16. Kaarle Kurki-Suonio 19.4.2001

Kaarle Kurki-Suonio 19.4.2001 Luonnonfilosofian seura

Arvoisat luonnonfilosofit!

Lupasin palata myös kommentteihin, joilla Heikki Mäntylä ja Tarja Kallio rikastuttivat 30.1. ja 16.2. kahden emerituksen keskustelua tällä foorumilla. Kumpikin ansaitsee oman viestinsä. Ensin Mäntylälle:

HM: "Olen yhä kasvavalla huolestuneisuudella seurannut ... aina kun kuvittelen alkavani hiukan käsittää ... millainen on ... kuvailtu maailmanmalli, huomaan putoavani kärryiltä ... "

Ehkäpä vähän auttaa sen sanominen, etten ole tarkastellut mitään yhtä maailmanmallia, vaan sitä, millaisia ontologioita (maailmanmalleja) teorian, erityisesti kvanttimekaniikan, eri versiot heijastavat, ja yrittänyt projisioida niitä siihen, mitä empiirisesti voidaan päätellä hiukkasiksi nimittämiemme olioiden luonteesta.

Teorian kuvastama "ontologia" ilmenee erityisesti siitä systeemin perusmielikuvasta, jonka ominaisuuksia ja kausaalisuhteita teorian matemaattiseen muotoon puetut peruslait esittävät. Tätä mielikuvaa (mallia) koskevia käsitteitä ovat hiukkaset, kentät, vuorovaikutukset, yksilöidentiteetti, laji-identiteetti, jatkuva, hetkellinen ja potentiaalinen eksistenssi jne. Teorioiden erilaisia käsityksiä systeemeistä voidaan luonnehtia näiden ontologisväritteisten käsitteitten avulla. Siten "teorian ontologia" liittyy ensi sijassa systeemin käsitteeseen, jota pitkälti tarkastelin edellisissä vastausviesteissäni Rainiolle, .

HM: "... myös vaikeudesta omaksua uusia ajatusmalleja. Tämä on erityisen huolestuttavaa. ... "

Vaikeus on kaikille yhteinen. Huolestuttavampaa minusta on tämän vaikeuden kieltäminen. Modernin fysiikan takana on hirmuinen määrä vahvaa kokeellista näyttöä, joka pakottaa meitä askel askelelta luopumaan "ihmismielen rakenteeseen" kuuluvista arkkityyppisistä mielikuvista, joihin kielemme ja primaarinen tapamme hahmottaa maailmaa perustuu ja joita klassinen fysiikka edustaa. Luopuminen "luonnollisen" maailmankuvamme perustana olevista arkkityyppisistä mielikuvista pakottavienkaan empiiristen tulosten edessä on niin vaikeata, että monien mielestä on helpompaa kieltää havainnot.

Planck aikanaan totesi katkerasti, että uudet ajatukset voivat murtautua läpi tieteessä vain, kun vanhat auktoriteetit kuolevat ja uusi sukupolvi kasvaa niihin alusta alkaen. Nyt, pian sata vuotta myöhemmin, on sanottava, että hän erehtyi. Hänen pessimisminsäkin oli yhä liian optimistista. Uutta sukupolvea ei ole yhtään sen helpompi kasvattaa modernin fysiikan ajatuksiin. Tulkitsen myös fysiikan teoreetikoiden ajattelua vallitsevan instrumentalismin tästä vaikeudesta johtuvaksi.

HM: "... en näe mikromaailmaa niin totaalisesti makromaailmasta poikkeavana, mitä tulee sen havaitsemiseen. ... Suuri osa tieteellisistä havainnoistamme myös makromaailmassa on aistiemme havaintoja mittarilukemista ja laitteista. ..."

Tästä olen ehdottomasti samaa mieltä. Havainnon ja tulkinnan, empirian ja teorian luonne ja niiden suhde toisiinsa ja ontologiseen todellisuuteen on periaatteessa samanlainen riippumatta tutkimuskohteesta, havaintomenetelmistä ja teoriasta. Siksi olenkin aina vierastanut sellaista ajattelua, että kvanttimekaniikka yhtenä teoriana toisi jotakin periaatteellisesti uutta empirian rooliin käsitteenmuodostuksessa. Uutta on vain kohde, kohteen mittakaava ja kohdetta koskevat havainnot, jotka pakottavat käsitteenmuodostusta eteenpäin klassisen fysiikan saavuttamalta tasolta. Tärkeämpää kuin teorioiden rakenteiden pohtiminen, on mielestäni kaikilla tasoilla havainnon ja tulkinnan erottaminen.

Ainoa kohta, joka minua jäi arveluttamaan tuossa kappaleessa on lausahdus: "Havainnoista tehdään päätelmiä ja laskelmia vallitsevan teorian mukaisesti. Oikeita tai vääriä." Tämä viittaa siihen väistämättömään päätelmään, ettei "puhtaita havaintoja" jota myös havaintojen teoriapitoisuudeksi sanotaan. Mutta se näyttää sivuuttavan asian kääntöpuolen: luonnontieteissä ei ole myöskään "puhtaita käsitteitä" (teorioita). Kaikkien käsitteiden, niin kvalitatiivisten ilmiöiden, olioiden ja ominaisuuksien tunnistus- ja luokittelukäsitteiden kuin kvantitatiivisten suureiden, lakien, teorioiden ja teoreettisten mallien ydin on niiden empiirinen merkitys, se mitä ne esittävät.

Fysiikan teoreettisessa laskennassa matemaattisuus on se "itsestään selvä" kyseenalaistamaton osuus, välttämätön toiminnallinen komponentti, mutta muuten epäolennainen. Ydin on siinä, että tämä laskenta on operointia niiden käsitteiden empiirisillä merkityksillä, joita laskennassa esitetään symboleilla. Tiedostaessamme havaintoja hahmotuskykymme sidonnaisuuden "mielen rakenteeseen" tai teoriaan, josta käsitteenmuodostuksen kvantitatiivisella tasolla tulee osa hahmotuskykyämme suuntaavaa mielen rakennetta, emme voi kieltää empirian perusroolia ja välttämättömyyttä, on havaintoja hahmotettavaksi ja käsitteistettäväksi, ja havaintojen (ja mielen rakenteen) perusteella hahmotetut merkitykset ovat käsitteiden ydin. Siinä mielessä sittenkin havainto eikä teoria on primaarista. Teoria on teoria vain, jos se on jonkin teoria.

HM: "... kyseessä ovat vain mallit, joiden avulla koetamme selittää mittauksiamme ja havaintojamme. ... Kaiken kattavan mallin (teorian) saavuttaminen, ... on mielestäni mahdotonta."

Olen lämpimästi samaa mieltä. Samalla on kuitenkin hyvä muistaa, että vain ratkeamattomat ongelmat voivat olla aidosti mielenkiintoisia ja vain saavuttamattoilla tavoitteilla voi olla pysyvää merkitystä.

Mutta niin hyvä väline kuin mallin käsite onkin luonnehdittaessa havaintojen ja teorian tai todellisuuden ja "tietoisen minän" suhdetta, se menettää käyttökelpoisuutensa samalla, kun todetaan havaintojen ja käsitteiden molemminpuolinen erottamattomuus. Malli merkitsee yhden struktuurin osittaista kuvaamista toisella (havaintojen kuvaamista käsiterakenteilla). Mutta, jos osapuolet, nämä kaksi struktuuria ovat kaikissa elementeissään sisäkkäin, ei enää voi puhua mallinnettavasta ja mallista. Tämä ajattelu johtaa edelleen mieltä kiihottaviin ajatuksiin (sisäisen) tietoisuuden ja "ulkoisen" todellisuuden suhteesta.

HM: "... 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."

En ole tullut ajatelleeksi tätä rinnastusta. Didaktisen fysiikan perusteiden kurssin opetuksessani ja sen tueksi kirjoittamassamme kirjassa (Fysiikan merkitykset ja rakenteet. Limes 1994) pohditaan käsitteiden samuuden tai samastamisen ongelmaa: millä perusteella samastamme eri aikoina havaittavia erilaisten olioiden ominaisuuksia niin, että käytämme niistä samaa termiä ja mittaamme niitä samalla suureella. Tämä on yksi niitä käsitteenmuodostuksen intuitiivisia välttämättömyyksiä, joita tiedostamalla huomaamme paremmin käsitteittemme intuitiivisen perusluonteen. Ajan käsitteen yhteydessä puhumme ilmiöstä, jonka havaitsemme toistuvan jatkuvasti samanlaisena ja jonka intuitiivisesti hahmotamme jaksolliseksi ja luomme näin perustan (jakson)ajan kvantifionnille mitattavaksi suureeksi vertaamalla kahden jaksolliseksi hahmottamamme ilmiön samanaikaisten jaksojen lukumääriä.

HM: "Hiukkasten mahdollisuus realisoitumiseen tai ehkä paremmin sanottuna tapahtumien potentiaalinen eksistenssi ... "

Mieluumminkin hiukkasten potentiaalinen eksistenssi, joka ilmenee reaalisina tapahtumina. Arvelen optimistisesti, että vastausviestini Rainiolle selventävät tätä.

Rainio: '...tiettyjen hiukkaslajien potentiaaliseksi esiintymiskentäksi, antaa maallikolle suhteellisen helposti tajuttavan kuvan aineesta." HM: Minulle ei tämäkään asia oikein valkene.

Mielenkiintoista, että Rainio tässä ajattelee ainetta. Minulle tämä potentiaalinen esiintymiskenttä edustaa lähinnä mielikuvaa tyhjiöstä.

HM: "... energian lisääminen tällaiseen potentiaaliseen esiintymiskenttään lisää tapahtumien todennäköisyyksiä.

Tyhjiö edustaa alinta mahdollista energia, joka ei suinkaan merkitse tapahtuman esiintymisen mahdottomuutta, vaan sisältää Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen mukaiset tietyt "minimimahdollisuudet" tapahtumiin.

HM: "Mitä energiaa? Missä muodossa? Miten tapahtumista tulee energiaa tai energiasta tapahtumia ... ?

Energia on suure, jonka yksikkö on joule. Tämän suureen säilymislait tekevät siitä tietyllä tavalla "aineenkaltaisen". (Didaktisen fysiikan opetuksessani olen puhunut suureiden olioitumisesta fysiikan kielessä. Energian lajit ovat tämän suureen makroskooppinen lähtökohta. Jokainen laji edustaa tietyn ilmiöalueen tiettyä säilyvää ominaisuutta. Eri lajeja edustavat energiasuureet yhdentyvät asteittain kattosuureeksi, jonka yleinen nimi on energia. Einsteinin laki yhdistää energian ja massan vielä yleisemmäksi kattosuureeksi, joka yhä jää kantamaan nimeä energia. Tämän kattokäsitteen puitteissa ainekin voidaan ymmärretään energian lajiksi.

Tässä ei muoto tai laji ole mitenkään lähtökohtaisesti spesifioitavissa. Tapahtumista ei tule energiaa, eikä energiasta tapahtumia, vaan energia on suure, jonka avulla me esitämme minkä tahansa tapahtuman tiettyä ominaisuutta. Jokaisella tapahtumalla on oma energiansa, joka on kokeellisesti määritettävissä. Mitä enemmän energiaa, sitä enemmän erilaisia tapahtumia ja ilmiöitä ja energian esiintymismuotoja tulee mahdolliseksi.

HM: Ovatko ns. säilymislait todella vain makromaailman empiirisen kokemuksemme tuloksia vai voitaisiinko niillekin löytää teoreettisia malleja?

Kuvaukseni siitä, miten energian käsite on syntynyt, sekä kommenttini empirian ja teorian suhteesta sisältävät jotakin ajatteluni pohjaa tästä kysymyksestä. Selittävänä teoreettisena mallina pidän säilymislakien selittymistä aika-avaruuden symmetriaominaisuuksina, jotka HM mainitsee viimeisessä kappaleessaan. Minullekin tämä asia on tähän päivään asti pysynyt varsin matemaattisena ja abstraktina, enkä pysty sitä mielessäni konkretisoimaan. Kvanttimekaniikan matemaattisessa formalismissa tämä yhteys näkyy varsin ilmeisellä tavalla jo siitä tavasta, millä kvanttimekaniikassa esitetään näitä suureita.

HM: Still confused but on a higher level.

Lifting ones confusion to ever higher levels, that's the fascination of science.

Lopuksi en malta olla siteeraamatta Niels Bohria niin kuin muistan hänen pitkäaikaisen assistenttinsa ja työtoverinsa, Leon Rosenfeldin esitelmästä fysiikan laitoksella joskus 1960-luvulla. Bohr oli selitellyt pitkään kvanttimekaniikan perusteita hänelle ja parille muulle kuuntelijalle kävellen koko ajan lattialla seisovien kuulijoiden ympäri. Lopulta hän silmäili vähän päästään pyörällä olevia kuulijoita ja virkkoi: "If you now don't feel confused then you have not understood anything."

terveisin Kaarle K-S