Tutkijat spekuloivat niin sanotuilla Boltzmannin aivoilla, jotka syntyvät tyhjästä. Jos ne ovat yleisiä, mekin ehkä olemme pelkät aivot ja kuvamme universumista on silkkaa illuusiota.


Jos ne ovat yleisiä, mekin ehkä olemme pelkät aivot ja kuvamme universumista
on silkkaa illuusiota.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Sisältö jatkuu mainoksen alla


Tiede on siitä hauskaa, että sen avulla voi aina silloin tällöin räjäyttää tajuntansa perusteellisesti. Tällä kertaa jopa aivan konkreettisesti, sillä nyt joukko kosmologeja spekuloi aivoilla, jotka putkahtelevat tyhjästä avaruudesta.

Kyse ei ole mahdottomuudesta - kunhan aikaa riittää. Historiallisista syistä puhutaan Boltzmannin aivoista.

Luonto on tunnetusti säästäväinen. Miksi siis rakentaa tähtiä ja galakseja, jos kerran sama hoituu pelkillä aivoilla? Entä jos mekin olemme Boltzmannin aivoja? Sisästäpäin tulevat ärsykkeet antavat meille vaikutelman loogisesta ulkoisesta maailmasta, mutta todellisuudessa sitä ei olekaan. Pelottava ajatus.

Uskovatko kosmologit todella tyhjässä leijaileviin aivoihin? Jani Sainio, väitöskirjaansa valmisteleva teoreettinen fyysikko, auttaa ymmärtämään, mistä näissä aivoituksissa on kyse.


Tyhjiössä syntyy häiriö

Aivot on nimetty arvostetun itävaltalaisen fyysikon Ludvig Boltzmannin mukaan. Hän oli termodynamiikan ja tilastollisen mekaniikan pioneereja ja järkeili 1800-luvulla, että koko universumi syntyi, kun avaruudessa tapahtui harvinainen häiriö.

Käsityksemme universumista on muuttunut sitten Boltzmannin aikojen. Emme enää pidä maailmankaikkeutta vakaana, yhden ainoan galaksin täyttämänä tilana. Nyt kosmologit ajattelevat universumin sisältävän satojen miljardien galaksien lisäksi niin sanottua pimeää energiaa, joka panee kaikkeuden laajenemaan kiihtyvään tahtiin.

Nykyfyysikot lähestyvät tyhjääkin hieman eri kannalta kuin Boltzmann. He käyttävät pienen mittakaavan ilmiöitä kuvaavaa kvanttifysiikkaa.

- Kvanttifysiikan tyhjiö ei ole tyhjää täynnä samassa mielessä kuin tyhjä avaruus. Siihen liittyy esimerkiksi minimienergia, jonka ajatellaan olevan universumia kiihdyttävää pimeää energiaa, selittää Turun yliopistossa kosmologiaa tutkiva Jani Sainio.

- Pimeä energia tekee tyhjiöstä epävakaan. Satunnaisten kvanttifluktuaatioiden, heilahtelujen, takia yhteen paikkaan voi pakkautua niin paljon energiaa, että siitä pulpahtaa kokonainen universumi, syntyy musta aukko tai sitten paikalle ilmestyy havainnoija, jota nimitetään Boltzmannin aivoiksi, Sainio jatkaa.


Kunhan vain aikaa piisaa

Sainio painottaa, että mitä monimutkaisemmasta asiasta on kysymys, sitä epätodennäköisempää sen ilmestyminen tyhjästä on. Ruuvimeisselin synty on siis todennäköisempää kuin sähköporan.

Boltzmannin aivojen muodostuminen kvanttiheilahteluista on suunnilleen yhtä todennäköistä kuin metsäpalot Marsissa. Mutta kaikki mikä ei ole erityisesti kiellettyä, tapahtuu, kun aikaa on tarpeeksi - ja nyt puhutaan todella pitkistä ajoista. Kyse on monta kertaa niin pitkästä ajasta kuin universumimme ikä 13,7 miljardia vuotta.

Jos tyhjästä jotakin ilmestyy, niin se ei elä pitkään. - Lähes kaikki Bolzmannin aivotkin tuhoutuisivat välittömästi, Sainio toteaa. Suurin osa hieman pidempään säilyvistäkin olisi sellaisia, jotka eivät pystyisi tietoiseen havainnointiin. Vain ani harvoin tyhjästä putkahtaisi jotain yhtä monimutkaista kuin meidän aivomme.

Kuvittelen jo lääkärin vastaanotolla näkemäni muoviaivot leijumassa mustan avaruuden äärettömyydessä.

Sainio tipauttaa minut maan pinnalle kertomalla, ettei Bolzmannin aivojen tarvitse muistuttaa omiamme. Riittää, että ne pystyvät tekemään havaintoja. Kyse voi olla myös keinoälystä tai älykkäästä alienista, koostui se mistä vain.


Oletko vai etkö ole?

Boltzmannin aivot ovat äärimmäisen epätodennäköisiä, mutta ehkä niitä on sittenkin ehtinyt syntyä jo yksi tai muutama.

Irtoaivojen muistikuvat perustuisivat kvanttifluktuaatioihin, ja niiden käsitys universumista olisi vailla todellisuuspohjaa. Käsitys voisi olla joko aivan absurdi tai näennäisesti johdonmukainen. Jos olisimme Bolzmannin aivoja, emme siis voisi luottaa edes siihen, että loogisilta vaikuttavat havainnot perustuvat todellisuuteen.

Fyysikoita ja tähtitieteilijöitä ajatus ei viehätä, ja niinpä he etsivät keinoja, joilla tuhota universumi, ennen kuin aivoja ehtii muodostua. Järkeily etenee tähän tapaan: jos laskelmat osoittavat universumin kuolevan, ennen kuin tyhjästä ehtii syntyä aivoja, mekään emme todennäköisesti ole niitä.

Ehkä pimeä energia ratkaisee tilanteen universumin eduksi.

- Pimeän energian luonnetta ei vielä tunneta. Yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttifysiikan yhdistämisyritykset viittaavat siihen mahdollisuuteen, että se lakkaa ajan myötä hallitsemasta universumia. Näin välttyisimme Boltzmannin aivoilta, Sainio pohtii.

Hetkinen, onko koko spekulaatiossa mitään järkeä? Jos todella olemme Boltzmannin aivoja, emme saa sitä koskaan selville. Kaikkihan on vain illuusiota. Tämä artikkeli on illuusio - ja luonnollisesi myös sinä ja muistosi, hyvä lukija.


Tuho päästää pälkähästä

Jani Sainio korostaa, että ajatus Bolzmannin aivoista on vakavan tutkimustyön sivutuote; ne ovat tulleet esiin pohdittaessa mystistä pimeää energiaa ja koko universumin tulevaa kohtaloa. - Tuskin yksikään tutkija tosissaan uskoo, että tulevaisuuden universumia kansoittavat leijuvat aivot.




Tieteellinen spekuloija koettelee tietämyksen rajoja. Hän


- on usein huippututkija, joka on ansainnut kannuksensa muilla tutkimustuloksilla. Siksi itseluottamusta riittää hurjiinkin visioihin.
- hallitsee fysiikan ja osaa käyttää matemaattisia apuvälineitä.
- pyrkii visioillaan ymmärtämään fysiikan lakeja.
- pyrkii spekulaatioihin, joiden oikeellisuutta voitaisiin testata, jollei heti, niin myöhemmin. Käyttää siis mielikuvitustaan kurinalaisesti.
- tuntee muiden tekemät tutkimukset, jotka liittyvät aiheeseen tai sivuavat sitä.
- ymmärtää ideansa puutteet.
- on valmis muuttamaan teoriaansa tai luopumaan siitä kokonaan, kun uudet tutkimustulokset tai havainnot niin vaativat.


Lisa Dyson

Andrei Linde

Don Page







Leena Tähtinen on tähtitieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.


 

Sisältö jatkuu mainoksen alla