BLOGIT

Olen viime aikoina tutkaillut yleisen suhteellisuusteorian ja Newtonin gravitaatioteorian eroa. Yleinen suhteellisuusteoria on viimeisin sana painovoimasta: 90-vuotiaana se ei varsinaisesti ole tuore, mutta porskuttaa vieläkin, ja Newtonin yli 300 vuotta vanhaan teoriaan verrattuna suhteellisuusteoria on kovin nuorekas.

Suhteellisuusteoria on Newtonin teoriaa rikkaampi ja kauniimpi, mutta yleisesti ajatellaan, että erot ovat pieniä kun gravitaatiokenttä on heikko ja liikkeet ovat hitaita verrattuna valon nopeuteen. Tämä pitääkin paikkansa kun kyse on eristetyistä systeemeistä, joiden voi ajatella sijaitsevan keskellä tyhjää tilaa kenenkään ulkopuolisen häiritsemättä. Esimerkiksi aurinkokunnassamme suhteellisuusteorian merkitys on vähäinen, ja kappaleiden liikkeet voi ennustaa tarkkaan Newtonin teoriasta.

Tarkasteltaessa maailmankaikkeutta kokonaisuutena asia ei ole aivan selvä. Tällöin yleisen suhteellisuusteorian ja Newtonin gravitaatioteorian välillä voi olla merkittäviä eroja, vaikka gravitaatio olisikin heikko, koska ainetta on niin paljon kaikissa suunnissa. Newtonin gravitaatioteorian mukaan kahden kappaleen välinen voima heikkenee kuin etäisyyden neliö, mutta toisaalta jokseenkin tasaisen ainejakauman tapauksessa tietyllä etäisyydellä olevien kappaleiden lukumäärä kasvaa samaa tahtia. Niinpä äärettömän kaukana olevien kappaleiden painovoima on yhtä oleellinen kuin aivan vieressä sijaitsevien. Tämä on hankalaa ja omituista, ja onkin kyseenalaista, onko mielekästä edes puhua newtonilaisesta teoriasta kun tarkastellaan äärettömiä systeemejä. Suhteellisuusteorialla ei moista pulmaa ole.

Voi tuntua yllättävältä, että suhteellisuusteorian suhde Newtonin vielä vanhempaan teoriaan on vielä joiltain osin epäselvä, aikaa setvimiseen kun on ollut melkoisesti. Kysymystä ei kuitenkaan ole pidetty tärkeänä, koska yleensä maailmankaikkeuden kehitystä kuvataan malleilla, joissa aine on jakautunut täysin tasaisesti, jolloin suhteellisuusteorian käyttäminen on helppoa. Kun tarkastellaan rakenteiden kuten galaksiryppäiden muodostumista, tilanne on monimutkaisempi, ja yleensä käytetään ainoastaan Newtonin teoriaa. Vasta kun katsotaan rakenteiden muodostumisen vaikutusta maailmankaikkeuden laajenemiseen, pitää teorioiden yhteyttä ruotia tarkemmin.

Rakenteiden vaikutus on pääasiallinen tutkimuskohteeni, ja kysymyksenasettelu on nyt kiteytynyt siihen, että jos rakenteilla on maailmankaikkeuden laajenemiselle merkitystä, niin suhteellisuusteorian ja Newtonin teorian eron täytyy olla iso. Lähtiessäni tutkimaan aihetta seitsemisen vuotta sitten en aavistanut, että se liittyy tähän kiintoisaan ongelmaan. On ilahduttavaa kun tutkimusaihe vie arvaamattomille poluille, joilla avautuu uusia näkymiä.

Tutkimuksesta puhuttaessa usein korostetaan löytöjä, joko todellisia tai spekulatiivisia. Tutkimuksen tekeminen löytöjen tavoittelemiseksi on kuitenkin mielestäni henkisesti raskasta. Jos haaviin ei jääkään mitään uutta, onko työ ollut turhaa? Löytöjen perässä kiiruhtaminen ei myöskään aina tuota parasta tulosta edes metsästysonnea silmälläpitäen. (Suuri osa tutkimuksesta on joka tapauksessa jo tunnettujen asioiden hiomista.) On luontaista haluta tehdä löytöjä, haluta olla oikeassa, mutta ponnistelun tyydytys riippuu siitä, saako kunnianhimon kohteen kiinni vai jääkö se saavuttamatta. Jos sen sijaan tavoitteena on asioiden parempi hahmottaminen, niin seikkailu tuntemattomassa maastossa on oma palkkionsa, olipa matkan loppu mikä vain. Tutkijoilla sekoittuvat nämä motiivit eri suhteissa: harva ei lainkaan toivo, että oma ehdotus olisi oikein.

Vaikka osoittautuisi, että suhteellisuusteorian ja Newtonin teorian ero ei ole kosmologiassa tärkeä ja rakenteiden vaikutus laajenemiseen on vähäinen, eli ideani ei pitäisi paikkaansa, eivät siihen kietoutuneet vuodet ole menneet hukkaan. Maailman syvempi ymmärtäminen on tyydyttävää sinällään.

Ollessani ystävieni lapsen kahdeksanvuotispäivillä tämä halusi tietää miten mustat aukot kasvavat, ja esitti nipun kysymyksiä madonrei’istä. Mustien aukkojen kasvaminen onkin mielenkiintoinen tieteellinen kysymys, madonreikien merkitys todellisuuden kuvailussa sen sijaan on kyseenalainen.

Kahdeksanvuotiaana ei luonnollisesti erota tunnettua tiedettä ja spekulaatiota, tarkemmin sanottuna ei osaa arvioida spekulatiivisuuden asteita. (Doctor Who lienee vaikuttanut madonreikäkiinnostukseen, mutta olipa päivänsankari vaikuttunut lahjaksi antamastani LHC-pop-up-kirjastakin, joka ponnistaa tieteen ytimestä.) Mutta monilla aikuisillakaan ei ole käsitystä siitä, mikä on vakaata totuutta ja mikä haparoivaa tunnustelua. Kouluopetuksen antamat perustiedot maailmasta ovat puutteelliset, ja osittain voi suunnata katseen tiedeuutisoinnin ongelmiin. Toimittajia olisi helppo syyttää, ja onkin totta että tiedetoimittajat yleensä tietävät aiheestaan merkittävästi vähemmän kuin vaikkapa urheilutoimittajat tai ulkomaankirjeenvaihtajat.

Tiede on valtava, koko ajan kasvava alue, jonka uskollinen kuvaaminen olisi hankalaa parhaissakin olosuhteissa. Asiaa ei helpota se, että tieteen vakaan keskuksen ja epämääräisten seutujen rajavesiä sekoittavat usein tutkijat itse. Kun jotkut kosmologian arvostetuimmista nimistä puhuvat toisista maailmankaikkeuksista, solipsistisesta maailmankuvasta ja aikamatkoista kuin nämä olisivat tieteen tärkeimpiä kysymyksiä, eikä yhtä voimakkaita soraääniä kuulu, ei ole kumma, jos toimittaja pitää aiheita artikkelin arvoisina.

Tieteen normien mukaan jokainen saa itse päättää tutkimusaiheistaan, ja yleisesti mielenkiinnottomina (tai mielettöminä) pidettyjen ideoiden suodattuminen hoituu siten, että niitä tutkivat eivät saa paikkoja, apurahoja tai arvostusta. Toisten työtä ei yleensä aktiivisesti vastusteta, ellei se osu oman tutkimuksen tielle. Merkittävää työtä tehneiden vanhempien tutkijoiden kohdalla ei ole tällaista kontrollia, joten jotkut heistä ajavat vapaasti kaikenlaisia ideoita.

Moinen ei ole haitaksi: tieteen sisällä on villi spekulaatio pahimmillaankin lähes harmitonta. Mutta kun tieteilijät eivät herkästi astu populaarille areenalle kritisoimaan kollegoitaan, voi spekulatiivisten ideoiden paikasta tieteessä jäädä yleisölle harhaanjohtava vaikutelma, koska toimittajatkaan eivät katso asiakseen kritisoida tieteentekijöitä. Taloustoimittaja voi kritisoida yrityksiä, politiikasta kirjoittava voi haukkua poliitikkoja, mutta koska tiedetoimittaja moittisi tieteilijöitä näiden tutkimusaiheista?

Pari päivää syntymäpäivien jälkeen fyysikkoystäväni King’s Collegessa kertoi, että häntä oli pyydetty BBC:n uutislähetykseen (vai olikohan kyseessä Channel 4) kommentoimaan erään tunnetun hiukkasfyysikon ajassa taaksepäin matkaamiseen ja LHC:llä tehtäviin korttitemppuihin liittyvää artikkelia. Hän kieltäytyi, koska ei halunnut mennä sanomaan, että kyseinen työ on silkkaa roskaa. Toisaalta, jos kieltäytyminen johtaa siihen, että aiheesta ei uutisoida ollenkaan, niin se on parempi kuin uutinen kritiikin kera. On vaikea sanoa, miten yleisö kuulee voimakkaalta kuulostavan väitteen ja sitä kohtaan esitetyt vastalauseet. Kun varmatkin sata vuotta vanhat tieteen löydöt ovat vieraita ja kummallisia, uusien väitteiden arvioiminen vaatisi kunnollisen peruskäsityksen tieteestä, mitä spekulaatioiden innokas uutisointi juuri nakertaa.