21
 |
Maailmankaikkeutta etsimässä
Syksy Räsänen 23.8.2011 |
| Superpositiopaloja | |
Viime viikon Einstein-tilaisuutta mainostettiin vetoamalla Einsteinin työn merkitykseen nykyteknologialle, kuten CD:eille, TV:eille ja GPS:lle. Kvanttimekaniikan vaikutusta nykyteknologiaan ja sitä kautta yhteiskuntaan on vaikea yliarvioida (yleisen suhteellisuusteorian käytännön sovellukset rajoittuvat tuohon GPS:ään), mutta mainoksessa oli silti jotain oireellista.
Kvanttimekaniikan käyttökelpoisuus digikameroiden rakentamisessa todistaa sen oikeellisuudesta, mutta sovellusten pohjalla olevalla ymmärryksellä on itsessään suuri merkitys. Moderni fysiikka muutti viime vuosisadalla käsitykset ajasta, paikasta, tapahtumisesta ja koko maailmankaikkeuden luonteesta perinpohjaisesti. Mullistus oli yhtä suuri kuin kuvan maailmasta valistuminen muinaisaikojen jumalaisesta areenasta klassisen fysiikan kellokoneistonäyttämöksi. On hieman surullista, että syvällisiä totuuksia pidetään tärkeinä lähinnä niiden hyötyarvon takia.
Fysiikassa totuus on kietoutunut ainutlaatuisesti kauneuteen tavalla, jonka kuvaileminen matematiikkaa avaamatta on kuin maiseman selittämistä ilman näköaistia. Mutta taiteen keinoin voi välittää ainakin jotain säännöllisyyden ja kauneuden yhteydestä (ja tieteen luovalla työllä on jotain yhteistä taiteen kanssa). Olikin mielenkiintoista nähdä lauantaina Quantum Circus, jonka tavoitteena oli valottaa kvanttimekaniikan perusteita sirkuksen keinoin. Projekti tehtiin Turun Ammattikorkeakoulun taideakatemian ja Turun yliopiston fysiikan laitoksen yhteistyönä, ja teoksen suunnitteluun osallistumisen lisäksi fyysikot myös esiintyivät lavalla.
Esitys näytti kauniilta; pimeyttä ja valoa oli käytetty taiten ja akrobatia oli saumatonta. Sirkus tuntuu yleensä rakentuvan erillisten vakiintuneiden palasten (kuten nuorallakävely, pallottelu ja pelleily) yhdistelmänä, jossa kertominen ei ole keskiössä. Niinpä uuden sirkuksen tarinat tuntuvat usein sisällöntuotannolta, missä valmiille numeroille on haettu oikeutusta sen sijaan että lähdettäisiin siitä mitä halutaan kertoa. Tämä näkyi Quantum Circuksessakin: esimerkiksi tulijönglööraus oli näyttävän näköistä, mutta sen yhteys tarinan kulkuun tai kvanttimekaniikkaan jäi hämäräksi.
Vahvimmillaan Quantum Circus välitti onnistuneesti kvanttimekaniikan estetiikkaa sirkustoiminnan keinoin. Esiintyjien kolikkomaisessa pyörimisessä vanteilla ja atomiakrobatiassa molemmissa yhdistyivät muoto ja sisältö. Mutta esityksessä yritettiin kertoa kvanttimekaniikan laeista muutenkin kuin estetiikan kannalta.
Kuvauksessa oli voimakkaasti läsnä epädeterminismin lisäksi kvanttimekaniikalle keskeinen epämääräisyys: mahdollisuuksia täynnä olevan avaamaton laatikko aloitti ja lopetti esityksen. Mutta muutoin esityksen käsitys kvanttimekaniikasta oli hieman vanhanaikainen. On esimerkiksi nyky-ymmärryksen valossa kyseenalaista sanoa, että asioista tulee määrättyjä kun niitä havaitaan. Arkisten kappaleiden kohdalla kyse on osittain asioiden toisiinsa kytkeytymisestä, osittain ei yksinkertaisesti tiedetä miksi näyttää siltä kuin maailmalla olisi yksi määrätty totuus. Eräs esityksen teemoista oli mysteeri, mutta fysiikan ihmeellisin arvoitus käsiteltiin kuin vastaus olisi tiedossa. (Saatan palata tähän kvanttimekaniikan epämääräisyyteen myöhemmin.)
Teoksessa esiteltiin paljon kvanttimekaniikan niinkutsuttua monimaailmatulkintaa. Tämän ajatuksen mukaan kaikki mahdolliset vaihtoehdot toteutuvat, mutta eri maailmoissa: lavasteina toimineet ovet sopivat ideaan mainiosti. (Esityksessä oli käytetty maailman sijaan sanaa “ulottuvuus”; asialla ei kuitenkaan ole mitään tekemistä ulottuvuuksien kanssa.) Tämän tulkinnan merkitys fysiikassa ei ole kovin suuri, mutta se voi silti olla taiteellisesti houkutteleva. Esityksessä oli kaksi versiota joistakin hahmoista, joiden todellisuus haarautui. Toteutus oli visuaalisesti hyvä, mutta olisi toivonut, että tapahtumat eivät olisi jääneet irrallisiksi, vaan olisivat kuljettaneet tarinaa. Esityksessä oli myös viitteitä murhamysteeriin, minkä epämääräisten mahdollisuuksien estetiikka sopiikin hyvin yhteen kvanttimekaniikan kanssa, sääli vain että nekään kohtaukset eivät lomittuneet yhteen.
Kvanttimekaniikan esittämisessä oli tarpeetonta mystifiointia, jollaista usein kohtaa fysiikkaa ulkopuolelta katsovilta, mutta ei odottaisi fyysikoilta itseltään. Yhtälöt ja tieteen termit olivat ihmettelyn kohteena sen sijaan, että olisi avattu tai ihasteltu niiden kuvaamaa aihetta. Jos tehtäisiin sirkusesitys suomen kielen rakenteesta, kannattaisiko antaa ymmärtää, että aihe on vaikea siksi että kielitieteilijöillä on oma sanastonsa tai varata aikaa pellehahmolle päivitellä suomen hankaluutta? Välillä asioita selitettiin näyttämällä välillä videoita kvanttitutkijan haastattelusta, ikään kuin usko sirkuksen kykyyn ilmaista asioita ei olisi riittänyt.
Kaikkiaan kuitenkin Quantum Circus näytti esimerkillään kuinka fysiikan estetiikka sopii sirkuksen kaltaiseen heikosti narratiiviseen taiteeseen siinä missä runouskin; olisi mielenkiintoista nähdä lisää fyysikoiden kanssa yhteistyössä tehtyä sirkusta, tanssia tai performanssia.
24. elokuuta 2011 kello 12.24
Onkin jännittävä nähdä, miten maailman itsesimilaarisuus voi esittäytyä monissa eri mittakaavan ja aihealueenkin ilmiöissä
http://www.google.fi/search?q=self+similarity+pictures&hl=fi&biw=1280&bih=646&prmd=ivns&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=zblUTuveAoKeOuaV1a8G&ved=0CB8QsAQ
http://www3.amherst.edu/~rloldershaw/nature.html
Ehkä fysiikan ja erityisesti fysiikan matematiikan kokeminen esteettisenä perustuukin tähän. Itsesimilaarisuus voi silloin ilmetä hyväätekevänä “resonanssina” . Niin sanottu pyhä kirjallisuus kuten Baghavad Gita tai Raamattu voivat paikoin sisältää samanlaisia itsesimilaareja “jännitteitä” kuin esim. kvanttifysiikka, samoin samanistiset tilat. Joku romaanikin, esim. Enkelit ja demonit tai Richard Adamsin Keinumorsian voivat näitä sisältää, samoin jotkut elämänkohtalot tai -vaiheet.
Korkeimmalle kehittyneenä musiikki on varmaan tyypillisin taiteenala, jossa itsesimilaarisuus voidaan havaita. Kerran, opiskellessani Standardimallin lähes yliluonnolliselta tuntunutta formalismia, sattui radiosta tulemaan Mozartin Divertimento, jonka tuolla hetkellä tunsin heijastavan juuri samoja jännitteitä.
24. elokuuta 2011 kello 21.54
Syksy: Blogiesi vakituisena lukijana olen kiinnittänyt huomiota siihen, että huippututkijana et juurikaan ota kantaa yhteiskunnallisesti tai poliittisesti tärkeisiin asioihin. Tämäkin blogisi “superpositiopaloja” on älyllisesti ihan ok juttu ja sinänsä mielenkiintoinen, mutta mitään erityistä viestiä vaikkapa lastenlapsille siinä ei ole; viihdettä kaikki, vaikka muu maailma näyttää olevan räjähdyksen partaalla!
Monet ansioituneet ja arvostetut edeltäjäsi, kuten Einstein, Oppenheimer tai Russel, ottivat voimakkaasti kantaa ja vastuuta tekemisistään, ja tiedemiehinä he olivat huolissaan erityisesti ihmiskunnan puolesta. He jopa istuivat vankilassa tai olivat maanpaossa näkemystensä vuoksi, mutta miksi Sinä et tiedemiehenä kirjoita huoltasi meidän kaikkien tulevaisuuden puolesta?
Libyan sisällissota juuri nyt - esimerkiksi - tarjoaa anarkisteille mahdollisuuden vaikkapa ns. likaisen ydinpommin tekemiseen. Einstein ja kumppanit olisivat olleet julkisesti erittäin huolissaan tästä mahdollisuudesta. Miksi Sinä et kirjoita mitään tällaisista asioista, vaikka karriäärisi varmasti huomioitaisiinkin?
25. elokuuta 2011 kello 14.16
Alan Dorkin: olisikohan selityksenä se, että Tiede-lehden blogit ovat pääsääntöisesti väärä foorumi puhua politiikkaa, etenkin jos se ei liity oleellisesti bloggaajan omaan tutkimusaiheeseen? Oppenheimerin teot olivat tausta huomioiden ymmärrettäviä, mutta miksi kosmologilla tai astrofyysikolla olisi erityistä annettavaa vaikkapa tuohon Libyan tilanteeseen ja likaisen pommin mahdollisuuteen? Tai jos sanottavaa on, niin sen voisi tehdä painokkaammin jossakin muualla.
25. elokuuta 2011 kello 14.16
Alan Dorkin:
Tämän blogin aihe on fysiikka, joten kirjoitan täällä politiikasta ja yhteiskunnallisista asioista vain sikäli kun ne liittyvät fysiikkaan.
Jos haluat kuulla poliittisista toimistani, puhun Arkadia Bookstoressa 8.10. toiminnastani Israelin miehittämillä alueilla heinäkuussa. Tai voit tulla Helsingin Yliopiston Porthania II-saliin 15.10. kuuntelemaan puheenjohtamaani tilaisuutta Israel-Palestiina-konfliktista, jossa puhuvat ICAHD Finlandin pj Bruno Jäntti, israelilainen historioitsija ja aktivisti Ilan Pappe ja palestiinalainen journalisti ja aktivisti Ali Abunimah, ja jota olen mukana järjestämässä. Laitan tarkemmat tiedot ja linkit näistä lähempänä ajankohtaa, samalla kun mainitsen fysiikkaan liittyvistä esityksistä syys-lokakuussa.
Viimeistelen juuri juttua rasismista Suomessa ja esseeni WikiLeaksin merkityksestä ilmestyy osana kokoelmaa “Mitä Julian Assange tarkoittaa?” toivon mukaan ensi vuonna.
(Kirjoitin Oxfordissa ollessani poliittista blogia, joka keskittyi Iso-Britanniaan ja lähi-itään. Se sittemmin jäi; jos kiinnostaa, niin se löytyy osoitteesta http://www.syys.blogspot.com/ . Jos nyt kirjoittaisin poliittista blogia, kirjoittaisin enemmän Suomesta kuin Britanniasta.)
Kehotus aktiivisempaan poliittiseen toimintaan on toki aiheellinen, kiitos siitä.
25. elokuuta 2011 kello 14.40
Kiitos vastauksestasi, Syksy. Pyrin olemaan paikalla lokakuussa, joskin täältä Keski-Suomesta on Hesaan vähän matkaa;
aihe on kuitenkin junamatkan väärti!
27. elokuuta 2011 kello 17.33
Alkeis-kvanttifysiikan teemaa “hiukkanen laatikossa” olisi voinut esitellä siten, että joku laatikkoon suljettu henkilö välillä yllättäen ilmestyisikin laatikon ulkopuolelle (ehkä näin tehtiinkin). Varsinkin kun idealla on käytännössä suuri merkitys, olisi hauska tietää (ymmärtää) sen syy - vaikka taitaa koko kvanttifysiikan perustan ymmärtäminen olla vielä kiistanalainen:
http://scienceblog.com/community/older/2001/C/200113660.html
On myös hauska pohtia, miten sirkus voisi esittää suprajohtavuutta ja esimerkiksi siihen liittyvää Meissnerin ilmiötä.
http://www.youtube.com/watch?v=Xts42tFYRRg
28. elokuuta 2011 kello 1.21
Toivon kovasti, että Syksy ei tätä blogia pilaa politikoinnilla. Politiikasta kiinnostuneet löytänevät kyllä mielipiteitä muualta, mutta toisaalta jos haluaa lukeaa fiksua blogitekstiä fysiikasta niin sellaistapa ei niin vain löydäkään. Eli Syksy: Pidä blogisi jatkossakin vain ja ainoastaan fysikka-aiheisena tai ainakin lähellä sitä. Jos mieli tekee kirjoittaa jostain muusta niin internet tarjoaa siihen kyllä mahdollisuuden.
29. elokuuta 2011 kello 14.22
P.S.V. kirjoittaa:
“Onkin jännittävä nähdä, miten maailman itsesimilaarisuus voi esittäytyä monissa eri mittakaavan ja aihealueenkin ilmiöissä.
Kyse on luonnon osalta vain pseudosimilaarisuudesta., mutta myös esimerkiksi “näkemämme” Mandelbrotin fraktaalit ovat vain pseudofraktaaleja.
29. elokuuta 2011 kello 14.58
Syksy Räsänen kirjoittaa:
25. elokuuta 2011 kello 14.16
Alan Dorkin:
Tämän blogin aihe on fysiikka, joten kirjoitan täällä politiikasta ja yhteiskunnallisista asioista vain sikäli kun ne liittyvät fysiikkaan.
No, annetaan Syksylle anteeksi se että hän itsekkin harhautui kirjoittamaan omista poliittisista mieltymyksistään, ei haittaa mitään. Syksy jo kertoikin tuolla edellä, missä voi kuulla hänen “poliittisista toimistaan”… Ei haittaa mitään. Toivon kuitenkin hartaasti että Syksy ei lähde ainakaan tässä erittäin hienossa blogissaan muuntautumaan Esko Valtaojaksi. Käsittäköön tämänkin jokainen omalla tavallaan.
29. elokuuta 2011 kello 16.06
Tumeteus, Pekka:
Kiitos kehuista. Mielestäni Tiede-lehden blogien tulisi liittyä tieteeseen. Sikäli kun tiede kytkeytyy poliittisiin kysymyksiin niistä kirjoittaminen on toki aiheellista. Esimerkkejä ovat tieteen rahoituskysymykset, tieteilijöiden yhteiskunnallinen vastuu ja sukupuolten tasa-arvo tieteessä.
Pekka, mihin viittaat sanoilla “harhautui kirjoittamaan omista poliittisista mieltymyksistään”?
29. elokuuta 2011 kello 18.58
Tumeteus kirjoitti: “Toivon kovasti, että Syksy ei tätä blogia pilaa politikoinnilla.”
Omasta puolestani minä en ole vaatinut tämän blogin “politisoitumista”. Esitin vain kannanoton (historiaan rinnastaen), jonka mukaan minun mielestäni fyysikot ovat ammattikuntana enemmän vastuussa kansojen ja koko ihmiskunnan kohtalosta, kuin esimerkiksi merimiehet, farmaseutit tai puusepät. Saatan toki olla väärässäkin.
Cernissä - esimerkiksi - fyysikot etsivät kaiken aikaa uusia bosoneita, joita käytetään satavarmasti myös tuhoaseina, jos sellaisia nyt vain sattumoisin löydettäisiin, ja jos niistä pommien komponentteja voitaisiin kehittää. Historia on osoittanut, että näin käy, valitettavasti.
Syksy kirjoittakoon arvostettuja ja luettuja kolumnejaan täällä ihan itse harkitsemistaan asioista; minä olen noviisi niitä arvostelemaan, mutta sananvapauden luvatussa maassa minunkin kommenttini lienevät julkaistavissa, jos ne läpäisevät toimituksen (tai Syksyn) arviointiseulan.
30. elokuuta 2011 kello 9.45
Moi Syksy, ehkä käytin vääriä sanoja kun kirjoitin “harhautui kirjoittamaan omista poliittisista mieltymyksistään”.
Tämä kommenttini perustui blogikirjoitukseesi missä kirjoitit mm:
“Tämän blogin aihe on fysiikka, joten kirjoitan täällä politiikasta ja yhteiskunnallisista asioista vain sikäli kun ne liittyvät fysiikkaan.
Jos haluat kuulla poliittisista toimistani, puhun Arkadia Bookstoressa 8.10. toiminnastani Israelin miehittämillä alueilla heinäkuussa. Tai voit tulla Helsingin Yliopiston Porthania II-saliin 15.10. kuuntelemaan puheenjohtamaani tilaisuutta Israel-Palestiina-konfliktista, jossa puhuvat ICAHD Finlandin pj Bruno Jäntti, israelilainen historioitsija ja aktivisti Ilan Pappe ja palestiinalainen journalisti ja aktivisti Ali Abunimah, ja jota olen mukana järjestämässä. Laitan tarkemmat tiedot ja linkit näistä lähempänä ajankohtaa, samalla kun mainitsen fysiikkaan liittyvistä esityksistä syys-lokakuussa.
(Kirjoitin Oxfordissa ollessani poliittista blogia, joka keskittyi Iso-Britanniaan ja lähi-itään. Se sittemmin jäi; jos kiinnostaa, niin se löytyy osoitteesta http://www.syys.blogspot.com/ . Jos nyt kirjoittaisin poliittista blogia, kirjoittaisin enemmän Suomesta kuin Britanniasta.)
Kehotus aktiivisempaan poliittiseen toimintaan on toki aiheellinen, kiitos siitä.”
Olen ehkä liian herkkähipiäinen kun sanat “fysiikka” ja “politiikka” esiintyvät näin läheisessä yhteydessä, minulla nousee vaan karvat pystyyn, sorry. En ymmärtänyt miten Israel-Palestiina -konflikti ja siihen liittyvä tilaisuus liittyy fysiikkaan…
31. elokuuta 2011 kello 14.11
Pekka:
Kerroin kommentissa, missä voi kuulla ja lukea poliittisesta toiminnastani jos se kiinnostaa, koska en aio kirjoittaa siitä täällä, paitsi kun se liittyy fysiikkaan.
Israel-Palestiina-konfliktissa on kyllä tieteilijöiden vastuuseen liittyviä mielenkiintoisia kysymyksiä esimerkiksi akateemisen boikotin osalta, ja saatan kirjoittaa niistä täällä. (Niistä en toisaalta puhu tuolloin 8. lokakuuta.)
31. elokuuta 2011 kello 23.11
Uusintana lähetettävän sarjan “5 kulmaa kosmologiaan” 1. osassa Esko Valtaoja toteaa:
“Alussa syntyi kaikki, ennen alkua ei ollut mitään. Mitä silloin olisi voinut olla kun ei ollut aikaakaan.”
Tuossa on pieni ongelma. Siitä puuttuu tärkeä lisäys: fysiikan teorioiden mukaan.
Fyysikot eivät halua tai pysty kertomaan, mikä on fysiikan teorioiden/mallien suhde todellisuuteen. Ilman tätä tietoa/näkemystä fysiikan filosofiaa ei ole olemassa, metateoria puuttuu. Maailmahan on olemassa ilman fysiikan teorioitakin.
1. syyskuuta 2011 kello 10.34
Lauri ehkä ne fysiikan teoriat ovat vain abstrakteja kopioita maailmasta, jotka sattuvat ennustamaan maailmaa hyvin, koska maailmassa näyttää esiintyvän kausaliteettia. Toisaalta matemaatikassa on vain kyse tehokkaasta tietojenkäsittelystä, joten se tuntuu aika selvältä, että aisti- tai muita havaintoja voitaisiin käsitellä matemaattisesti. Voisimmehan kysyä mikä on hinnan suhde suklaapatukan arvoon? Arvo sillä on aina ja sitä käsitellään vain numeroilla, joten keksitään hinta. Tosin tämänkin näkemyksen esitti vain tavallinen opiskelija, eikä fyysikko, mutta toivottavasti valaisee.
1. syyskuuta 2011 kello 18.21
Tuo “abstrakti kopio” ei tarkoita yhtään mitään vai viittaatko ehkä malleihin?
Samaisessa ohjelmassa Kari Enqvist totesi:
“Nykytietämyksen mukaanhan maailmankaikkeus syntyi 13,7 miljardia vuotta sitten suuressa alkuräjähdyksessä mikä tarkoittaa sitä, että kaikki se aine mikä nähdään oli puristuneena kasaan. Ja kun ainetta puristaa kasaan se tietenkin kuumenee. Se alku oli hyvin tulinen vailla mitään muotoa. Kaikki aine oli hajonneena kuumaksi plasmaksi.”
Tuossa on pieniä ongelmia. Tuo “tulinen” on aika outo metaforanakin. Vielä oudompi termi on tuo “plasma”, mikä yleensä tarkoittaa ionisoitunutta kaasua.
Taitaa Enqvist hieman ylipopularisoida.
Mielenkiintoinen oli myös Enqvistin myöhempi kommentti, että lähtien maailmankaikkeuden alusta “epäjärjestys on lisääntynyt”. Kun ei ollut aikaa oliko entropiaakaan ja termodynamiikan toista päänsääntöäkään?
1. syyskuuta 2011 kello 18.31
Tämä riittäköön “5 kulmaa kosmologiaan”-ohjelmasta, joka ei liity blogimerkintään.
Muistettakoon, että tämän blogin kommenttiosio ei ole yleinen fysiikan keskustelupalsta.
8. syyskuuta 2011 kello 22.02
Aalto-hiukkas-dualismi (sen jokin versio) ja EPR-ilmiö voisivat olla aika helposti havainnollistettavissa sirkuksen keinoin, samoin kaksoisrakokoe. Varmaan niin tehtiinkin. Esimerkiksi aalto-hiukkas-dualismissa osa etenijöista kulkisi pystyssä (hiukkaset) ja osa hiukkasia kiertävinä aaltorenkaina. EPR-ilmiössä taas kaksi toisistaan kauas juossutta sirkuspelleä ottaisivat aina vastakkaiset asennot (spin alas, spin ylös). Kaksoisrakokokeessa taas tarvittaisiin vähän taikaa, johon sirkus kyllä pystyy.
12. syyskuuta 2011 kello 14.15
Toisaalta fyysikot itse puhuvat kvanttiteorioista kuin teologit jumalasta. Juuri heiltä on kuultu kaikkein satumaisimmat ja mystisimmät arvelut tieteensä tulevaisuudesta, ja sen luomista mahdollisuuksista. Kuitenkin perustavimman fysiikan ongelman ratkaisu maailman ymmärtämiseksi tuntuu silti karkaavan yhä kauemmaksi. Perusvoimia yhdistävän teorian uumoiltiin valmistuvan ‘lähiaikoina’ jo yli 60 vuotta sitten. Nyt on kuultu mahdollisuuksista saavuttaa tämä tavoite noin 20 vuodessa. Sitä odotellessa voidaan vain tarjota ylimystön hienostunutta esteettistä makua tavalliselle kotitietokoneen käyttäjälle. Tietysti myös uuden teknologian mahdollistamat lelut ovat hauskoja.
13. syyskuuta 2011 kello 21.51
Syke: “Kvanttimekaniikan käyttökelpoisuus digikameroiden rakentamisessa todistaa sen oikeellisuudesta”.
Aika harhainen väite, looginen kömmähdys. Ei niin paha kuin edesmenneen K.V. Laurikaisen näkemys aukkojen jumalasta, jota mm. Ilkka Niiniluoto irvaili.
Fysiikan teorioiden ongelma on, ettei niitä pidä liikaa ekstrapolodoida. Missä kulkee pätevyyden raja? Kysymys palautuu siihen, mikä on teorian ja “todellisuuden” suhde. Tai hieman toisin esimerkkillä havainnoollistettuna: Jos systeemin malli osoittaa kaoottisuutta, ei siitä voi päätellä, että itse systeemi olisi kaoottinen. Tuohon virheeseen on sorruttu lukemattomia kertoja. Kuten myös tuohon “perhosefektiin”, joka on puhdasta roskaa.