Mitä fysiikka kertoo todellisuudesta?
Kirkkonummen Komeetan esitelmäsarjassa oli
huhtikuussa 2008 vuorossa dosentti Eero Rauhala, jonka aiheena oli Mitä
fysiikka kertoo todellisuudesta. Esitelmä pidettiin Kirkkonummen
koulukeskuksen auditoriossa. Helsingin yliopiston Vapaan
sivistystyön toimikunta rahoitti esitelmän. Esitelmällä
oli 70 kuulijaa.
Esitelmässä tarkasteltiin
fysiikan antamaa kuvaa todellisuudesta
kvanttifysiikan
viimeisimpien tulosten valossa. Lisäksi pohdiskeltiin yleisemmästä
filosofisesta näkökulmasta, mitä fysikaalinen todellisuus on
ja seuraako kvanttifysiikan tuloksista jotakin käsityksellemme todellisuudesta
yleensä.
Eero Rauhala on fysiikan dosentti
ja yliopistonlehtori Helsingin yliopiston
Fysiikan laitoksella. Hän
tekee lähinnä kokeellista tutkimustyötä kiihdytinlaboratoriossa
ja opettaa tällä hetkellä fysiikan perusopintojen kursseja. Hänen
tutkimustyönsä koskee energeettisten ionien ja aineen perusvuorovaikutuksia
ja materiaalifysiikkaa ionisuihkuilla. Hän on toiminut mm. kiihdytinlaboratorion
ja opetuslaboratorion esimiehenä ja fysiikan laitoksen opintoneuvojana.
Hän on harrastanut tähtitiedettä lukioajoista lähtien ja
toiminut mm. Ursan tähtitornin
hoitajana ja tähtinäytäntöjen pitäjänä 1960-
ja 1970-luvuilla.
Klikkaa kuvaa!
Eero Rauhala esitelmöi Kirkkonummella. Kuva Seppo Linnaluoto.
Tutkimuksia fysiikan todellisuudesta
Luonnontieteiden ehkä arvostetuimmassa julkaisusarjassa Nature-lehdessä
julkaisivat Simon Gröblacher ja ryhmä muita Wienin yliopiston fysiikan
laitoksen tutkijoita viime vuoden huhtikuun numerossa artikkelin An experimental
test of non-local realism eli vapaasti suomennettuna Ei-paikallisen realismin kokeellinen
testi. Tämä Anton
Zeilingerin johtama tutkijaryhmä on viime vuosina saavuttanut julkisuutta
kokeillaan, joissa tutkitaan kvantti-ilmiöiden ja makroskooppisten ilmiöiden
yhteyttä. Kesäkuussa viime vuonna heiltä
ilmestyi samoin Nature-lehdessä, yhdessä saksalaisten, hollanti-laisten,
englantilaisten ja italialaisten tutkijoiden kanssa havaintoja ns. kvanttikietoutuneiden
fotonien teleportaatiosta
144 km:n etäisyydellä. Wienin tutkijaryhmän eräs aikaisempi
huomiota herättänyt koe osoitti suuren, jopa 70 hiiliatomin Fulleriini-molekyylin
aaltoluonteen kahden raon kvantti-interferenssikokeessa.
Vuonna 1935 ilmestyi The Physical
Review lehdessä Albert
Einsteinin, Boris
Podolskyn ja Nathan
Rosenin kuuluisa artikkeli Can Quantum-Mechanical Description of Physical
Reality be Considered Complete? eli suomeksi Voiko fysikaalisen todellisuuden
kvanttimekaanista kuvausta pitää täydellisenä? Artikkelissa
kirjoittajat esittivät ajatuskokeen,
jonka mukaan kvanttimekaniikka ennustaa esimerkiksi tietynlaisille hiukkasten
kvanttiloille voimakkaan korrelaation – ne ovat yhteydessä toisiinsa –
vaikka hiukkasia havaittaisiin kaukana toisistaan ilman, että ne voivat
tavanomaisessa mielessä mitenkään vaikuttaa toisiinsa. Tähän
ajatuskokeeseen perustuu ns. EPR-paradoksi.
Juuri tämän artikkelin ajatuskoetta ja siihen liittyvää
todellisuuskäsitystä on nyt siis kokeellisesti testattu mm. juuri
edellä mainitun Wienin tutkijaryhmän toimesta 70 vuotta myöhemmin.
Klikkaa kuvaa!
Eero Rauhalan esitelmää kuunteli 70 henkeä. Kuva Seppo
Linnaluoto.
Mitä nämä kokeelliset fysiikaaliset tutkimukset merkitsevät
ja mikä on näiden tutkimustulosten yhteys filosofian
ja metafysiikan perimmäisiin
kysymyksiin, voivatko ne kertoa jotakin todellisuuden luonteesta? Kun puhutaan
todellisuudesta, tarkastellaan ihmisen suhdetta maailmaan. Silloin paitsi maailma,
myös ihminen itse joutuu tarkastelun kohteeksi.
Fysiikan universaalisuus
Fysiikan piirtämää kuvaa todellisuudesta pidetään
usein universaalina ja
kaiken kattavana. Se käsittää sekä pienten hiukkasten ja
atomien mikromaailman että makromaailman, johon kuuluvat mm. meille tutut
arkipäivän tapahtumat, mutta myös tähtien, galaksien ja
universumin kosmiset prosessit. Fysiikan pääalueita ovat mekaniikka,
sähkömagnetismi,
atomi-, ydin- ja hiukkasfysiikka,
statistinen fysiikka
jne. Fysiikan tutkimuksen kohteena olevat perusoliot ovat hiukkasia,
aaltoja, kenttiä,
jne. Fysiikan eri aloja koskevat teoriat pyrkivät kuvaamaan ja selittämään
ilmiöitä ja tapahtumia. Suuria modernin fysiikan pääteorioita
ovat kvanttiteoria
ja suhteellisuusteoria,
jotka molemmat ovat syntyneet viimeksi kuluneiden 100 vuoden aikana. Näiden
pääsuuntauksien erilaisina osina ja yhdistelminä fysiikka on
eriytynyt kymmeniin tai satoihin eri tutkimusaloihin ja tuottanut valtavan määrän
erilaisia teorioita. Monet muut tieteet, kuten vaikkapa tähtitiede
tai kemia, käyttävät
laajasti fysiikan menetelmiä ja teorioita. Eräs aivan uusi fysiikan
ala on laskennallinen
fysiikka. Tietokoneiden kehitys on viime vuosina tehnyt mahdolliseksi fysikaalisten
prosessien simuloinnin ennennäkemättömällä, jatkuvasti
paranevalla tarkkuudella ja teholla.
Fysiikkaa pidetään empiirisen,
havaitsevan tieteen mallina. Fysiikan ns. tieteellistä
menetelmää (scientific method) pidetään tieteellisen
tutkimusasenteen ideaalina. Tieteellisessä tutkimusmenetelmässä
havainnot ja kokeet ymmärretään kaiken tiedon perustaksi. Niiden
avulla pyritään löytämään invariansseja – kokeissa
muuttumattomia ilmiöiden ominaisuuksia – joista pyritään abstrahoimalla
luomaan malleja ja teorioita. Teorioita käytetään ennustamaan
tutkittavien systeemien käyttäytymistä uusissa tilanteissa. Ennusteita
voidaan sitten jälleen testata uusista kokeista saatavilla havainnoilla.
Jos teoria tuottaa havainnoissa verifioituvia ennusteita, katsotaan teoria käyttökelpoiseksi
ja sen kuvailua ja ilmiöiden selitystä oikeaksi. Vakiintuneita ja
monilla tavoin verifioituja, laajoja teoreetttisia rakennelmia kutsutaan luonnonlaeiksi.
Tieteelliseen tutkimusasenteeseen katsotaan myös liittyvän reduktion
periaatteen: monimutkaisemman systeemin kuvaus ajatellaan voitavan palauttaa
sen osien kuvaukseen. Siten esim. kemiallisten vuorovaikutusten ajatellaan seuraavan
molekyylien ja niiden osien, atomien, sähköisistä ominaisuuksista.
Sähköilmiöt vuorostaan palautuvat varauksellisten hiukkasten
ominaisuuksien kuvailuun. Kaikki aine muodostuu molekyyleistä ja atomeista,
nämä puolestaan elektroneista
ja ytimistä, ytimet kvarkeista
jne. Tähtien ominaisuuksien uskotaan suurelta osin palautuvan atomien,
plasman, ytimien ja alkeishiukkasten jne. ominaisuuksiin. Reduktionistisissa
lähestymistavoissa erotetaan usein erilaisia asteita, puhutaan mm. vahvasta
ja heikosta reduktiosta.
Toisaalta reduktioperiaatteen ei tieteessäkään katsota yksin
riittävän. Monimutkaisemmissa systeemeissä ilmenee uusia, emergenttejä
ominaisuuksia, joita ei voi ennustaa systeemin osien ominaisuuksista. Siten
klassisessa fysiikassakaan esim. kenttäteorioissa ei tarkasteluja palauteta
atomaarisiin tapahtumiin, vaan todellisuutta kuvataan jo vaikkapa James
Maxwellin sähködynamiikassa äärettömän kauas
ulottuvien kenttien avulla. Kenttien ajatellaan kuvaavan todellisuuden ominaisuuksia,
jotka eivät palaudu esim. hiukkasten ominaisuuksiin. Siten vaikkapa aaltomallin
mukaisessa kuvailussa valo ja
sähkömagneettinen
säteily yleensä ovat sähkömagneettisen kentän värähtelyn
ylläpitämää aaltoliikettä.
Luonnontieteiden tieteenfilosofiana pidetään yleensä ns. analyyttistä
filosofiaa tai loogista
empirismiä. Tavallisesti omaksutun ns. tieteellisen realismin katsantokannan
mukaan havainnot kertovat havaitsijasta riippumattomasta objektiivisesta todellisuudesta
ja teoriat kuvaavat ja selittävät oikein ja täydellisesti tämän
todellisuuden ilmiöitä, tapahtumia ja prosesseja. Fysikaalinen todellisuus
on sitä ja vain sitä mitä fysiikan tutkimuksen tulokset meille
maailmasta paljastavat.
Klikkaa kuvaa!
Eero Rauhalalle esitettiin esitelmän jälkeen kysymyksiä.
Kuva Seppo Linnaluoto.
Fysikaalinen todellisuus
Fysikaalinen
todellisuus on siten laaja tutkimustulosten, mallien ja teorioiden kokonaisuus.
Tämä todellisuuskuva muuttuu ajan mukana, siihen tulee uusia komponentteja
ja siitä poistuu vanhoja. Siihen sisältyvät tärkeänä
osana myös esimerkiksi käsitykset valon nopeuden invarianssista, alkuräjähdyksestä,
maailmankaikkeuden kehityksestä, jne., toisin sanoen mm. suhteellisuusteorian,
tähtitieteen ja kosmologian viimeisimmät havainnot ja niitä selittävät
mallit ja teoriat. Kriittinen
realisti uskoo, että vaikka tämä käsitys todellisuudesta
on aina puutteellinen, se parantuu ja täsmentyy lähestyen lopulta
oikeaa kuvaa todellisuudesta.
Fysiikan tarjoama maailmankuva
on tavallisesti merkittävänä osana käsityksessämme
todellisuuden luonteesta sen yleisimmässäkin merkityksessä. Nykyhmisen
maailmankuvaan katsotaan kuuluvan tieteellinen käsitys mikromaailmasta
ja kosmoksesta. Usein puhutaan ns. tieteellisestä maailmankuvasta, jonka
eräänä tärkeänä komponenttina on juuri fysiikan
kuva todellisuudesta. Tämän maailmankuvan eri komponentteja on tässäkin
luentosarjassa ansiokkaasti esitelty kymmenien eri tutkijoiden toimesta.
Puhe fysikaalisesta todellisuudesta pitää toisaalta implisiittisesti
sisällään myös ajatuksen ei-fysikaalisesta todellisuudesta.
Mitä kaikkea todellisuuden piiriin ja sen perimmäiseen olemukseen
yleensä kuuluu, siitä on filosofiassa monenlaisia käsityksiä.
Erään usein käytetyn jäsentelyn on esittänyt Karl
Popper, joka sanoo todellisuuteen kuuluvan kolme maailmaa: Maailma 1 on
fysikaalinen maailma, maailma 2 on ihmisen mentaalinen tai psyykkinen maailma
ja maailma 3 ihmisten toimintojen ja kulttuurin luomat objektit. Fysikaalisen
lähestymistavan ajatellaan olevan riittämätön juuri maailmoissa
2 ja 3, esim. kulttuurin tai ihmisen tietoisuuden tarkasteluissa. Paitsi fysikaalisella
todellisuudella, myös maailmoilla 2 ja 3 on usein merkittävä
asema ihmisen maailmankuvassa ja hänen käsityksessään todellisuuden
perimmäisestä olemuksesta.
Vaikka fysikaaliseen todellisuuteen kuuluu koko fysiikan kenttä, fysikaalisen
todellisuuden perustana pidetään kuitenkin tavallisesti käsitystä
siitä mikä aineen perusluonne on. Kun kaikki aine koostuu molekyyleistä,
atomeista ja hiukkasista, ajatellaan mikromaailman olioiden ja niihin liittyvien
tapahtumien ja ilmiöiden reduktion periaat teen mukaan viime kädessä
olevan aineen kaikkien ominaisuuksien, rakenteen ja siis myös fysikaalisen
todellisuuden perusta.
Paitsi maailmankuvaamme, fysiikka liittyy myös konkreettisesti jokapäiväiseen
elämäämme. Liioittelematta voidaan sanoa, että mikromaailman
ilmiöiden fysikaalinen ymmärtäminen ja hallinta on synnyttänyt
koko nykyaikaisen teknologian. Ilman kvanttifysiikkaa meillä ei olisi esimerkiksi
nykyaikaista tietotekniikkaa, ei tietokoneita, internettiä, matkapuhelimia
eikä taulutelevisiota. Nautimme jatkuvasti monin tavoin mm. kvanttifysiikan
kiistämättömistä saavutuksista. Viimeaikaisimpia kvanttifysiikan
sovellutusaloja ovat mm. kvanttilaskenta, kvanttitietokoneiden kehittäminen
ja kvanttikryptografia.
Kvanttimekaniikka
Minkälainen sitten on tämä mikromaailman todellisuus? Kvanttifysiikka
on fysiikan ala ja kvanttimekaniikka teoria, joka käsittelee mikroskooppisen
maailman tapahtumia. Sen perusolioita ovat hiukkaset ja aallot. Kvanttimekaniikka
poikkeaa monella tavoin tavallisesta klassisesta mekaniikasta. Klassinen mekaniikka – Isaac Newtonin, Joseph-Louis
Lagrangen ja William
Hamiltonin mekaniikka – toimii hyvin jokapäiväisessä arkielämässä
tai vaikkapa vielä aurinkokunnan planeettojen liikeiden ennustamisessa.
Mutta se ei ole enää käyttökelpoinen kaikkein pienimpiä
hiukkasia kuvattaessa eikä se toimi kosmisessa mittakaavassakaan. Kvanttimekaniikka
sen sijaan toimii mikromaail massa erinomaisesti, esimerkiksi kvanttisähködynamiikkaa
(quantum electrodynamics,
QED) pidetään yhtenä fysiikan tarkimpana teoriana, sen avulla
voidaan tehdä ennustuksia, joita kokeissa voidaan varmentaa hämästyttävällä
tarkkuudella.
Klassisesta mekaniikasta kvanttimekaniikka eroaa perustavasti mm. siinä,
että kvanttimekaniikan mukaan pienten hiukkasten energia on kvantittunut,
hiukkasten energioilla on pienin jakamaton osa, kvantti. Hiukkanen voi ottaa
vastaan tai lähettää energiaa vain kvanttien monikertoina, ei
jatkuvasti mitä tahansa energia-arvoja. Monet muutkin hiukkasten ominaisuudet
ovat kvantittuneita. Tämä on lyhyesti Max Planckin v. 1900 esittämän
kvanttihypoteesin sisältö, josta kvanttimekaniikan kehityksen katsotaan
alkaneen.
Toinen kvanttimekaniikan perusominaisuus liittyy hiukkasten kahdenlaiseen
luonteeseen. Kun makromaailman kappaleiden tutkimisesta siirrytään
mikromaailman hiukkasiin, hiukkasten olemus muuttuu. Sen mukaan minkälainen
koe järjestetään, hiukkaset ilmenevät kokeessa joko aaltoina
tai hiukkasina. Tätä tarkoittaa kvanttimekaniikan aalto-hiukkas-dualismi. Koska
kaikki hiukkaset ovat myös aaltoja, niillä on aaltojen
ominaisuuksia. Kuten esim. vesiaallot, ne voivat kulkea toistensa läpi,
vahvistaa tai heikentää toisiaan yhteen osuessaan, niitä ei voida
rajata täsmälleen tiettyyn paik kaan tietyllä hetkellä,
jne.
Kvanttimekaniikka on matemaattinen teoria, jossa hiukkasiin liittyviä
aaltoja kuvataan aaltofunktioiden avulla. Näitä aaltofunktioita osataan
käsitellä täsmällisesti matemaattisen formalismin avulla.
Aaltofunktioita ei sinänsä voida havaita. Hiukkasten havaittavia ominaisuuksia
kuvataan aaltofunktioista laskettavilla todennäköisyysaalloilla. Hiukkasiin
liityvillä tapahtumilla on tiettyjä tarkasti ennustettavia todennäköisyyksiä,
mutta esim. yksittäisen hiukkasen liikettä ei voida ennustaa. Tähän
viitataan puhuttaessa kvanttimekaniikan indeterminismistä.
Vaikka kvanttimekaniikka teoriana on hyvin hallittu, toimiva, ristiriidaton,
yleisesti hyväksytty ja mikromaailman ilmiöiden käsittelyssä
välttämätön, on kvanttimekaniikan tulkintaan heti alusta
alkaen liittynyt eräs suuri vaikeus. Se toimii erinomaisesti instrumentalistisessa
mielessä tutkimusvälineenä, antaa oikeita ennusteita ja johtaa
käyttökelpoisiin sovelluksiin, mutta kertooko se tieteellisen realismin
mielessä jotakin fysikaalisesta todellisuudesta?
Kvanttimekaniikan maailma on monella tavoin outo ja vieras. Mitä ovat
kvanttimekaniikan perusoliot? Arkielämässä olemme tottuneet hiukkasiin
ja aaltoihin, jotka ovat sel västi eri olioita. Makroskooppiset kappaleet
ja hiukkaset ovat tietyssä paikassa, niillä on ulottuvuus ja massa,
ne voivat törmätä toisiinsa, jolloin niiden suunta, rata, nopeus,
jne. muuttuvat. Aalloilla ei ole mitään näistä ominaisuuksista.
Mikromaailman oliot, joita kvanttimekaniikka kuvaa, näyttäisivät
kuitenkin olevan molempia. Täten esim. valo ilmenee yhtäältä
valohiukkasina, fotoneina, valokvantteina, tai toisaalta sähkömagneettisen
kentän aaltoliikkeenä.
Kvanttimekaniikkaa yritetään tavallisesti ymmärtää
ns. Kööpenhaminalaisen
tulkinnan pohjalta, joka on lähtöisin erityisesti Niels
Bohrin, mutta myös Werner
Heisenbergin ja muiden kuten Wolfgang
Paulin, Luis De
Broglien, Max Bornin,
Erwin Schrödingerin
Kööpenhaminassa, Berliinissä ja Göttingenissä 1900
luvun alussa vaikuttaneiden kvanttimekaniikan perustajien ja kehittäjien
ajatuksista. Berliinissä vuoropuheluun osallistui merkittävästi
myös mm. Albert Einstein. Mitä Kööpenhaminalainen tulkinta
sisältää, siitä ei kuitenkaan edelleenkään olla
yleisesti yhtä mieltä. Se on eri tutkijoiden eri tavoin muotoilema
kuvaus kvanttimekaniikan todellisuuskuvasta. Se sisältää yleensä
ajatuksen, että meidän makromaailmasta peräisin olevat käsitteemme
eivät enää ole riittäviä näiden ilmiöiden
käsittelyyn. Kun kuvaamme kvanttimekaniikalla mikromaailman ilmiöi
tä joudumme näennäiseen ristiriitaan – aalto- ja hiukkaskuvailuun – siksi,
että olioiden perusluonne on jotakin, jota me emme voi tavoittaa.
Tämä oli Bohrin komplementaarisuuden perusidea.
Toinen kvanttimekaniikan tulkinnan peruspiiirre oli, että havaitsevan
subjektin ja havainto-objektin välinen ero nähtiin ongelmalliseksi.
Ei ole mahdollista erottaa havaitsijaa ja todellisuutta toisistaan. Ihminen
ei ole vain sivusta seuraava havaitsija (detached observer), vaan aktiivinen
muokkaaja ja toimija maailmassa. Todellisuuden perimmäistä luonnetta
ja sen objektiivista ihmisestä riippumatonta asemaa ei enää voinut
pitää itsestään selvänä.
Mittauksen ongelma on keskeinen kvanttimekaniikan perusteisiin liittyvä
periaatteellinen vaikeus. Mittaus edellyttää mittalaitteiston ja havainto-objektin
vuorovaikutusta. Mittaustulos ei kuitenkaan anna olioiden ominaisuuksia mittauksesta
riippumattomina, sillä mittaukseen liittyvä vuorovaikutus häiritsee
mitattavaa systemiä. Häiriö on aina vähintään
yhden kvantin suuruinen. Jos mitattavat suureet ovat samoin kvanttien suuruisia,
ei havainto-objektin tilasta ennen mittausta voida sanoa mitään. Olio
sinänsä mittauksesta riippumattomana jää tavoitamatta. Havaitseva
subjekti siis vaikuttaa havaintotulokseen, eikä realismin edellyttämää
havaitsijasta riippumatonta mikrosysteemin tilaa voi mitata. Edelleen, havainto-objekti
on mikrosysteemi, jonka kuvaus on mah dollista vain kvanttimekaniikan kielellä,
laitteisto tai viimeistään havaitseva subjekti on makrosysteemi, jonka
kvanttimekaaninen kuvaus ei ole mahdollinen. Miten siirtymä kuvauskielestä
toiseen voisi tapahtua? Aalto, hiukkanen, rata jne. ovat ihmisen makromaailmasta
luomia käsitteitä, joilla ei ehkä olekaan vastinetta mikromaailman
todellisuudessa.
Kööpenhaminalaisen kvanttimekaniikan eräs keskeinen prinsiippi
on Heisenbergin
epätarkkuusrelaatio. Sen lähtökohta on dualismin herättämä
kysymys: Jos hiukkanen on myös aalto, mitä voidaan sanoa sen samanaikaisesti
mitattavista paikasta ja liikemäärästä? Heisenberg osoitti,
että näiden suureiden samanaikaisten mittausten tarkkuudella on raja.
Itse asiassa epätarkkuus ei koske vain mittauksia, vaan tietoa yleensä:
näiden suureiden samanaikaisia arvoja ei voida tietää rajattomalla
tarkkuudella vaikka käytössä olisivat äärettömän
tarkat mittalaitteet.
Kaksoisrakokoe
Kaksoisrakokoetta
pidetään malliesimerkkinä kvanttimekaanisesta mittauksesta. Muutama
vuosi sitten fysiikan julkaisusarjan Physics Today lukijat äänestivät
kaksoisrakokokeen
kaikkien aikojen merkittävimmäksi kokeeksi fysiikassa. Kokeen esitti
Robert Young
jo vuonna 1801, mutta kuuluisa kokeesta tuli vasta kvanttimekaniikan yhtey dessä
100 vuotta myöhemmin. Koejärjestelyn periaate on seuraava: Annetaan
valon kulkea vajostimessa olevan kapean raon läpi. Tämä valo
pannaan sitten kulkemaan vielä uudessa varjostimessa olevien kahden kapean
raon läpi ja tarkastellaan näiden rakojen läpi kulkenutta valoa
kolmannella varjostimella. Tällä varjostimella nähdään
rakojen kuvana valoisia juovia. Juovien välissä on tummempia alueita.
Juovia on kuitenkin useampia kuin kaksi. Tämä ilmiö voidaan selittää
valon aaltoluonteen avulla. Sama havaitaan vaikkapa vesiaalloilla: aallot taipuvat
raoissa myös sivulle ja joissakin suunnissa raoista katsoen raoista tulevien
aaltojen huiput osuvat varjostimella yhteen. Tähän kohtaan tulee valoisa
juova. Toisissa suunnissa yhteen osuvat toisen aallon huippu ja toisen aallon
pohja, tällöin aallot sammuttavat toisensa ja tähän kohtaan
syntyy tumma juova. Ilmiötä kutsutaan interferenssiksi
ja se on aaltoliikkeen yleinen ominaisuus ja tunnusmerkki klassisessakin fysiikassa.
Kun valo tuottaa kokeessa interferenssikuvioita, on se selvä osoitus
kokeessa ilmenevästä valon aaltoluonteesta. Kvanttimekaniikan pohjalta
voi herätä kuitenkin kysymys: jos hiukkasilla on aaltoluonne – hiukkasiin
liittyviä aaltoja kutsutaan De Broglien aineaalloiksi – voisiko kaksoisrakokokokeen
interferenssi-ilmiö näkyä myös hiukkasilla? Kyllä voi:
ammutaan hiukkasia, esim. elektroneja tai protoneja kahteen kapeaan rakoon ja
rakojen takana varjostimella nähdään jälleen interferenssikuvio.
Siis hiukkaset ovat myös aaltoja. Entä kuinka monta hiukkasta tarvitaan,
että eri raoista kulkevat hiukkaset saavat aikaan interferenssin? Tehdään
uusi koe, jossa rakoihin ammutaan aina vähemmän ja vähemmän
hiukkasia kerrallaan? Lopulta ammutaan vain yksi hiukkanen kerrallaan. Jos vain
yksi rako on auki, ei interferenssiä synny, mutta heti kun toinenkin rako
avataan, havaitaan interferenssikuvio. Yksi hiukkanen kulkee siis molempien
rakojen kautta! Eikä tässä kaikki: interferenssikuvion häviämiseksi
riittää, että rakoihin asetetaan ilmaisin, joka kertoo että
raosta kulkee hiukkanen. Hiukkanen ei siis halua meidän tietävän
kummasta raosta se kulkee, vaan haluaa meidän uskovan, että se kulkee
molempien rakojen kautta yhtäaikaa, kuten aalto. Interferenssikuvio varjostimella,
esim. valokuvauslevyllä tai hiukkasilmaisimessa, muodostuu jälleen
yksittäisistä osumakohdista, siis hiukkasista.
Viime aikoihin asti on uskottu, että kvantti-interferenssi ilmenee kokeissa
vain riittävän pienillä, korkeintaan atomin suuruusluokkaa olevilla
hiukkasilla. Kuten esitykseni aluksi kerroin, Anton Zeilinger on tutkijaryhmineen
viime vuonna tehnyt Wienissä kokeen, jossa 70 hiiliatomin fullereenimolekyyli
tuottaa kaksoisrakokokeessa edellä kuvatun kvantti-interferenssin. Fullereeni
on ns. nanoputkien ja muiden hiilinanoraken teiden peruskomponentti. Zeilingerin
mukaan näyttäisi siltä, että periaatteessakaan ei olisi
rajaa, kuinka suurilla hiukkasilla kvantti-interferenssi voitaisiin havaita.
Mitä suurempi hiukkanen, sitä vaikeampaa kokeen suorittaminen vain
on käytännössä: sitä pienempiä ovat hiukkaseen
liittyvät De Broglien aineaallot, sitä kapeampia rakoja vaaditaan,
sitä vaikeampi on säilyttää hiukkasen eri osien eräänlainen
yhtenäisyys, ns. koherenssi, jne.
Aluksi mainittu EPR-paradoksi liittyy toiseen kvanttimekaniikan peruskokeeseen.
Kokeesssa ilmenee ns. kvanttiteleportaatioilmiö, hiukkasten ominaisuuksien
kaukosiirto. Einstein, Podolsky ja Rosen esittivät vuonna 1935 julkaistussa
artikkelissa ajatuskokeen, joka seuraa kvanttimekaniikan formalismista kun sitä
sovelletaan yhteenkytket tyihin, ns. kvanttikietoutuneisiin (quantum entangled)
hiukkasiin. Tarkastellaan hiukkasia tai yksittäisiä fotoneja, valokvantteja,
jotka synnytetään tietyllä tavalla, siten että niiden tietyt
ominaisuudet ovat toisiinsa kytkettyjä. Esim. laserin valon fotonit voivat
olla kvanttikietoutuneita. Yhteenkytkettyjä ominaisuuksia voivat olla esim.
valon polarisaatio tai hiukkasen spin.
Kun sitten tällä tavoin kvanttikietoutuneet hiukkaset tai fotonit
ammutaan vastakkaisiin suuntiin ja mitataan hiukkasten spinejä tai fotonien
polarisaatiota, niiden kytkentä säilyy etäisyydestä riippumatta.
Zeilinger yhteistyökumppaneineen on tehnyt kokeen, jossa hiukkasten kytkentä
säilyy aina 144 km etäisyydelle. Kokeessa mitattiin fotonien polarisaation
kytkentää Kanarian saarten välillä. Toista fotonia mitattiin
La Palman saarella ja toinen lähetettiin ilmaan Teneriffalla, jossa ESA:n
(European Space Agency) teleskooppi toimi vastaanottimena. Tämä etäisyys
ei kuitenkaan varmasti ole yläraja, vaan suunnitelmissa on koe nimeltä
Space-QUEST, jossa käytettäisiin kansainvälistä ISS avaruusasemaa
linkkinä kahden maa-aseman välillä, jolloin etäisyys olisi
jo yli 1000 km. Tulevaisuudessa suunnitellaan vastaavia kokeita planeettaluotainten
välillä.
Mitä kummallista sitten on hiukkasten välisen kytkennän säilymisessä?
Hämmästyttävä havainto on siinä, että toinen hiukkanen
tuntuu tietävän, mitä toiselle hiukkaselle tehdään.
Kun hiukkasen A spin mitataan kaukana hiukkasesta B, hiukkaselle B mitattu spin
riippuu siitä miten hiukkasen A spiniä on mitattu. Voidaan järjestää
jopa niin, että spinin mittaussuunta hiukkaselle A valitaan ja sitä
muutetaan sen jälkeen kun hiuk kaset ovat lähteneet matkaan. Muutokset
voivat olla niin nopeita, että edes valon nopeu della kulkeva signaali
ei ehtisi kertomaan hiukkaselle B mitä hiukkaselle A on tehty. Kun sitten
suuren mittausjoukon tuloksia myöhemmin verrataan, huomataan täydel
linen korrelaatio hiukkasten A ja B mittaustuloksissa. Toisen hiukkasen havainto
siis määrää toisen hiukkasen kvantimekaanisen tilan, olivatpa
hiukkaset kuinka kaukana toisistaan hyvänsä.
EPR-julkaisussa Einstein haluaa pitää kiinni todellisuuden realistisesta
ja lokaalisesta tulkinnasta. Realismi tarkoitti Einsteinin mukaan sitä,
että fysikaalisen systeemin mittaustulokset tiettynä hetkenä
ja tietyssä paikassa riippuvat vain systeemin ominaisuuksista, sen fysikaalisesta
todellisuudesta. Lokaalinen tulkinta tarkoitti sitä, että systeemin
mittaustulokset eivät voi riippua saman hetkisestä tapahtumasta jossakin
toisessa paikassa. Koska kvanttimekaniikka kuitenkin johti ajatuskokeeseen,
jossa jompi kumpi – realismi tai lokaalisuus – ei näyttäisi pitävän
paikkaansa, Einstein päätyy esittämänsä ajatuskokeen
perusteella tulokseen, että kvanttimekaniikan kuvaus ei voi olla täydellinen,
ts. että hiukkasten täytyy kuljettaa mukanaan joitakin tuntemattomia
ominaisuuksia, jotka vaikuttavat kokeen tuloksiin. Tällaisia käsityksiä
on myöhemin kutsuttu piilomuuttujateorioiksi (hidden parameter theories).
Nämä kvanttimekaniikalta piilossa olevat ominaisuudet vaikuttaisivat
siihen, että EPR-koetilanteen tulosten kvanttimekaaninen kuvaus rikkoo
lokaalista realismia vastaan.
Vuonna 1964 John
Bell ja myöhemmin mm. Tony
Leggett ja Anton Zeilinger osoittivat, että piilomuuttujateorioita
voidaan kokeellisesti testata. Ns. Bellin
teoreeman mukaan mikä hyvänsä lokaalinen ja realistinen tulkinta
on ristiriidassa kvanttimekaniikan kanssa. Bellin epäyhtälöt
antavat tiettyjä ehtoja EPR kokeen hiukkasten ominaisuuk sien, esim. spinien
jakautumalle. Näitä hiukkasten spinien jakaumia on sitten viime vuosikymmeninä
testattu lukuisissa EPR-ajatuskoetta jäljittelevissä kokeissa. Tulos
on lähes aina ollut sama: epäyhtälöt eivät pidä
paikkaansa. Tämä osoittaa, että kvanttimekaniikka ei voi olla
yhteensopiva minkään realistisen ja lokaalin teorian kanssa.
Viime vuonna Gröblacher ja Zeilinger tutkijaryhmineen julkaisivat kokeen
tulokset joihin esitykseni alussa viittasin, jossa tarkoin alkuperäistä
EPR-ajatuskoetta vastaavissa koeolosuhteissa tutkijarymä katsoo osoittaneensa
että myös kaikki ei-lokaalit realistiset teoriat ovat yhteensopimattomia
kvanttimekaniikan kanssa. Kvanttimekaniikan ennusteet – edellä kuvatut
hiukkasten EPR-kokeen korrelaatiot voitiin toisaalta kuitenkin jälleen
kerran vahvistaa samassa, edellisiä täydellisemmässä EPR-kokeessa.
Näiden Zeilingerin viime vuonna julkaisemien koetulosten jälkeen
vaikuttaa siltä, että EPR-kokeen kvanttimekaaniset tulokset, hiukkasten
ominaisuuksien korrelaatio yli pitkien etäisyyksien, on lopullisesti kokeellisesti
verifioitu. Melko yleisesti päädytään myös siihen käsitykseen,
että joko lokaalisuudesta tai realismista on fysiikassa luovut tava. Näin
ajattelevat mm. Leggett, Alain
Aspect, joka on julkaissut aikaisempia EPR-kokeita, ja Zeilinger ryhmineen.
Molempien – realismin ja lokaalisuuden – katsotaan yleisesti olevan fysiikan
todellisuuskäsityksen kulmakiviä.
Ratkaisuksi tähän ongelmaan esittää Hugh
Everett ns. monen maailman tulkintaa (
many worlds interpretation). Hänen mukaansa realismi ja lokaalisuus
voidaan pelastaa, jos sensijaan, että uskotaan havaitsijan hiukkaselle
A tekemän mittauksen vaikuttavan hiukkasen B mittaustulokseen, ajatellaankin,
että hiukkasella B on kyllä edelleen kaikki mahdoliset spintilat,
mutta ne ilmenevät eri maailmoissa. Me itse olemme olemassa vain yhdessä
maailmassa, siinä, jossa meidän havaintomme ilmenevät. Tämän
tulkinnan mukaan kvanttimekaniikan indeterminismi yleensäkin havaitaan
vain meidän maailmas samme, muissa maailmoissa, joita me emme voi havaita,
kaikki mahdolliset mikromaail man ilmiöt tapahtuvat ja maailmojen kokonaisuus
on edelleen klassisen fysiikan tapaan täysin deterministinen. Everettin
tulkinnan mukaan jokainen kvanttimaailman mittaus ikäänkuin laukaisee
lukemattoman määrän muita maailmoja.
Fyysikot ovat esittäneet monia muitakin ehdotuksia kvanttimekaniikan
synnyttämään realismin tai lokaalisuuden ogelmaan. Esim. David
Bohmin mukaan hiukkasten erillisyys on meidän kolmiulotteisen maailmamme
näköharha. Bohm kutsuu tätä maailmaa eksplisiittiseksi maailmaksi.
Tämä maailma on projektio meille näkymättö mästä
moniulotteisesta impisiittisestä hyperavaruudesta, jossa maailmankaikkeus
on jakamaton kokonaisuus. Tätä näkökantaa on kutsuttu myös
neorealistiseksi. John Wheelerin
mukaan taas, klassisen realismin käsitystä että maailma on meistä
riipumaton, ei voida pelastaa. Kaikessa toiminnassaan ja valinnoissaan ihminen
on osallisena maailmassa, muokkaa, synnyttää ja luo sen tapahtumia.
Filosofian alaa, joka tarkastelee kaiken olevaisen perimmäistä
luonnetta, kutsutaan metafysiikaksi. Tiedon olemuksen filosofiaa kutsutaan epistemologiaksi
ja todellisuuden perustavimpien rakenteiden filosofiaa ontologiaksi.
Saman jaon mukaan erotetaan usein tieto-opillinen realismi ja ontologinen realismi.
Ontologisissa käsityksissä todellisuuden perimmäisestä
luonteesta on aina antiikin ajoista lähtien asti vaikuttanut kaksi suurta
valtavirtaa. Toinen suunta on tähdentänyt todellisuuden materiaalista
perustaa, toinen todellisuuden ideaalista perusluonnetta. Äärimmäisen
materialistisen tulkinnan mukaan, kaikki mikä on todellista, voidaan materialistisen
reduktion avulla palauttaaa aineeseen ja siis viime kädessä fysiikan
tutkiman mikromaailman olioihin. Realistinen materialisti on objektivisti, hän
uskoo siihen, että ihmisestä riippumaton todellisuus on objektiivisesti
olemassa, se on fysikaalinen ja että fysiikan tutkimus voi periaatteessa
antaa oikean, tarkan ja täydellisen kuvan tästä todellisuudesta.
Naiiville realistille todellisuus on juuri sitä, mitä havainnot hänelle
osoittavat.
Toisaalta jyrkän idealismin
todellisuutta ovat vain ihmisen mielen luomat ideat. Lievemmässä ja
modernimmassa muodossa idealistinen näkemys tunnustaa aineellisen maailman
todellisuuden, mutta vaatii, että myös aineesta riippumattomalle todellisuu
delle myönnetään todellisuusarvo. Siten esim. abstraktit mielen
sisällöt, arvot, tunteet, ajatukset jne. ovat todella olemassa ja
ne ovat inhimillisesti tärkeitä ja merkityksellisiä.
Filosofisen konstruktivismin näkökanta on, että käsityksemme
maailmasta on ihmisen konstruktio, emme ole tiedon passiivisia vastaanottajia,
vaan muokkaamme itse todellisuutta havainnossamme. Luonnontiedekin on siten
vain yksi inhimillinen tapa kuvata ja jäsentää maailmaa. Konstruktivismin
kanta on realismille ja objektivismille vastakkainen.
Lyhyessäkään todellisuutta tarkastelevassa esityksessä
ei voitane jättää mainitsematta vähintään joitakin
näiden filosofisten ongelmien perusteita pohtineita uuden ajan filosofeja.
Rene Descartes
toi dualistisen ajattelun lähtemättömästi filosofiaan ja
myös tieteelliseen ajatteluun. Maailma ja ihminen joutuivat palautumattomasti
eroon toisis taan. Siten tieteessäkin havaitsija ja havaintokohde on erotettava
toisistaan. Descartes myös osoitti tiedon ulkomaailmasta ongelmalliseksi.
Mikä sitten on havaitsijan ja havaintokohteen suhde? Havaitsijan ja
todellisuuden riippumattomuuden asetti perustavalla tavalla kyseenalaiseksi
Immanuel Kant, jota
on joskus pidetty jopa kaikkien aikojen suurimpana filosofina ja hänen
ajatteluaan filosofian Kopernikaanisena vallankumouksena. Kantin mukaan inhimillinen
kokemus on kaiken tiedon perusta. Kokemus ei kuitenkaan synny havainnoista ihmisen
mielessä ilman ennakkoehtoja, vaan kaikki kokemus ilmenee havainnoista
inhimillinen tulkinnan muokkaamana. Kokemus ei kerro todellisuudesta sinänsä,
vaan todellisuudesta ihmisen näkökulmasta. Kant erotti tiedostavan
subjektin, sille ilmenevän fenomeenien maailman ja olioiden maailman sinänsä.
Havainnoimme aisteillamme ja ymmärrämme järjellämme siten
kun niitä koskevat inhimilliset ennakkoehdot antavat mahdollisuuden. Siten
esimerkikisi siitä mitä luonnossa – todella – tapahtuu, olioiden maailmasta
sinänsä, meillä ei ole tietoa, luonnon tapahtumat vain ilmenevät
meille luonnonlakeina. Kantin mukaan ihminen ei ole löytänyt luonnolakeja
luonnosta, vaan on itse asettanut ne luonnolle.
Descartesin ja Kantin oivallusten pääperiaatteet ovat nykyäänkin
laajalti tunnustettuja ja luultavasti ainakin useimpien luonnotieteilijöidenkin
hyväksymiä. Monet fyysikot, mm. Bernard d`Espagnat, lähestyvät
Kantin ajattelutapaa. d`Espagna`n mukaan mm. EPR-kokeissa ilmenevä
todellisuus ei koske todellisuutta sinänsä, vaan ns. hunnutettua todellisuutta
(veiled reality).
Kvanttimekaniikkaan liittyviä filosofisia kysymyksiä on Suomessa
tarkastellut 1970- ja 1980-luvuilla mm. K.V.
Laurikainen, joka on myös tutkinut mm. Wolfgang Paulin filosofiaa.
Laurikaisen mukaan, ja hänen Bohrin ja Pauliin tulkintansa mukaan, ihmisen
tietoisuuden – psyyken – vaikutus kvanttimaailmasta tekemiimme havaintoihin on
primaarinen: havaitsija luo hiukkasen kvanttimekaanisen tilan, ennen havaintoa
sitä ei ole olemassa. Yksittäisten hiukkasten tapahtumat ovat – irrationaalisi
– siinä mielessä, että niiden ennustaminen on mahdotonta. Hiukkaset
syntyvät havainnossa, ne näyttäytyvät siinä sen mukaan
minkälainen havainto on päätetty suorittaa ja häviävät
jälleen olemattomiksi havainnon jälkeen.
Viime aikoina kvanttifysiikan filosofiaa on tutkinut Tarja
Kallio-Tamminen, jonka väitöskirjan Quantum Metaphysics (2004)
pohjalta hän on julkaissut suomeksi teoksen Kvanttilainen
todellisuus (2006). Myös monet muut suomalaiset tutkijat ovat julkaisseet
tutkimuksia kvanttimekaniikan filosofiasta.
K.V. Laurikaisen vuonna 1988 perustamassa Luonnonfilosofian
seurassa kvanttimekaniikan filosofiset ongelmat ovat jo monen vuosikymmenen
ajan olleet eräänä keskustelun pääaihepiireistä.
Vuonna 1985 järjestettiin Joensuun yliopistossa symposiumi Foundations
of Modern Physics, 50 years of the Einstein-Podolsky-Rosen – Gedankenexperiment; ja
1988 Helsingin yliopistossa symposio Kvanttifysiikka ja filosofia.
Fysiikan todellisuuskäsitystä voidaan siis hahmotella kvanttimekaniikan
johdattamana fysiikan oman filosofisen tradition – loogisen empirismin ja analyyttisen
filosofian perinteen näkökulmasta. Tällöin kvanttimekaniikan
mukaan näyttää siltä, että tämän perinteeen
todellisuuskäsityksen joistakin kulmakivistä, realismista tai tavanomaisesta
käsityksestä avaruuden paikallisuudesta on luovuttava.
Fysiikan antamaa kuvaa todellisuudesta voidaan tarkastella myös muista
filosofisista perinteistä kuin analyyttisen filosofian viitekehyksestä
lähtien. Konstruktivistisella ajattelulla ja Kantin perusideoilla on merkittävä
asema mm. mannermaisissa eurooppalaisissa filosofisissa järjestelmissä
kuten fenomenologiassa, hermeneutiikkassa ja eksistenssin filosofioissa. Edmund
Husserlin ja Martin Heidggerin perustaman fenomenologian tieteen todellisuuskuvan
kritiikki kohdistuu itse tieteen lähtökohtaan. Sen mukaan, kun fysiikassa
pyritään tarkastelemaan havaitsijasta riippumatonta objektiivista
todellisuutta, kaikkein oleellisin todellisuuden olemus on jo ohitettu. Fenomenologian
mukaan kaiken tiedon lähtökohtana tulee olla ihmisen tiedostusproses
si. Kaikki tietomme ilmenee meille vain sen sallimissa rajoissa. Fenomenologian
mukaan tiede, esim. fysiikka, ei voi sanoa mitään todellisuuden perimmäisestä
luonteesta. Todellisuudesta sinänsä, meistä ihmisistä riippumattomana,
edes sen olemassaolosta, ei fenomenologisen tieteen kritiikin mukaan tiede voi
sanoa mitään.
Fenomenologian uranuurtajia Suomessa ovat olleet mm. Erik
Ahlman, Sven Krohn,
Lauri
Rauhala, Martti Siirala,
Matti Juntunen, Juha Varto
ja myöhemmin sitä ovat tutkineet monet muut.
Fenomenologian näkökulmasta
(esim. Markku Satulehto), matemaattisella kielellä esitetyn fysikaalisen
teorian esittämien teoreettisten olioiden todellinen olemus ei sinänsä
ole matemaattinen, vaan matemaattinen teoria ilmaisee jotakin maailmassa olevaa
tapahtumisen periaatetta, joka vain mahdollistaa monimutkaisen matemaattisten
konstruktion. Tieteellinen tutkimus on tietyn teeman, ei maailman tutkimusta.
Teorian totuus on sitä, että teeman mukaisissa kokeissa maailma antaa
sellaisia vastauksia, jotka ovat mielekkäitä teeman näkökulmasta.
Teorian väitteet siis heijastavat luonnon olemistotuuksia, jotka ymmärretään
maailman kokemuksessa, mutta eivät ole tosia esityksiä luonnosta itsestään.
Ehkä selvimmin fysikalistisen tutkimusasenteen rajoittuneisuuden ajatellaan
tulevan esiin ihmistä ja kulttuuria tutkittaessa. Aika yleisesti ollaan
sitä mieltä, että luonnontie teiden tieteenfilosofia, analyyttinen
filosofia ja looginen empirismi eivät sovellu ihmistutkimuksen filosofiseksi
perustaksi.
Nykyaikaiseseen ihmistutkimukseen soveltuvia tutkimusasenteita ovat sensijaan
juuri femomenologia, hermeneutiikka ja eksistenssin filosofiat. Näihin
filosofioihin perustu vissa holistisissa suuntauksissa pyritään näkemään
ihminen dynaamisena kokonaisuu tena, joka muodostuu kuitenkin erillisistä,
toisiinsa palautumattomista olemuspuolista. Nämä olemuspuolet, esim.
fysikaalinen, biologinen ja tajunnallinen olemuspuoli, ovat jatkuvasti monella
tavalla vuorovaikutuksissa toistensa kanssa. Tietoisuus voidaan ymmärtää
merkitysten kokonaisuutena, jolloin merkityksellä ymmärretään
sitä, että jokin asia merkitsee tai tarkoittaa meille jotakin. Ihmisen
tietoisuus merkityksineen on tässä katsanossa täysin epäfysikaalinen
ja mm. aivoihin palautumaton olemuspuoli, sillä ei ole paikkaa, kokoa,
jne. Esimerkikisi nykyaikaisessa kognitiotieteessä ja aivotutkimuksessa
myönnetään yleisesti, että ihmisen tietoisuuden ongelmaa
ei ole voitu ratkaista aivoja tutkimalla.
Merkitykset viittaavat tajunnassa sekä konkreettisiin ulkomaailman olioihin
– ymmär rämme esim. pöydän pöydäks – että
myös esim. tunteisiin, arvoihin, ajatuksiin yleensä, jne. Merkitysten
palauttaminen fysikalistisen reduktion mielessä fysiikan tutkimuskoh teeksi,
väittämällä esim. että oikeudenmukaisuus tai velvollisuudentunto
voitaisiin jotenkin palauttaa atomien liikkeiksi tai tapahtumiksi, on tässä
ajattelussa mieletöntä. Merkityksiä tulee tutkia niille aidossa
ja niille soveltuvassa lähestymistavassa. Siten esim. aviopuolisoiden ongelmia
tai lasten kasvatuksen kysymyksiä on hyödytöntä tarkas tella
tutkimalla aivojen kemiallisia ja fysikaalisia ilmiöitä. Tämäntapaista
käsitystä ihmisen filosofiasta on Suomessa kehitellyt Lauri Rauhala.
Palataan vielä lopuksi takaisin alussa esitettyyn toteamukseen, että
todellisuutta tutkittaessa tarkastellaan ihmisen suhdetta maailmaan, jolloin
myös ihminen itse joutuu tarkastelun kohteeksi. Tähän viittaa
myös edellä on hahmoteltu kvanttimekaniikan Kööpenhaminalainen
tulkinta, jossa havaitsijaa ja havaintokohdetta ei voida erottaa toisistaan.
Niels Bohrin mukaan
esimerkiksi: Physics is to be regarded not so much as the study of something
a priori given, but rather as the development of methods of ordering and surveying
human experience (The Unity of Human Knowledge” (October 1960), ts.
suomeksi: Fysiikkaa ei tule ajatella niinkään jonkin apriorisesti
annetun (todellisuuden) tutkimuksena, vaan niiden menetelmien kehittymisenä,
joilla luodaan järjestystä ja selvitystä ihmisen kokemukselle. Bohr sanoo
myös, että: It is wrong to think that the task of physics
is to find out how nature is. Physics concerns what we can say about nature. (”The
philosophy of Niels Bohr” by Aage Petersen): On väärin
ajatella, että fysiikan tehtävä on paljastaa minkälainen
luonto on. Fysiikka koskee sitä mitä me voimme sanoa luonnosta.
Heisenberg puolestaan sanoo: What we observe is not nature itself, but nature
exposed to our method of questioning. Se mitä havaitsemme, ei ole luonto
itse, vaan luonto sellaisena kuin se paljastuu meidän kysymyksenasetteluillemme.
Bohr ajattelee (Kallio-Tammisen mukaan) ihmisen aseman olevan keskeinen,
paitsi kvanttimekaniikassa, myös suhteellisuusteoriassa. Ihminen tulee
välttämättömäksi koska avarutta ja aikaa ei voi erottaa
vetoamatta havaitsijaan. Kun absoluuttista avaruutta ja aikaa ei ole olemassa,
tarvitaan aina havaitsija. Havaintoja voidaan käsitellä vain kun tiedetään,
missä havaitsija on ja mihin havaintoja verrataan. Bohrin mukaan suhteellisuusteorian
ja kvanttimekaniikan kuvauksissa todellisuudesta on havaitsijaa koskeva looginen
samankaltaisuus, joka vaatii uudistamaan tavanomaiset fysikaalista todellisuuutta
koskevat ideamme.
Toukokuussa ei ole Komeetan
kuukausiesitelmää, koska silloin ovat valtakunnalliset Tähtipäivät
17.-18.5. Kirkkonummen koulukeskuksessa. Silloin on mm. viisi esitelmää,
näyttely ja esityksiä Ursan planetaariossa. Katso tarkemmin www.ursa.fi/yhd/komeetta/tpaivat/
Eero Rauhala