukaisesti, vaan perättäisten, toisiaan muistuttavien (laji-identtisten) tapahtumien sarja.

Hiukkasten mahdollisuus realisoitumiseen tai ehkä paremmin sanottuna tapahtumien potentiaalinen eksistenssi on minulle yhtä lailla uusi ajatusmalli. En voi yhtyä KR:n toteamukseen: ”Luullakseni kentän kvanttiteorian mukainen systeemi, jonka voi tulkita tiettyjen hiukkaslajien potentiaaliseksi esiintymiskentäksi, antaa maallikolle suhteellisen helposti tajuttavan kuvan aineesta.” Minulle ei tämäkään asia oikein valkene.

Ymmärsin, että energian lisääminen tällaiseen potentiaaliseen esiintymiskenttään lisää tapahtumien todennäköisyyksiä. (KK-S: ”Mitä suurempi on energia, sitä suurempi on minkä tahansa muiden invarianttien sallimien tapahtumien todennäköisyys”) Invariantit ovat ilmeisesti KK-S:n toisessa yhteydessä mainitsemia säilymislakeja, joissa energia, liikemäärä, liikemäärämomentti, varaus, baryoniluku, leptoniluku ja joukko muita suureita säilyvät. KR:kin aavistelee tähän toteamukseen sisältyvän jotain erityistä. Itselläni heräsi kysymyksiä: Mitä energiaa? Missä muodossa? Miten tapahtumista tulee energiaa tai energiasta tapahtumia (realisoituneita hiukkasia)? Ovatko ns. säilymislait todella vain makromaailman empiirisen kokemuksemme tuloksia vai voitaisiinko niillekin löytää teoreettisia malleja?

Teoreettisen tiedon puute haittaa luonnollisesti suuresti mahdollisuuksiani käsittää näin vaikeita asioita. Lopuksi on vielä tunnustettava, että KK-S:n toteamus vuoden vaihteen kirjeensä lopussa invariansseista on jäänyt tietoalueeni ulkopuolelle. KK-S toteaa: ”Erityisesti kvanttimekaniikan kautta on opittu ensin ymmärtämän, että liikemäärän invarianssi seuraa avaruuden homogeenisuudesta, pyörimismäärän invarianssi avaruuden isotrooppisuudesta ja energian säilyminen ajan homogeenisuudesta.” Koska tämä foorumi ei varmaan ole oikea paikka selvitellä tällaisia perusasioita, voisiko joku kertoa mistä saisin ymmärrettävässä muodossa enemmän tietoa näistä asioista?

Still confused but on a higher level

Heikki Mäntylä