Tieteessä surisee ja narisee

Valppaasti aikaa seuraava tarkkailija huomaa, miten tieteen maailman lattialankut narisevat ja tellingit huojuvat. Luonnontieteen maailmankuva kosmologiasta biologiaan, kognitiotieteestä fysiikkaan löytää jatkuvasti uusia tuntemattomia loukkuja, reikiä ja mystisiä valkoisia laikkuja. Perustukset liikahtelevat. Silti vahingoniloon ja ilkkumiseen ei ole aihetta. Valistuksen perillisenä syntynyt tieteen metodi ja juutalais-kristillisestä perinteestä nouseva tieteen etiikka on luottamuksen arvoinen tiedon kartuttamisen malli. Joskus rinnalle ehdotetaan melkeinpä noitien loitsuja, muinaisten kulttuurien myyttisiä eepoksia, transsissa saatuja tai henkien ilmoitukseksi väitettyjä selityksiä. Kulttuurin arkeologialla on arvonsa, mutta kritiikin tulee olla valpasta. Tämän tultua sanotuksi on tarpeen todeta, että tieteen ja oppimisen prosesseissa tärkeä lisä on tietenkin intuitio. Mekaaninen mittaaminen, empiirinen datan keruu ja deduktiivinen päättely on metodin kivijalka, mutta usein myös intuitiiviset oivallukset ovat ratkaisevia.

Formaalisuuden ja rationaalisen kurin tiukinta perinnettä edustava tiede, matematiikka ja matemaattinen logiikka tarjoavat tärkeän opetuksen. Kuuluisat Gödelin tulokset osoittavat aksiomaattisen järjestelmän rajoitukset, kyvyttömyyden todistaa oma aukoton pätevyytensä. Muun muassa on osoitettu, että on olemassa matemaattisesti tosia väittämiä, joille ei ole järjestelmän aksioomista johdettavaa päättelyketjua eli todistusta. Tällaiset algoritmisesti todistumattomat mutta kenties todet väittämät voivat ilmaantua kuin välähdyksenä pohtijan tajunnassa intuitiivisen haparoinnin tuloksena. Tieteen oivalluksissa kerrotaan usein olleen mukana mielessä muhineita, alitajunnan prosessoimia hypoteeseja ja ajatuskuvioita.

Tiedot valkeat läikät ja mustat aukot

Tieteen (ainakin toistaiseksi) ratkaisemattomia kysymyksiä ovat elämän synty, maailman alku eli koko olemassa olon alkuperä, tajunnan ongelma. Tieteellä ei ole lähimainkaan kelvollisia tai lopullisia vastauksia. Täysin arkipäiväiset käsitteet materia, aika, kausaliteetti eli syyn ja seurauksen laki osoittautuvat syvällä tavalla ongelmallisiksi, kun vähänkin pintaa raaputtaa.

Bioprosessien tutkijat joutuvat myöntämään, että huikeasta edistyksestä ja tiedon karttumisesta huolimatta elämän ilmaantuminen maailmaan on toistaiseksi ja ehkä lopullisesti ratkeamaton mysteeri. Evoluution tutkimus on tuottanut merkittäviä edistysaskeleita, joita voi katsoa kopernikaaniseksi hyppäykseksi. Silti syvimmät mysteerit ovat jäljellä. On sanottu, että ensimmäisen elävä solun syntyminen on biologiselle evoluutiolle suurempi haaste kuin kehitys ensimmäisestä solusta simpanssiksi. Matka on pidempi ja ylämäki jyrkempi. Perimmäisiä uusia oivalluksia tulisi löytyä, jos ihmisen ymmärrettävä ns tieteellinen selitys joskus on tarjolla.

Kosmosta koskevat tiedon tyhjiöt ovat syviä ja upottavia. Aivan viime vuosina tieteen maailman on mykistänyt kysymykset kokonaan tuntemattomasta aineksesta, pimeästä materiasta ja pimeäksi energiaksi nimetystä oudosta ilmiöstä. Emme tiedä, onko maailmankaikkeus laajenemassa, onko laajeneminen kiihtyvää vai hidastuvaa. Kosmologiassa luotu teoria maailmankaikkeuden alkuräjähdyksestä on huikea ja jännittävä hypoteesi. Sen tueksi esitettävää havaintotietoa on kosolti ja kumoamiseen kelpaavaa näyttöä tuskin ollenkaan. Silti kyseessä on oletus, ajatusrakennelma, hypoteesi, jonka oikeellisuutta ja pätevyyttä voi ja tulee horjuttaa kriittisillä spekulaatioilla. Alkupisteen ajatukseen sisältyy ajan käsite, joka on jo sinänsä kosminen mysteeri. Onko ajalla äärellinen ulottuvuus ja alkupiste? On ehdotettu, että itse aika syntyi samassa singulaarisessa poksahduksessa ja koko kysymys ”mitä oli ennen?” lakkaa olemasta mielekäs tällä kohdalla. Sanoisin että hyvä yritys mallintaa kimuranttia ongelmaa, mutta ei tuo mitään oikeasti selitä. Rationaalinen älykäs venkoilu vain työntää ongelman pois pohtijan tontilta. Voisi myös spekuloida, onko ajan kulumisella jokin ”asteikko” ja onko tämä universaali vauhti vakio kautta kaikkeuden historian? Mitä jos ajan asteikko on logaritminen, niin, että mystistä big-bang origoa lähestyttäessä yhä pienenevät ajan murto-osat ovat tapahtumille yhtä pitkiä. Näin aikaväli [ 0.01 sekuntia, 0.1 sekuntia] olisi saman veroinen kuin aikaväli [1miljardi sekuntia, 10miljardia sekuntia] jne.

Aineen outous

Itse materia muuttuu mystisemmäksi tieteen paljastusten vuoksi. Noin sata vuotta sitten piirtyi eteemme kuva aineen perusosasista, atomista ja sen lumoavasta karusellirakenteesta, jossa elektronit viuhuvat pikkuisen murusen, atomiytimen ympäri. Atomi-ajatuksen syntyreitti on kiehtova matka, jonka alku on 400 luvulla eKr elänyt kreikkalainen Leukippos ja hänen oppilaansa Demokritos. Materian atomiluonnetta aavisteltiin siis kauan sitten. Seuraavat suuret oivallukset tapahtuivat 1600-luvulla, jolloin Robert Boyle palautti atomihypoteesin kemian tutkimukseen. Bernoullin oivallukset 1700 luvulla selittivät kaasujen ominaisuuksia (paine, lämpotila) atomien pilven tilastollisen käyttäytymisen perusteella. Alkuaineet ja niiden järjestelmä alkoivat olla selvillä 1800 luvulla (Dmitri Mendeleyev, Lothar Meyer). Joitakin vuosia myöhemmin 1900 luvun alussa rakenteen hienoudet tarkentuivat, atomien kaunis rakenne hahmottui: elektronit ja niiden energiatasot, neutronit, protonit ja niiden sähköiset varaukset. Atomimallien tärkeät pioneerit olivat Ernst Rutherford ja Niels Bohr.

Juuri kun kuva materian hienorakenteesta alkoi olla valmis, kaunis ja tyylikäs, jouduttiin myöntämään, että hienorakenteellakin on sisäiset salaisuutensa. Protonit ja neutronit koostuvat kvarkeista, joita on kuvattu 6 erilaista. Alkeishiukkasiksi kutsuttuja perusmurusia on toistaiseksi tunnistettu 17. Ratkaisevaa oli fyysikkojen Murray Gell-Mann ja George Zweig havainnot ja intuitio, jotka johtivat kvarkkien löytymiseen. Avoin kysymys ja syvä mysteeri on, päättyykö alkeellisempien rakenteiden löytyminen tähän. Onko luonnolla lopullisesti jakamattomiksi osoittautuvat materian, energian ja voimavaikutuksien rakenneosat, aineen aakkoset?

Kvantit ja tajuamisen takapiha

Lisää arvoituksia ja tuntemattoman ulappaa on edessä. Kvanttiteoria on mullistanut tieteen maailmankuvaa tavalla, jota emme tajua – kenties koskaan. Kvanttitilojen muutoksiin liittyvä todennäköisyystulkinta on uusi tuntematon – ilmiö, jonka ymmärtämisestä ollaan kaukana ja spekulaatiot jatkuvat. Maailmankuvan kivijalkaan kuuluvat perussuureet energia, massa, sähkövaraus ovatkin diskreettejä muuttujia, pilkottuja pikkuisiin alkeisosasiin. Voisimme kysyä, miten on laita muiden perussuureiden. Ovatko etäisyys ja aika myös kvantittuneet? Satunnaisuuden käsite ja kausaalisuus ovat maailman mysteereistä oudoimpia. Mitä satunnaisuus ja todennäköisyys oikeastaan ovat? Onko aitoa sattumaa olemassa?

Kosmologiatiede koettaa hahmottaa maailmankaikkeuden historiaa alkuräjähdyksen jälkeen. Lähtöoletus huikeudessaan salpaa hengityksen. Sen mukaan kaikki alkoi singulaarisessa melkeinpä pistemäisestä kaikkeuden navasta, josta yhtäkkiä leimahti esiin todellisuuden koko keitos, materia ja energia. Alkuräjähdyksen jälkeistä aikaa kuvataan kaoottiseksi hiukkaspuuroksi, johon laajenemisen kuluessa alkaa kehittyä rakenteita, aineen keskittymiä, lopulta galakseja, tähtiä ja niitä kiertäviä planeettoja. Aikaa eteen ja taakse kelaavilla simulaatioilla voidaan varsin uskottavasti hahmottaa kosmologisen evoluution kulkua, mutta ääripäät ovat kaukana tajuamisen takapihalla. Mikä on kosmologian päätepiste? Mm maailmankaikkeuden laajenemisen luonne on arvoitus. Kiihtyvä, hidastuva, sykkivä? Ovatko fysiikan mallien keskeiset suureet vakioita vuosimiljardien asteikolla? Taaksepäin alkuun katsottaessa voidaan esittää joukko kiusallisia kysymyksiä. Nykykäsityksen mukaan materialla ja energialla on ylempänä kuvattu hienorakenne alkeishiukkasina ja kvantteina. Miten tämä hienorakenne on syntynyt? Oliko se jotenkin jo annettuna alkutilan singulariteetissa? Missä vaiheessa kvarkit ja neutriinot syntyivät?

Tietämisen horisontti

Lopulta itse tieto ja tietäminen ovat kaikkea muuta kuin selviä käsitteitä. On tullut yhä ilmeisemmäksi, että nämä itsestään selvyydet ovat kiperiä ongelmia tieteen filosofian, tiedon ja tietämisen filosofian ja jopa logiikan katsannossa. Kosmologian ja materian perusteiden tutkimus on tuonut näkyviin kaksi tärkeätä fundamentaalista rajaa, jotka tuntuvat olevan ihmisen tietokyvyn kovia ulkoreunoja. Hawkins’in nerokkaissa tutkimuksissa on tarkasteltu mustan aukon reunalla syntyvää ns tapahtumahorisonttia, jonka takaa ei valo eikö mikään signaali voi paeta. Toinen ns kosmologinen horisontti on se etäisyys, jonka valo on kulkenut maailmankaikkeuden alusta. Tuota etäisyyttä kauemmas ei mikään ihmisen rakentama laite voi nähdä. Kolmannen tietokyvyn rajoituksen muodostaa ns kognitiivinen sulkeuma. Kaikki ihmisen kokoama ja analysoima tieto ja niistä johdetut teoriat ja päätelmät perustuvat ihmisen aisteihin ja kognitiivisen järjestelmämme toimintaan, sen kykyihin, rakenteisiin ja siis myös rajoituksiin. Voidaan oikeutetusti kysyä tavoittaako meidän kognitiomme todellisuuden oikein? Jääkö ihmisen tavoittaman tietoavaruuden ulkopuolelle jotain?

Ovatko kenties kysymykset kaikkeuden alusta, ajan äärettömyydestä, kvarkkitason alapuolelle piiloutuvasta hienorakenteesta, kausaalisuuden periolemuksesta, ajan nuolen suunnasta jne asioita, joissa vastaukset piiloutuvat ihmisen kognition ulottuman ulkopuolelle. Ovatko mainitut tapahtumahorisontti ja kosmologinen horisontti kenties tällaisia?

Haldanen älyn väläys

Annan viimeisen puheenvuoron yllättävälle persoonalle. John Burdon Sanderson Haldane (1892-1964) syntyi Oxfordissa omaperäisen tiedemiehen perheeseen. John B S Haldane oli eräs aikansa huomattavimmista tiedemiehistä, jonka työt tuottivat innovaatioita biologian, genetiikan, biologisen evoluution, matematiikan ja biostatistiikan aloilla. Hänen neron elkeitään kuvaavat aikalaistodistukset: ”perhaps the most brilliant science populariser of his generation, the cleverest man I ever knew, the most erudite biologist of his generation, and perhaps of the century.” Lausuntojen takana on itsekin Nobel-tasoisia ansioituneita tutkijoita. Poikkeusyksilöillä on oikkunsa. Haldane rettelöi aikansa konservatiivisia ideologioita vastaan, luokitteli itsensä ateistiksi, liberaaliksi, marksilaiseksi sosialistiksi ja muutti lopulta Britanniasta Intiaan. Niinpä on hupaisalla tavalla yllättävää, että Haldanen sanomaksi on laitettu sitaatti, joka on kenties painavin ja oivaltavin tiedonfilosofinen, tieteenfilosofinen ja uskontofilosofinen lausahdus valistuksen jälkeisenä aikana.

”Oletukseni on, että maailmankaikkeus ei ole ainoastaan oudompi kuin kuvittelemme, vaan oudompi kuin pystymme kuvittelemaan. (My own suspicion is that the universe is not only queerer than we suppose, but queerer than we can suppose)”.

Tässä on muotoiltu oivaltavasti kognitiivisen sulkeuman ansa, tietokykymme horisontti. Samaa tarkoitti aikanaan Platonin Luolavertaus, jossa tietojamme ja aistimuksiamme verrataan pimeän luolan seinään heijastuviin varjokuviin.

Jätä kommentti