keskiviikko 24. heinäkuuta 2019

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

torstai 18. heinäkuuta 2019

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

keskiviikko 8. toukokuuta 2019

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.

keskiviikko 10. huhtikuuta 2019

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.
  

keskiviikko 20. maaliskuuta 2019

Siirtyvä tasauspiste taivaalla

Tänään on kevätpäiväntasaus eli Aurinko siirtyy vuotuisessa liikkeessään eteläiseltä taivaanpallon puoliskolta pohjoiselle. Kevättasauksen päivämäärä on eri vuosina välillä 19.-21.3., vuonna 2019 Auringon siirtymä tapahtuu 20.3., vain pari minuuttia ennen puoltayötä.

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. 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.

tiistai 26. helmikuuta 2019

Ajan arvoitus II: Rovelli ja entropia


Carlo Rovellin erikoisalaa on silmukkakvanttigravitaatio, joka on yksi yrityksistä kehittää painovoimalle kvanttiteoria. Hänen tutkimuksensa edustaa nykyfysiikan kehityslinjaa, joka pyrkii pääsemään yleistä suhteellisuusteoriaa pidemmälle. Niinpä onkin vähän yllättävää, että hän päätyy kirjassaan Ajan luonne (Tähtitieteellinen yhdisty Ursa, 2018) kannattamaan pohjimmiltaan näkemystä, joka on esitetty jo lähes sata vuotta sitten.

Kirjan alkupuolella Rovelli käsittelee suhteellisuusteorian tuomia näkökulmia ajan käsitteeseen, esimerkiksi ajan suhteellisuutta, sen kulkunopeuden riippuvuutta liiketilasta ja painovoimakentästä: kaikille yhteistä nykyhetkeä ei ole. Tosin Rovelli on itse ollut mukana kirjoittamassa artikkelia (Maroun & Rovelli 2015), jossa väitetysti osoitetaan, että suhteellisuusteoria on mahdollista esittää myös sellaisessa muodossa, jossa on olemassa universaali aika ja toisaalta prosesseissa ilmenevä "metabolinen aika", jossa esiintyvät suhteellisuusteoriasta tutut aikadilataatiot. Rovelli ei kuitenkaan pidä tätä lähestymistapaa hedelmällisenä, ehkä hän kokee tällaisen järjestelyn tarpeettomaksi monimutkaistukseksi.

Samaan tapaan kuin Arthur Eddington jo vuonna 1928, Rovelli liittää ajan kulumisen ja kulkusuunnan entropian käsitteeseen. Hän ei
tosin mainitse Eddingtonia kertaakaan. Entropia on mitta fysikaalisen systeemin epäjärjestykselle, termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan suljetun systeemin kokonaisentropia säilyy vakiona tai lisääntyy. Tämä lähestymistapa aikaan on sukua jo Aristoteleen esittämälle näkemykselle, jonka mukaan jos mitään ei tapahdu, ei aikaakaan kulu.

Rovelli johtaa oman näkemyksensä silmukkakvanttigravitaation pohjalta. Siinä rakeisessa muodossa eli hiukkasina olevat kentät eivät ole avaruudessa, vaan niiden vuorovaikutukset muodostavat avaruuden ja ajan. Riittävän pienessä mittakaavassa ei hänen mukaansa aikaa ole olemassakaan, vaan se ilmenee vasta suuremman mittakaavan tarkasteluissa. Ja niissä tulee esiin entropia: "Jälkiä on olemassa menneisyydestä mutta ei tulevaisuudesta vain, koska entropia oli matala menneisyydessä. Mitään muita syitä ei voi olla, koska menneisyyden ja tulevaisuuden välisen eron ainoa lähde on menneisyyden matala entropia." (s. 162)

Rovelli suhtautuu hyvin kielteisesti ajatukseen, jonka mukaan filosofeilla olisi jotakin annettavaa kysymykseen ajan luonteesta, se on hänen mukaansa lähinnä fysikaalinen kysymys, jopa kohtuullisen rajoitetusti määritelty: "Kun emme voi muotoilla ongelmaa tarkasti, se ei useinkaan johdu ongelman syvällisyydestä, vaan siitä, että se on väärä." (s. 195)

Saiko Rovelli minut vakuuttuneeksi siitä, että aikaa ei ole perusteorioiden tasolla olemassa ja että ajan kuluminen johtuu vain entropian lisääntymisestä? Valitettavasti en kokenut Rovellin lopulta osoittaneen mitään suuntaan taikka toiseen. Avainkysymysten suhteen kaikki tuntuu jäävän ilmaan: voiko esimerkiksi siitä, että useimmat fysiikan perusteoriat eivät tunnusta ajan olemassaoloa tai kulkusuuntaa ainakaan mikroskooppisella tasolla, ehdottomasti päätellä ettei sitä ole? Vai voisivatko tunnetusti keskeneräiset teoriamme olla tässä suhteessa puutteellinen kuvaus todellisuudesta? Joissakin Rovellin perusteluissa on jopa kehäpäätelmän makua (esim. ajan suunnan ja entropian yhteys).

Vaikka Rovelli ei saakaan minua vakuuttuneeksi, tekstiä hän kyllä osaa vyöryttää. En tosin ihmeemmin pidä hänen polveilevasta jutustelun omaisesta tyylistään, joka sopisi paremmin luentosaliin tai punaviinilasin tai tuopin ääreen. Hannu Karttusen suomennos vaikuttaa oikein mallikkaalta. 

En ole edellä esittämieni epäilysteni kanssa yksin, seuraavassa blogissa tarkastelen Richard A. Mullerin kirjaa Now: The Physics of Time. Sen mukaan ajan kulumisen yhdistäminen entropiaan on silkkaa hölynpölyä.

sunnuntai 24. helmikuuta 2019

Ajan arvoitus I: johdanto

Atsteekkien kalenterikivi. (Wikimedia Commons: El Comandante)

Ihminen on mahdollisesti ainoa otus, jolla on selkeä ajantaju: me elämme muiden eläinten tavoin nykyhetkessä. Niistä poiketen me muistamme menneisyyden ja pystymme rajoitetussa mielessä ennakoimaan tulevaisuutta. Muilla lajeilla ennakointi ja vastaavat ilmiöt saattavat muistin ja päättelyn sijaan liittyä vaistotoimintaan (Whitrow, Ajan historia). Eläinten älykkyyttä koskeviin arvioihin kannattaa tosin suhtautua melkoisella varauksella. 

Käsityksemme ajasta ei ole yhtenäinen, meille on tuttu henkilökohtaisen ajantajun suhteellisuus, lapsuuden pitkät tapahtumarikkaat päivät vs. myöhemmän iän nopeasti kiitävä aika. On myös tuskallista, miten eri tahtiin aika tuntuu kuluvan riippuen siitä, kummalla puolella lukittua vessan ovea olemme. Aikakäsityksessä on myös kulttuurisidonnaisuuksia, joidenkin mukaan aika on ikuinen, toisten mielestä sillä on alku, mahdollisesti loppukin. On myös olemassa käsitys syklisestä ajasta, jonka jokaisessa jaksossa toistuvat samat ilmiöt, ei välttämättä yksittäisten tapahtumien tasolla, vaan yleisempien tendenssien muodossa. 

Erilaisille aikakäsityksille löytyy esimerkkejä myös luonnosta. Etenkin toistuvia taivaan ilmiöitä on käytetty hyväksi kehitettäessä ajanlaskujärjestelmiä. Vuosi tulee Maan kiertoliikkeestä Auringon ympäri, kuukausi Kuun kierroksesta Maan ympäri, viikko kuunvaiheista, vuorokausi Maan pyörimisliikkeestä akselinsa ympäri. Oma kalenterimme on yhdistelmä kahdesta perinteestä: meillä on periaatteessa egyptiläinen vuosi ja tunti, viikko on puolestaan kotoisin Mesopotamiasta. Nämä ovat tulleet meille kreikkalaisten ja roomalaisten välityksellä ja muokkaamina.

Kalenterijärjestelmien kehittäminen ei ollut aivan suoraviivaista, sillä aikayksiköiden pohjana olevat ilmiöt eivät ole yhteismitallisia. Aika täysikuusta seuraavaan ei ole tasamäärä päiviä, ei myöskään Maan täysi kierros Auringon ympäri. Tunnetuin esimerkki tästä on karkausvuosi, jonka avulla yritetään pitää vuodenajat samassa syklissä kalenterivuoden kanssa. Maan täysi kierros Auringon ympäri kestää noin 365,2564 vuorokautta. Juliaanisessa kalenterissa jokainen neljällä jaollinen vuosi oli karkausvuosi, joka sisälsi ylimääräisen päivän. Pitkän ajan kuluessa tämä järjestelmä alkoi kuitenkin jätättämään verrattuna vuodenaikoihin, siirtyminen tarkemman karkauspäiväkäytännön sisältävään gregoriaaniseen kalenteriin näkyikin eräänlaisena aikahyppynä eteenpäin. Kun Britanniassa vuonna 1752 siirryttiin gregoriaaniseen kalenteriin, jäi kalenterissa yksitoista päivää väliin. Jotkut eivät ymmärtäneet kalenterin olevan sopimuskysymys, vaan he mellakoivat kuviteltuaan hallituksen varastaneen heidän elämästään nuo päivät. Vähän ovelammat taas yrittivät saada palkan myös väliin jääneiltä päiviltä.

Vaikka tajuaisimmekin ajan mittaamiseen liittyvän käytännön sopimuksia, niin kysymys ajan itsensä luonteesta saa meidät helposti hämilleen. Moni pitää käsitettä itsestäänselvyytenä kunnes yrittää pukea sen sanoiksi. Hyvin kuuluisa on Augustinuksen pohdiskelu ”Mikä siis on aika? Minä luulen sen tietäväni, jos ei kukaan sitä minulta kysele. Mutta jos joku sitä kysyy ja tahtoisin sen selittää hänelle, minä en sitä tiedä” (Nordin, Filosofian historia). Osa filosofeista, tutkijoista ja muista oppineista onkin sivuuttanut aikaan liittyvät käsitteelliset hankaluudet, toisaalta aiheesta on kirjoitettu paljon kirjojakin. 

Sanaleikin mukaan avaruus on olemassa siksi, että kaikki ei tapahtuisi samassa paikassa, aika puolestaan jotta kaikki asiat eivät tapahtuisi samanaikaisesti. Avaruus ja aika ilmenevätkin usein fysiikan laeissa, joiden avulla voidaan vaikkapa esittää kappaleen paikka jollakin ajasta riippuvalla funktiolla, jonka ensimmäinen aikaderivaatta on nopeus, toinen puolestaan kiihtyvyys. Näiden lakien perusteella voidaan laskea kappaleen paikka jonakin tulevaisuuden hetkenä, mikä on hyvin kätevää, jos kysymyksessä on esimerkiksi Maan läheisyydessä sijaitseva asteroidi. Toisaalta yhtä hyvin voidaan laskea kappaleen paikka menneisyydessä: useimmat fysiikan lait eivät tunnusta ajan kulkusuuntaa. Joidenkin fyysikkojen mukaan aika onkin eräänlainen illuusio.

Seuraavissa blogikirjoituksissa käsittelen tarkemmin kolmea viime vuosina ilmestynyttä teosta, joissa nimekkäät fyysikot yrittävät selittää aikaa päätyen lopulta hyvin erilaisiin näkemyksiin. Carlo Rovellin kirja Ajan luonne vastaa melko perinteistä näkemystä, joka asettaa yhtäsuuruusmerkin ajan kulkusuunnan ja entropian lisääntymisen välille. Richard Mullerin Now: The Physics of Time yhdistää ajan kulkusuunnan avaruuden laajenemiseen. Lee Smolinin Time Reborn puolestaan yrittää vakuuttaa, että monet nykyfysiikan ongelmista johtuvat siitä, että fysiikan kuva ajasta on puutteellinen. Eli näistä enemmän seuraavassa osassa. 

Lähteet

Karttunen Hannu et al., Tähtitieteen perusteet
Nordin, Svante, Filosofian historia
Whitrow, G.J., Ajan historia 

torstai 7. helmikuuta 2019

Todella pitkä aikajana

Aikajana vuosille 1850-2000 mittakaavassa 1 vuosi = 1 mm.
Kaavioon on myös merkitty muutaman aikakauden keskeisen vaikuttajan elinvuodet.

Useimmat meistä muistavat koulun historian tunneilta aikajanat, joihin oli merkitty tapahtumia ja kuuluisien henkilöiden elinaikoja. Ollessani lukiossa liimasin millimetripapereita yhteen tehdäkseni koko ihmiskunnan kirjoitetun historian kattavan aikajanan, valitsemassani mittakaavassa tarvitsin siihen reilut viisi metriä. Tuo skaala, 1 vuosi = 1 mm, on hyvä tähänkin kirjoitukseen, se muuttaa pitkätkin ajat melko helposti tajuttaviksi matkoiksi, ihmisen avaruudellinen hahmottamiskyky on parempi kuin ajallinen.

Jos vuosi on yhden millin verran, niin silloin suomalaisen tyypillinen elinaika on reilut kahdeksan senttiä. Kolumbus on meistä vähän reilun puolen metrin päässä, viikinkien Amerikan reissuun on matkaa suunnilleen metri, eli tuhat vuotta on koulun tauluviivottimen verran. Egyptin suurimmat pyramidit rakennettiin noin 4,5 metriä sitten, on huikeaa ajatella, että vanhan Egyptin viimeisestä hallitsijasta Kleopatrasta on tähän päivään noin kaksi metriä, Kleopatrasta suuriin pyramideihin 2,5 metriä.

Vanhimmat kirjoitukset Egyptistä ja Mesopotamiasta ovat noin 5,3 metrin takaa, siitä lukioaikaisen aikajanani pituus. Viimeisimmän jääkauden loppu on  vielä kauempana, noin 13 metrin päässä. Neandertalin ihminen kuoli sukupuuttoon noin 28 metriä sitten. Ihmiseen johtava linja erosi simpansseista noin 6 miljoonaa vuotta sitten, sitä vastaakin jo peräti 6 kilometriä.

Dinosaurukset kuolivat sukupuuttoon 65 kilometriä sitten, tälle hyvä vertauskohta on yhden aurinkokunnan kierroksen kesto galaksimme kiekossa, reilut 200 kilometriä. Maapallon synty tapahtui noin 4500 kilometriä sitten, alkuräjähdys on 13 800 km päässä. Maailmankaikkeuden alun ja maapallon synnyn välissä tapahtui mm. tähtien, galaksien ja galaksijoukkojen synty, kts. oheinen kuva.


Kosminen aikajana (NASA/WMAP Science Team)

Edellä kuvatulla tavalla laadittu aikajana tekee ainakin joitakin pitkiä ajanjaksoja helpommaksi käsittää - ainakin itse paremmin verrata kahdeksaa senttiä kolmeen metriin kuin vastaavaa eroa vuosissa. Mutta voisiko miljoonien ja miljardien vuosien hahmottamista yrittää tehdä vieläkin helpommaksi?


Oulun yliopiston pihalla olevan graniittipallon läpimitta on 3 metriä. Kolmiulotteisessa mittakaavasssa 1 vuosi = 1 mm^3 palloon mahtuisi koko maailmankaikkeuden historia (Pertti Rautiainen).

Aikajana on yksiulotteinen, hypätään saman tien kolmeen ulottuvuuteen. Nyt vuotta vastatkoon kuutiomilli. Yhteen kuutiosenttiin mahtuu silloin vuosia 10 x 10 x 10 eli 1000 kappaletta. Nyt on helppo hahmottaa niin vuosi kuin sen suhde tuhanteen vuoteen. Yksi litra on kuutiodesimetri, tämä vastaa miljoonaa vuotta, kuutiometri on puolestaan miljardi vuotta. Maailmankaikkeuden vajaat 14 miljardia vuotta saisi siis mahtumaan melko pieneen määrään kuutiometrin kokoisia kuutioita. Jos sen taas muotoilisi palloksi, niin pallon halkaisija olisi vain kolmisen metriä, se olisi siis jokseenkin saman kokoinen kuin Oulun yliopiston graniittipallo.

perjantai 25. tammikuuta 2019

Kramppeja & nyrjähdyksiä yli 25 vuotta

Houdini ihmettelee Kramppeja & nyrjähdyksiä. Tästä puuttuu vielä albumi Ihan pienet juhlat, jonka huomasin hankkia vasta lukumaratonin aloitettuani.
1990-luvun alussa luin usein kirjastossa Rumba-lehteä, levyarvosteluista oli hyvä bongata hankkimisen arvoisia cd-levyjä. Tuolloin huomioni kiinnittyi lehdessä ilmestyneeseen vähän naivistisella tyylillä piirrettyyn sarjakuvaan nimeltä Kramppeja & nyrjähdyksiä. Sarjakuvassa oli tuolloin vielä nimettömät neljä päähenkilöä, jotka kohtasivat erilaisia arjen vastoinkäymisiä ja pienimuotoisia onnenpotkuja, kiertelivät levykaupoissa, kävivät keikoilla ja kohelsivat parisuhteissa. Muutaman tarinan luettuani olin fani.

Parin vuoden jälkeen Krampit katosivat Rumbasta ilmestyäkseen sen jälkeen milloin missäkin lehdessä, sarjan julkaisuhistoria on lievästi sanottuna mutkikas. Onneksi suurin osa sarjoista on julkaistu albumeina. Niistä muodostuukin kokonaisuus, joka ohittaa Mämmilän paitsi sivumäärältään, niin myös ajalliselta kattavuudeltaan - ensimmäisissä sarjoissa Suomi ei ole vielä EY:n jäsen (kuten se tuolloin kirjoitettiin), viimeisimmissä tarinoissa taas ollaan somen ja populismin valtakunnassa.

Kuluneen viikon aikana olen lukenut putkeen kaikki albumimuodossa ilmestyneet Krampit & nyrjähdykset. Tässä yhteydessä huomasin, että albumi Ihan pienet juhlat oli jotenkin mennyt ohi, tämähän olikin onnellinen sattumus - yli sata sivua ennen lukemattomia Kramppeja! Onneksi Oulussa on Turun sarjakuvakaupan toimipiste, tämä mahdollisti mieluisan projektin.

 Jossakin vaiheessa Kramppien hahmot saivat nimet: satunnaisia käännöstöitä tekevä ehkä selkein päähenkilö on Esko, hänen kitaristikaverinsa on Risto, Eskon ensimmäinen pitkäaikainen seurustelukumppani Aino ja Ainon paras kaveri Tanja. Hahmot myös kehittyivät, sarjan alussa Risto hyppelee pedistä petiin, mutta päätyy lopulta puolivahingossa vakituiseen suhteeseen Tanjan kanssa. Esko puolestaan koheltaa urakalla sen jälkeen kun Ainon kanssa tuli ero, mutta vakiintuu lopulta varsin seesteiseltä vaikuttavaan suhteeseen Heidin kanssa. Tanja päätyi kuntavaaliehdokkaaksi samoissa vaaleissa, joissa itsekin olin ehdokkaana, vieläpä samalla tuloksella - melko lähelle varavaltuutetun paikkaa. Vuosien varrella henkilöt vanhenevat, mutta ehkä hieman hitaammin kuin oikeat ihmiset, siis vähän kuin minä.

Krampeilla on ollut useita piirtäjiä, ei niissä muissakaan varsinaisesti mitään vikaa ole ollut, mutta alkuperäinen piirtäjä Christer Nuutinen osaa kiteyttää sarjan hengen. Onneksi hän palasi muutaman vuoden "harharetken" jälkeen takaisin. Pauli Kallion käsikirjoitukset taas osaavat kuvata hyvin uskottavalla tavalla päähenkilöiden mielenliikkeitä, heidän innostustaan ja ahdistustaan, yhteiskunnallisia kommentteja unohtamatta. Näin hienolle sarjalle voi jopa antaa anteeksi tuon tuostakin esille tulevan innostuksen jalkapalloa kohtaan. Ja enemmän minä tästä olen löytänyt oivallisiksi osoittautuneita levyvinkkejä, kuin niistä Rumban arvosteluista aikoinaan.

Tätä kirjoittaessani tilanne on ilmeisesti se, ettei Krampeilla & nyrjähdyksillä ole kotia, sitä ei julkaista missään lehdessä. Yksi albumi on ymmärtääkseni tulossa myöhemmin tänä vuonna, se tulee sisältämään viimeiset Suomen kuvalehdessä julkaistut Krampit ja joitakin uusia sarjoja. Nyt olisi kiva olla William Randolph Hearstin kaltainen lehtipohatta - tuo suunnilleen kaikin muuten puolin nilkki tyyppi nimittäin ihastui George Herrimanin Krazy Kat -sarjakuvaan ja tarjosi tekijälle elinikäisen sopimuksen ilman kaupallisia paineita. Kuuleeko Erkko ja kumppanit? Olisi kulttuuriteon paikka.

sunnuntai 20. tammikuuta 2019

Jokseenkin tavallinen kuunpimennys


Pimennyksen syvin vaihe 21.1.2019 (Pertti Rautiainen).

Joku neropatti on keksinyt näppärän muistisäännön: kun Maa tulee Kuun ja Auringon väliin, on kuunpimennys, kun Kuu tulee Maan ja Auringon väliin, on auringonpimennys, kun Aurinko tulee Kuun ja Maan väliin, on maailmanloppu.

Kaavakuva kuunpimennyksestä, Maan täysivarjoa sanotaan joskus umbraksi ja puolivarjoa penumbraksi. (Wikimedia Commons: Sagredo).

Kuunpimennys tapahtuu, kun Kuu joutuu Maan varjoon. Se näkyy kaikkialla maapallolla, missä Kuu on tuolloin ylipäänsä näkyvissä (auringonpimennyksen näkyvyys on selvästi rajatumpi). Kuunpimennys voi olla osittainen tai täydellinen riippuen siitä, joutuuko Kuu osittain vai kokonaan Maan täysivarjoon (kts. yllä oleva kuva). Täydellisenkin kuunpimennyksen aikana tapahtuu muutoksia Kuun kirkkaudessa ja värissä riippuen siitä, onko se Maan puolivarjossa (pimennyksen alku ja loppu) vai täysivarjossa. Maan ilmakehästä taittuu sen verran valoa, että Kuu ei koskaan pimene täysin, vaan näkyy parhaimmillaankin vain syvän punaisena. Täydellisten ja osittaisten kuunpimennysten lisäksi on vielä puolivarjopimennyksiä, joissa mikään osa Kuuta ei joudu Maan täysivarjoon, näitä on melko vaikea edes huomata.

Kuun ratataso on kallellaan Maan ratatasoon nähden, minkä vuoksi läheskään joka kuukausi ei nähdä kuunpimennystä. Kuun liike on itse asiassa melko mutkikasta, Kuun rata myös kiertyy pikkuhiljaa suhteessa Maan rataan. Kiertyminen aiheuttaa sen, että kuun- ja auringonpimennysten yksityiskohdissa on reilun 18 vuoden jaksollisuus. Tämän jo muinaisten babylonialaisten tunteman Saros-jakson ansiosta on mahdollista ennustaa paitsi pimennysten ajankohtia, niin myös sitä, miten syvinä kuunpimennykset näkyvät. Kreikkalaisten oppineiden noin 2100 vuotta sitten rakentama Antikytheran kone, joka oli useista kymmenistä hammasrattaista koostuva taivaan ilmiöiden laskukone, mallinsi mm. Saros-jaksoa.

Kirjoitan tätä 20.1.2019, noin seitsemän tuntia ennen seuraavaa kuunpimennystä, josta on lehdistössä käytetty värikästä ilmaisua superverisusikuu. Kyseessä on kuitenkin vain jokseenkin tavallinen kuunpimennys, joka tapahtuu silloin, kun Kuu on lähellä pienintä etäisyyttään Maasta; Kuun rata on suunnilleen ellipsin muotoinen, jolloin sen etäisyys radan toisessa polttopisteessä sijaitsevasta Maasta vaihtelee. Ennusteen mukaan on selkeää mutta kylmää.

Lisäys: kylmää oli, -28 astetta. Lisäsin blogin alkuun kuvan pimennyksen syvimmästä vaiheesta.

Lähteenä käytetty aina niin hieno opusta Tähtitieteen perusteet.

tiistai 8. tammikuuta 2019

Ajoittaisen joutilaisuuden ylistys

Houdini osaa kotvia.
Jenny Kangasvuon, Jonna Pulkkisen ja Katri Rauanjoen kirja Kotvimisen vallankumous on terve tullutta lukemista aikana, jona mainostetaan kaiken maailman tehokkaan ajankäytön oppaita. Ja ironista kyllä sekin on omalla tavallaan ajankäytön opas: se kehottaa varaamaan aikaa tekemiseen, joka ei suoranaisesti liity kulloiseenkin työtehtävään.

Kirja alkaa käsitteiden määrittelyllä, sanalla kotviminen kirjoittajat tarkoittavat työn edistymiselle välttämättömiä taukoja, joiden aikana voi ajatella kaikessa rauhassa, varata akkuja, joskus jopa tehdä alta pois pikku hommia, jotka täytyy joskus kuitenkin tehdä. Monesti tällainen toiminta tai näennäinen toimimattomuus avaakin umpisolmussa olleen tilanteen, palikat loksahtelevat paikoilleen kuin huomaamatta. Kotviminen on siis positiivista työtehtävän välttelyä tai viivyttämistä, suuremmassa aikaperspektiivissä se auttaa siitä suoriutumista. 

Eräänlaisena vastakohtana kotvimiselle on vääjääminen, jolla tekijät tarkoittavat epätoivotun tehtävän välttelyä ja sellaista aikaansaamattomuutta, josta ei yleensä mitään hyvää seuraa. Toki vääjääminenkin voi joskus johtaa positiiviseen lopputulokseen: itse lykkäsin mielestäni joutavan ja työlään raportin tekoa aivan deadlinen kynnykselle, jolloin kävikin niin, että joku riittävän korkealla hierarkiassa ollut ilmeisesti jakoi mielipiteeni ja kyseinen tehtävänanto peruttiin. Raportin jo tehneet työkaverini eivät kyllä arvostaneet leveää hymyäni.
Kotvijat kirjansa julkistusbileissä.

Kirjassa esitellään kotvimisen historiaa niin maailmalla kuin Suomessakin. Yksi käytetyistä esimerkeistä on suomalainen peruskoulu, joka eroaa monen muun maan koulujärjestelmästä siten, että lapsilla on enemmän aikaa taide- ja taitoaineisiin, leikinomaiseen toimintaan ja lepoon. Tästä huolimatta suomalaiset koululaiset ovat aivan viime vuosiin pärjänneet erinomaisesti verrattuna maihin, joissa oppitunteja on enemmän ja ne ovat teoreettisemmin painottuneita. Asioiden sulattelu vaatii aikansa.

Kirjan kärkevin kritiikki kohdistuu nykyiseen työelämään; sitä voidaan pitää jopa sairaskertomuksena. Etenkin tietotyö on hyvin sirpaloitunutta, kalenteri täyttyy helposti suurella määrällä erilaisia työtehtäviä. Kun rientää kokouksesta kokoukseen, vastaa välissä muutamaan sähköpostiin ja niin edelleen, niin tekee kyllä koko ajan töitä, mutta tekee niitä suurella todennäköisyydellä melko huonosti. Kahvitauko tai vaikkapa kävely ulkoilmassa voi paitsi tuoda ratkaisun vaikealta näyttävään pulmaan, niin myös tuoda yllättäviä oivalluksia. Ja monesti kulloiseenkin työhön liittymätön "hyödytön" tekeminen voikin nousta avainrooliin myöhemmässä elämässä.

Monet kirjan esimerkeistä kertovat luovasta työstä, kuten kirjoittamisesta, mutta niitä voi soveltaa monille muillekin aloille. Kirjoittajat tarjoavat myös neuvoja hyödyllisestä kotvimisesta, miten saada estettyä sen kääntyminen vääjäämisen puolelle. He tunnustavat ihmisten olevan erilaisia ja välttävät kaikkitietävien yleispäteviksi tarkoitettujen ohjeiden antamista. Kirjan loppupuolella olevat tehtävät on ilmeisesti laadittukin pilke silmäkulmassa.

Kotvimisen vallankumous oli viihdyttävää ja ajatuksia herättävää luettavaa. Oikeastaan on vain kaksi asiaa, joista haluan esittää pienet moitteet: fontti oli näin vanhalle miehelle pykälän liian pieni, toisaalta tällaisessa kirjassa olisi hyvä olla hakemisto. Tämän blogin piti ilmestyä jo reilu viikko sitten, mutta tuli vähän kotvittua.