BLOGIT

Kosmista mikroaaltotaustaa mittaavan Planck-satelliitin laukaisuajankohta on siirtynyt ties kuinka monennen kerran; alun perin Planckin oli määrä nousta kiertoradalle vuoden 2007 loppupuolella tai 2008 alussa. Viiveaskelten pituus on kuitenkin lyhentynyt, joten on toivoa, että niiden summa on äärellinen ja satelliitti aloittaa toimintansa lähitulevaisuudessa.

Toisen samassa aikataulussa myöhästyneen merkittävän kokeen, LHC:n, käynnistymistä odotettiin (ja uudelleenkäynnistymistä odotetaan) mielenkiinnolla siksi, että LHC luotaa uutta fysiikan aluetta, jolta löytyy varmasti jotain ennen näkemätöntä: fyysikkojen jargonissa LHC on “discovery machine”. Planck sen sijaan syynää tunnettuja tienoita huomattavasti aiempaa yksityiskohtaisemmin, kyseessä on “precision experiment” .

Signaalin eristäminen havainnoista on monimutkainen prosessi niin Planckin kuin LHC:n tapauksessa. Kokeita suunniteltaessa niistä tehdään mittavia simulaatioita, joissa otetaan huomioon etsitty signaali, mittauksiin vaikuttavat häiriöt, laitteiston toiminta ja muita tekijöitä. Ilman yksityiskohtaisia simulaatioita olisi mahdotonta tietää, mitä koe todella pystyy kertomaan, ja arvioida kannattaako se suorittaa. Päivät jolloin kokeellista hiukkasfysiikkaa tai kosmologiaa saattoi tehdä nopeasti improvisaatiolla ja intuitiolla ovat nostalgista historiaa. Jos nykyään kokeessa on mukana sata ihmistä ja sata miljoonaa euroa, niin se on pieni. (Planck ei ole kummallakaan mitalla pieni koe.)

Simulaatiot ovat välttämätön osa kokeiden suunnittelua, mutta viime vuosina, Planckin ja muiden kosmologisten kokeiden havaintoja odotellessa, on julkaistu yhä enemmän tieteellisiä artikkeleita pelkästään simuloidun datan pohjalta. Nämä julkaisut kertovat, että jos havainnot olisivat nämä, niin niistä voitaisiin vetää tuollaisia yksityiskohtaisia johtopäätöksiä. Tässä tietysti oletetaan, että simulaation sisään laitettu kosmologinen malli on oikea, mutta kun kokeiden pääasiallinen anti on tämän seikan testaaminen, tällaisen tutkimuksen hyöty on rajoitettu.

Simuloidun datan itsetarkoituksellista tutkimista esiintyy enemmän kosmologiassa kuin hiukkasfysiikassa. Eräs syy tähän lienee sosiologinen. Kummallakin alalla on malli, joka selittää havainnot tyydyttävästi. Hiukkasfysiikan Standardimalli on vakaa ja hienostunut teoreettinen rakennelma. Kosmologiassa sen sijaan on kokoelma palasia -inflaatio, pimeä aine, pimeä energia- joista mitään ei tunneta yksityiskohtaisesti, eikä tiedetä miten ne sopivat yhteen. Kosmologian epävarmuus tukee tarvetta pönkittää omaa “standardimallia”. Sen tutkiminen, miten tarkkaan tätä mallia voi mitata, korostaa mallin asemaa, ja on siten mielekästä siinä missä saman tekeminen hiukkasfysiikan Standardimallille olisi mielenkiinnotonta. Yhteistä hiukkasfyysikoille ja kosmologeille on se, että yllättävät löydöt on se, mitä kokeilta todella toivotaan: kukaan ei halua, että simuloitu tylsyys osoittautuisi todelliseksi.

Teen kesälehteen juttua Suomen maantieteellisesti kiinnostavista pisteistä. Esimerkiksi keskipisteitä on vaikka kuinka paljon riippuen siitä, otetaanko mukaan kaikki merialueet, pelkästään maa-alueet, pelkästään mantereiset maa-alueet jne.

Väestöllinen keskipiste vaikutti Brasiliassa 1950-luvulla siihen, minne uusi pääkaupunki perustettiin. Suomessa pääkaupunki pitäisi sijoittaa jonnekin päin pullistunutta Hämeenlinnaa - ei siis Kajaaniin, kuten aiemmin ehdotin.

Mitä muita keski- tai ääripisteitä haluaisitte minun selvittävän?

Yksi kiinnostava, joskin hieman subjektiivinen kysymys on, missä on Suomen eristäytynein paikka. Lehdessä meillä oli sellainen karttakin hiljattain, missä näytettiin maailman syrjäseudut. Mittarina oli se, kuinka monen tunnin maantie- tai venematkan päässä piste on kohtalaisen kokoisesta kaupungista (olisikohan rajana ollut 30 000 asukasta tms).

Suomen eristäytynein paikka mitattuna etäisyytenä lähimmälle metsäautotielle olisi nopean googlailun perusteella Utsjoella nelostieltä parikymmentä kilometriä itään. En ole tätä kyllä mistään vahvistanut. Toisaalta jos tuon pätkän pystyy kulkemaan moottorikelkalla tai mönkijällä, mitäs eristäytymistä se on. Siitä nelostieltä on Ivalon lentokentälle korkeintaan parin tunnin ajomatka eikä Rovaniemellekään, joka nyt on jo jonkinmoinen kaupunki, kuin muutama tunti lisää. Norjan puolella on vastaavia kaupunkeja lähempänäkin.

Eikä siellä tiettömien taivalten päässä taida kukaan ympärivuotisesti asua. Veikkaisin, että eristäytynein asutus on Utön saarella Korppoon kunn… ei kun siis Paraisten, vai mikä Länsi-Turunmaa se oli, “kaupungissa”.

Yhteysaluksella ensin viisi tuntia Nauvon Pärnäisiin, josta on vielä yksi lossi matkalla Turkuun. Omalla pikaveneelläkin kestäisi melko kauan, vaikka sillä ehkä voisi päästä hieman nopeammin Hankoon, josta sitten alle kahden tunnin Helsinkiin tai Turkuun tai vähän lyhyemmässä ajassa vaikka Saloon. Jos veneen suunnan ottaisi Maarianhaminaan, sieltä tietysti löytyisi lentokenttä, mutta jo Kökarille on melkoisesti merimatkaa.

Löytyykö Lapista tai Itä-Suomesta Utölle haastajaa?

Pääsisäisloman reissu Japaniin ja kolmeen vapaaseen Kiinaan (Hong Kong, Macao ja Taiwan) innosti pohtimaan, mitkä ei-uskonnolliset ideologiat ja näitä edustavat johtajat ovat saaneet eniten inhimillistä kärsimystä aikaan. Uskontojen kauheuksistahan kirjoitin aiemmin. Uskonnoista puheen ollen, islamin haasteesta - melko haastava aihe verkkokeskusteluun jo moderoinninkin näkökulmasta - on poikkeuksellisen analyyttistä keskustelua Osmo Soininvaaran blogilla. Suosittelen!

Historioitsijat eivät voi tehdä kontrolloituja kokeita, mutta lähes sen veroisia tutkimusasetelmia sentään tarjoavat Itä-Aasiassa Koreoiden tasavallat kansan demokratialla ja ilman ja vastaavat Kiinan kaksi versiota. Vastaava asetelma oli tietysti Saksassa liittotasavallan ja “demokraattisen” tasavallan välillä.

Näiden ihmiskokeiden ansiosta monet ovat jo alkaneet hyväksyä ajatuksen, että 1900-luvun suurimman roiston titteli ei ehkä kuulu Hitlerille, vaan Stalinille tai Maolle. Jos raadoilla mitataan, Stalin ja Mao saivat enemmän pahaa aikaan, mutta tietysti osasyynä on yksinkertaisesti se, että heidän regiiminsä ikävä kyllä olivat pitkäikäisempiä.

Vasemmiston piirissä ymmärrys Stalinin ja Maon hirveydestä on johtanut pohtimaan, menivätkö asiat pieleen jo leninismissä vai sisältyivätkö hirmuvallan siemenet jo itseensä marxismiin. Leninin osalta näyttö on minusta päivänselvä, mutta Marxin ja Engelsin puolesta nyt voi sanoa sen, että ehkä he olivat vain epäonnistuneita taloustieteilijöitä ja historianfilosofeja eivätkä suoranaisia väkivallan apostoleja.

Näin paluulennolla moninkertaisesti ja syystäkin palkitun intialaiselokuvan Slumdog Millionaire, joka palautti muistoja Mumbaista ja Delhistä parin vuoden takaa - ja parista kirjasta joita silloin paikan päällä luin.

Kokemukset ja kirjat saivat minut ajattelemaan, että 1900-luvun suurin roisto ja kaikkein eniten inhimillistä kärsimystä aiheuttanut ideologia ei ollut Hitlerin natsismi eikä edes Stalinin tai Maon sosialismi, vaan Gandhi.

Tarkoitan erityisesti takapajuisuuden ihannointia ja läntisen teknologisen sivilisaation halveksuntaa (Mitä ajattelet läntisestä sivilisaatiosta, kysyi toimittaja Gandhilta? “Minusta se olisi hyvä idea”).

Ymmärrän, että tulkintani voi kuulostaa provokatiiviselta. Suuri sielu Gandhi, joka uskoi väkivallattomaan vastarintaan ja kanslaistottelemattomuuteen! Hänhän on täydellinen vastakohta hitlereille ja stalineille!

Mutta mitä Intialle olisi tapahtunut ilman gandhilaisuutta? Olisiko se jäänyt vaille itsenäisyyttä?

Ei. Tämä on yksi suurista historiallisista myyteistä. Ilman Gandhia itsenäisyys olisi saavutettu ehkä jopa aiemmin. Ja mitä tulee itsenäisyyden tavoitteluun, väkivallattomuuden periaatteeseen ja siihen, että perustettavan valtion tulisi olla sekulaari (joita ainakin minä pidän hyvinä asioina), näitä samoja asioita kannatti esimerkiksi bengalilaisrunoilija Rabindranath Tagore. Tagoresta ei tietysti juuri kukaan ole nykyään kuullutkaan, mutta Intian itsenäistymisen aikoihin hän oli Gandhin ohella lännessä tunnetuimpia intialaisintellektuelleja.

Tagore oli kaikessa muussa kuin edellämainituista asioista täysin eri mieltä kuin Gandhi. Siinä missä henkistynyt Gandhi vastusti teknologiaa, uskoi jonkinlaiseen pienimuotoiseen sosialistiseen talouteen, vastusti erikoistunutta työnjakoa, epäili ulkosuhteissa länsimaita ja suhtautui kielteisesti seksuaalisuuteen ja julisti pidättyvyyttä, Tagore edusti niitä arvoja, joihin Intia on alkanut suuntautua vasta kun nykyinen pääministeri Manmohan Singh pari vuosikymmentä sitten talousministerinä aloitti sosialistisen talousjärjestelmän korvaamisen kapitalistisella.

Sillä välin Intiaan ehti syntyä hillitön määrä ihmisiä, koska perhesuunnitteluhan olisi edellyttänyt sellaisen tosiasian tunnustamista, että ihmisellä on seksuaalisuus jota nyt ei noin vain tukahduteta. Tämä räjähtänyt väestö eli ja edelleen elää ällistyttävän suurelta osin kurjuudessa, jolle löytyy Kiinasta vertailukohdetta hädin tuskin edes köyhimmältä maaseudulta. Näennäisestä demokratiastaan huolimatta intialaisilla ei ole ollut juuri mahdollisuuksia vaikuttaa omaan elämäänsä, koska järjestelmän sosialistisuus ja teollisuuden totaalinen takapajuisuus on pitänyt köyhät kylissä tai slummeissa, joissa naisten asema on suunnilleen sama kuin Kabulissa.

Tämä on Gandhin todellinen perintö. Miltä Intia näyttäisi nyt, jos sen olisi annettu kehittyä Tagoren länsisuuntautuneen ajattelun mukaan? Joltain Hong Kongilta, ehkä. Tuskin maalta, jossa demokratian vähimmäiskriteerit vain juuri ja juuri täyttyvät vaaleista huolimatta, ja joka inspiroi sellaisia slummikuvauksia kuin Slumdog Millionaire.

Mutta älkää minua uskoko. Käykää itse katsomassa. Mumbaissa tai edes elokuvateatterissa.

Tällä hetkellä on kaksi fysikaalista todellisuutta perustavanlaatuisimmalla tasolla kuvaavaa teoriaa, kvanttikenttäteoria (erityisesti sen sovellus hiukkasfysiikan Standardimalli) ja yleinen suhteellisuusteoria. Standardimalli kuvaa alkeishiukkasia ja kaikkea niistä rakentuvaa, kuten protoneita ja valoa, ja yleinen suhteellisuusteoria käsittelee aika-avaruuden rakennetta, jonka ilmentymä gravitaatio on. Kaikki muut luonnontieteen alueet ovat periaatteessa palautettavissa näihin kahteen: esimerkiksi biologia palautuu kemiaan, ja kemia seuraa Standardimallin atomiytimiä, elektroneita ja fotoneita koskevista laeista.

Standardimalli ja suhteellisuusteoria myös palautuvat johonkin perustavanlaatuisempaan teoriaan - vielä tosin ei tiedetä, mikä tämä teoria on, ja sen löytäminen on hiukkaskosmologian valtavin kysymys.

Kvanttiteoria ja suhteellisuusteoria ovat 1900-luvun alussa vallinneen niinkutsutun klassisen fysiikan laajennuksia eri suuntiin. Klassisessa fysiikassa sekä syy-seuraus-suhteet että aika-avaruus ovat ennalta määrättyjä ja muuttumattomia. Ensinnäkin klassinen fysiikka on determinististä: tapahtumat seuraavat toisiaan vääjäämättömästi ja yksikäsitteisesti annetusta alkutilanteesta. Kaikki on (periaatteessa) ennustettavissa. Toisekseen tapahtumien näyttämönä toimiva avaruus ei koskaan muutu, eikä ota osaa tapahtumiin. Klassisen fysiikan malli maailmasta on ennalta kirjoitettu kellokoneistonäytelmä, joka ei muuta teatteria mitenkään.

Havainnot 1900-luvun alkupuolella osoittivat tämän kuvan virheellisyyden. Havaintoja selittämään kehitetyt uudet teoriat muuttivat klassista fysiikkaa kumpikin tahollaan. Kvanttimekaniikka hylkäsi determinismin, mutta piti kiinni määrätystä aika-avaruudesta, suhteellisuusteoria taas liitti yhteen ajan ja avaruuden dynaamiseksi, aineen kanssa vuorovaikuttavaksi toimijaksi, mutta säilytti tiukat syy-seuraus-suhteet. Sellaisen teorian rakentaminen, jossa nämä puolet yhtyisivät, sanalla sanoen kvanttigravitaatioteorian, on osoittautunut erittäin vaikeaksi.

Kvanttimekaniikka kehittyi kvanttikenttäteoriaksi 1940-luvulle mennessä, ja kvanttikenttäteorian sääntöjen mukaan rakennettu hiukkasfysiikan Standardimalli oli kaikkine paloineen valmis 1970-luvulla. Yleistä suhteellisuusteoriaa ei ole tarvinnut juurikaan muuttaa sitten vuoden 1915, jolloin Einstein ja Hilbert saivat sen valmiiksi. Kvanttiteoriaa ja yleistä suhteellisuusteoriaa on yritetty naittaa toisilleen ainakin 1950-luvulta alkaen, huonolla menestyksellä.

Yleisesti uskotaan, että kvanttigravitaatioteoria, oli se mikä hyvänsä, on kovin erilainen kuin Standardimalli tai yleinen suhteellisuusteoria, aivan kuten ne eroavat suuresti klassisesta fysiikasta. Kvanttiteorian ja suhteellisuusteorian kehitystä viime vuosisadan alkupuolella ajoivat koetulokset, joita klassinen fysiikka ei pystynyt selittämään. Ilman havaintojen tukea kukaan tuskin olisi kyennyt näkemään niin kauas, että kvanttimekaniikka olisi löydetty. (Suhteellisuusteorian kohdalla näin olisi voinut käydäkin.) Kvanttigravitaation perässä sen sijaan kuljetaan lähes tyystin ilman havaintoja, matematiikka ratsuna ja estetiikka oppaana. On kuvaavaa, että kvanttigravitaatiota kutsutaan teoreettisen fysiikan Graalin maljaksi.

Menestynein ehdokas kvanttigravitaatioteoriaksi on säieteoria, jonka soveltuvuus tähän rooliin ymmärrettiin 1970-luvulla. Karkeasti ottaen säieteorian ideana on, että pistemäisten hiukkasten sijaan rakennuspalikoiksi otetaan yksiulotteiset säikeet (engl. strings), jotka noudattavat kvanttimekaniikan lakeja. Tästä yksinkertaisen kuuloisesta lähtökohdasta seuraa rikas matemaattinen rakenne, joka sisältää myös gravitaation. Säieteorian suoraviivaisin muotoilu kuitenkin johtaa maailmankaikkeuteen, joka on kymmenulotteinen ja muutenkin hyvin erilainen kuin se, minkä ympärillämme näemme. Säieteorian yhdistäminen havaittuun maailmaan on vaikea ongelma, josta on julkaistu tuhansia tieteellisiä artikkeleita, mutta vieläkään ei tiedetä, kuvaako säieteoria todellisuutta, vai onko se pelkkää matematiikkaa.

Säieteorian ja muiden kvanttigravitaatioehdokkaiden kehittämisen avuksi on vaikea saada havaintoja siksi, että niillä pienillä skaaloilla, joilla kvanttiefektit ovat merkittäviä, gravitaatio on heikko, ja aurinkokunnan, galaksin, maailmankaikkeuden mittakaavassa, jota gravitaatio hallitsee, kvanttiefektit ovat mitättömän pieniä. Varhaisessa maailmankaikkeudessa tilanne oli toisin, erityisesti inflaation aikana sekä gravitaatio että kvanttiefektit ovat oleellisia. Inflaatio tuottaa ryppyjä ei vain aineessa (kuten mikroaaltotaustassa), vaan myös aika-avaruudessa itsessään. Aika-avaruuden muinaisten kvanttimekaanisten fluktuaatioiden pitäisi olla havaittavissa vielä nykyään, heikkoina ja näkymättöminä gravitaatioaaltoina jotka matkaavat maailmankaikkeuden halki, ja kulkevat lävitsemme koko ajan.

On suuri joukko inflaatiota kuvaavia malleja, jotka ennustavat erilaisia kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuuksia ja gravitaatioaaltoja. Olipa niistä mikä hyvänsä oikea, inflaation synnyttämän gravitaatioaaltotaustan havaitseminen olisi merkittävä askel. Se auttaisi varmentamaan, että inflaatio on todella tapahtunut, mutta vielä tärkeämmin kyseessä olisi ensimmäinen havainto kvanttimekaniikan ja gravitaation yhteistoiminnasta, pieni näkymä uudelle fysiikan alueelle, josta saattaa paljastua hedelmällisiä yllätyksiä. Planck-satelliitilla, jonka on määrä nousta taivaalle lähiviikkoina, on mahdollisuus nähdä gravitaatioaaltojen kädenjälki kosmisessa mikroaaltotaustassa - aiheesta lisää kunhan Planckin laukaisupäivä varmistuu.