Perjantaina uutisoitiin laajalti lehdistötiedotteesta, jonka mukaan OPERA-koe on havainnut
neutriinojen kulkevan valoa nopeammin. Monet toimittajat kutsuivat OPERAa CERNin kokeeksi, varmaan osittain siksi että lehdistötilaisuus pidettiin CERNin tiloissa ja lehdistötiedote tuli CERNiltä. CERN on kuitenkin vain yksi kokeeseen osallistuvista instituuteista, ja käsittääkseni italialaisen LNGS:n rooli on merkittävämpi, mutta “CERNin tutkijat” kuulostaa toki hohdokkaammalta kuin “LNGS:n tutkijat”.

Tehdyn kokeen perusteella ei voi päätellä paljoa ennen kuin havainto saa tukea tai kumotaan tarkemman syynin jälkeen. Olin etukäteen kuullut huhuja niin tuloksen julkistamisesta kuin siihen liittyvistä epäluuloistakin. Ajattelin etten mainitsisi tästä sen enempää kuin muistakaan mahdollisista löydöistä, jotka varmentuessaan mullistaisivat käsityksemme ja siksi luultavasti osoittautuvat virheellisiksi. En kuitenkaan osannut odottaa, että mielenkiinto leviäisi niin laajalle, Guardianista ja BBC:stä Metroon, Iltalehteen ja Ilta-Sanomiin asti. Kuten Petri Riikonen naapuriblogissa totesi, yleisön huomio on jo kääntynyt aiheeseen, joten ehkäpä on hyvä sanoa jotain.

Kokeessa ammutaan CERNistä kimppu neutriinoja maan läpi Italiaan, ja osa niistä havaitaan 730 kilometrin päässä Gran Sasson maanalaisessa luolassa olevassa laboratoriossa. Lähtö- ja alkupaikkojen välinen etäisyys tiedetään, joten mittaamalla matkaan kulunut aika saadaan selville, kuinka nopeasti neutriinot kulkivat. Mittauksen mukaan neutriinojen nopeus on noin kaksi sadastuhannesosaa valon nopeutta isompi.

Tunnetun fysiikan mukaan neutriinoilla on massa, joten niiden odottaisi matkaavan hieman valoa hitaammin. Massa on kuitenkin niin pieni, että OPERA-kokeessa ei pitäisi näkyä mitään eroa, vaan nopeuden pitäisi olla mittaustarkkuuden puitteissa sama kuin valon nopeus. Se, että neutriinot olisivatkin liikkeissään fotoneita sutjakampia olisi perin omituista.

Mieleen voi tulla sellaisia ajatuksia kuin että jos tulos pitää paikkansa, niin eikö valoa nopeammilla viesteillä voi lähettää tietoa ajassa taaksepäin, matkustaa tappamaan esi-isänsä ja tehdä muita omituisia juttuja? On kuitenkin syytä erottaa kaksi asiaa: valon nopeus ja korkein mahdollinen informaationopeus. Se, että tietoa ei voi singota ympäriinsä rajattoman nopeasti on suhteellisuusteorian keskeinen piirre. Sähkömagnetismin laeista sitten seuraa, että valo kulkee tällä korkeimmalla nopeudella. Mutta jos nämä lait olisivat toisenlaiset, valo voisikin matkata tätä suurinta nopeutta hitaammin. Tällöin joku hiukkanen –sanotaan vaikka neutriino– voisi lentää valoa nopeammin mutta silti suhteellisuusteorian nopeusrajoitusta noudattaen. Havainto neutriinoiden ja valon suhteellisesta nopeudesta ei siis välttämättä kerro mitään suhteellisuusteoriasta. Gravitaatioaallot matkaavat suhteellisuusteoriassa korkeimmalla mahdolliselle nopeudella. Niitä ei kuitenkaan ole koskaan suoraan mitattu, joten päätelmät tästä korkeimman nopeuden arvosta perustuvat valon mittauksiin. Gravitaatioaaltojen kulkunopeus ei voi olla kovin erilainen kuin valon, koska se vaikuttaisi epäsuorasti moniin asioihin, mutta OPERAn mittaama ero ei ole kummoisen kokoinen.

Voisiko havainto siis selittyä sillä, että neutriinot käyttäytyvät siten kuten odottaisikin, mutta valo sen sijaan kiukuttelee? Tällainen ilmeinen tulkinta on kuitenkin ristiriidassa muiden havaintojen kanssa. Vuonna 1987 mitattiin lähigalaksissamme räjähtäneestä supernovasta (jolla on kaunis nimi SN1987A) sekä valonvälähdys että neutriinosignaali. Hiukkaset olivat matkanneet 168 000 vuotta, joten OPERAn väittämällä nopeuserolla neutriinojen olisi pitänyt saapua neljä vuotta ennen kuin välähdys näkyi taivaalla. Näin ei kuitenkaan käynyt, vaan tulokset olivat sopusoinnussa odotusten kanssa kahden miljardisosan tarkkuudella. OPERAn neutriinojen energia on kyllä erilainen, joten on mahdollista kehitellä kaikenlaisia selityksiä jotka saattaisivat kokeet sopusointuun.

Tässä vaiheessa teoreetikkojen ei kuitenkaan vielä kannata suunnata kyniensä kärkiä neutriinojen ja fotoneiden kulkureiteille. Koska tulos on, ainakin yksinkertaisimman tulkinnan mukaan, ristiriidassa niin teoreettisten rakennelmien kuin aiempien koetulosten kanssa (teoreetikkona pidän jälkimmäistä vakavampana asiana), joku virhe kokeen tulkinnassa on luultavin selitys.

On myös hieman huolestuttavaa, että OPERAn nettiarkistoon laittaman julkaisun tekijälistasta on jättänyt moni kokeen jäsen nimensä pois. Toisen, kolmannen ja ties kuinka monen käden kautta on myös kaikunut huhuja ryhmän sisäisistä erimielisyyksistä tuloksen analysoinnissa ja julkistamisessa. Näin tärkeän tuloksen yhteydessä analyysin tulisi olla kiistaton, ennen kuin mitään voisi julistaa löydetyksi. On toki mahdollista, että tulos varmistuu, mutta tässä vaiheessa ei ole aihetta pohdintaan muilla kuin kokeellisen fysiikan asiantuntijoilla. Heidän tarkastelunsa lopulta kertoo, onko tehty löytö vai jätetty huomiotta systemaattinen virhe.

Fysiikan ulkopuolisten on siis tyystin ennanaikaista innostua tarinoimaan lehtien etusivuilla. OPERAn lehdistötiedote ei sisällä virheellisiä väitteitä ja siinä sanotaan selvästi, että tuloksia ei ole varmennettu. Mutta lehdistötilaisuuden pitäminen tässä vaiheessa on jo sinällään vastuutonta: mitä muuta voi toimittaja siitä päätellä kuin että on löydetty jotain kertomisen arvoista?

Kun suureen ääneen mainostetut löydöt myöhemmin katoavat jälkiä jättämättä, yleisölle jää sellainen vaikutelma, että tieteessä on kyse vain ihmeiden markkinoista, jotka ovat tyhjää täynnä. Tarinat valoa nopeammista signaaleista, aikakoneista ja rinnakkaisista maailmankaikkeuksista ovat karkkia, jonka jälkeen terve tarjonta ei kenties maistu enää. Fysiikan todelliset löydöt ovat suurenmoisia, eikä niitä ole tarvetta kuorruttaa makealla. Taivaalla näkemämme rakenne on luultavasti peräisin maailmankaikkeuden ensimmäisen sekunnin miljardisosan miljardisosan miljardisosan miljardisosan satunnaisista värähtelyistä; avaruus on täynnä näkymätöntä ainetta, joka kulkee lävitsemme joka hetki; tiedämme tarkkaan, että maailmankaikkeuden ensimmäisten minuuttien aikana luonnonlait olivat samat kuin nykyisin, muutamia esimerkkejä mainitakseni.

Fysiikassa on kaunista totuus, joka ilmenee siinä, miten asiat kietoutuvat toisiinsa, miten pienet seikat johtavat vääjäämättömästi suuriin seurauksiin matematiikan tinkimättömässä ohjauksessa. Irralliset uutiset poikkeamista jotka pian vajoavat unhoon ennemmin hämärtävät kuin kirkastavat sitä tapaa, jolla uudet löydöt kytkeyvät aiempaan ja syventävät nykyistä tuntemusta.

OPERAn mittausten saamassa julkisuudessa on kyllä jotain ilahduttavaakin. Valokeila antaa kelpo tilaisuuden kertoa, miten tiede toimii, esitellä suhteellisuusteorian ja muiden todeksi tunnettujen asioiden pätevyysalueita ja esitellä tunnetun maailman reunalla lymyäviä ihmeitä. Lisäksi tämä huomio osoittaa, että luonnontieteestä ollaan suuresti kiinnostuneita sen takia, mitä se kertoo maailmasta, eikä sen arvoa tarvitse perustella vain hyödystä väitellen. Kun yleinen suhteellisuusteoria katsottiin (kenties heppoisin perustein) todistetuksi vuonna 1919, The Times otsikoi etusivullaan “Vallankumous tieteessä - uusi maailmankaikkeuden teoria - newtonilaiset ajatukset kumottu”. Olen joskus kuvitellut, että nykypäivänä ei enää moista voisi tapahtua, mutta olen nähtävästi aliarvioinut ihmisten mielenkiinnon vallankumouksia kohtaan.

Päivitys 1 (27/09/11): OPERAn kokeesta kertoo tarkemmin Higgsin metsästäjä. Kiinnostuneiden kannattaa myös katsoa yleensä luotettavan Tomaso Dorigon analyysi ja usein hauskan Jesterin näkemys.

Päivitys 2 (28/09/11): Tämä Jon Butterworthin mainio kirjoitus The Guardianissa valaisee asiaa myös. (Lopussa on lyhyt viesti OPERA-kokeen seniorilta jäseneltä, joka ei laittanut nimeään paperiin, kuten ei neljä muutakaan senioria jäsentä.)

Tieteestä tykkäämisessä on se hankaluus, että kun tehdään oikein odottamaton löytö, ei aina ole selvää, mitä siitä pitäisi tykätä. Tällainen tapaus oli loppuviikon hiukkastutkimusyllätys: kun Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskus Cern tiedotti havainneensa, että neutriinot ovat kulkeneet heidän kokeessaan valoa nopeammin. Ja lisäsi, että eriskummallisuudessaan havainto kaipaa kuitenkin vahvistuksia muilta tutkijoilta.

Cern itse otsikoi havainnon varovaisin sanankääntein:  “OPERA experiment reports anomaly in flight time of neutrinos from CERN to Gran Sasso“. Luonnontieteiden huippulehti Nature uutisoi selvästi rohkeammin: “Particles break light-speed-limit. Neutrino results challenge cornerstone of modern physics.” Toinen huippulehti Science oli hieman pidättyväisempi ja korosti havainnon ainutkertaisuutta: “Neutrinos travel faster than light, according to one experiment“.

Kommenttiensa perusteella alan asiantuntijat haluavat pitää jäitä hatussa. Avaruustähtitieteen professori Esko Valtaoja sanoi Iltalehdessä lyövänsä viskipullon vetoa sen puolesta, että tulos osoittautuu mittausvirheeksi. Sciencen uutisessa newyorkilainen neutriinofyysikko Chang Kee Jung on valmis lyömään virheen puolesta vetoa vaikka talonsa. Blogistimme, teoreettinen fyysikko Syksy Räsänen puolestaan neuvoo bloginsa keskustelussa näin:  “Tulosta ei voi pitää varmennettuna. Mielestäni muiden kuin asiantuntijoiden ei kannattaisi kiinnittää siihen mitään huomiota ellei tulosta varmisteta.”

Lisätutkimusten odottaminen rauhassa onkin varmaan järkevä ajatus. Toisaalta kun meidän maallikoiden huomio nyt on jo kiinnittynyt, niin mitenkäs sen enää saisi ei-kiinnitetyksi?

Maallikkoa tietenkin kiinnostaa, mitä havainto saattaisi merkitä, jos se osoittautuu todeksi. Fyysikot ovat tässä vaiheessa olleet ymmärrettävän niukkasanaisia kommenteissaan. Jos havainto osoittautuu vääräksi, niin spekulaatiot osoittautuvat turhiksi.

Jotain on kuitenkin suostuttu sanomaan. Naturen uutisessa teoreettinen fyysikko, italialaisen Bolognan yliopiston emeritusprofessori Antonino Zichichi muotoili näin: “Jos valonnopeus ei olekaan raja, suppean suhteellisuusteorian perusta murenee.” Toisaalta eipä tuo tarkoittane sitä, että suhteellisuusteoriaan pohjaavat tekniset sovellukset yhtäkkiä lakkaisivat toimimasta. Mutta fysiikan maailmankuvaa pitäisi rukata.

Mahdollisen valoa nopeamman kulun syytä suostui spekuloimaan ainakin samainen Zichichi. Hänen mukaansa kyse saattaisi olla neutriinojen livahtelusta esimerkiksi säieteorian ennustamien ylimääräisten ulottuvuuksien kautta.

Mutta eipä siis nuolaista, ennen kun tipahtaa.

Omalta ajaltani muistan fysiikasta ennenaikaisena hypetyksenä ainakin 1990-luvun vaihteen kohun kylmäfuusiosta: että olisi onnistuttu tuottamaan fuusiorektioita odottamattoman alhaisessa lämpötilassa. Havainto osoittautui vääräksi. Biologiasta muistan 1990-luvun lopulta kohun Mars-meteoriitista, jonka omituiset mineraalikertymät aluksi tulkittiin bakteerien fossiileiksi ja todisteiksi muinaisesta elämästä Marsissa. Uskottavia todisteita bioalkuperästä ei kuitenkaan saatu kokoon.

Muistatteko muita vastaavia ennenaikaisia hehkutuksia?

Tämän vuoden Nobel-palkintoa käsittelevän merkinnän kommenteissa kysyttiin niinkutsutusta Casimir-ilmiöstä, jota toisinaan esitetään todisteeksi tyhjön energian olemassaolosta. Asia on aiemmin tullut esille virtuaalisista hiukkasista kirjoittaessani, joten solmin nyt tuon langan pään.

Casimir-ilmiö on yksinkertainen: kun laitetaan kaksi sähköä johtavaa tasaista levyä lähekkäin, ne vetävät toisiaan puoleensa voimalla, joka näyttää riippuvan vain levyjen etäisyydestä, ei niiden muista ominaisuuksista. (Tässä oletetaan, että kummankin levyn sähkövaraus on nolla.)

Se, että Casimir-voima ei riipu levyjen yksityiskohdista johdattelee ajattelemaan, että se on levyjen välissä olevan tyhjän tilan ominaisuus. Voiman suuruuden voikin johtaa seuraavasti. Lasketaan ensin, mikä energia kaikkien virtuaalisten hiukkasten pulppuamiseen tyhjässä tilassa liittyy. Sitten katsotaan millaisia virtuaalisia hiukkasia levyjen väliin mahtuu, ja lasketaan niistä sinne aiheutuva energia. Nämä energiat ovat erilaisia ja tämä saa aikaan voiman, joka vetää levyjä yhteen. (Lasku ei itseasiassa kerro, mikä kumpikaan noista energioista on, mutta erotuksen se antaa kiltisti.) Asian voi tulkita siten, että levyjen väliin ei mahdu liian ison aallonpituuden omaavia hiukkasaaltoja, ja niiden puute vetää levyjä puoleensa.

Tämän tulkinnan takia Casimir-efekti usein esitetään todisteena tyhjön energian olemassaolosta, tunnettujenkin fyysikoiden taholta. Mutta Casimir-voiman voi ymmärtää paljon arkisemmin, puhumatta tyhjöstä mitään. Vaikka levyt ovat sähköisesti neutraaleja, niissä kuitenkin on positiivisia ja negatiivisia sähkövarauksia, joista osa pystyy liikkumaan ympäriinsä — muutenhan levyt eivät johtaisi sähköä. Koska sähkövaraukset eivät ole jakautuneet täysin tasaisesti, levyjen välille syntyy pieni voima, jonka voi laskea levyjen sähkövarausten välisiä vetovoimia tarkastelemalla. Se, että tulos ei riipu levyjen omnaisuuksista on vain suunnilleen totta: kun Casimir-efektiä mitataan tarkasti, pitää ottaa huomioon esimerkiksi se, että oikeat levyt eivät johda sähköä täydellisesti (eli käsitellä sähkövarausten todellista jakaumaa levyssä), vaikka ensi arviolta tästä ei tarvitsekaan välittää.

Casimir-ilmiön ymmärtäminen tällä tavoin on käsitteellisesti yksinkertaisempaa kuin tyhjön energian avulla, mutta yksityiskohtaiseen laskemiseen tyhjön energia tarjoaa nopeamman reitin. Tämän takia siihen liittyvä tulkinta lienee saanut niin suuren jalansijan. Tekipä laskun miten päin vain, Casimir-efekti vaatii sähkömagneettista voimaa käsiteltävän kvanttikenttäteorian keinoin: ilman kvanttimekaniikkaa ja suppeaa suhteellisuusteoriaa ei olisi Casimirin efektiä. Sen laskemisessa käsitellään virtuaalisia hiukkasia, pieniä värähtelyjä tyhjän tilan ympärillä.

Jos Casimirin efekti tulkitaan todisteeksi tyhjön energiasta, niin samaan sitten kelpaa mikä tahansa kvanttikenttäteorian ilmiö, jota käsitellään virtuaalisten hiukkasten avulla — eli siis melkein kaikki kvanttikenttäteorian laskut! Harva fyysikko hyväksyy moisen. Olikin hieman yllättävää, että Ruotsin kuninkaallinen tiedeakatemia kirjoitti Nobel-palkinnon taustamateriaalissa että tyhjön energia on havaittu sen perusteella että vetyatomin energiatasoissa on kvanttikenttäteoreettisia korjauksia.

Tämä on harhaanjohtavaa siksi, että näissä kvanttikenttäteorian laskuissa on kyse värähtelyistä tyhjän päällä. Se tyhjön energia, joka saattaa selittää ne havainnot, joista Nobel-palkinto myönnettiin, on kuitenkin tuo pohjalla oleva tasainen jakauma, joka ei värähtele eikä tee mitään muutakaan. Kvanttikenttäteoriassa, aivan niin kuin klassisessa mekaniikassa, voi mitata vain energioiden erotuksia. Voidaan sanoa, että jos systeemin haluaa siirtää tästä tilasta tuohon, niin siihen tarvitsee lisätä noin paljon energiaa. Kysymys siitä, paljonko energiaa systeemillä on kaikkiaan, tulee esille vain yleisessä suhteellisuusteoriassa. Sen mukaan gravitaatio on tinkimätön kirjanpitäjä, joka mittaa kaiken energiasisällön: mitä enemmän energiaa, sitä voimakkaammin avaruus kaareutuu. Onkin eriskummallinen tilanne, että tyhjön energiatiheys tuntuu kvanttikenttäteorian luonnolliselta ennusteelta, mutta sen mittaamiseen tarvitaan jotain sen tuolta puolen. Tyhjön energian ymmärtäminen onkin yksi hiukkasfysiikan suurimpia ongelmia, ja sen nouseminen myös kosmologian keskeiseksi aiheeksi ei ole varsinaisesti vähentänyt mielenkiintoa.

Mainittakoon, että puhun maanantaina 31.10. kello 18 Arkadia-kirjakaupassa tämän vuoden Nobel-palkintoon liittyvästä fysiikasta, muun muassa tyhjön energiasta otsikolla “Dark energy: the greatest mystery of the universe” alla. Esitys on englanninkielinen.

Kvanttisirkuksesta kirjoittaessani mainitsin kvanttimekaniikan epädeterminismistä ja epämääräisyydestä.

Determinismi tarkoittaa sitä, että kaikki on periaatteessa ennustettavissa. Klassisessa fysiikassa systeemin kehitys määräytyy sen alkutilasta ja siihen vaikuttavista voimista. Jos tuntee systeemin tilan jonain hetkenä täydellisesti, niin voi ennustaa sen käytöksen äärettömään tulevaisuuteen ja tietää millainen se on ollut kaikkialla menneisyydessä. Malliesimerkki tästä on aurinkokunta, jonka ratoja voi klassisen mekaniikan lakien avulla pikakelata tulevaisuuteen ja menneisyyteen niin pitkälle kuin jaksaa laskea. Klassisen fysiikan maailma on kellokoneisto vailla vaihtoehtoja. Jo maailmankaikkeuden alussa on määrätty miten kaikki tulee tapahtumaan, ja tämän voi saada tietoonsa kunhan vain mittaa maailman tarkasti. (Nykyään tuntuu muuten hieman hassulta käyttää karkeaa, analogista konetta kuten kelloa tarkkuuden symbolina.)

Kvanttimekaniikan mukaan näin ei ole. Maailman käyttäytymistä ei voi ennustaa. Alkutilasta voi laskea vain eri tulevaisuuksien todennäköisyydet, ei yhtä totuutta. Yleensä todennäköisyyksistä puhuttaessa ajatellaan niiden ilmaisevan tiedon puutetta. Kvanttimekaniikassa tällaista tietoa ei ole olemassakaan, vaan tapahtumat ovat aidosti sattumanvaraisia: mikään sääntö ei kerro, mikä tulevaisuus valikoituu. Kolikon kääntöpuoli on, että menneisyyttä ei voi päätellä nykyhetkestä, koska tänne on päädytty laittomien oikkujen seurauksena, ei huolellisesti polkua seuraten. Kvanttimekaniikan aikakäsitys onkin erilainen kuin klassisen mekaniikan, koska sattumanvaraisuus kulkee vain yhteen suuntaan: menneisyys on määrätty mutta yksityiskohdiltaan tuntematon. (Ajan rooli fysiikassa on kiinnostava aihe, josta kirjoitan kenties toiste enemmän.)

Sen lisäksi, että tulevaisuus ei ole määrätty, myös nykytila on yleensä epämääräinen. Hiukkasista puhuttaessa sanotaan joskus, että ne kulkevat kahta reittiä samaan aikaan, Schrödingerin kissasta taasen että se voi olla sekä elävä että kuollut. Tätä kummalliselta tuntuvaa tilannetta kenties selventää jos sanoo, että kissan tila ei ole määrätty: ennemmin kuin puoliksi kuollut ja puoliksi elossa, kissa ei ole kumpaakaan. On vain tietty todennäköisyys, että kun asia tarkistetaan, se on joko elossa tai kuollut. Hiukkaskokeissa tällaista omituista käytöstä on mitattu jo pitkään, kissojen kohdalla sitä ei ole koskaan nähty. Kvanttimekaniikka ei kerro, miten sen kuvaamasta epämääräisestä todellisuudesta päästään arkikokemukseemme, jossa niin kissoilla kuin muillakin isoilla hiukkaskimpuilla näyttää olevan määrätty tila.

Kvanttimekaniikan löytäneet fyysikot kehittivät asiasta 30-luvulla fysiikan keskuksena toimineen Kööpenhaminan mukaan nimetyn tulkinnan. Kööpenhaminan tulkinta on lyhykäisyydessään seuraava: kvanttimekaaniset tilat ovat epämääräisiä, kunnes niitä havaitaan. Kun tehdään koe ja mitataan, yksi mahdollisista vaihtoehdoista valikoituu sattumanvaraisesti. Tämä yksinkertaiselta kuulostava resepti toimii käytännössä, joten kvanttimekaniikkaa käyttävät fyysikot eivät yleensä mieti asiaa sen enempää kuin automekaanikot vaivaavat mieltään kysymyksillä siitä, miksi ruuvimeisselit loppujen lopuksi toimivat.

Tilan epämääräisyyden täsmällisesti osoittavista Bellin epäyhtälöistä vastuussa ollut fyysikko John Bell kuulemma sanoi eräässä puheessaan, että useimmat fyysikot ajattelevat, että nämä kummallisuudet kyllä ratkeavat, kunhan istuu alas ja miettii vartin, mutta kun asiaa rupeaa oikeasti tutkimaan, huomaa ettei se olekaan niin helppoa.

Esimerkiksi Kööpenhaminan tulkinta herättää joukon kiusallisia kysymyksiä. Kuka kelpaa havaitsijaksi? Jos fyysikon sulkee laatikkoon, eikö hän voi havaita itseään? Miksei sitten kissakin? (Opiskellessani yliopistolla luennoitsija Raimo Keskinen sanoi, että havaitsijalla pitää olla vähintään teoreettisen fysiikan lyhyt oppimäärä, mikä sulkisi pois useimmat kissat, mutta arvelen, että selitys ei kestä kriittistä tarkastelua.) Viimeistään kosmologiaa ajatellessa tulee outo olo. Ei ole ketään maailmankaikkeuden ulkopuolista havaitsijaa, joten miten kaikkeuden tila määräytyy? Vaikka sisällä oleva havaitsija kelpaisi, niin mitä pitäisi ajatella maailmankaikkeudesta ajalta ennen ihmisten (tai dinosaurusten tai muiden havaitsijoiden, keitä he sitten ovatkaan) syntyä?

Jotain edistystä näiden asioiden ymmärtämisessä on tapahtunut sitten 1930-luvun. On hahmotettu, että ilmiö nimeltä dekoherenssi selittää se, miksei koskaan havaita kissojen olevan epämääräisessä tilassa, vaikka hiukkasten kohdalla moinen voidaan todentaa. Kyse on siitä, että kun systeemin osaset vuorovaikuttavat keskenään, ne kytkeytyvät yhteen siten, että niiden tila on määrätty tai määräämätön yhtä aikaa. Esimerkiksi jos sulkee kissan laatikkoon, niin se vuorovaikuttaa ympäristönsä kanssa hengittämällä, liikkumalla tai, jos huonosti käy, jopa naukumalla.

Dekoherenssi on hyvin voimakas ilmiö, pienikin kosketus riittää yhdistämään systeemin ja havaitsijan. On käytännössä mahdotonta eristää kissaa niin voimakkaasti, ettei siitä tulisi jotain tietoa. Alkeishiukkasten, tai niiden pienten kokoelmien, kohdalla näin kuitenkin voidaan tehdä. Laboratoriossa voidaan lähettää yksi eristetty fotoni, niin että se kulkee koskematta mihinkään ja ottamatta mihinkään kantaa. Koska fotoni ei kytkeydy yhteen laboratorion kanssa, sen tila voi mennä kovin epämääräiseksi.

Dekoherenssi selittää, miksei arkiskaalan kappaleiden kohdalla nähdä kvanttimekaniikan jännittäviä ilmiöitä. Mutta se tarjoaa vain puoli ratkaisua. Dekoherenssi kertoo, että havaitsija ja kissa ovat erottamattomia, niin että jos fyysikon tila on määrätty, niin sitten on kissankin. Mutta se ei sano mitään siitä, miksi tällä parilla sitten on määrätty tila. Mukaan voidaan ottaa kaikki havaitsijat, kissat ja kaikki mitä olemassa onkaan, jolloin palataan kysymykseen siitä miksi maailmankaikkeus näyttää määrätyltä. Ongelma tulee vastaan sellaisten fyysikoiden mittapuilla konkreettisten asioiden kuin kosmisen mikroaaltotaustan ja galaksien jakauman yhteydessä. Niiden epätasaisuuksien arvellaan periytyvän muinaisten aikojen satunnaisista värähtelyistä. Mikä ne on saattanut määrättyyn tilaan maailmankaikkeuden ensimmäisen sekunnin murto-osan aikana?

Fysiikkaa mystifioidaan usein turhan päiten, mutta kvanttimekaniikan ytimessä on syvä mysteeri, jonka äärellä kaikkien ymmärrys on toistaiseksi osoittautunut vajavaiseksi.

Olen aina intoillut tuottavammasta ja aika- ja paikkariippumattomammasta työskentelystä, mutta erityisen paljon viimeisten 12 kuukauden aikana, kun olen työskennellyt vapaana toimittajana eli yrittäjänä omilla työvälineilläni. Työhuonetta minulla ei ole eikä tule. Freelancerille luksusta on, että koska vain voi lähteä hetken mielijohteesta Saaristomerelle purjehtimaan tai Keski-Eurooppaan kaupunkilomalle, kunhan varaa hieman aikaa jo sovittujen töiden tekemiseen aikataulussa.

Ostin ensimmäisen miniläppärini kolme vuotta sitten, kun ne tulivat markkinoille. Silloin työskentelin Tiede-lehdessä, mutta haluasin pitää myös omaa läppäriäni mukana ja työsennellä osin kahviloista käsin. Tavallinen kolmikiloinen läppäri oli kuitenkin repussa aina kun sitä ei tarvinnut, ja sen jätti turhan raskaana kotiin aina kun sitä sitten kuitenkin olisi halunnut käyttää. Asus toi markkinoille täysin riisutun pikkuläppärin: ei optista asemaa, ei kovalevyä, käyttiksenä Linux.

Käyttökokemus oli monin tavoin vallankumouksellinen. Kun Windows-läppärien ja -pöytäkoneien kanssa on melkein kaksi vuosikymmentä tottunut siihen, että jo niiden herääminen horrostilasta kestää pari minuuttia, Asus-Linux oli valmis jatkamaan siitä mihin oli jäänyt suunnilleen heti kun läpän oli avannut. Laite pysyi viileänä eikä humissut, kuten tavalliset läppärit. Windows tuntui 15 vuoden aikana onnsituneen aina syöneen kaiken sen Mooren lain mukaisen kehityksen, mitä rautapuolella oli tapahtunut - ominaisuuksiin, joiden poistamiseksi esimerkiksi Wordista käyttäjät näkevät uskomattoman paljon vaivaa. Linux oli monin tavoin riittämätön eikä kehittynyt maailman mukana, mutta pari vuotta Asusin mini toimi aivan riittävänä surffilautana.

Vastaava vallankumouksellinen fiilis tuli viime syksynä, kun ostin ensimmäisen tablettini iPadin. Ei huminaa. Ei kuumuutta. Tolkuton akkukesto verrattuna PC-läppäreihin.

IPad toi toki jotain muutakin. Freelancerinä minun oli jotenkin järjestettävä itselleni tärkeimmät englanninkieliset tiedelehdet, ja iPad oli ratkaisu siihen. New Scientistin tai Scientific Americanin lukeminen verkosta on toki mahdollista läppärillä tai pöytäkoneella jos on pakko, mutta niihin verrattuna painetun aikakauslehden käyttöliittymä on paljon parempi. IPadillä lukee lehtiä tai kirjoja suunnilleen yhtä mukavasti kuin paperiltakin, mutta paljon liikkuvana arvostaa sitä, että kaikki mahtuu alle 700 gramman laitteeseen.

Toinen koukuttava tekijä iPadissa on kosketusnäyttö. Kun siihen on kerran tottunut, samaa ominaisuutta alkaa hakea tavallisesta tietokoneestakin. Hiiri on melkoisen epäergonominen käyttöliittymä.

Koska iPadiin saa langattoman näppäimistön, innostuin ajatuksesta, että alle 700 grammaa painava iPad voisi näppiksen kanssa reissussa ja kahviloissa kokonaan korvata miniläppärin. Sopivalla editorisoftalla varustettuna olenkin yli puoli vuotta käyttänyt iPadia myös kirjoituskoneena - jutut tosin ovat Google Docsissa, jota kotoa voi käyttää isommalla läppärillä hieman mukavammin. Lehdissä alettiin puhua siitä, että tabletit tappavat miniläppärimarkkinat, ja aloin itsekin uskoa siihen.

Mikään täydellinen ratkaisu langaton näppis ja iPad ei kuitenkaan ole. Kesällä tuli sitten markkinoille ratkaisu kysymykseen “miniläppäri vai tabletti”. Se on Asus Eee Pad Transformer, joka nimensä mukaisesti voi transformoida koko tabletti- ja miniläppärimarkkinan. Kyse on Android-käyttöjärjestelmää käyttävästä tabletista, jonka saa telakoitua näppäimistöön. Telakoituna se muistuttaa miniläppäriä. Kansi liikkuu normaalisti, toisin kuin joissakin iPad-telakoissa, jotka toimivat vain tietyssä asennossa.

Erityisen mainio piirre on se, että näppäimistössä on toinen 25 wattitunnin akku täydentämään tabletin vastaavaa. Yhdessä miniläppärikokonaisuudessa on siis 50 wattituntia eli yli 15 tunnin akkukesto. Toisaalta jos vaikka hotellilta lähtee kahville, mukaan voi ottaa pelkän tablettiosan, jossa on vain puolet akkukapasiteetista - eli se on samalla suhteellisen kevyt. Näppäimistöosuuden voi jättää latautumaan erikseen.

Asus ei ole ihan sitä mitä haluaisin. Toimistosovellukset ovat aika epäergonomisia, mikä varmaankin johtuu lähinnä Android-käyttöjärjestelmän rajoituksista.

Mutta konsepti sinänsä on niin ylivoimainen, että uskoisin läppäri- ja tablettimarkkinoiden vähitellen konvergoituvan juuri tällaisen konseptin mukaisesti kaikissa kokoluokissa ja käyttöjärjestelmissä, eli näppäimistöosassa osa akkukapasiteettia ja läppäosa toimii erikseen tablettina. Näppäimistöosassa ehkä voisi olla myös kovalevy ja optinen asema tai muuta vastaavaa painavaa turhaketta. Miksi haluaisin läppärin ja tabletin erikseen?

Konvergoituvatko läppäri- ja tablettimarkkinat parin vuoden päästä? Vai onko jokin tekijä, jota en ottanut huomioon?

Asiantuntija rakastaa ammattitermejä, joita maallikko kavahtaa. Loistoesimerkki tuli vastaan Naturen uutisessa erään liskolajin koko perimän lukemisesta. Tekstin mukaan tämä oli ensimmäinen kerta, kun koko genomin selvittämisen kohteena oli non-avian reptile, ei-lintumainen matelija.

Miksi ihmeessä matelijasta pitää sanoa, että se on ei-lintumainen, ihmettelee varmaankin moni ei-biologi. Vastaus on mielestäni hyvä demonstraatio ammattitermien ominaisuuksista yleisemminkin.

Niin lintujen kuin liskojen perimä kiinnostaa, koska tutkijat haluavat verrata ihmisiä ja muita nisäkkäitä rinnakkaisiin kehityslinjoihin: sellaisiin eläimiin, jotka juontavat samoista kantamuodoista kuin varhaisimmat nisäkkäät. Meidän, lintujen ja liskojen yhteiset kantamuodot olivat dinosauruksia vanhempia matelijoita. Joidenkin lintujen perimä on jo luettukin, mutta koska linnut kehittyivät erikoistuneista dinosauruksista ja liskot ovat omaa, dinosauruksia vanhempaa linjaansa, liskot antavat paremman kuvan siitä, millaisia näiden kehityslinjojen yhteiset geenit olivat. Siksi liskon genomi kiinnostaa evoluution tutkijoita erityisesti.

Kaikki tämä tulee evoluutiosta kiinnostuneelle biologille mieleen, kun hän kuulee termin ei-lintumainen matelija. Samalla hänelle tulee mieleen, että termi on johdonmukainen, koska vaikka tasalämpöisistä nykyeläimistä sekä nisäkkäät että linnut ovat kehittyneet matelijoista, vain linnut on nykyisin johdonmukaista luokitella matelijoiden jatkumoon. Matelijamaisesti ne munivat nykyisinkin munia, ja niiden höyhenpeite on suora johdos matelijoiden suomupeitteestä. Nisäkkäät ovat erilaistuneet pidemmälle omaan suuntaansa.

Tämä kaikki tulee siis termistä mieleen biologille – mutta hyvin todennäköisesti ei maallikolle eli minkä tahansa muun alan edustajalle. Sama juttu on kaikkien vastaavien ammattitermien kanssa.

Spesialistille kukin termi on näppärä, koska hän tuntee termin määritelmän ja lisäksi termi aktivoi hänen aivoissaan termiin kytkeytyvien muistikuvien verkon, kokonaisen siihen liittyvän maailman. Siksi termi on spesialistille sekä täsmällinen että rikas. Maallikolle se ei ole kumpaakaan. Ilman selityksiä ammattitermit ovat vain painolastia.

Tämä ammattitermien toimiminen eri tavoin spesialisteilla ja maallikoilla aiheuttaa käytännössä muun muassa sen, että maallikolle on mahdotonta kertoa mitään tiedeasiaa niin täsmällisesti kuin spesialistille. Taustatietämyksen puute tekee rajat, joille ei vain voi mitään.

Tiedelehtityössä olen joskus törmännyt spesialisteihin, jotka eivät hahmota tätä, vaan uskovat, että maallikotkin tulevat sitä autuaammiksi, mitä täsmällisempiä termejä tekstissä esiintyy. Niin se ei kuitenkaan ikävä kyllä toimi. Voi olla, että jotkin tärkeimmät termit kannattaa mainita ja määritellä, mutta yleisesti ottaen parhaiten puree kaikille yhteinen arkikieli.