15. Kaarle Kurki-Suonio 17.4.2001

Kaarle Kurki-Suonio 17.4.2001 Luonnonfilosofian seura

Hyvät luonnonfilosofit.

Vielä tämän kerran vaivaan teitä jatkamalla pohdiskelujani Kullervo Rainion viestin 23.1.01 kysymysten johdosta. Jäljellä ovat vielä kommentoimattomina kysymykset 5 - 8.

5. "Systeemistä 'informaation esityksenä' ja 'eksistoivana taustaoliona': Voidaanko ajatella, että useitten hiukkasten systeemissä eräät hiukkaset esiintyvät aktualisoituneina, eräät taas eivät (= ovat potentiaalisia)? ...

En ole varma tavoitanko tämän kysymyksen ydintä. Kysymyksen otsikon ensimmäinen sana lienee kuitenkin painovirhe. "Systeemi" tarkoittaa tutkittavaa todelliseksi ajateltua oliota. Alkuperäisessä viestissäni puhuin systeemin aaltofunktiosta eksistoivan taustaolion luonteisena taikka informaation esityksenä.

Systeemit nimetään empiirisen luokittelutietomme perusteella tietynlajisiksi. Laji voi olla esimerkiksi elektroni, neutroni, alfahiukkanen (eli helium-4 -ydin, tai helium-4 -atomi tai 2 elektronin systeemi tai vaikka tietynlainen molekyyli. On tapana puhua näistä tietynlajisiksi nimetyistä systeemeistä todellisina olioina ajattelematta sen enempää sitä, että nämä ovat tiettyjä havaintojen luokitteluun perustuvia tulkinnallisia malleja, olion mielikuvia.

Tässä keskustelussa tämä näkökulma kuitenkin nousee keskeiseksi. Olemmehan pohtimassa sitä, millaisia ontologisia johtopäätöksiä seuraa siitä, että empiirisesti on oikeutettua pitää reaalisina vain hetkellisiä ja paikallisia tapahtumia, jotka voimme tulkita hiukkasten törmäyksiksi tai hiukkasreaktioiksi, mutta ei itse hiukkasia. Hiukkasten nimeäminen eri lajisiksi on empiiriseltä kannalta vain tapa luokitella tapahtumia. Hiukkaset ovat tulkintaa ja niiden eksistenssi siten - tämän ajattelutavan mukaan - aina vain potentiaalista.

Tässä tarkastelussa myös kaikki systeemit ovat hiukkasia. Niiden nimeäminen erilajisiksi on osa tätä tapahtumien luokittelusystematiikkaa. Tulkinnallisen hiukkasen nimeäminen atomiksi on tiivistetty tapa ilmaista tämän hiukkasen lajiominaisuudet, joihin kuuluu sen tulkinta ytimen ja Z elektronin systeemiksi. Kysymys 5 ilmeisesti sisältää sen ajatuksen, että tällaisessa systeemissä havaitaan yksi elektroni ja sitten mietitään ovatko muut elektronit todellisia vai potentiaalisia. En tosin tiedä mitään edes periaatteellista keinoa havaita yhtä elektronia atomissa, muuten kuin, että on ionisaatioksi kutsuttavia tapahtumia. Ne tulkitaan tässä luokittelusystematiikassa siten, että atomi hajoaa kahdeksi uuden lajin hiukkaseksi, elektroniksi ja ioniksi. En keksi, miten tähän voisi liittää kysymyksen atomin muiden elektronien eksistenssistä, muuten kuin atomin ja tuloksena olevan ionin lajiominaisuuksien kautta, jotka tässä ajattelussa ovat taas vain osa luokittelutulkintaa niinkuin atomi, ioni ja elektroni itsekin.

Kun sanon ajattelevani (nyt puheenaolevasta näkökulmasta katsoessani), että systeemi on vain tietynlajinen hiukkanen sekin, että sen rakenne kuuluu sen lajiominaisuuksiin ja että tämä systeemi sellaisenaan esiintyy tulkinnallisena, potentiaalisesti eksistoivana, osapuolena tietyissä "todellisissa" tapahtumissa, luulen vastaavani ainakin osaan Rainion kysymystä 5.

Kvanttimekaniikka on teoria, joka käsittelee näitä tulkinnallisia olioita systeemeinä. Se rakentaa tapahtumien lajiluokittelun perustaksi systemaattisen ja konsistentin tulkinnan, joka antaa hiukkaslajeille systemaattiset rakenteelliset yhteydet ja ennustaa tai selittää erinomaisesti koko sen valtavan tapahtumien joukon, josta aidoimmin empiirinen todellisuutemme koostuu.

Aaltofunktio on tämän teorian yhden vaiheen peruskäsite. Aaltofunktion deterministinen käyttäytyminen tässä teoriassa sekä tämän käyttäytymisen laista seuraava todennäköisyysjakaumien "ainevirtauksenkaltaisuus" ovat piirteitä, jota me intuitiivisesti edellytämme eksistenssiltä. Siitä johtuu tämä mielikuva aaltofunktiosta 'taustaoliona'. Koska aaltofunktio, kuten systeemin mahdollisten "konfiguraatioiden" todennäköisyystiheyskin, jota aaltofunktion itseisarvon neliö esittää, on moniulotteisen konfiguraatioavaruuden, eikä meidän kokemamme kolmiulotteisen avaruuden, "olio", herää ajatus sen luonteesta pelkästään informaation esityksenä. (Viimeaikaisissa keskusteluissa on tosin esitetty, että informaatiokin - vai joko se muuttui exformaatioksi on ulkoiseen reaalitodellisuuteen kuuluva ominaisuus.)

Aaltofunktion pitämistä jonakin aidosti olemassaolevana vaikeuttaa mielestäni kuitenkin eniten se, että aaltofunktio on vain yksi tapa esittää tällaisen systeemin tilaa. Niinkuin alkuperäisessä viestissäni totesin, tämä esitystapa rajoittuu nk. fermionisysteemeihin, mutta varsin pian kvanttimekaniikan kehityksessä todettiin, että on periaatteessa lukemattomia erilaisia vaihtoehtoisia esitystapoja jo fermionisysteemeistä puhuttaessa. Aaltofunktio on systeemin paikkakoordinaattien todennäköisyysamplitudi (-funktio). Mutta paikkakoordinaattien sijasta voidaan käyttää muitakin systeemin mitattavia suureita (kuten liikemäärä, energia, ... ) lähtökohtana, jolloin käytettyjen suureiden kaikkien mahdollisten arvoyhdistelmien todennäköisyysamplitudit muodostavat aaltofunktion kaltaisen esityksen, joka on täysin ekvivalentti. Tämäkin on mielestäni ontologisesti mielenkiintoinen näkökulma, koska se asettaa suureet (= mitattavat ominaisuudet) todellisuuden peruselementeiksi ja sivuuttaa kokonaan oliot itsensä.

(6) Itse asiassa tämä näkökulma säilyy siirryttäessä yleisempään, kenttien kvanttiteoriaan, johon kysymys 6 liittyy. Tällöin erityisesti hiukkasten lukumääräkin systeemissä asettuu samanarvoiseen asemaan muiden systeemiä kuvaavien suureiden kanssa. Fermionikentän tiloissa, joilla on tarkkamääräinen energia, myös systeemin hiukkasmäärä on ja pysyy kiinteänä. Bosonikentässä taas hiukkasten kaikilla eri lukumäärillä tietyn energian tilassa on tietyt todennäköisyydet. Tässä esityksessä ei aaltofunktiolla enää ole käyttöä, mutta eri suureisiin (suureyhdistelmiin), myös paikkakoordinaatteihin, perustuvia tilan esityksiä voidaan rakentaa ja tarvitaankin käytettäessä teoriaa spesifisten tilanteiden käsittelyyn.

Systeemin idea on nyt toinen. Systeemiä ei enää voi luonnehtia tietyillä lukumäärillä tietyn lajin hiukkasia - systeemin tällaisen määrittelyn lähtökohtanahan on hiukkasten yksilöidentiteetti, vaan tietyt hiukkaslajit, joita kutakin edustaa oma "potentiaalisen eksistenssin kenttänsä". Kun edellisen systeemikäsitteen mukaan systeemillä, kuten atomilla oli perustila ja viritystiloja, nyt jokainen tilakin edustaa omaa hiukkaslajiaan.

Oikeastaan vasta tässä teoriassa, joka sisältää hiukkasten syntymisen ja häviämisen mahdollisuuden, tapahtumien tulkinta hiukkasreaktiona tulee mahdolliseksi. Rainio sanoo: "... että systeemin ominaisuuksia määräävät noiden hiukkasten syntymisten ja häviämisten ja niiden välisten vuorovaikutusten invarianssit." Näin voinee sanoa. Nuo invarianssithan ovat havaittavia tapahtumia yhdistävä empiirinen lähtökohta. Erilajiset hiukkaset tunnusominaisuuksineen sekä niiden syntymiset, häviämiset ja vuorovaikutukset ovat tulkintaa, jonka tämä lähtökohta tekee mahdolliseksi.

Kohdassa 8 Rainio kysyy: "Miten on suhtauduttava potentiaalisen olemassaoloon, eksistenssiin? Voidaanko sanoa, että "tiettyjen hiukkaslajien potentiaalisen esiintymisen kenttä" on olemassa? ... ".

Tämä kytkeytyy mielessäni läheisesti kysymyksen 6 loppumietteisiin: "onko meillä tietoa sellaisesta potentiaalisesta, joka ei koskaan aktualisoidu (eksistoi). Voiko meillä olla sellaista tietoa? Ja jos voi, voimmeko olla varmoja siitä, että tietomme tavoittaa kaiken potentiaalisen?"

Eikö tässä ole nyt kysymys jo siitä, mitä tiedolla tarkoitetaan, ja millaisin kriteerein jokin voidaan katsoa tiedoksi? On varmaan syytä kysyä myös missä kulkee tiedon ja tulkinnan raja. Onko havaittavien tapahtumien tulkinta hiukkasten reaktioiksi ontologista tietoa vai rajoittuuko sen tiedollinen merkitys vain siihen, että se on systemaattinen tapa tulkita tapahtumia? Muuten nuo Rainion kysymykset näyttävät sisältävän ajatuksen, että voi olla intuitiivista (ontologista?) tietoa ilman empirian tukea. Sen verran on mielestäni ilmeistä, että mitään empiiristä tietoa ei ole ilman intuition tukea. Ehkäpä tämä merkitsee lopulta sitäkin, että empiirisenä pitämämmekin tieto oikeastaan on pohjimmiltaan intuitiivista.

Voitaneen ajatella, että tieto hiukkaslajeista ja niiden ominaisuuksista, joka on tulkintaa ilman suoranaista empiiristä pakkoa, on oikeastaan intuitiivista (intuitiivinen pakko?). Se on kuitenkin tietoa, joka juuri tulkinnallisen (teoreettisen) sisältönsä kautta on osoittanut hämmästyttäviä ontologisia ulottuvuuksia johtamalla toistuvasti yhä uusiin, ennen tuntemattomien tapahtumaluokkien ennusteisiin, jotka on voitu empiirisesti vahvistaa. Tätä ajatellen on todellakin vaikeata kieltää näiltä tulkinnallisilta peruselementeiltä, hiukkasilta ja niiden ominaisuuksilta eksistenssin oikeutusta. Itse en voi olla pitämättä tätä "satunnaistuikkeena" ilmenevää "potentiaalista eksistenssiä" ontologisena olemassaolona.

Rainion kysymys 7 koskee energian merkitystä tapahtumien todennäköisyyttä voimistavana tekijänä, ja sen filosofisia seuraamuksia. Rainio kuulisi siitä mielellään jotakin enemmän, mutta en oikein tiedä, mihin edetä. Olen yrittänyt harjoittaa itseäni ajattelemaan fysiikkaa empirialähtöisenä käsitejärjestelmänä. Tältä kannalta kysymys kai on lähinnä siitä, että me olemme nimittäneet energiaksi sellaista luonnonilmiöiden yleistä ominaisuutta, joka lisää prosessien voimakkuutta tai intensiteettiä makroskooppisesti. Atomaariselta kannalta tämä johtaa suoraan tapahtumien todennäköisyyksiin.

Toinen mahdollinen suunta olisi tarkastella energian teoreettista asemaa fysiikassa eli sitä, millaisia rakenteellisia relaatioita sillä on muihin käsitteisiin (eri teorioissa). Silloin ehkä voisi kiinnittää huomiota energian ja ajan (tai taajuuden) väliseen mielenkiintoiseen yhteyteen, joka tulee vastaan sekä suhteellisuusteoriassa että kvanttimekaniikassa, vaikkakin vähän eri tavoin. Mutta tässä kohden tunnen joutuvani spekulaatioiden hyllyvälle suolle enkä jatka.

terveisin Kaarle K-S