Aika on varhaisimpia käsitteitä, joita ajattelevaksi kehittyneet muinaiset esivanhempamme käyttivät. Aikaa mitattiin jo esihistoriallisella kaudella etenkin auringon kierron avulla.

Luolamiehen ja nykyfyysikon maailmankuvat näyttävät verrattoman erilaisilta. Molemmat kuitenkin puhuvat ajasta. Suhteellisuusteorian, kosmologian ja kvanttifysiikan kaltaiset edistyneimmätkin teoriamme rakentuvat edelleen ajan varaan. Aika ei ole kärsinyt ajan hampaasta.

Jälkiviisaana osaamme tietysti luetella, millä kaikilla tavoilla luolamiehen käsitys ajasta on virheellinen. Nykyään tiedämme, että aika on suhteellinen ja että aika on erottamaton osa neliulotteista aika-avaruutta; tiedämme, mistä aika saa suuntansa ja jopa sen, milloin ja millaisissa olosuhteissa aika sai mahdollisesti alkunsa. Pystymme mittaamaankin aikaa sekunnin triljoonasosissa eli tarkkuudella, josta luolamies ei osannut edes haaveilla.

Emme silti tiedä, onko aika pelkkä ajatus.

Pelkällä ajatuksella tarkoitan sitä, mitä fyysikko kutsuu karkeistukseksi eli yksinkertaistetuksi malliksi todellisuudesta. Fysiikan teorioissa esiintyy näet karkeistusten lisäksi myös aitoja perustekijöitä, jotka ovat niin todellisia kuin parhaan tietomme mukaan olla voi. Karkeistukset ovat näiden todellisten tekijöiden keskiarvoja.

Yksinkertainen esimerkki karkeistuksesta on koulutodistuksen keskiarvo. Todistuksen perustekijöitä ovat kokonaisluvut, vaikkapa 5, 7, 8 ja 9. Nämä arvosanat saaneen todistuksen karkeistus on 7,25. 

Fysiikassa tunnettu esimerkki karkeistuksesta on lämpötila. Lämpötila on hiukkasten energioiden keskiarvo. Ylipäänsä koko lämpöoppi on perusfysiikan karkeistus. Samoin myös muut tieteenalat – kemia, biologia, psykologia jne. – ovat karkeistettua fysiikkaa, koska niiden tekijät ovat keskiarvoja fysiikan perustekijöistä. Käytännössä karkeistusta on toki usein liian vaikea suoraan laskea tai edes hahmottaa. Mutta teoria, joka ei ole karkeistettua fysiikkaa edes periaatteessa, ei ole tiedettä.

Usein sanotaan, että karkeistukset eivät ole oikeasti olemassa. Olen eri mieltä: Karkeistukset ovat olemassa ainakin aivojemme tuottamina ajatuksina, vaikka eivät olekaan samalla tasolla todellisia kuin perusfysiikan tekijät. Todistuksen keskiarvokin on olemassa – suorastaan matemaattisen pitävästi – vaikka karkeistus onkin. 

Aivojemme tapa valikoida ja pelkistää aistitietoa osoittaa, että ajatukset ja ylipäätään koko tietoinen mielemmekin on karkeistus. Niinpä karkeistusten olemassaolon kieltäminen tarkoittaisi, että ajatuksia ja mieltä ei olisi olemassa. Mutta mielen väittäminen olemattomaksi on mieletöntä, koska kaikkein suorinta havaintoaineistoa meillä on juuri omasta mielestämme.

Nykyfysiikan teorioissa aika ei ole karkeistus vaan todellinen perusmuuttuja. Ajan havaitseminen on kuitenkin epäsuoraa ja perustuu muutosten havaitsemiseen. Mittaamme aikaa kiertoliikkeen kaltaisten, säännöllisenä toistuvien muutosten avulla. Epäsuora havaitseminen ei kuitenkaan itsessään tee ajasta epätodellista.

Teoreetikon unelma on kaiken teoria, joka selittäisi kaikki tutut ja tuntemattomat luonnonilmiöt yhden ja saman yhtenäisvuorovaikutuksen eri ilmentyminä. Kaiken teorian toivotaan samalla paljastavan, mitkä ovat todellisuuden perimmäiset ominaisuudet eli aidot perustekijät. Kaiken muun kohtaloksi jää olla kaiken teorian karkeistus. Luultavasti valtaosa nykyfysiikastakin kokee saman kohtalon.

Aika on muutosta. Niinpä aika on väistämättä osa jokaista teoriaa, jolla halutaan selittää muutosta. Esimerkiksi kaikki nykyiset fysiikan teoriat kuvaavat ajassa tapahtuvaa muutosta. Mutta karkeistamattomassa kaiken teoriassa aikaa ei välttämättä esiinny lainkaan, jos teoria kiteyttää todellisuudesta tasan kaiken aidosti muuttumattoman eli ajattoman. Tällöin aika voisi todella olla vain ajatus.

Toisaalta jos kaiken teoria ei olekaan ajaton, eikä aika siten pelkkä ajatus, jo aikaa pohdiskellut luolamies on tullut havainneeksi kaiken teorian perusmuuttujan.

Ajaton kaiken teoria kuulostaa hienolta, mutta sitä on vaikea hahmottaa. Mitä ja ennen kaikkea miten se ennustaisi jotain kokeellisesti testattavaa? 

Kenties ajaton teoria on mahdoton. Kenties se on mahdoton vain ihmiselle. Tai ainakin minulle. Taidan olla lähempänä luolamiestä kuin luulinkaan.

Hyvää joulun aikaa kaikille. Olipa se pelkkä ajatus tai ei.

Kommentit (9)

Jukteri

Aika aikaansa kutakin sanoi Savolainen kun alkuräjähdysteorian roskikseen TYÖNSI!

Hyvät joulut!

33
rakkautta
:)

Eusa.

Voihan sitä ajatella kaikkea. Esimerkiksi sitä, että perusjohdonmukaisuus vaatii tyhjöönkin rytmin, aineellistumat sitten sen rytmin suhteen ominaisaikansa. Rytmin hidastumat karkeistavat epätarkkuusperiaatteella esiin ainetta, meidätkin.

JJ

> Mutta teoria, joka ei ole karkeistettua fysiikkaa edes periaatteessa, ei ole tiedettä.

Mielenkiintoinen ajatus.

Mutta entä matematiikka? Onko se karkeistettua fysiikkaa? Vaiko ei tiedettä ollenkaan?

Kasvisruoka2
Liittynyt29.8.2015
Viestejä4412

Joskus keskiarvoja voidaan vetää aika mielettömistä asioista. Arvosana on helppo, koska se voidaan laskea.

Mutta sitten esimerkiksi keskimääräinen muslimi. Totta kai se ajatuksena voi olla olemassa ja jotenkin ominaisuuksia arvottaen voidaan laskea, mutta onko olemassa jossain ihminen, joka on muslimi ja nimenomaan tämä keskiarvomuslimi? No ei ole.

Näin ollen järkevien päätelmien tekeminen vaatii tiukempaa analyysia, niin hyvässä kuin pahassa. Voisiko sanoa, että keskihajonta voi olla liian iso aineistossa, jotta voisi sanoa, että (vieläpä stetson-harrisonista arvottu) keskiverto-muslimi olisi käyttökelpoinen käsite.

Ongelmalliseksi tämän asian tekee se, että tiettyjä laatutekijöitä on kovin vaikeaa mitata ja välillä toiset keskiarvo-ryhmä-b-edustajat on käyttökelpoisempia toisissa yhteyksissä kuin toisissa. Esimerkiksi markkinoinnissa voi joskus mennä niin. Voidaan segmentoida asiakasryhmät iän mukaan, nuorisolle suunnataan erilaista markkinointiviestintää kuin vanhemmille, mutta kyllä niissäkin pitää olal tarkkana, ei ne vanhukset ja nuorisokaan aina yhdestä puusta ole tehty ja se hiukan vähentää tällaisen segmentoinnin käyttökelpoisuutta, siinä siis on "tyhjäkäyntiä" mukana, mutta kun tehdään massaviestintää, niin ainahan sitä jonkun verran on sallittava.

Ehkä tämä vaivaa enemmän täällä "sumean logikaan" saarekkeella.

Ruhollah.

Kasvisruoka2
Liittynyt29.8.2015
Viestejä4412

Otan esimerkin kouluarvosanoista milloin keskiarvo voi olla harhaanjohtava sekä käyttökelvoton.

On erilaisia aineita, äidinkieli, ruotsi, engalnti, matematiikka, biologia, maantieto, fysiikka ja kemia.

On hakemassa duunia vain kavereita, joiden todistuksessa on nuo aineet ja pitäisi valita heistä pätevin ruotsinopettaja.

Vaikka kuinka keskiarvo olisi ajatuksena olemassa, niin tässä tapauksessa keskiarvo ei olisi niin relevantti asi kuin se yksi numero siellä joukossa, eli ruotsinkielen numero.

Ruhollah.

käyttäjä-3779
Liittynyt12.5.2014
Viestejä1760

psv, aggris aggris: Voiko tietoisuutta vailla olevassa luonnossa tapahtua karkeistusta? Eihän esimerkiksi joku kuumeneva kappale tiedä lämpötilasta yhtään mitään kuumentuen silti. Ja ihan tietämättään vielä.  Ihmisen näkökulmasta kappale kuumenee ympäristön korkeasta lämpötilasta tai hiukkasten kiihtyneestä liikehdinnästä johtuen, mutta kappaleen ja ympäristön energiaa siirtävän vuorovaikutuksen todellisuus tapahtuu "yliteoreettisella" tasolla. (Viime kädessä ei voi puhua mistään suureestakaan, puhumattakaan energiasta).  Hienoinkaan karkeistettu  ihmisfyysikon teoria ei ulotu perimmäisiin lämpenemisilmiön tuottaviin, ei-karkeistettuihin tapahtumiin, joista ja joiden laadusta  kukaan ei melkoisella varmuudella tiedä mitään. Jos niitä nyt onkaan.

Lämpötila on siis ihmisen ja ehkä monien eläinten aistimusjärjestelmän viesti, jota voi pitää karkeistuksena niin kauan kuin se käsitetään tosiolevaksi suureeksi. Psykologisesti lämpötila menettää karkeistusominaisuutensa, kun se käsitetään erilaisten epätosien asioiden, mutta ei siis lämpötilan yliteoreettisen, perimmäisen ja tuntemattoman tason aiheuttajan karkeistukseksi. Tätä voisi kutsua "karkeistuksen paradoksiksi".

Schrödingerin yhtälöiden perusteella kehittynyttä atomin hahmoa, mielikuvaa atomista,  pitäisi varmaan kutsua karkeistukseksi, vaikka ilmoittamatta saattaa tiedon puutteessa jäädä, minkä objektin karkeistus se oikeastaan on, jonkin varmaan kumminkin. Jos kuitenkin selvästi käsitetään, että atomista luotu paraskin hahmo ei kaiken todennäköisyyden mukaan ole  sen yliteoreettinen, perimmäistodellinen, täysin mielen sisältöjen ulkopuolelle jäävä hahmo, jos sellaista onkaan, tapahtuu psykologinen karkeistuksen paradoksi: Schrödingerin yhtälöiden mahdollistamaa hahmoa ei enää tarvitse pitää karkeistuksena, vaan vaikkapa teoreettisena likiarvona.

Olli Kutsa

Onko valonnopeus tyhjiössä vakio? Näin joskus koulussa opetettiin Einsteinin todistaneen. Tämä ajatus ja opetus kiusaa minua, sillä nyt vanhemmalla iällä olen lukenut lisää ja oppinut ajan olevan suhteellista ja riippuvaista painovoimasta, joka puolestaan riippuu massasta. Miten nopeus siis voisi olla vakio, jos aika on suhteellista? Aikahan on aika keskeinen suure nopeuden johtamisessa. Ja sitten se iso kysymys: mikä on massan ja ajan tosiasiallinen yhteys ja miksi massa vaikutaa aikaan? Ja mitä massa oikeastaan on?

Gew
Liittynyt10.1.2016
Viestejä3

Samaa olen yrittänyt itse myös vastikään pohtia. Hyvä kirjoitus!

asiantuntija

Aika onihmisen keksimä määre.

Sen arviointiin on käytetty atomin liikettä.

Itse atomi ei tiedä meneekö aika eteen- vai taaksepäin.

Seuraa 

Rajankäyntiä

Teppo Mattsson on kosmologiaan ja suhteellisuusteoriaan erikoistunut teoreettisen fysiikan tutkija, joka harrastaa matkailua tieteenalojen välisillä rajaseuduilla. Blogi on matkakertomus näiltä retkiltä.

Teemat

Hae blogista

Blogiarkisto

Kategoriat