Kosmokseen kirjoitettua

Tiedettä tieteen vuoksi

16.9.2023 klo 22.06, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Olin tällä viikolla Oxfordin yliopistossa Subir Sarkarin 70-vuotisjuhlakonferenssissa. Kun fyysikot, joilla on ollut iso vaikutus alaansa sekä paljon yhteistyökumppaneita ja opiskelijoita täyttävät pyöreitä vuosia, läheisillä tutkijoilla on tapana järjestää heidän kunniakseen tieteellinen tapaaminen. Olin itse vuonna 2014 järjestämässä Kari Enqvistin 60-vuotiskonferenssia Enqfest.

Ensimmäinen väittelyn jälkeinen tutkimuspestini oli Oxfordissa vuosina 2002-5. Nimellisesti esihenkilöni taisi olla Graham Ross, mutta hän oli koko ensimmäisen vuoden CERNissä, joten olin Subirin vaikutuspiirissä.

Subir väitteli vuonna 1982 Mumbain Tata-instituutissa, ja siirtyi sieltä CERNiin ja Oxfordin yliopistoon. Hän on fyysikon lisäksi toiminut aktivistina, ja on muun muassa tehnyt vapaaehtoistyötä Bhopalissa sen kun siellä oli tapahtunut maailman pahin teollisuusonnettomuus.

Konferenssi avattiin lukemalla viestejä tutkijoilta, jotka eivät päässeet paikalle. Enqvist kirjoitti tajunneensa 80-luvulla uransa alussa CERNissä, että ”this guy means business!”. Subir on vahva ja suorapuheinen persoona, eikä siedä hölynpölyä. Samalla hän on kiinnostunut muiden näkemyksistä ja lämmin heitä kohtaan, mikä näkyi konferenssin sydämellisessä tunnelmassa. Subiria kiitettiin kriittisen asenteen opettamisesta ja kannustamisesta sanomaan näkemyksensä riippumatta siitä, kuka suuttuu.

Vaikka tällaisen syntymäpäivätapaamisten puheissa on muisteloa yhteisistä ajoista, niiden kärki on tieteessä. Subirin tapauksessa tämä oli erityisen kiinnostavaa kahdesta syystä.

Ensinnäkin Subirin kaari fyysikkona ajoittuu astrofysiikan ja kosmologian kasvuun omiksi tieteenaloikseen. Kuten Rocky Kolb sanoi viestissään: ”kun aloitimme uramme, kosmologiaa ei pidetty kunniallisena ammattina”. Kanssani samaan aikaan Oxfordissa ollut Dan Hooper totesi puheessaan, että vielä 2003 oli epätavallista, että hiukkasfyysikoilla oli mitään tekemistä astrofysiikan kanssa. Nyt jokseenkin jokainen hiukkasteoreetikko on kirjoittanut ainakin pari artikkelia pimeästä aineesta.

Toisekseen Subir on usein mennyt valtavirtaa vastaan, ja kyseenalaistanut johtopäätöksiä, joihin muut ovat langenneet. Erityisesti hän on pistänyt pimeään energiaan viittaavat todisteet tarkkaan syyniin.

Niinpä konferenssi oli kriittinen läpileikkaus hiukkasfysiikan, kosmologian ja astrofysiikan risteykseen. Aiheet vaihtelivat säieteoriasta galaksien jakaumaan, teleskooppien rakentamisesta kvanttilaskentaan, tähtien radoista aksioneihin.

Monissa puheissa tuli esiin se miten teorioiden lisäksi myös havainnot ovat usein väärin. Kymmenen vuotta sitten Subir oli eturivissä epäilemässä, onko kosmisen inflaation gravitaatioaaltoja todella havaittu. Pian selvisi, että kyse oli Linnunradan pölystä. Vastaavia esimerkkejä on useita.

Pitkään oli ongelmana, että litium-7:ää (eli ytimiä, joissa on kolme protonia ja neljä neutronia) nähtiin paljon vähemmän kuin mitä teoria ennustaa maailmankaikkeuden ensimmäisten minuuttien aikana syntyneen. Keith Olive kertoi, miten ongelma on jokseenkin ratkennut sillä, että uudet havainnot osoittavat, että litiumia on tuhoutunut tähdissä enemmän kuin mitä luultiin.

Kun olin Oxfordissa, pohdittiin paljon sitä, että Maapallolle näyttää tulevan paljon enemmän korkeaenergisiä kosmisia säteitä (eli sähköisesti varattuja hiukkasia) kuin mitä teorian mukaan oli mahdollista. Sittemmin on osoittautunut, että monien hiukkasten energia oli mitattu väärin. Toisaalta on ymmärretty, että suurin osa energisimmistä kosmisista säteistä ei ole protoneita, vaan raskaampia ytimiä, mikä vaikuttaa analyysiin merkittävästi. Erityisesti Subir kyseenalaisti tutkijoiden varmuutta siitä, että kyse on protoneista.

Vuonna 2015 väitettiin, että galaksiryppäässä Abell 3827 pimeä aine ei liiku samaa tahtia galaksien kanssa, vaan jää jälkeen. Tämä tarkoittaisi, että kitka hidastaa pimeän aineen liikkeitä, eli pimeän aineen pitäisi vuorovaikuttaa paljon voimakkaammin kuin mitä yleensä ajatellaan. Nämäkin havainnot osoittautuivat vääriksi, kuten Felix Kahlhoefer selitti.

Antonio Masiero kertoi, miten uusien havaintojen myötä eri teoreettiset laskut myonin magneettisesta momentista ovat lähestyneet toisiaan ja havaittua arvoa. Kaksi vuotta sitten nimittäin julkistettiin fanfaarilla uusi mittaus, ja korostettiin sen eroa teoreettisista ennusteista. Masiero päätti puheensa kiittämällä Subiria sen korostamisesta, että fyysikkojen työn ytimessä on epäily, ei varmuus.

Subir on näyttänyt esimerkkiä siinä, miten havainnot otetaan vakavasti mutta skeptisesti, ja miten nykyisten teorioiden ja havaintojen tunteminen pohjustaa avoimuutta uusille vaihtoehdoille.

Yksi tämän hetken outo havainto on se, että isossa mittakaavassa galaksit näyttävät liikkuvan suhteessa kosmiseen mikroaaltotaustaan, vaikka teorian mukaan niiden pitäisi olla levossa toistensa suhteen. On liian aikaista sanoa, onko vika havainnoissa vai onko kyseessä merkittävä löytö. Euclid-satelliitin mittaukset auttavat selvittämään asiaa.

Subir on siinä mielessä vanhan polven tieteilijä, että erikoistumisen sijaan hän on tutkinut monia aiheita. Hän sanoo, että ei ole teoreetikko eikä kokeilija, vaan fyysikko. Loppupuheenvuorossaan Subir pohti sitä, että tieteenalojen kehitys kestää suunnilleen ihmiselämän verran.

Hiukkasfyysikot aloittivat tutkimalla kosmisia säteitä, ja toisen maailmansodan jälkeen he siirtyivät rakentamaan hiukkaskiihdyttimiä. Subir totesi, että on merkittävää, että näin saatiin aikaan organisaatiokulttuuri, joka pystyy tuomaan yhteen tekemään yhteistyötä vapaaehtoiselta pohjalta tuhansia hiukkasfyysikoita. Hiukkasfyysikoiden alallahan vahvat mielipiteet ja omat ideat, ovat tavallisia, ja he yrittävät koko ajan todistaa kollegojensa olevan väärässä.

Astrofyysikot omaksuivat 80-luvulta lähtien tämän täsmällisyyden ja kurinalaisuuden hiukkasfysiikasta, ja ala kasvoi. Vuonna 1990 tähtitieteen ja hiukkasfysiikan risteyksessä työskenteli kenties 200 ihmistä, nyt heitä on yli 10 000. Astrofysiikassa kuitenkin isojen koeryhmien koko mitataan vielä sadoissa, ei tuhansissa. Subirin mielestä tämä sallii nuorille tutkijoille enemmän vapautta.

Subir päätti konferenssin korostamalla, että fysiikan tekeminen on palkinto itsessään: sitä ei pidä tehdä palkintojen eikä edes löytöjen perässä, vaan ymmärryksen vuoksi.