BLOGIT

Olin viime viikon Pariisissa AstroParticule et Cosmologie -instituutin konferenssissa ( http://www.apc.univ-paris7.fr/Frontiers08/index.phtml ). Tuo säiekosmologian tapaaminen tarjosi oivia esimerkkejä edellisen merkinnän turhasta tutkimuksesta. Mutta vatvomisen sijaan kirjoitankin jostain muusta.

On laajalti hyväksytty ajatus, että ainoastaan teoriat, jotka on mahdollista osoittaa vääräksi, voivat olla tieteellisiä. Yleisen näkemyksen mukaan tiede etenee siten, että on teoria, joka tekee ennusteita, joita testataan kokeellisesti. Kun ennuste ei pidä paikkaansa, todetaan että teoria on väärä, ja se hylätään.

Ajatus on kaunis. Kirjassaan “Tieteellisten vallankumousten rakenne” Thomas S. Kuhn käy läpi useita esimerkkejä ja toteaa, että tieteen todellisessa historiassa yksikään edistysaskel ei noudata tätä kaavaa. Teorioita ei koskaan hylätä vain siksi, että ne ovat ristiriidassa havaintojen kanssa. Niistä luovutaan vasta sitten, kun on tarjolla jotain parempaa tilalle.

On helppo tarkastella menneisyyden tapauksia, kun tietää oikeat vastaukset. Katsottaessa historian sijaan avoimia ongelmia saa konkreettisemman käsityksen naiivin falsifioinnin ongelmista.

Esimerkkinä palvelkoon Pioneer-anomalia. Luotaimet Pioneer 10 ja Pioneer 11 ovat matkanneet 1970-luvun alusta asti Aurinkokunnan eri puolille, ja niiden liikkeitä on seurattu luotainten lähettämien radiosignaalien avulla.

Pioneer-luotainten radat eroavat yleisen suhteellisuusteorian ennusteista, ikään kuin niihin kohdistuisi tasainen ylimääräinen kiihtyvyys kohti Aurinkoa. Kiihtyvyys on arkiskaalalla erittäin pieni, noin 10^(-9) m/s^2. Luotainten ratoja on kuitenkin mitattu hyvin tarkasti, ja poikkeama on tilastollisesti erittäin merkittävä: todennäköisyys sille, että kyseessä olisi sattuma on pienempi kuin yksi miljardista.

Mahdollisia systemaattisia virheitä analyysissä on etsitty. Luotaimet voisivat vaikkapa tulla sähköisesti varatuiksi kosmisten säteiden iskiessä niihin ja joutua jollekin magneettikentälle alttiiksi, luotaimista voisi vuotaa kaasua joka työntää niitä, ja niin edespäin. Mitään poikkeaman selittävää seikkaa ei kuitenkaan ole löydetty.

Vaikuttaa myös siltä, ettei mikään näkymätön massakeskittymä voi olla syynä poikkeamaan, koska silloin ulkoplaneettojen radoissa olisi vastaava muutos, joka olisi havaittu.

Voidaanko sanoa, että yleinen suhteellisuusteoria on osoitettu vääräksi? En ole kuullut, että kukaan tiedeyhteisössä olisi tätä mieltä. Se, että systemaattisia virheitä ei ole löydetty, ei tarkoita sitä, että sellaista ei ole olemassa. Ei ole mitään puhtaan tieteellistä kriteeriä, jolla voitaisiin määrittää, että kaikki mahdollisuudet on tutkittu. Aina voi olla jotain, mitä kukaan ei ole tullut ajatelleeksi. On sosiaalinen tai psykologinen kysymys, milloin systemaattisen virheen olemassaoloa pitää niin epäluultavana, että sen sulkee pois. (En käytä ilmaisua “epätodennäköisenä”, koska asiaa on mahdoton kvantifioida.)

Pioneer-anomaliasta ei olla kovin huolestuneita, koska kenelläkään ei ole vakuuttavaa yleisen suhteellisuusteorian korvaavaa teoriaa, joka selittäisi sen. Suhteellisuusteorian laajennuksia on toki kymmeniä, mutta vakuuttavat niistä eivät selitä Pioneer-anomaliaa, ja ne jotka selittävät anomalian eivät vakuuta muita kuin kehittäjiään.

Jos löydettäisiin poikkeaman selittävä mainio teoria, Pioneer-havaintoja pidettäisiin tieteen historiassa todisteena sen paikkansapitävyydestä, ja yleistä suhteellisuusteoriaa vastaan. Näinhän on käynyt Merkuriuksen perihelin siirtymän poikkeamalle Newtonin gravitaatioteoriasta, joka esitetään (aivan oikein) todisteena yleisen suhteellisuusteorian puolesta.

Naiivi falsifointiajatus tieteen etenemisestä on harhaanjohtava siksi, että havainnot eivät koskaan testaa vain yhtä ennustetta, vaan kokonaista kimppua oletuksia ennusteen taustalla. Esimerkiksi eräs Newtonian gravitaatioteorian suurista varhaisista menestyksistä oli planeettojen ratojen ennustaminen hyvällä tarkkuudella. Mutta laskuun sisältyi monia oletuksia, kuten se, että planeettojen vaikutukset toisiinsa voi jättää huomiotta. Kuu-Maa-systeemissä sama oletus ei enää toimikaan, ja ennuste menee pieleen.

Yhtä perustavanlaatuinen ongelma on se, että teoria on tieteessä välttämätön käyttöliittymä todellisuuteen. Jos pitäisi hylätä teoria siksi, että se on ristiriidassa havaintojen kanssa, ilman että on uutta tilalle, niin tiede loppuisi siihen pisteeseen. On totta, että teoria ei voi olla tieteellinen ellei sitä voi falsifioida, mutta toiminta ei ole tiedettä, jos siinä ei ole teoreettista ohjenuoraa.

Britanniassa kiisteltiin menneinä kuukausina siitä, tulisiko abortin yläaikarajaa laskea. Rajan laskemisen (24 viikosta 22 tai 20 viikkoon) puolustajat katsoivat, että koska lääketiede nykyään mahdollistaa joissakin tapauksissa alle 24-viikkoisina syntyneiden keskosten hengissä pitämisen, ei samanikäisiä sikiöitä tulisi voida abortoida, eli käytännössä tappaa.

Sikiön moraalisesta arvosta ollaan montaa mieltä – joillekin elämä on pyhää aina hedelmöittymisestä lähtien, kun toiset taas katsovat, että varhainen alkio on vain joukko soluja ja että vasta kun tietyt kehitysvaiheet on ohitettu, voidaan sikiön elämällä katsoa olevan itsellistä arvoa. Useimmilla kuitenkin lienee jonkinlainen näkemys kehittyvän sikiön arvon asteittaisesta kasvusta; tuskin kukaan kantaa huolta hedelmöittyneistä munasoluista, jotka eivät kiinnity kohdun seinämään ja useimmat sallivat abortin raskauden alkuvaiheessa varsin köykäisin perustein, mutta kokevat kuitenkin myöhäiset abortit moraalisesti ongelmallisina.

Eräänä sikiön arvon mittapuuna on käytetty nyt englantilaisessa keskustelussa keskiöön tullutta ajatusta siitä, että sikiö omaa täyden ihmisarvon sen jälkeen kun sen on mahdollista, teknologia-avusteisesti tosin, tulla toimeen kohdun ulkopuolella. Vaikkakin näkökulmassa on intuitiivista vetoavavuutta, sen keskeisin ongelma on nähdäkseni se, että länsimainen sikiö saavuttaisi ihmisarvon useita kehitysviikkoja aiemmin kuin sikiö kehittyvässä maailmassa, ja maan sisälläkin eroja tulisi sen mukaan mitä keskoslaitteita kulloinkin olisi vapaana tai ulottuvilla. Ja tämän päivän sikiöt saavuttaisivat ihmisarvon aiemmin kuin sikiöt menneisyydessä ja huomattavasti myöhemmin kuin tulevaisuuden verrokkinsa. Jos ja kun sikiöllä on jostakin kehitysvaiheesta lähtien itsellinen ihmisarvo, jonka vuoksi sitä ei saa abortoida, tuo arvo ei kai voi vaihdella sen mukaan mitä teknisiä välineitä on saatavilla.

Moraalisesti merkittävän elämän alku ja loppu on toki haastettu tieteen kehityksen paineissa ennenkin. Hedelmöityshoidot ja niiden sivutuotteena syntyneet Â’ylimääräisetÂ’ hedelmöitetyt munasolut pakottivat pohdiskelemaan niiden moraalista asemaa. Monenmoiset hengitys- ja sydänkoneet sekä elvytystekniikat puolestaan pakottivat meidät luopumaan perinteisestä ajattelusta, jossa elämä loppui sydämen ja hengityksen pysähtyessä ja pohtimaan aivokuolemaa varsinaisena elämän loppumisen merkkinä. Kiinnostavasti kehitys toisella lääketieteen alalla, nimittäin elinsiirroissa, oli omiaan vahvistamaan aivokuoleman asemaa elämän loppumisen määrittäjänä. Ilman hapellista verta ihmiselimet alkavat hyvin nopeasti rappeutua ja perinteisen kuoleman määritelmän mukaan vainajista ei useinkaan ollut käyttökelpoisten elinten luovuttajiksi. Aivokuolema-määritelmä mullisti mahdollisuuden elinsiirtoihin kuolleilta. Tämän nojalla luovuttajan, jo aivokuolleen, elintoimintoja voitiin pitää yllä aivan niin pitkään kuin oli tarpeellista siirrettävien elinten laadun takaamiseksi. Näin siis myös elämän lopussa tieteen kehitys on muuttanut näkemystämme siitä, missä moraalisesti merkittävät rajat kulkevat.

Mitä tästä kaikesta tulisi päätellä onkin sitten jo toinen kysymys. Onko moraalisesti merkittävällä ihmiselämällä jokin objektiivinen ja absoluuttinen alku- ja loppupiste? Viekö tiede meitä lähemmäksi ymmärrystä siitä, mistä moraalisesti merkittävä, itsessään arvokas, elämä alkaa ja mihin se loppuu? Tai pitäisikö vastauksia tällaisiin kysymyksiin etsiä vaikkapa uskonnosta? Vai onko sittenkin niin, että mitään ehdotonta alkua tai loppua ei ole, vaan kukin aika ja kulttuuri määrittää ne omien tarpeidensa mukaisesti?

Olen kulkenut siellä kummastelemassa 8-vuotiaana ensimmäisellä Helsingin-matkallani. Hiiviskellyt vitriinien välissä parikymppisenä opiskelijana hunningolla vietetyn yön jälkijäristyksissä. Viimeks kiertelin mammuttia omia pieniä poikia kaiten.
Aina siellä on vallinnut hiljaisuus, harmonia ja ajaton rauha. Ja sen joukossa ne eläimet!
Tänään Luonnontieteellisessä museossa on juhlapäivä. Ovet ovat auennet pitkän remontin jälkeen. Uusia dinosauruksia on marssittu katsomaan torvisoiton tahdissa. Mahtava meno, jos silmiään ja  HS.fi:n videota on uskominen.
Sinne täytyy jonakin päivänä mennä. Ehkä kuitenkin vasta sitten, kun pöly ja hiljaisuus ovat taas laskeutuneet luurankojen ja täytettyjen tiikerikissojen ylle.

Joillain tieteenaloilla tutkimustulosten tarkistaminen vertaamalla niitä havaintoihin on mahdollista vain hyvin rajoitetusti. Tutkimuksen kohde saattaa olla niin monimutkainen, että sen mallintaminen on vaikeaa (kuten psykologiassa ja sosiologiassa), tai tutkimuksen suhde havaittuun todellisuuteen voi olla periaatteessakin heikko (kuten filosofian joissain osa-alueissa).

Tällaisissa tapauksissa on helppo ymmärtää, miten tutkimus saattaa ajautua poluille, jotka eivät lisää ymmärtämystä maailmasta (mitä voisi kutsua turhaksi tutkimukseksi). Jos ei ole empiiristä tapaa arvioida sitä, ovatko tulokset oikein vai väärin, sosiaalisten tekijöiden merkitys kasvaa ja se, miten hyvin tutkimus kuvaa todellisuutta voi jäädä vähemmän tärkeäksi.

Fysiikka on sen sijaan mallitapaus empiirisestä tieteestä, mutta sen parissa voi ilmetä sama vaiva eri syystä: siksi, että käytetty teoria kuvaa tutkimuksen kohdetta liian hyvin.

Hiukkasfysiikassa kehitettiin 1970-luvulla Standardimalli, joka on yli kolmenkymmenen vuoden ajan pystynyt ennustamaan erittäin tarkasti -ja oikein- jokseenkin kaikki havainnot, mitä hiukkaskiihdyttimissä on tehty. (Sana “jokseenkin” esiintyy tässä vain siksi, että osaa prosesseista on hyvin vaikea analysoida, erityisesti törmäytettäessä raskaita ioneja. Kaikkien reaktioiden tulkinta ei siten ole vielä selvä, mutta ei ole osoitusta, etteikö Standardimalli pystyisi niitä kuvaamaan.)

Jos ajattelee, että tutkimuksen tarkoituksena on selittää tehtyjä havaintoja ja ennustaa tulevia, niin Standardimalli on valtaisa menestys. Hiukkasfyysikkojen näkökulmasta kuitenkin ennemmin havaintoja käytetään apuna luonnon ymmärtämiseen yhä syvemmällä tasolla (eli yhä parempien teorioiden rakentamiseen). Ei siis sanota, että Standardimalli on niin hyvä, että parempia teorioita ei ole tarvittu selittämään havaintoja, vaan että havainnot ovat puutteellisia, kun eivät ole antaneet vihjeitä paremmasta teoriasta. (Tiedetään, että Standardimallin pätevyysalue on rajoitettu, eli parempi teoria on olemassa.)

Standardimallin erilaisia laajennuksia on satoja, mutta toistaiseksi ei ole pystytty sanomaan, onko joku niistä oikein, koska havainnot eivät ole osoittaneet poikkeamia Standardimallista. Tämä empiirisen testauksen puute on johtanut tilanteeseen, jossa esteettiset kriteerit ja muotivirtaukset vaikuttavat merkittävästi siihen, millaista tutkimusta pidetään arvokkaana.

Tilanne on saanut monet hiukkasfyysikot siirtymään kosmologiaan. (Minäkin opiskelin lähinnä hiukkasfysiikkaa, tein graduni QCD:stä ja siirryin kosmologiaan väitöskirjan myötä.) Kosmologiassa onkin paljon uusia havaintoja, joista osa on hiukkasfysiikalla hyödyllisiä - mutta valitettavasti hiukkasfyysikot ovat tuoneet muotivirtaukset mukanaan.

Kyynisesti voisi sanoa, että hiukkasfyysikon pitää tehdä jotain, ja jos havainnot on jo selitetty, niin työn painopiste siirtyy muualle. Hienosyisemmän käsityksen saa tarkastelemalla tutkijoiden toiminnan kannustimia.

Jos hiukkaskosmologeilta kysytään, miksi he tekevät tutkimusta, luultavasti korkealla olisi sellaisia asioita kuin maailmankaikkeuden ymmärtäminen ja totuuden selvittäminen. Tämä onkin monen syy tutkijaksi ryhtymiseen, ja se pitää osin paikkansa. Mutta siihen, mitä tosiasiassa tekee, vaikuttavat käytännönläheisemmät seikat ja motiivit, joita ei tietoisesti ajattele. (Tämä toki pätee muidenkin alojen tutkijoihin.)

Tutkijat, kuten mikä tahansa ihmisryhmä, reagoivat joukkona rationaalisesti ympäristön kannustimiin, ja oikeuttavat yksilötasolla toimintansa irrationaalisesti, jos kannustettu toiminta ei vastaa sitä, mitä he ajattelevat olevansa tekemässä.

Kun tarvittavia meriittejä saa tietynlaisesta toiminnasta, on selvää että tutkijat siirtyvät tekemään sitä. Tutkijapaikkoja haettaessa merkittävien tekijöiden joukossa on se, montako tieteellistä julkaisua hakijalla on, ja montako kertaa niihin on viitattu alan julkaisuissa. (Nämä eivät tietenkään ole ainoita kriteerejä, ja on erilaisia näkemyksiä siitä, miten tärkeitä ne ovat. Mutta ainakin ne ovat tarpeeksi merkittäviä, että niistä ollaan huolissaan.)

Julkaisuja on nopeampi valmistaa, jos tekee vain vähäisiä variaatioita tuntemiensa asioiden ympärille. Ja viitteitä tietysti kertyy paremmin, jos työskentelee muodikkaalla alueella, jolta julkaistaan enemmän. Nämä kaksi syytä yhdessä kokeellisen kontrollin puutteen kanssa selittänevät epätodennäköisten spekulatiivisten ideoiden suosion hiukkaskosmologiassa.

Joskus hiukkaskosmologien keskuudessa sanotaan (ainakin puoliksi leikillään), että ehkä meitä on liikaa, ja mielekästä puuhaa ei riitä kaikille. Mutta liian vähän tutkittuja tärkeitä ongelmia kyllä löytyy: niihin pureutuminen vain on vaativampaa, eikä siitä tipu palkintoja nopeasti.

Hiukkaskosmologiassa on vakaa ydin varteenotettavaa tutkimusta: mutta sen ympärillä liikkuu paljon spekulaatiota, josta osa on melko hedelmätöntä. En ole aivan varma, onko ongelma niin tuore kuin miltä minusta tuntuu. On vaikea sanoa, näkeekö aiemmat ajat kullattujen lasien läpi. Menneistä fysiikan teorioista tutustuu pääasiassa niihin, jotka pitävät paikkansa, ja epäonniset spekulaatiot unohtuvat.

Siinä määrin kun hiukkasfysiikan ongelmien syynä on koetulosten puute, CERNissä muutamassa kuukaudessa käynnistyvästä Large Hadron Collider -kiihdyttimestä toivotaan tieteenalan pelastusta. Yleinen odotus on, että LHC viimein rikkoo Standardimallin menestystarinan ja tarjoaa katsauksen uudelle saralle todellisuutta, jonne ei ole koskaan ennen nähty. Jos viimeiset kaksi vuosikymmentä ovatkin olleet hiukkasfysiikan köyhimmät, saattavat seuraavat muutamat vuodet osoittautua hyvin kiihkeiksi.

Tiedättekö mitä selluliitti on ja miksi se on ikuista? Minä en tiennyt ennen kuin tein siitä jutun vasta ilmestyneeseen Tiede-lehteen.

En tiennyt mitään niin yleisestä luonnonilmiöstä. En vaikka olen sitä ikäni nähnyt, kuunnellut yleisnaisellista voivottelua monituisissa pukuhuoneissa ja joskus valittellut itsekin.

Enkä muuten tiennyt sitäkään, mistä ukkosen jyrinä johtuu. Miten paljon onkaan ympärillä arkista tuntemattomuutta, jota ei edes älyä ihmetellä.

Viime aikoina olen hakenut vastauksia myös sellaisiin hiukan monisyisempiin kysymyksiin kuin miten lapsen pitäisi harrastaa liikuntaa että hänestä voisi tulla huippu-urheilija ja mistä moraali on peräisin.

Aika hulppea duuni mun mielestä, kun saa palkallisesti ottaa selvää tällaisista asioista.

Olen myös sitä mieltä, ettei hyvää lehtijuttua synny mistään aiheesta, ellei tekijällä ole mielessä jotain kiinnostavaa kysymystä, johon hän koettaa kirjoituksessaan vastata.

Vappubrunssin päätteeksi innostuimme yhteislauluun. Parin seuraavan tunnin aikana paljastui jotain yllättävää. Ylivoimaisesti pätevimpiä laulajia olivat porukan nuorimmat. Kaksikymppiset opiskelijat osasivat ulkoa joka ikisen kansanlaulun, kaiken sävelletyn Eino Leinon ja sanasta sanaan Juice Leskisen tuotannon.

Ei huolta isänmaa, kulttuuriperintösi elää. Ja daisarit ne rauhasta muistuttaa.