Paras mahdollinen maailma
Näin elävän olennon kannalta katsottuna, tämä olemassa oleva maailma – ja kaikki sen ominaisuudet ja historia – ovat todella hyvät, suorastaan parhaat mahdolliset. Kosminen kehitys kaikkine hienosäätöineen on tuottanut kaiken mitä maailmassa nyt on. Elämänkin.
Tässä kehityksessä oleellisen tärkeää oli – ensin – että maailma syntyi. Kaikki aine ja energia syntyivät tyhjästä, inflaation tuotteena. Maallikon mielestä tuo on yhtä kummallista (tai jopa kummallisempaa) kuin se että tänä päivänä elvytetään Euroopan taloutta painamalla lisää rahaa, ihan vain tyhjän päälle. No, tuon rahan varaan rakennetaan nyt kaikkea aineellista, investoidaan rakennuksiin ja tuotantoon. Nämä sitten alkavat elää omaa ja ihan todellista elämäänsä. Niin kait kävi tuon maailman syntyessäkin …
Inflaatioprosessisssa syntyvästä massasta ja energiasta erityivät vuorovaikutusvoimat: ensimmäisenä niistä erottui gravitaatio – tämä on edelleen omassa laatuluokassaan, sillä sitä ei vielä ole onnistuttu yhdistämään samaan kvanttifysikaaliseen kokonaisteoriaan muiden vuorovaikutsvoimien kanssa. Muita voimia ovat vahva, heikko ja sähkömagneettinen vuorovaikutus. Gravitaatio on synnyttänyt kaikki maailmankaikkeuden massiiviset rakenteteet, kuten planeetat, tähdet, galaksit ja galaksijoukot. Gravitaation suuruus on herkkä juttu: jos se olisi ollut vallitsevaa arvoaan pienempi, tähtiä ei olisi syntynyt, ja jos suurempi, olisi universumi luhistunut oman painonsa alle. Gravitaatio myös muuttuu tähden säteilyenergiaksi joka toimii energialähteenä planeettojen (mahdollisille) eliökunnille.
Vahvat ja heikot vuorovaikutukset vaikuttavat taas hyvin lyhyillä etäisyyksillä, alkeishiukkasten välillä. Vahvat vuorovaikutukset stabiloivat atomien ytimet: ne sitovat kvarkit toisiinsa ja muodostavat protoneita ja neutroneita. Ne myös ja pitävät koossa atomiytimiä sitomalla yhteen protoneita – jotka muutoin positiivisen sähkövarauksensa takia hylkisivät toisiaan – ne myös sitovat protonit atomiytimiin. Vahvan ydinvoima voimakkuus määrää siitä miten lujasti atomiytimet pysyvät kasassa, ja miten helposti ne yhtyvät raskaammiksi ytimiksi. Tämän voiman suuruuden ansiosta ydinreaktiot ovat tuottaneet raskaampia alkuaineita, esimerkiksi happea ja hiiltä, juuri niissä suhteissa kuin ne ovat tuottaneet. Heikot vuorovaikutukset vaikuttavat alkeishiukkasiin – leptoneihin ja kvarkkeihin – siten että ne voivat muuttaa niitä toisiksi hiukkasiksi – tämä on myös valttämätöntä atomiytimien fuusioituessa raskaammiski alkuaineiksi. Sähkömagneettiset vuorovaikutusten kautta taas protonien positiiviset ja elektoriniennegatiiviset varaukset neutraloivat toisensa ja pitävät koossa atomien rakennetta…
Maailmankaikkeuden ominaisuuksia määrittää myös koko joukko kosmisia vakioita – mm. keskitiheys, tiheysvaihteluiden voimakkuus, laajenemisnopeus (= Hubblen vakio), pimeän aineen ja energian määrä, näkyvän aineen ja energian määrä. Kaikkien näiden ominaisuuksiensa takia maailmankaikkeus on sitä mitä se on – kaikkien näiden takia se tuottaa uusia tähtiä, planeettakuntia, ja planeettoja elinkelpoisella alueella. Se tuotaa alkuaineita – kuten hiiltä, vetyä, typpeä ja happea – jotka voivat reagoida keskenään ja tuottaa molekyylejä, kemiaa missä elektronit siirtyvät molekyyliltä toisella ja kuljettavat mukanaan energiaa. Monimutkaisiin yhdisteisiin sitoutuva energia voi tuottaa ja pitää yllä hyvin korkeaa järjestystä. Tämä taas saattaa synnyttää monimutkaisia rakenteita ja niiden monimutkaisia toimintoja. Tämä kaikki yhdessä saattaa johtaa elämäksi kutsuttuun ilmiöön.
Niinkuin lasten ominaisuudet määräytyvät vanhemmilta saaduista perintötekijöistä, niin samalla tavalla elämän ominaisuudet ovat määrätyneet niistä lähtöaineista ja kosmisista ja kemiallisista lainalaisuuksita jotka ovat elämän synnyttäneet. Tämä maailmankaikkeus on ollut paras mahdollinen maailma – ainoa mahdollinen maailma – tuottamaan tällaista elämää – tuottamaan meidät, juuri sellaisina kuin me olemme.
Kosmisesta inflaatiosta keskusteltaessa on oltava tarkkana termien kanssa, jotta puurot ja vellit eivät menisi sekaisin. Kuten Kirsikin blogissaan mainitsi, termillä ”inflaatio” tarkoitetaan yleensä valuutan arvon muutosta,(rahaa painetaan lisää tyhjän päälle) mutta asian ymmärrettävyyden parantamiseksi sana on nykyisin otettu mukaan myös kosmologiaan.
Esimerkiksi Wikipedia kertoo: ”Kosminen inflaatio on kosmologian teoria, jonka mukaan maailmankaikkeus koki alkuräjähdystä seuraavien sekunnin murto-osien aikana tyhjiöenergian aiheuttaman eksponentiaalisen laajenemisen vaiheen.”
Näinhän se ei tarkkaan ottaen mennyt, jos viimeisimmät teoriat luetaan huolellisesti, vaan ensin oli inflaatio ja vasta sen jälkeen alkuräjähdys. Aluksi siis syntyi ”tila”, jossa alkuräjähdys saattoi tapahtua, ja joka laajeni nykykäsityksen mukaan valoa nopeammin. Miten tämä oli mahdollista? Sen vuoksi, että vaikka tyhjiössä ei ole hiukkasia, siinä voi silti olla energiaa. Tämä tyhjiön energia laukesi sitten alkeishiukkasmassaksi. Tätä tapahtumaa kutsutaan alkuräjähdykseksi. Vaikka tapahtumat ajallisesti eroavat toisistaan vain sekunnin miljoonasosien verran, tapahtumajärjestys on tärkeä.
Termi alkuräjähdys on myös harhaanjohtava, koska mikään ei varsinaisesti räjähtänyt. Oikeampi termi olisi vaikkapa ”aineen syntyhetki”. Filosofisesti voidaan pohtia sitäkin, onko meidän maallikoiden parempi olla miettimättä näitä asioita ja antaa kosmologien ja fyysikoiden hoitaa hypoteesit ja niiden selitysmallit oikeaksi harkitsemillaan foorumeilla.
Hyvä Metusaleh,
Kiitokset taas tarkoista kommenteista ja tekstini tarkentamisesta. Kirjoitinkin siellä hiukan huolimattomasti että ”Kaikki (maailman) aine ja energia syntyivät tyhjästä, inflaation tuotteena”, ja jäi mainitematta että siinä välissä tietysti oli se ”pieni alkuräjähdys” – tai ”aineen syntyhetki”, kuten sinä sanot, missä tyhjön energia muuttui säteilyenergiaksi ja aineeksi. Mutta varsinaisesti inflaatio oli se prosessi joka tuon energia-kokonaisuuden (ja sen myötä aineen – nehän ovat yksi ja sama asia, eri muodoissaan) synnytti. Siis, lyhyesti voinee sanoa, että
”Kaikki aine ja energia syntyivät tyhjästä, inflaation tuotteena”.
Kuitenkin pitää sanoa että olen kanssasi täysin eri mieltä siitä että onko meidän maallikoiden aiheellista keskustella näin juhlallisesta aiheesta kuin maailmankaikkeuden alkuhetkistä. Maailmankaikkeuden alku on yksi tieteellisen maailmankuvan kiehtovimmista kohteista, ja kaikilla on siihen lupa ja oikeus perehtyä, ja myös keskustella – myös maallikoilla. Suurella mielenkiinnolla olen itse – kuten ilmeisesti sinäkin – siihen tutustunut. Maallikolle myös aina jää tämä ihmettelemisen ja kyselemisen lupa – tuo yleisesti hyväksytty standardimallihan ei suinkaan edes selitä aukottomasti kaikkia maailmansynnyn vaiheita. Ja onhan se, kaikissa yksityiskohdissaan, maallikolle aika vaikeasti ymmärrettävissä – kuten esimerkiksi se mallin esittämä tosiasia että kaikki maailman olemassa oleva aine ja energia syntyy hetkessä laajenevan tyhjön energiana. Se että puhun rinnakkain tuosta suuresta ”inflaatiosta”, ja tämän päiväisestä talouselämän elvytystempusta – niin eri maailmoita kuin nämä asiat ovat – johtuu siitä että mielestäni tämä analogia oli aika huvittava. Erityisesti huvittava oli tämä elvytystemppu, kun Euroopan keskuspankki osti valtioiden velkakirjoja (taloudellisen) inflaation kiihdyttämiseksi: tyhjästä tehdään jotakin kogreettista, kokonainen talouskasvu. Mutta ei kait pitäisi pilailla vakavilla asioilla – sellaisiahan ne molemmat ovat, sekä maailman synty että talouselvytys. Vitsi ei oikein tainnut mennä edes perille…
Mutta vakavammin puhuen: Tieteen pohtiminen – kokonaisen maailmankuvan ymmärtäminen ja keskusteleminen – kuuluu kaikille. Erityisesti astrobiologian tavoitteena on rakentaa eri luonnontieteistä kokonaista maailmankuvaa: selittää sitä minkälainen on se maailma jossa elämme, mitkä ovat sen tärkeät ominaisuudet ja parametrit jotka tekevät elämän mahdolliseksi, miten maailmassa vaikuttaa syyn ja seurauksen suhteet, joka kohdassa, ja miten ja miksi kaikki on kehittynyt niinkuin on kehittynyt. Maailmankaikkeuden perusparametrit ovat aika tärkeä tekijä siinä miksi maailma on sellainen kuin se on. Siitä huolimatta että tiede ei pohjimmiltaan pysty selittämään niiden alkuperää.
Oikein hyvä juttu että kehittelet tuota alkurysäyksen termistöä – niin vaikeaa kuin tuota valtavaa tapahtumaa onkin sanoittaa. ”Aineen syntyhetki” voi olla hyvinkin parempi termi kuin alkuräjähdys – ainakin näin meidän maallikoiden kesken, mutta luulenpa että oikeat kosmologit pitäytyvät edelleen vakiintuneeseen termistöönsä.
Taisin ilmaista itseäni vähän huolimattomasti, koska tarkoitukseni ei ollut kritisoida Kirsiä blogin aiheesta, vaan jäävätä itseni (ja tasoiseni) maallikkona ottamaan kantaa aiheeseen, joka tosiasiassa ylittää kompetenssini rajat. Pidän Kirsiä ammattitutkijana ja hänellä on suvereeni oikeus kirjoittaa palstallaan mistä aiheesta haluaa. Lisäksi hänen aiheensa ovat järjestään hyvin mielenkiintoisia.
Hiukkasfysiikka universumin syntyhetkineen edustaa jo sellaista tiedon aluetta, johon maallikkoymmärryksellä varustetulla ihmisellä ei ole varaa heittäytyä ainakaan väittelemään. Lukiessani jotakin kosmologiaa käsittelevää kirjaa joudun usein toteamaan itsekseni: Näin se asia kai sitten on, kun kerran itseäni fiksumpi kirjoittaja on tällaiseen tulokseen päätynyt.
Jatka vain kiinnostavien aiheittesi parissa ihan vapaasti Kirsi, vaikka niiden kommentointisuosio ei ihan keskiolutjuttujen tasolle nousisikaan. Tiedän, että moni lukee niitä kiinnostuneena, mutta aiheen haastavuuden vuoksi moni ei ”uskalla” dialogiin heittäytyä.
Hei Metusaleh!
Kiitos taas tästä! Sorry että ymmärsin vähän väärin – näytti siltä että olisit sanonut että meidän tavallisten maallikkojen ei pidä puuttua tuohon kosmologien ”kaikista pyhimpään” aiheeseen. Itse olen sitä mieltä että puututaan vaan! Ja hienoa että sinäkin puutut! Jos ollaan ihan väärässä niin oikaiskoot sitten – sitähän varten nämä keskustelupalstat ovat olemassa. Itseäni kiehtoo se ulottuvuus miten paljon näissä kosmologisissa teorioissa näyttää vielä olevan ”tuntematonta aluetta” – siis sitä tiedon ”pimeää massaa” joka ei noilla tunnetuilla teorioilla (suhteellisuus- ja kvantti- ja niin edelleen) näytä ihan avautuvan. Kosmologitkin itse myöntävät suunnilleen joka toisen kysymyksen kohdalla että ”tätä ei vielä tiedetä” – vaikka sitten toisaalta ovat sitä mieltä että suunnilleen tämä homma jo hyvinkin ymmärretään. Noissa ”suurissa fyysikoissakin” on joitakin sellaisia tyyppejä jotka uskaltavat joskus ehdotella uusiakin teorioita (joista jotkut voivat olla tietysti ihan pimeitäkin…). Itse aikanaan ihastuin kovasti Paul Daviesin kirjaan ”Fifth miracle” (jo vuodelta 1998)- jossa hän pohtii sitä mistä voi syntya se valtava informaatiomäärä (toiminnallista tai merkityksellistä informaatiota kantava satunnaisuus) mitä elämän synty tarvitsee. Davies päätyy ehdottelemaan että maailmankaikkeudessa voi vaikuttaa lainalaisuuksia – esimerkiksi jonkinlainen ”comlexity law” – joka toimisi riittävän moniosaisissa ja komplekseissa systeemeissä niin että ne omien sisäisten vuorovaikutustensa ja takaisinkytkentöjensä kautta alkavat itse rakentaa (feed in) omaa sisäistä kompleksisuuttaan. Hänen mukaansa tämä voisi olla elämä synnyn takana – mutta vaikuttaa myös monissa muissa esim. informaatioteorian jutuissa – tietokonepeleissä, yhteiskunnassa, taloudessa, — ja itse ajattelen että se voisi vaikuttaa monissa ”moniulotteisissa verkostoissa” — niitähän on vaikka mitä, monenlaisia (systeemibiologia ekosysteemit, sää ja ilmasto, talous, kait nuo galaksitkin ovat, aika monimutkaisia?). Davies myös spekuloi, tosin hyvin löysästi, että tuo informaatio voisi jotenkin syntyä kvanttifysiikan lainalaisuuksien kautta (äh – se meni yli hilseen). Jokatapauksessa, ajattelen että ne kysymykset mitä hän siinä kirjassa keskustelee, 17 vuotta sitten, ovat yhä avoimia ja ajankohtaisia – mutta tosi harvat tiedemiehet uskaltavat tai osaavat esittää edes mitään hypoteeseja tuollaisiin isoihin ”ratkaisemattomiin”…
Davies toteaa tuossa kirjassaan että jos joku henkilö olettaa ja uskoo että elämä on yleistä maailmankaikkeudessa niin se samalla uskoo ja olettaa jonkun tuollaisen lainalaisuuden olemassaoloon. Ja niin se on. Uskon varainen juttu, tällä hetkellä!!
Sinisellä taivaalla kulkee valkoisia pilviä, äsken oli rankka sadekuuro ja yläpuolella on jakaranda ja lämpöä on mielestäni mukavat 32 astetta. Kuulen areenasta että siellä kotimaassa on hieman viileämpää. Täällä kun kyselee ihmisten oloa niin he eivät vaihtaisi tropiikin valoa ja pimeitä lämpimiä öitä mihinkään. Eivät voi käsittää pakkasta. Siellä kotisuomessa toivotaan lunta ja revontulia ja valoisia kesäöitä. Niitä useimmat suomalaiset eivät vaihtaisi mihinkään. Oma maa se on kullan kallis, kuitenkin. Monasti siihen vaikuttaa se että siinä on tullut eläneeksi ja sen heikompien puolien kanssa on tottunut elämään ja sitä paitsi, ehkä paremmista olosuhteista tai paikoista ei ole edes kokemusta tai kunnolla edes tietoa. Mitäs jos meidän maailmankaikkeuden suhteen on samoin. Se on selvästi sopiva elämän syntyyn, mutta kun pohdistellaan joidenkin parametrien tiukkuutta tai rajallisuutta ei huomatakaan tai edes tiedetä että voisi olla jotenkin toisella tavalla säädetty maailmankaikkeus, joku toinen yhdistelmä, joka sekin olisi sopiva tai jopa sopivampi elämälle, ehkä toisenlaiselle elämälle. Ajatukset lentää. Ehkä emme kuitenkaan koskaan löydä sitä.
Pidän kyllä jakarandoista ja ne eivät kasva Suomessa.
”Tämä maailmankaikkeus on ollut paras mahdollinen maailma – ainoa mahdollinen maailma – tuottamaan tällaista elämää – tuottamaan meidät, juuri sellaisina kuin me olemme.” Kirsi Lehto
Tiedon puuttuessa kallistun sille kannalle, että tämä maailmankaikkeus on ainoa mahdollinen. Kun näin ajattelee, ei tarvitse pohtia hienosäätöjä.
Tämä maailmankaikkeus on voinut tuottaa muunkinlaista elämää kuin meidän tuntema ja voi tuottaa jatkossakin.
”Kaikki aine ja energia syntyivät tyhjästä, inflaation tuotteena. ” Kirsi Lehto
Eppäillä tuota soppii… Maailma on ollut olemassa aina. Ei ole olemassa sellaista mahdollisuutta kuin tyhjä, ei mitään.
Hyvä Kosmos,
Joo, siinä olet kyllä oikeassa että maailma on ehkä ainoa mahdollinen – ainakin ainoa mistä me voimme mitään tietää. Siis tämä muiden mahdollisuuksien pohtiminen lienee aika turhaa touhua… Mutta kumma juttu että kaikki meni niinkuin meni. Maailma on sellainen kuin on, ja sen seurauksena elämä on sellaista kuin se on.
Kirsi
Tyhjästä syntymistä epäilen entropian eli epäjärjestyksen lisääntymisen perusteella. Jos maailman alkuunpäin mennessä epäjärjestyksen määrä vähenee, miten maailma on voinut alussa joutua suuren järjestyksen tilaan?
… Tämäpä se kumma juttu juuri onkin . Miten on syntynyt järjestystä – (ainetta, informaatiota) sekä maailman alussa, että elämän alussa.
Paul Davies spekuloi että tällaisen tendenssin takana pitäisi olla jonkinlainen universaali complexity law. Mutta sellaista ei tunneta. Vaikka kyllä kait maailmassa on paljonkin sellaista mitä ei tunneta.
Olen lukenut Paul Deviesin kirjan Kultakutrin arvoitus(muutkin Deviesin suomennetut teokset), mutta siitä on jo vuosia. En muista mitä vaihtoehtoja Devies listasi kirjan lopussa, esittämäänsä kysymykseen: miksi maailmankaikkeus on bioystävälline?
Onko kukaan muu tietokirjailija pohtinut aihetta yhtä monipuolisesti?
… VasItseasiassa, koko astrobiologien ammattikunta (tai siis kaikki ne jotke eri luonnontieteiden kautta miettivät elämän mahdollisuutta maailmankaikkeudessa) miettivät juuri tätä peruskyymystä: onko maailmankaikkeus bioystävällinen, vaiko epäystävällinen. Ja jos on, niin miksi.
… Tämä maailman alun kysymys – syntyikö maailma tyhjästä: Tähän kysymykseen olen ihan turhaan koskaan ottanut mitään kantaa- olisi kuulunut vain sanoa että ”en tiedä”. Eikä kukaan muukaan tiedä. Tietämättömyydessäni olen heitänyt ihan vääränlaista arvailua, sanonut että se on syntynyt tyhjästä. Olen nimittäin joskus ”ennen vanhaan” oppimut ja ymmärtänyt väärin, luulemaan että se kosmologien puhuma ”singulariteetti” tarkoittaisi ”tyhjää”. Mutta ei kait se oikeasti tarkoita mitään – kun ei kukaan tiedä minkälaisesta tilasta se maailman alku (inflaatio ja alkuräjähdys) käynnistyivät. siis, mistä maailmankaikkeus sai alkunsa – en tiedä.
Toisaalta voi ajatella niinkin, että universumi on elämälle vihamielinen paikka.
Avaruus on kylmä, lämpötila on vain kolme astetta absoluuttisen nollan yläpuolella (-270 C) ja täynnä elämää tappavaa säteilyä. Supernovat ja gammapurkaukset voivat tuhota elämän jopa tuhansien valovuosien alueelta. Maan kaltaisia elämälle suotuisia paikkoja näyttää olevan harvassa, ehkäpä satojen, vaiko tuhansien valovuosien päässä toisistaan.
Maassa ilmakehä ja magneettikenttä on hyvä suojapanssari säteilyä ja pienempiä kiveniskuja vastaan. Silti jatkuvana uhkana ovat isot asteroidit ja komeetat, suuret tulivuorten purkaukset ja ilmastonmuutokset. Näiden vihan Maa on saanut tuta monta monituista kertaa. Maapallo on pitkiä aikoja ollut jääpallo.
Eikä joukkotuhojen tuhkasta välttämättä verso nopeasti uusi uljas älykäs elämänmuoto. Maan esimerkin perusteella elämä voi pysytellä pakteeritasolla miljardeja vuosia.
Näitä ajattelin kun luin tänä viikonloppuna Kari Enqvistin kirjaa Valo ja varjo.
Synkistelyä Kari keventää huovismaisella huumorilla.
”Sikäli kuin tiedämme, vuosimiljardien merielämä ei hengen korkeuksiin kohonnut vaan jätti jälkeensä kaupunkien raunioiden ja kirjoitettujen annaalien sijaan vain kivettyneitä trilobiittejä ja kotilon kuoria. Meri ei toiminut minkään korkeamman älyn hautomona. Lähes neljä evoluution vuosimiljardia on tuottanut ainoastaan vähäjärkisinä toljottavia kaloja. Tänäkin päivänä meren mensakerholaiset ovat kuivan maan paluumuuttajia. Tämä kertoo meille, etta planeettojen historiankirjoissa voi
helposti vierähtää miljardeja vuosia ilman ainuttakaan television tietokilpailua.
Meri on varmaankin elämän kehto, mutta se voi myös olla älyn hauta. Elämä voi helposti jäädä sen vangiksi. Evoluutiolla ei nimittäin ole mitään erityistä suuntaa.” -Kari Enqvist: Valo ja varjo, Pyhä ja pyhitetty.
Hyvä Kosmos!
Juuri näin! Vihamieliselle paremminkin näyttää elämää kohtaan, tämä maailmankaikkeus – ei ole helppoa eikä todennäköistä että kaikki sattuis sattumaan juuri niin että elämä lähtisi käyntiin, ja sitten vielä kohoaiai korkammalle ajattelun tasolle. Niin että ehkäpä ollaan aikoita kummajaisia tässä maailmankaikkeudessa. Mutta Mistäs Tämänkään Tietää!!! Jos olisi olemassa joku lainalaisuus joka jotenkin edesauttaisi monimutkaisuuden syntyä niin sitten olisi mahdollisuudet jo heti paremmat… Vaikeeta!