Oman elämänsä sankariastronomi

Jos vähän reilut sata vuotta sitten olisi kysynyt sanomalehtiä lukevalta amerikkalaiselta, että kuka on suurin elossa oleva tähtitieteilijä, hän olisi saattanut vastata Percival Lowell. Marsin kanavien tutkija esiintyy nykyisissä tähtitieteen historiaa käsittelevissä kirjoissa lähinnä varoittavana esimerkkinä, hänen havaintonsa ja niistä tehdyt päätelmät osoittautuivat yhdistelmäksi optisia harhoja ja toiveajattelua. Kovana kilpailijana Lowellille olisi kuitenkin ollut T.J.J. See, joka on nykyään lähes täysin tuntematon. Miten näin on käynyt, kuka hän oli? Tämä on yksi tähtitieteen historian omituisimmista tarinoista.

Jos henkilöä on rasitettu ikuistamalla mahtipontisesti kaksi Yhdysvaltain presidenttiä hänen nimeensä Thomas Jefferson Jackson See, niin ehkä nimi on todellakin joskus enne. Poiketen useimmista amerikkalaisista kollegoistaan, See sai hyvän koulutuksen eurooppalaisissa yliopistoissa; kun hän palasi Amerikkaan, häntä pidettiin yhtenä lupaavimmista nuorista tutkijoista.

See teki aluksi melko rutiininomaisia tutkimuksia kaksoistähdistä, mutta oli huolimaton niin havaintojen kuin niistä tehtyjen jatkotutkimusten suhteen. Vuonna 1899 hän esitti kaksoistähdessä 70 Ophiuchi olevan näkymätön kolmas komponentti, joka häiritsi tähtiparin liikettä. Taivaanmekaniikan tuolloinen ykkösnimi Forest Ray Moulton kuitenkin osoitti, että Seen esittämä kolmoistähden konfiguraatio oli erittäin epästabiili ja näin ollen hyvin epätodennäköinen. See vastasi tähän kritiikkiin lähettämällä tulikivenkatkuisen vastineen Astronomical Journal -lehteen, joka julkaisi vastineesta vain sensuroidun version ja pisti Seen ikuiseen pannaan lehden sivuilta.

Tuohon aikaan tähtitieteessa ja fysiikassa vallitsi melkoinen kuhina, joten ymmärrettävästi See suuntasi pian katseensa kaksoistähdistä vähän isomman mittakaavan ongelmien selvittämiseen. Näkemyksiään maailmankaikkeuden rakenteesta hän julkaisi paitsi alan lehdissä, niin myös lukuisissa yleistajuisissa artikkeleissa.  Huikaisevista löydöistä ja teorioista kertovat lehdistötiedotteet ja Seen itsevarma esiintyminen vakuuttivat suuren määrän ihmisiä siitä, että Amerikka oli saanut hänessä Kopernikuksen tai Keplerin veroisen tähtitieteilijän.

Osa Seen esittämistä väitteistä ei eroa kovin paljoa nykyisestä näkemyksestä, esimerkiksi se, että Kuun kraatterit ovat syntyneet törmäyksissä, ei vulkaanisen toiminnan tuloksena. Tämä oli kuitenkin lähinnä tuuria; kun sohii joka suuntaan, niin väistämättä joskus tulee osumiakin. Tyypilliset Seen väitteet olivat kuitenkin osastoa:

• tähdistä erkaneva materia kerääntyy kohti Linnunradan napoja, missä se sitten muodostaa spiraalisumuja
• spiraalisumuista syntyy tähtiä, jotka ajaantuvat takaisin Linnunradan kiekon tasoon
• suurin osa sumumaisten kohteiden valosta syntyy pienempien kappaleiden törmätessä niihin
• Marsissa ei voi olla vuoria
• Venus pyörii Maata nopeammin

See esitti tälle kaikelle lähinnä lyhyehköjä kuvauksellisia selityksiä, viitaten aikalaiskollegoiden tutkimusten sijaan sata vuotta aiemmin eläneeseen William Herscheliin ja antiikin klassikkoihin. Suhdetta tutkijayhteisöön ei auttanut myöskään se, että See suhtautui epäilijöihin hyvin aggressiivisesti pilkaten heitä vastineissaan. 

Suuren osan ajatuksistaan hän julkaisi vuonna 1910 yli 700-sivuisessa kirjassa Researches on the Evolution of the Stellar Systems, Vol. II The capture theory of cosmical evolution, founded on dynamical principles and illustrated by phenomena observed in the spiral nebulae, the planetary system, the double and multiple stars and clusters and the star-clouds of the Milky Way (Vol. I sisältää koostuu hänen aiemmista kaksoistähtitutkimuksistaan). Vaikka See julisti poistavansa kirjallaan väärien käsitysten hämähäkinverkot, niin hyvin harva tähtitieteilijä luki kirjaa. Mutta Moulton luki ja sai Seen kiinni plagioinnista – hän osoitti Seen kopioineen käytännössä sanasta sanaan, kaavasta kaavaan ja kuvasta kuvaan pitkät pätkät kirjaansa Introduction to celestial mechanics – ilman mitään viittausta (Moulton 1912). 

Seen vastine saamaansa kritiikkiin oli taattua tavaraa: "In other cases, as in the misleading accounts of the Capture Theory of Cosmical Evolution, the evidence shows that the writers do not understand my work in its relation to the modern theory of clusters. A work on 'Popular Cosmogony', shortly to be published, will, I hope, set forth these matters in a simpler light. But for anyone longer to write or speak as if he seriously believed in throwing-off of planets and satellites is equivalent to admitting he still lives, moves and has his being in the densest mediaevalism." (See 1913)

Näin huikeasti alkaa T.J.J. Seen elämäkerta.

Ehkä lopullinen isku Seen maineelle tuli kuitenkin hänen itsensä toimesta. Vuonna 1913 ilmestyi Seen elämäkerta, William Webbiin nimiin merkitty Brief Biography and Popular Account of the Unparalleled Discoveries of T. J. J. See. Tosin jo kirjan imelä omistuskirjoitus sai monet epäilemään kirjoittajan olevan See itse, etenkin kun siinä vaiheessa kun sankarimme syntyy, teksti muuttuu ylisanoineen jo varsin hapokkaaksi. Kirjasta julkaistiin lehdissä mehukkaista näytteitä, jotka tekivät hänet naurunalaiseksi. Tämä omanlaisensa klassikko löytyy Archive.org:ista.

See ei kuitenkaan tästä lannistunut, ei myöskään siitä, että yhä harvempi tieteellinen lehti kelpuutti enää hänen artikkelejaan julkaistavaksi. Hän kehitteli omaa sähkömagneettista aaltoteoriaansa painovoimalle ja kritisoi Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa, Einstein sen enempää kuin muukaan tiedeyhteistö eivät Seen väitteisiin juuri reagoineet. Viimeiset artikkelinsa hän julkaisi Astronomische Nachtrichten -lehdessä, esimerkiksi vuonna 1922 hän julkaisi artikkelin, jossa hän väitti selittävänsä auringonpilkut, niiden jaksollisuuden sekä erilaisten sykkivien tähtien muutosten syyt. Näin huikeat tulokset esittävä artikkeli on sekin jostakin syystä joutunut tieteen roskakoriin. Kun Astronomische Nachtrichtenin päätoimittaja vaihtui, See joutui siirtymään omakustanteisiin, vähän samaan tapaan kuin eräät suomalaiset omien teorioiden kehittäjät.

Lähteet

Ashbrook, J. Sky And Telescope, October 1962
Moulton, F.R. Popular Astronomy 1912, 20, 67
See, T.J.J., 1913, Observatory 36,308
Webb, W.L. Brief Biography and Popular Account of the Unparalleled Discoveries of T. J. J. See

Kevätpäiväntasaus 2020

Tänään on kevätpäiväntasaus eli Aurinko siirtyy vuotuisessa liikkeessään eteläiseltä taivaanpallon puoliskolta pohjoiselle. Kevättasauksen päivämäärä on eri vuosina välillä 19.-21.3., vuonna 2020 Auringon siirtymä tapahtuu 20.3., noin 5.50 aamulla.

Periaatteessa päivän ja yön pitäisi olla kaikkialla maailmassa yhtä pitkiä tasauspisteen ajankohtana, mutta tarkasti ottaen näin ei ole, vaan keväällä tämä hetki on muutamaa päivää ennen kevättasausta, syksyllä taas muutama päivä syystasauksen jälkeen. Tämä johtuu lähinnä Maan ilmakehän valoa taittavasta vaikutuksesta, joka saa kohteet näkymään hieman todellista suuntaansa korkeammalla taivaalla. Enemmän tästä aiemmassa blogikirjoituksessani.

Auringon rata taivaanpallolla leikkaa taivaanpallon ekvaattorin kevättasauspisteessä, josta käytetään samaa symbolia kuin Oinaan tähtikuviosta ja horoskooppimerkistä. Englannin kielessä pisteestä käytetään usein nimitystä First Point of Aries, suomenkielisen Wikipedian Aries-pistettä en muista muualla nähneeni. Miksi yhteys Oinaan tähtikuvioon, kun Aurinko on tänään Kalojen tähtikuviossa, siinäkin lähempänä Vesimiestä kuin Oinasta?

Kevättasauspiste sijaitsee nykyään (sininen nuoli) Kalojen tähtikuviossa, melko lähellä Vesimiestä. Hipparkoksen aikoihin se sijaitsi Oinaan tähtikuvion reunassa (punainen nuoli). Punainen katkoviiva on ekliptika eli eläinrata, joka on Auringon vuotuinen rata taivaanpallolla. Alkuperäinen kuva, johon lisäsin nuolet: Torsten Bronger Creative Commons

Nimi vie meidät yli 2000 vuoden taakse menneisyyteen, suuren kreikkalaisen tähtitieteilijän Hipparkhoksen aikoihin. Tuolloin kevättasauspiste sijaitsi Oinaan tähtikuviossa, sen läntisessä reunassa lähellä Kaloja. Auringon siirtymä Oinaan tähtikuvioon osui lähelle kevättasausta, tästä nimitys First Point of Aries.

Maan akselin prekessio. Robert Simmon, NASA, GSFC.

Mutta miksi kevättasauspiste sitten vaeltaa taivaalla? Tämä johtuu Maan pyörimisakselin kieppumisesta eli prekessiosta. Syynä tähän liikkeeseen on Auringon ja Kuun vetovoimien vaikutus muodoltaan hieman pallosta poikkeavaan Maahan.

Pyörimisakseli osoittaa taivaannavan suuntaan, tällä hetkellä taivaannapa on noin asteen päässä Pohjantähdestä. Hipparkoksen aikoihin tilanne oli kuitenkin toinen, silloin pohjoisen taivaannavan lähellä ei ollut yhtään kirkasta tähteä. Joissakin antiikin lähteissä mainitaankin, että pohjoissuunta määritettiin tähtitaivaalta käyttäen kahta tähteä, Pohjantähteä ja samassa Pienen karhun tähtikuviossa olevaa Kochabia.

Pohjoisen taivaannavan liike prekession vaikutuksesta. Taivaannapa on nyt lähellä Pohjantähteä, mutta Hipparkhoksen aikoihin sen lähellä ei ollut yhtään kirkasta tähteä. Wikimedia Commons: Tau'olunga CC BY-SA 2.5

Maapallon akselin hyrräliike tarkoittaa taivaannavan liikkeen lisäksi myös sitä, että kevättasauspiste siirtyy pitkin eläinrataa eli ekliptikaa, joka on Auringon näennäinen rata taivaalla. Näennäisellä tarkoitan tässä yhteydessä sitä, että kyseinen liike on oikeastaan heijastuma Maan rataliikkeestä Auringon ympäri. Täysi kierros Maan akselin hyrräliikkeessä ei ole kovin lyhyt aika, se vie noin 25 800 vuotta. Vaikka ilmiö vaikuttaakin pieneltä, sen havaitseminen onnistuu ilman moderneja mittausvälineitä - prekession löysi jo aiemmin mainittu Hipparkhos. Hän vertasi omia havaintojaan tähtien sijainnista reilut sata vuotta aiemmin tehtyihin ja huomasi koordinaattien muuttuneen systemaattisesti.

Hupaisa seuraus prekessiosta on se, että horoskooppimerkit ovat nykyään suunnilleen yhden merkin verran pielessä verrattuna Auringon sijaintiin taivaalla. Oma merkkini on Neitsyt, mutta syntymäni hetkellä Aurinko oli Leijonan tähtikuviossa.

Auringon näkymistä on seurattu eri kulttuureissa ympäri maailmaa. Monien esihistoriallisten monumenttien on osoitettu luultavasti liittyvän Auringon liikkeen havaitsemiseen, toimien maanviljelyyn ja rituaalien järjestämiseen liittyvänä kalenterina.

Kun Mars oli asutettu

Marsilaiset tarkkailemassa Maan asukkaita. Helsingin kuvalehden kuvitusta vuodelta 1909.

Takavuosina uskottiin elämän olevan yleistä koko maailmankaikkeudessa, sitä oletettiin olevan muillakin aurinkokunnan kappaleilla kuin Maassa. Kuuluisa tähtitieteilijä William Herschel, joka vuonna 1781 löysi Uranuksen, ehdotti jopa Auringon olevan asuttu kuuman kaasukerroksen alla!

Tällaisia asioita pohti myös suomalainen Edvard Engelbert Neoviuksella, kun hän vuonna 1875 julkaisi kirjan Vår tids största uppgift. Siinä hän esitti varsin huikean suunnitelman yli 20 000 sähkölampun sijoittamiseksi korkealle vuorelle yhteydenpitoon Marsin oletettujen asukkaiden kanssa. Neovius oli pohdiskeluissaan myös tekniikan eturintamassa, sillä tuossa vaiheessa keinotekoiset valaisimet olivat lähinnä kokeilujen asteella (Neovius käytti ilmeisesti ilmaisua ”galvaniska ljusapparater”), Edisoninkin ensimmäinen hehkulamppua koskeva patenttikin rekisteröitiin vasta 1878. Neoviuksen kirja herätti aikoinaan sen verran huomiota, että se käännettiin myös saksaksi, ranskaksi ja venäjäksi, ei kuitenkaan suomeksi.

Neovius ei tyytynyt vain epämääräiseen visioon, vaan hänellä oli hyvinkin yksityiskohtainen suunnitelma lähetettävän viestin sisällöstä. Seuraava lainaus on Raimo Lehden kirjasta Leijonan häntä, jossa selitetään laajemminkin Neoviuksen ajatuksia: ”Kirjansa loppuosassa Neovius selostaa yksityiskohtaisesti viestiä, jonka hän on suunnitellut valomerkkien avulla Marsiin lähetettäväksi. Viestin perusidea on seuraava: Ensin rakennetaan aritmetiikan yksinkertaisimmista käsitteistä, kokonaisluvuista, peruslaskutoimituksista ja järjestysrelaatioista rakennelma. Tämä laajennetaan seuraavaksi sisältämään alkeisgeometriaa, muodollisen logiikan operaatioita ja lopuksi Aurinkokuntaa sekä viestin lähettävää ihmistä koskevaa reaalitietoa.” Neovius oli siis hyvin samoilla linjoilla kuin SETI-projektin pioneerit lähes vuosisata myöhemmin!

Marsin näkyvyys vaihtelee suuresti oppositiosta toiseen. Kuva Lowellin kirjasta Mars (1896, toinen laitos).

Kun Maa ja Mars kiertävät radoillaan Auringon ympäri, nopeammin liikkuva ja lyhyempää rataa kiertävä Maa ohittaa Marsin noin 780 päivän välein. Tällöin Mars näkyy vastakkaisessa suunnassa kuin Aurinko ja on lähellä Maata. Tälle asetelmalle käytetään nimitystä oppositio. Marsin rata poikkeaa huomattavasti ympyrän muodosta, tämän johdosta sen etäisyys Maasta vaihtelee suuresti oppositiosta toiseen ollen lyhimmillään 56 miljoonaa kilometriä, pisimmillään taas vähän yli 100 miljoonaa kilometriä. Vuonna 1877 oli yksi parhaista oppositioista, jolloin sen pinnanmuodot olisivat poikkeuksellisen hyvin havaittavissa.

Schiaparellin Mars-kartta vuodelta 1877.

Kun oppositio pari vuotta myöhemmin koitti, monet tähtitieteilijät ja tähtitieteen harrastajat (1800-luvulla ero käytettävissä laitteissa ei ollut vielä niin suuri kuin nykyään) tekivät havaintoja Marsista. Suurinta huomiota herättivät italialaisen Giovanni Schiaparellin havainnot, jotka hän julkaisi kartan muodossa seuraavana vuonna. Schiaparelli havaitsi Marsin pinnalla suoria kapeita piirteitä, joista hän käytti italian sanaa canali, joka voi tarkoittaa niin keinotekoista kun luonnollistakin muodostelmaa. Oikea englanninkielinen käännös olisi ollut channel (esim. The English Channel), mutta se käännettiin sanalla canal, joka tarkoittaa nimenomaan keinotekoista kanavaa. Vaikka useimmat saman opposition aikaan Marsista havaintoja tehneet eivät moisia piirteitä havainneet, niin nämä eivät saaneet läheskään vastaavaa huomiota. Tämä johtui siitä, että Schiaparelli oli jo tuolloin hyvin arvostettu aurinkokunnan tutkija, osa vähän epämääräisempiä havaintopiirroksia tehneistä amatöörejä.

Marsin kartta Flammarion kirjasta La planète Mars et ses conditions d'habitabilité, 1892.

Havainnot Marsista saivat muiden planeettojen asukkaita pohtineiden mielikuvituksen suorastaan laukalle. Vaikka Schiaparelli ei alunperin esittänyt suorien linjojen olevan keinotekoisia, monet muut tutkijat ja etenkin lehdistö ja suuri yleisö tekivät tämän johtopäätöksen. Ehkä eniten Mars-huumaa levittivät hyvin vaikutusvaltainen tähtitieteen popularisoija Camille Flammarion ja itseoppinut amerikkalainen tutkja Percival Lowell.

Lowellin Mars-piirroksessa näkyy monimutkainen kanavien verkosto (Lowell, Mars 1896, toinen laitos).

Lowell perusti Arizonan Flagstaffiin observatorion nimenomaan Mars-tutkimuksia varten. Hän ja hänen yhteistyökumppaninsa julkaisivat sillä tekemiensä havaintojen perusteella hyvin yksityiskohtaisia karttoja Marsista, kartoissa kanavat näkyivät usein kahtena rinnakkaisena viivana. Viivat muodostivat myös eräänlaisen verkoston solmukohtineen. Lowell levitti karttojaan ja ajatuksiaan Marsin sivilisaatiosta kirjoittamissaan yleistajuisissa kirjoissa.

Kaikki tutkijat eivät kuitenkaan kanavia nähneet, vaikka heidän käytössään oli vastaavan tasoisia tai parempi kaukoputkia kuin Lowellilla. Lowell puolustautui sillä, että ehkä kaikilla ei ollut yhtä tarkka näkö kuin hänellä, toisaalta Flagstaffin sijainti korkealla vuoristossa mahdollisti paremmat havainto-olosuhteet kuin lähempänä merenpinnan tasoa. Kirjoissa ja lehtiartikkeleissa suorastaan korostettiin Lowellin ja hänen kilpailijansa William Pickeringin havaintojen vaatimaa karskia, lähes herooista, löytöretkeilijämeininkiä. Tämän lisäksi piirrosten ja karttojen yksityiskohtaisuus loi myös vaikutelman suuresta tarkkuudesta.

Lowellin vuoden 1908 kirjassa Mars As the Abode of Life kanavaverkostot muuttuivat yhä monimutkaisemmiksi. Tässä teoksessa Lowell esittää myös yksityiskohtaisia vertailuja havaitsemansa kanavaverkoston ja ihmisten rakentamien verkostojen, kuten rautatielinjojen, välillä.

Mutta epäilijöitä siis riitti. Esimerkiksi William Pickeringin veli Edward Pickering, tähtien spektroskopian uranuurtaja ja Harvardin observatorion johtaja, oli raivoissaan siitä, että hänen pikkuveljensä haaskasi Andeille suuntautuneella matkalla arvokasta havaintoaikaa tekemällä piirroksia Marsista! 

Kreikkalainen Eugené Antoniadi oli aluksi innostunut Flammarionin kirjassa olleista kanavakartoista niin paljon, että oli valmistanut niiden avulla pallokartan Marsista. Tekemällä enemmän havaintoja itse, hän kuitenkin alkoi epäillä kanavien todellisuutta. Hän teki sarjan kokeita, joissa hän osoitti ihmismielen voivan luoda illuusion kuvassa, joka oikeasti koostui eri kokoisista läiskistä (tämä ei kuitenkaan estänyt häntä piirtämästä Merkuriuksesta karttoja, jotka perustuivat jokseenkin yhtä paljon mielikuvitukseen).

Hugo Gernsbackin Electrical Experimenter -lehdessä esitettiin visio siitä, miten marsilaiset voisivat kanaviaan rakentaa.

Epäilyksiä herätti myös se, että eri havaitsijoiden samalla havaintogeometrialla piirtämät kuvat kanavista saattoivat erota suurestikin yksityiskohdiltaan. Ja vuonna 1911 uutisoitiin marsilaisten rakentaneen kaksi jättimäistä kanavaa kahdessa vuodessa, näin paljon näytti kanavarakenne muuttuneen edellisestä oppositiosta. 1900-luvun alussa suurin osa tähtitieteen ammattilaisista olikin epäilevällä tai kielteisellä kannalla kanavien suhteen.

Havainnot kanavista olivat melkein pelkästään ihmissilmällä kaukoputken läpi tehtyjä. Suomalaisessakin lehdistössä tietoja, joiden mukaan kanavat oli saatu kuvattua Lowellin observatoriossa. Lehdissä ja kirjoissa julkaistut valokuvat olivat kuitenkin melkoista suttua, mikä sai Lowellin puolustautumaan, että kanavat näkyivät paremmin alkuperäisillä negatiiveilla. Valitettavasti läheskään kaikki eivät voineet niilläkään kanavia erottaa. Kysymys jäi tältä osin ratkaisematta myös siksi, että tuon aikaisella tekniikalla valotusajat olivat sen verran pitkiä, että ilmakehän aiheuttamat häiriöt sumensivat kuvia, periaatteessa paljain silmin pystyi erottamaan lyhtyaikaisen rauhallisuuden hetkinä pienempiä yksityiskohtia, kuin valokuviin oli mahdollista ikuistaa.

Marsilaiset varokaa! Täältä tulee T.A. Edison!

 Sensaatiomaisten lehtijuttujen ohella Marsin kanavien herättämä huuma inspiroi populaarikulttuuria. H.G. Wellsin klassikkoromaanissa War of the Worlds (1898) marsilaiset hyökkäävät Maahan, tästä Orson Wellesin ”uutislähetyksen” muotoon tekemä kuunnelma herätti pienimuotoista paniikkia vuonna 1938. Tätä paniikkia tosin liioiteltiin huomattavasti tuonaikaisessa lehdistössä. Garrett P. Servissin Edison’s Conquest of Mars (1898) käänsi asetelmaan tavallaan päälaelleen. Kirjassa tuolloin elossa ollut Thomas Alva Edison ja muut Maan merkkihenkilöt käynnistävät vastahyökkäyksen ja valloittavat Marsin!

Marsilaiset olisivat epäilemättä halunnet ostaa Kirkin saippuaa.

Ehkä hienoin kuvaus Marsin asukkaista oli kuitenkin Edgar Rice Burroughsin Barsoom-sarja, jonka ensimmäinen teos Princess of Mars ilmestyi vuonna 1912. Siinä John Carter siirtyy Marsiin eli Barsoomiin eräänlaisella teleportaatiolla. Marsin alhaisemman painovoiman ansiosta hänestä tulee supersankari, joka tietenkin pelastaa prinsessa Dejah Thorisin ja menee hänen kanssaan naimisiin. Se, että prinsessa muiden barsoomilaisten tavoin munii munia, ei millään tavalla hidasta heidän lisääntymistään.

Olikohan kappaleen A Signal From Mars (1901) tekijä Raymond Taylor kuullut Neoviuksen ajatuksista?

Hubble-avaruusteleskoopin kuvassa Marsista ei kanavia näy. (NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), J. Bell (ASU), and M. Wolff (Space Science Institute))

Tiedeyhteisön kanavia kohtaan tuntema mielenkiinto alkoi hiipua viimeistään Lowellin kuoleman jälkeen 1916. Tosin vielä 50-/60-lukujen vaihteessa esitettiin, että jotkut Marsin pinnalla havaitut vuodenaikojen kuluessa vaihtelevat piirteet voisivat liittyä kasvillisuuteen. Viimeistään luotainlennot kuitenkin osoittivat, että Mars oli hyvin eloton kappale, jos siellä on elämää, niin se lienee mikrobien kaltaista ja todennäköisesti syvemmällä maaperässä, vai pitäisikö sanoa marsperässä.

Luovaa ja vähän villiäkin mielikuvitusta käytetään kuvaillessa ja kuviteltaessa eksoplaneetoilla vallitsevia olosuhteita. Voin kuvitella Lowellin, Antoniadin ja Neoviuksen myhäilevän jossakin kaukana...

Lähteitä ja lisälukemista

Ginström, Martin: blogikirjoitus På bibliotekets hyllor: Vår tidsstörsta uppgift

Karttunen, Hannu: Vanhin tiede

Lane, K. Maria D.: Geographies of Mars

Lehti, Raimo: Leijonan häntä

Rooney, Anne: Mapping the Universe

Ihminen ja Kuu

Vähenevä Kuu aamuyöllä 24.7. (Pertti Rautiainen)

Kuu kiertää täyden kierroksen Maan ympäri 27,3 vuorokaudessa, mutta koska Maan ja Kuun muodostama järjestelmä kiertää samaan aikaan Auringon ympäri, aika täysikuusta seuraavaan on vähän pidempi, 29,5 vuorokautta. Kuun liikkeeseen liittyvää jaksollisuutta on seurattu jo jääkauden aikana ja se toimi myös ensimmäisten kalenterien pohjana. Myöhemmin kehitetyssä aurinkokalenterissakin on edelleen kuukausi mukana, joskaan ei enää Kuun vaiheisiin sidottuna.

Kuun synnyttämät vuorovedet liikuttavat meriä ja jopa maankuorta – entä ihmistä? Toisin kuin usein väitetään, Kuun vaiheilla tai sijainnilla taivaalla ei näytä olevan suoraa vaikutusta ihmisen toimintaan tai fysiologiaan. Meidän kohdallamme vuorovesivoimien fyysisen vaikutuksen voi unohtaa, sillä Kuun vetovoima ei merkittävästi muutu ihmisen kokoisen kappaleen alueella. Liikkuvat vesimassat ovat sitten kokonaan toinen juttu.

Kuu on vaikuttanut etenkin aiempina aikoina ihmiseen valonsa kautta. Täysikuun aikana on helpompi liikkua öiseen aikaan ulkona, tätä ovat käyttäneet hyväkseen metsästäjät, rikolliset, salaseurat ja rakastavaiset. Kuun vähän kaksijakoinen maine liittyy osin tähän. Kuu ei ole omavaloinen kappale, vaan se heijastaa Auringon säteilyä. Se ei ole kovin tehokas heijastamaan saamaansa valoa, täysikuunkin tarjoamassa valossa maisema näyttää väriköyhältä, vähän aavemaiselta, ja varjoihin voi helposti kuvitella yhtä jos toista. Kuun valaisema maisema onkin kauhuelokuvien vakiokuvastoa. 

Lähes täysikuu. (Pertti Rautiainen)

Vuorovesivoimien vuoksi Kuun pyöriminen akselinsa ympäri ja sen kiertoliike Maan ympäri ovat lukkiutuneet: Kuu kääntää meihin aina saman puoliskonsa. Meiltä näkymättömiin jäävä etäpuoli ei ole mikään Kuun pimeä puoli, vaan se saa auringonvaloa siinä missä meihin kääntynyt lähipuolikin. Meihin kääntyneellä puolella Kuuta näkyy paljain silmin tummempia ja vaaleampia alueita, on olemassa pari kivikautista piirrosta, jotka mahdollisesti esittävät näitä piirteitä.

Aristoteleen filosofiassa Kuu on muodoltaan täydellinen pallo, jonka kiertorata tai sfääri erotti kahta erilaisia lakeja noudattavaa osaa maailmasta. Kuun tummat alueet olivat hänellekin tutut, mutta hän piti niitä ilmeisesti jonkinlaisena pintakuviona. Eräät muut antiikin oppineet puolestaan ehdottivat kyseessä olevan Maan merien ja mantereiden heijastumisen peilin tavoin toimivasta Kuusta – käsitys siitä, että Kuu ei ole omavaloinen on siis hyvin vanha.

 

Roomalainen Plutarkhos kirjoitti Kuun kasvoista ja oli sitä mieltä, että tummat alueet olivat rotkoissa ja laaksoissa olevia varjoja. Noin tuhat vuotta sitten elänyt arabioppinut al-Haitham puolestaan esitti Kuun paitsi heijastavan auringonvaloa, niin myös varastoivan ja lähettävän sitä uudelleen. Hän esitti tummien piirteiden vastaavan alueita, joiden kyky tehdä näin oli huonompi.

1500-luvun alussa Leonardo da Vinci teki piirroksia Kuusta. Hän kritisoi näkemystä tummista piirteistä Maan pinnanmuotojen heijastumana: jos näin olisi, niin miksi Kuun piirteet näyttävät oleellisesti samanlaisilta riippumatta siitä, missä suunnassa näemme sen taivaalla? Noin sata vuotta Leonardon jälkeen teki William Gilbert Kuusta kartan, jossa hän nimesi joitakin tummia piirteitä, nämä nimet eivät kuitenkaan jääneet käyttöön.

Ensimmäiset kaukoputken avulla tehdyt piirrokset Kuusta teki Thomas Harriot kesällä 1609. Hän ei kuitenkaan julkaissut niitä. Seuraavana vuonna Galileo esitteli kaukoputkella tekemiään tutkimustuloksia yleistajuisessa kirjassaan Sidereus Nuncius, Tähtimaailman sanansaattaja. Kuuta käsittelevässä osuudessa hän kuvailee taivaankappaletta, joka on kaikkea muuta kuin Aristoteleen filosofian sileä pallo: Kuussa oli vuoria, pyöreitä kraattereita ja monenlaisia muita piirteitä.

Galilein Kuuta koskevat havainnot oli jokaisen helppo toistaa kaukoputken avulla, eikä katolinen kirkkokaan puuttunut hänen tutkimustensa tähän puoleen. Jesuiittaoppinut Riccioli julkaisi vuonna 1651 kirjan Almagestum Novum, jonka kuukartassa käytetty nimistö on pohjana nykyisellekin. Häntä aiemmin kuukartat julkaisseiden Langrenuksen ja Heveliuksen ehdottamat nimet, joista monet vastasivat tuon ajan merkkihenkilöitä, jäivät kuriositeeteiksi.

Ricciolin kuukartta teoksesta Almagestum Novum.

 

Riccioli hylkäsi ptolemaiolaisen version maakeskisestä järjestelmästä, mutta hän ei hyväksynyt myöskään kopernikaanista aurinkokeskistä järjestelmää. Niiden sijaan hän suosi Tyko Brahen ehdottamaa mallia, jossa planeetat kiersivät Aurinkoa, joka puolestaan kiersi Maata. Ricciolin avarakatseisuutta osoittaa se, että hän nimesi Kuun näyttävimpiä kraattereita paitsi oppi-isänsä Tykon, niin myös Kopernikuksen ja Keplerin mukaan. Itse asiassa hän sijoitti Kuuhun merkittävän osan kreikkalaisista, arabialaisista ja muista oppineista.

Leonardo da Vinci oli pitänyt Kuun kirkkaita piirteitä merinä, Galilei puolestaan oli sitä mieltä, että tummat piirteet voisivat olla veden peittämiä. Jälkimmäinen käsitys elää Ricciolin käyttöön ottamassa nimistössä, Kuusta löytyvät mm. Mare Crisium (Vaarojen meri), Mare Imbrium (Sateiden meri) ja Mare Tranquillitatis (Rauhallisuuden meri). 

Moni oppinut oli myös sitä mieltä, että Kuussa täytyi olla kasveja ja eläimiä, ehkä myös älyllistä elämää. Väittipä Franz von Gruithuisen vuonna 1822 havainneensa kaupungin lähellä Schröterin kraatteria! Vähitellen kuitenkin yleistyi näkemys Kuusta elottomana ja kaasukehättömänä kappaleena. Mutta voisiko ihminen käydä Kuussa? Kirjallisuudesta löytyy kuvauksia kuumatkoista jo antiikista lähtien, siellä ovat käyneet mm. kreikkalaisen kirjailija Lukianoksen sankarit, Cyrano de Bergerac ja seitsemän veljeksen Simeoni. 1900-luvulla nämä fantasiat muuttuivat todellisuudeksi.

Lähteet

Galileo Galilei, Sidereus Nuncius

Raimo Lehti, edellisen kirjan esittelevän osan luku Kuu ennen Galileita

David Whitehouse, Kuun elämäkerta

Kuun synty ja vaikutus maapalloon

Kuu kameran taltioimana (Pertti Rautiainen).

Lauantaina 20.7. tulee kuluneeksi 50 vuotta siitä, kun ihminen ensimmäisen kerran laskeutui Kuun pinnalle. Mutta miten Maan uskollinen seuralainen on syntynyt ja mikä on sen vaikutus maapalloon ja sen elämään?

Nykyisin suosituimman käsityksen mukaan Kuu syntyi noin 4,5 miljardia vuotta sitten, kun suunnilleen Marsin kokoinen kappale, jolle on annettu nimi Theia, törmäsi alkumaapalloon. Törmäyksen jälkeen Maata ympäröi räjähdyksessä singonneesta materiasta muodostunut kiekko, josta syntyi vähitellen Kuu. Tämä malli selittää useita Maan ja Kuun yhteneväisyyksiä ja eroja, esimerkiksi sen, että vaikka Maan ja Kuun kivien isotooppikoostumus on samanlainen, niin Kuun keskitiheys on paljon alhaisempi kuin Maan. Yksinkertaistetusti Kuu syntyi lähinnä Theian ja Maan vaipoista, Maan raskaimmat alkuaineet olivat jo suurelta osin päätyneet ytimeen. 

Kuun vaikutuksista Maahan tutuin ovat vuorovedet: vuoksiaalto nousee kahdesti vuorokaudessa. Tämä tapahtuu paitsi samalla puolella Maata kuin Kuu, niin myös vastakkaisella puolella. Kuu on meitä niin lähellä, että sen aiheuttaman vetovoiman suuruus eroaa merkittävästi Maan eri osissa: Kuuta lähempänä olevassa osassa vetovoiman aiheuttama kiihtyvyys kohti Kuuta on suurempi kuin maapallon keskipisteen kohdalla, toisaalta vastakkaisella puolella se on taas vähäisempi kuin Maan keskipisteessä. Jos Kuun aiheuttamasta kiihtyvyydestä kussakin Maan pinnan pisteessä poistetaan Kuun aiheuttama kiihtyvyys Maan keskipisteessä, niin jäljelle jää vain vuorovesivoiman aiheuttama kiihtyvyys (kts. oheinen kuva).

Kaavakuva vuorovesivoiman aiheuttamasta kiihtyvyydestä. Vedenpinta nousee paitsi Kuun puoleisessa osassa maapalloa, niin myös vastakkaisella puolella (Pertti Rautiainen).

Vuorovesillä on voinut olla ratkaiseva vaikutus siihen, että elämä siirtyi merestä maalle: rannikon vuorovesivyöhykkeessä elävät kasvit ja eläimet jäivät kahdesti vuorokaudessa kuiville, mikä edisti erilaisten selviytymismekanismien kehitystä päätyen lopulta siirtymään pois merestä. Voisiko muuten Maan kaltaisella planeetalla, jolta puuttuu massiivinen seuralainen, tapahtua vastaava siirros? Toki Auringon vetovoimaankin liittyy vuorovesivoima, mutta Auringon suuremmasta etäisyydestä johtuen sen voimakkuus on paljon pienempi.

Varhaisvaiheessa Kuu kiersi Maata paljon nykyistä lähempänä ja Kuun nostattamat vuorovesivoimat olivat paljon nykyistä voimakkaampia. Niiden ansiosta Kuun pyörimis- ja kiertoajat ovat lukkiutuneet, Kuu kääntää meihin aina saman puoliskonsa. 

Maan pyörimisen johdosta vuorovesiaalto edistää verrattuna Kuun sijaintiin. Wikimedia Commons: AndrewBuck CC BY-SA 3.0

Maan pyörimisen ansiosta vuoksiaalto edistää verrattuna Kuun sijaintiin (kts. kuva), tämä jarruttaa Maan pyörimistä ja samalla Kuu etääntyy Maasta. Fysiikan kielellä Maan pyörimiseen liittyvää liikemäärämomenttia siirtyy Kuun rataliikkeeseen. Nykyään Kuu etääntyy Maasta keskimäärin 3,8 cm vuodessa. Tämä on mitattu lähettämällä lasersäteitä astronauttien Kuuhun asentamiin peileihin. 

Kuun vetovoimalla on voinut olla vuorovesivyöhykkeen ohella toinenkin ratkaiseva vaikutus Maan elämään, sillä se stabilisoi Maan akselikallistuman (suhteessa Maan ratatasoon) vaihtelut melko kapealle välille, noin 22 - 24,5 astetta. Tätä suurempi akselikallistuman arvo tarkoittaisi nykyistä isompaa eroa vuodenaikojen välillä, millä olisi mahdollisesti epäsuotuinen vaikutus elämän kehitykseen. Suuret muutokset akselikallistuman arvossa ylipäänsä puolestaan muuttaisivat rajusti ilmastoa.

On myös esitetty, että ilman Kuuta Maassa ei esiintyisi laattatektoniikkaa, ts. kuuttomana planeetallamme ei olisi lainkaan mantereita. Laattatektoniikalla on myös monenlaisia vaikutuksia maapallon ilmakehään ja ilmastoon, joten sitäkin kautta massiivinen Kuu voi olla olemassaolomme kannalta välttämätön. Vaikka tiedämme Linnunradassa olevan paljon muita tähtiä kiertäviä eksoplaneettoja, niin kuinka monella on vastaava kiertolainen kuin meillä? 

Kuu onkin keskeisessä roolissa ns. harvinaisen maan hypoteesissa, jonka esittäjät Peter Ward ja Donald E. Brownlee ovat väittäneet monimutkaisen elämän synnyn olevan hyvin poikkeuksellinen tapahtuma. Riippumatta siitä, ovatko he oikeassa, kiertolaisemme on joka tapauksessa kiehtova ja vaikuttava taivaankappale.

Lähteitä

Karttunen et al., Tähtitieteen perusteet
Ward, P. & Brownlee, D.E., Rare Earth
Whitehouse, D., Kuun elämäkerta
Kuuta ja Milankovichin syklejä käsittelevät englanninkieliset Wikipedia-artikkelit

Ajan arvoitus IV: Smolin asettaa ajan keskiöön

Lee Smolin on teoreettinen fyysikko, jonka päätutkimusaihe on ollut silmukkakvanttigravitaatio, yksi yritelmistä luoda painovoimalle kvanttiteoria. Hän ei ole pelännyt esittää eksoottisiltakaan kuulostavia teorioita, kuten uusia maailmankaikkeuksia synnyttäviä ja eräänlaista luonnonvalintaa noudattavia mustia aukkoja.

Kirjassaan Time Reborn Smolin esittää, että aika, sen kuluminen ja kulkusuunta eivät missään tapauksessa ole illuusiota, ts. hän on vahvasti eri mieltä kuin esim. Carlo Rovelli, jonka kirjaa Ajan luonne käsittelin aiemmin. Smolinin mukaan ajan roolin vähättely on yksi syistä hänen
hahmottelemaansa teoreettisen fysiikan ongelmatilaan, jota ilmentävät rakenteet ja käsitteet, joita on vaikeaa tai jopa mahdoton testata. Tätä Smolin on käsitellyt myös aiemmassa kirjassaan Trouble With Physics.

Monien tutkijoiden mukaan nykyiset fysiikan teoriat voivat selittää maailmankaikkeuden sellaisena kuin se on vain mikäli se osa vielä suurempaa kokonaisuutta, multiversumia. Smolin katsoo tämän johtuvan ainakin osin siitä, että fysiikan lainalaisuudet on johdettu pienessä mittakaavassa suoritettujen kokeiden avulla. Hänen mukaansa näin ei voi löytää selitystä koko maailmankaikkeudelle, vaan sitä pitäisi lähteä alunperinkin tarkastelemaan kokonaisuutena. Tämä kokonaisuudesta ponnistava lähestymistapa vaikuttaa ensi näkemältä hyvin erilaiselta kuin tavanomainen tapa tehdä fysiikkaa, mutta ei lopulta eroa ehkä paljoakaan siitä, miten Einstein asioita lähestyi. Hänhän ei nojannut juuri koskaan yksittäisiin koetuloksiin, vaan lähti yleisiksi olettamistaan periaatteista, joiden seurauksia hän tarkasteli ajatuskokeiden avulla. Toki hän sen jälkeen kehotti kokeilijoita pohtimaan tapoja koetella teorioitaan käytännössä – varsin hyvällä
menestyksellä.

Einstein itse oli avainroolissa kumoamassa käsitystä absoluuttisen ajan todellisuudesta: suhteellisuusteorian mukaan kahden tapahtuman samanaikaisuus tai aikajärjestys ovat suhteellisia silloin kun niiden välillä ei ole kausaalista suhdetta. Samaten suhteellisuusteoriaan pohjaavan big
bang -kosmologian tulkitaan usein osoittavan, että aika itsessään syntyi alkuräjähdyksessä, jota edeltäviä ajanhetkiä ei ole.

Smolin ei tyydy nykyisiin kosmologisiin teorioihin, vaan kuuluttaa uuden perään. Uuden teorian, jolle on hänen mukaansa asetettava seuraavat vähimmäisvaatimukset:

1) Sen on kyettävä selittämään se, minkä nykyisetkin teoriat, joiden tiedetään toimivan erinomaisesti omalla soveltuvuusalueellaan.

2) Teorian on oltava tieteellinen siinä mielessä, että se tekee testattavissa olevia ennusteita.

3) Sen pitää selittää miksi luonnonlait ovat sellaisia kuin ne ovat.

4) Sen pitää selittää miksi maailmankaikkeuden alkutila oli sellainen kuin oli.

Smolin on aiemmassa blogissa käsittelemäni Richard Mullerin tavoin siis hyvin kriittinen paitsi multiversumille, niin myös antrooppisen periaatteen kaltaisille luomuksille. Hän suhtautuu myös varauksellisesti kvanttimekaniikkaan, Einsteinin tavoin hän uskoo sen takana piilevän jokin syvällisempi teoria.

Smolinin mukaan aika on paitsi todellinen, niin on olemassa myös globaali tai universaali aika. Tässä hän viittaa, jälleen samaan tapaan kuin Muller, laajenevaan maailmankaikkeuteen. Jos tarkastelemme mikroaaltoalueen kosmista taustasäteilyä, niin sen lämpötila on kaikissa suunnissa hyvin pienet vaihtelut poislukien sama. Smolinin mukaan tämä ilmentää sitä, että suuressa mittakaavassa on olemassa eräänlainen ”lepotila”; maailmankaikkeuden koko ja laajeneminen toimivat tätä tilaa vastaavan yleisajan mittareina.

Ajan sijaan Smolin esittää avaruuden olevan illuusio samaan tapaan kuin lämpötila tai paine. Yritän selittää tätä kieltämättä varsin hämmentävää ajatusta. Tarkastellaan jotain kuviteltuja kappaleita avaruudessa. Jos avaruudella ei ole valtavaa määrää ulottuvuuksia, niin geometrisesti lähekkäisiä pisteitä voi olla melko vähän, kaksiulotteisessa tapauksessa voisimme kuvata tilannetta ruudukolla, jonka viivojen leikkauspisteissä kappaleet sijaitsevat. Tämä avaruus olisi kvantittunut, pienin mahdollinen liike vastaisi hyppyä leikkauspisteestä seuraavaan. Vierekkäiset leikkauspisteet ovat meidän mielestämme lähellä, useimmat muut taas kauempana. Yhteyksiä tai vuorovaikutuksia pisteiden välillä koskeva sääntö on tässä tapauksessa painovoiman kvanttiversio.

Varhainen maailmankaikkeus oli hyvin kuuma ja siten niin energeettinen, että kaikki pisteet olivat yhteydessä toisiinsa. Sen jäähtyessä yhteydet vähitellen katkeilivat siten, että jäljelle jäi lähinnä paikallisia yhteyksiä. Smolinin mukaan juuri tämä luo meille illuusion kolmiulotteisesta avaruudesta, samaten se poistaa tarpeen kosmiselle inflaatiolle. Jäljelle jääneet harvat ei-paikalliset yhteydet puolestaan voivat selittää pimeän energian, mahdollisesti pimeän aineenkin. Ja tämä kaikki olisi mahdollista vain jos aika olisi todellinen. Smolin perustelee ajatuksiaan sanojen lisäksi muutamilla lauseilla, mutta valitettavasti en voi väittää olevani kovin vakuuttunut muusta kuin aiheen kiehtovuudesta.

Smolin suhtautuu myös varsin kriittisesti matemaattisten teorioiden mahdollisuuksiin: ”Logic and mathematics capture aspects of nature, but never the whole nature. There are aspects of the real world that will never be representable in mathematics. One of them is that in the real world it is always some particular moment.”, s. 246. Vähän samaan tapaan kuin Muller, Smolin tuntuu tässä syleilevän Kurt Gödelin ajatuksia. Vähän myöhemmin hän kirjoittaa: ”Mathematics is a great tool, but the ultimate governing language of science is language.”

Näyttää siis siltä, että Smolinin ajattelu muistuttaa monessa suhteessa enemmän filosofiaa kuin fysiikkaa tai kosmologiaa. Näin ollen ei ole yllättävää, että hän on jatkanut etsiskelyään yhdessä filosofi Roberto Mangabeira Ungerin kanssa. Heidän kirjoittamansa kirja The Singular Universe And the Reality of Time on hyllyssäni, siitä ehkä jossakin myöhemmässä blogikirjoituksessa.

Jättäen tilaa mahdollisille jatko-osille, päätän aikaa kirjaesittelyjen kautta käsittelevien blogikirjoitusten sarjan toistaiseksi tähän. Jokseenkin yhtä hämmentyneenä kuin Augustinus aikoinaan.

Ajan arvoitus III: Muller ja kosminen aika

Ajan arvoitukseen liittyy nykyhetken käsite, miten se eroaa menneisyydestä ja tulevaisuudesta. Kun aika virtaa, eli siirrymme nykyhetkestä seuraavaan nykyhetkeen, niin mikä siirtyy menneisyyteen?

Aiemmin käsittelemäni kirjan Ajan luonne tekijä Carlo Rovelli olisi luultavasti pitänyt kysymystä vääränä, mutta kirjan Now: The Physics of Time kirjoittaja Richard A. Muller on vahvasti eri mieltä. Muller on kokeellinen fyysikko, joka on ollut testaamassa esim. kosmiseen taustasäteilyyn liittyviä ennusteita. Hänet tunnettiin aiemmin myös ilmastonmuutokseen skeptisesti suhtautuneista näkemyksistään, mutta hänen omat tutkimuksensa (ns. Berkeley Earth -projekti) saivat hänet muuttamaan mielensä, vuonna 2012 hän totesi ilmaston lämpenevän ja sen johtuvan käytännössä kokonaan ihmisen toimista.

Kirjassaan Muller korostaa sitä, että vaikka ymmärrämme paljon ajan käyttäytymisestä suhteellisuusteorian käsittelemissä arkijärjelle vieraissa tilanteissa, niin peruskäsitteiden tasolla ymmärrämme aikaa hyvin huonosti. Jo Aristoteles pohdiskeli ajan ja nykyhetken luonnetta varsin laajalti, mutta tavalliseen tapaansa hänen kirjoituksistaan on vaikea ottaa selkoa – mikä Aristoteleen mielestä on ilmeistä, vaikuttaa yleensä pelkältä sanahelinältä, tässä tapauksessa ehkä yritykseltä peittää pohjimmainen hämmennys. Newton puolestaan totesi Principiassa: ”En määrittele aikaa, paikkaa ja liikettä, sillä ne ovat tutut kaikille.” Samanlainen väistöliike tehdään usein fysiikan perusopetuksessa.

Einsteinin välistä lähes lapsenomaisilta vaikuttaneet ajatuskokeet sen sijaan eivät ohittaneet tällaisia kysymyksiä itsestäänselvyyksinä. Nykyhetken käsite askarrutti Einsteiniakin, hän päätyi lopulta pitämään sitä kysymyksenä, johon tiede ei voi vastata. Jotkut fyysikot ovat päätyneet mm. suhteellisuusteorian tietyn ajattomuuden perusteella näkemykseen, että ajan virtaus on eräänlainen illuusio. Mullerista tällainen lähestymistapa kääntää päälaelleen teorioiden kehittämistavoitteen, havaintoja ei pidä muokata teoriaan sopiviksi, vaan teorian pitää vastata havaintoja.

Kirjassaan Muller esittää suhteellisuusteorian aikaa koskevat tulokset todella selkeästi osoittaen paikat, joissa on helppo langeta sudenkuoppiin esim. samanaikaisuuden käsitteen kanssa. Tämän jälkeen Muller käsittelee termodynamiikan toista pääsääntöä. Se ei ole samalla tavalla ehdoton lainalaisuus kuin esim. painovoimalaki, vaan pohjautuu todennäköisyyksiin – korkeasti järjestäytynyttä tilannetta vastaa paljon pienempi määrä erilaisia systeemin mikrotiloja kuin järjestäytymätöntä tilannetta. Näin on hyvin tavallista, että jos systeemi kehittyy johonkin suuntaan, sen järjestäytymisen aste laskee, eli entropia lisääntyy.

Entropian kasvu koskee suljettua systeemiä kokonaisuutena, sen sisällä voi olla alueita, joissa järjestäytymisaste kasvaa. Esimerkiksi elämään liittyvissä prosesseissa tai vaikkapa rakennusten pystyttämisessä tapahtuu merkittävää paikallista entropian vähenemistä, tätä tapahtuu myös monissa elottoman luonnon prosesseissa. Paikallinen entropian aleneminen on mahdollista jopa puhtaan satunnaisestikin.

Tähtitieteilijä ja fyysikko Arthur Eddington yhdisti lisääntyvän entropian ja ajan virtauksen, sillä termodynamiikan toinen pääsääntö oli tuolloin jokseenkin ainoa fysiikan perustason lainalaisuus, jossa ajan kulkusuunnalla on merkitystä. Tämän näkemyksen jakavat monet nykyfyysikotkin. Mutta onko lisääntyvä entropia ajan kuljettaja vai matkustaja?

Korrelaatio kahden ilmiön välillä ei välttämättä tarkoita kausaalisuutta, syy-seuraussuhdetta. Korrelaatio voi olla satunnainen ja kadota kokonaan tarkasteluaineiston kasvaessa. Keskenään korreloivat ilmiöt voivat myös johtua kolmannesta ilmiöstä, joka on syynä molempiin. Hyvä esimerkki tästä on tilastollinen yhteys jäätelönmyynnin ja hukkumiskuolemien välillä.

Muller ei niele Eddingtonin ehdotusta johtuen useista syistä. Yksi niistä on paikallinen entropia, sen perusteella voisi yhtä hyvin väittää paikallisesti vähenevän entropian määräävän ajan kulkusuunnan, kun luonnossa tai ihmisen toimesta syntyy järjestäytymisasteeltaan suurempia rakenteita. Ja jos paikalliset ilmiöt vaikuttavat suhteellisuusteoriassa ajan kulkunopeuteen, niin miksi entropian paikallisella suunnalla tai  muutosnopeudella ei ole mitään vaikutusta? Toisaalta kaikki hiukkasfysiikan ilmiötkään eivät ole ajan suhteen symmetrisiä (esim. ns. CP rikko, CP violation). Mullerin mukaan ajan selittäminen entropian avulla ei lopulta tee mitään testattavia ennusteita, joten se ei Popperin tarkoittamassa mielessä ole oikeastaan tieteellinen teoria. Perusvirhe on se, että ajassa tapahtuvia ilmiöitä yritetään kevyin perustein käyttää ajan tai sen kulkusuunnan syynä. Näiltä osin hänen kritiikkinsä vaikuttaa oikeaan osuvalta.

Entä mikä on Mullerin oma käsitys ajasta? Hän perustaa sen moderniin kosmologiaan. Laajeneva avaruus on oikeastaan laajeneva aika-avaruus: kun se laajenee, niin syntyy paitsi lisää avaruutta, niin myöskin aikaa. Ja tämä määrää ajan kulkusuunnan – laajempi avaruus vastaa myöhempää ajanhetkeä. Laajenevassa avaruudessa galaksit ovat pienet painovoiman aiheuttamat liikkeet poislukien ”levossa”, ne etääntyvät toisistaan avaruuden laajentuessa. Tässä koordinaatistossa, jota Muller nimittää Lemaîtren koordinaatistoksi (Lemaître frame), on tavallaan olemassa kaikkialla yhteinen nykyhetki – ajan ilmaisimena voisi käyttää kosmisen taustasäteilyn lämpötilaa. Tämä ei ole ristiriidassa suhteellisuusteorian kanssa, toistensa suhteen liikkuvia kohteita tarkastelupisteinä käytettäessä havaitaan kaikki tavanomaiset suhteellisuusteoreettiset efektit.

Ajatus ajan ja sen kulkusuunnan kosmisesta alkuperästä on yksinkertaisuudessaan hyvin houkutteleva, mutta entä todisteet? Muller myöntää ettei hänellä oikeastaan ole niitä, ei ainakaan vielä. Ja tässä hän kuuluttaa apuun uutta Einsteinia, joka peruskäsitteistä johdettavilla ajatuskokeilla löytäisi tien ulos umpikujasta. Tämä heijastelee Mullerin pettymystä suureen osaan teoreettisen fysiikan ja kosmologian viimeaikaista kehitystä. Hän kritisoi etenkin teoreetikkojen taipumusta soveltaa teorioitaan alueilla, jotka ovat kaukana kokeellisesti tai havaintojen avulla testatusta. Hän tuntuu vakuuttuneelta siitä, että teoreetikot yrittävät väkisin luoda ”lopullista teoriaa” vaiheessa, jossa oleellisia palikoita vielä puuttuu paketista.  

Kirjan loppupuolella tekstin sävy muuttuu. Muller mm. hyökkää fysikalismiksi nimittämäänsä ajattelutapaa vastaan, ajatusta jonka mukaan kaikki on ainakin periaatteessa selitettävissä fysiikan tai luonnontieteen lainalaisuuksilla. Tuekseen Muller tuo mielestäni hyvin epävakuuttavasti ja jopa ylitulkittuna Gödelin epätäydellisyyslauseen, samaten kvanttimekaniikkaan liittyvän satunnaisuuden. Jos on ilmiöitä, jotka ovat luonnontieteellisten teorioiden keinovalikoimissa ennustamattomia, niin tarkoittaako se silti, että niillä ei ole fysikaalista perustaa? Jos aivoissa tapahtuvat satunnaisprosessit vaikuttavat ajatuksiimme, niin seuraako tästä se, että meillä on vapaa tahto? Tai voimmeko tieteellisesti tutkia sitä, näemmekö värin sininen samalla tavalla? Nämä ovat kiehtovia kysymyksiä, valitettavasti Mullerin perustelut vastauksilleen eivät vakuuta minua. Ja hänen kuvailemassa muodossa fysikalismi muistuttaa olkiukkoa, joka on todellista vastustajaa helpommin voitettavissa.

Kokonaisuutena Mullerin kirja on kuitenkin erinomainen, välistä ärsyttävälläkin tavalla ajatuksia herättävä. Entä se uusi Einstein, olisiko vaikkapa Lee Smolinista sellaiseksi? Tätä tarkastelen aikaa käsittelevien blogikirjoitusteni seuraavassa osassa.