Lyijyä ja painoja
Francis Baconin teoksen Novum Organum ilmestymisestä tulee tänä vuonna kuluneeksi 400 vuotta. Olen mielelläni siteerannut Baconin siinä esittämää huomiota, että totuus kehkeytyy ennemmin virheistä kuin sekaannuksesta. Kun tein niin taas viime syksyn kurssilla Fysiikkaa runoilijoille, ajattelin, että pitäisi varmaan lukeakin kirja. (Puhuin kirjasta hieman marraskuussa Kauniaisten musiikkijuhlilla.)
Novum Organum on tieteenhistorian keskeinen teksti. Nimi tarkoittaa uutta työkalua, ja kirjassa Bacon hahmottelee uudenlaista tapaa ymmärtää maailmaa, nimittäin (nykykielellä ilmaistuna) tieteellisiä menetelmiä ja luonnontieteellistä maailmankuvaa. Bacon oli protofyysikko: hänen ideansa ja käytäntönsä eivät olleet vielä fysiikkaa, ja niissä oli keskeisiä puutteita. Mutta hänen tekstinsä oli tärkeä harppaus matkalla filosofiasta luonnontieteeseen.
Kirjan alkupuolen kantava teema on antiikin filosofien ja heidän ihailijoidensa haukkuminen. Onkin hauska huomata, että fyysikoiden ylenkatsova asenne filosofeihin on vanhempi kuin fysiikka. Bacon jakaa filosofit ”kahteen perheeseen” joista yksi löytää uutta tiedettä ja toinen (kenties siksi, Bacon anteeksiantavasti kertoo, että sen jäsenet ovat kiireisiä tai tyhmiä) vain selittää sitä. Tämä tuo mieleen C.P. Snow’n noin 300 vuotta myöhemmin kirjoittaman valituksen siitä, miten älyköt ovat jakautuneet ”kahteen kulttuuriin”, luonnontieteelliseen ja humanistiseen.
Bacon vertaa sitä, miten filosofisiin pohdintoihin nojaava luonnon ymmärtäminen oli polkenut antiikin ajoista paikallaan siihen, miten käsityöt, metallityöt, kellojen tekeminen ja muu teknologia oli edistynyt. Myös tutkimusmatkat osoittivat, että maailma on antiikin ideoita laajempi ja siinä oli uutta löydettävää.
Teksti kertoo muutoskaudesta, jolloin horisontit avautuivat. Fysiikan sanastoa ei vielä ollut, ja Bacon lainaa sanoja oikeustieteestä (vieläkin puhutaan fysiikan laeista), kieliopista, tähtitieteestä, valtiotieteestä (fysiikan hyödyntäminen näyttäytyy samanlaisena valloittamisena ja alistamisena kuin valtioiden tutkimusmatkat ja vallankäyttö) ja lääketieteestä.
Bacon peräänkuuluttaa auktoriteettien hylkäämistä ja pidättyneisyyttä kannan ottamisessa ennen kuin asioista on kunnollista tietoa. Bacon kirjoittaa toivovansa, että hänen ideoidensa seuraajia ei muisteta siitä, että he olisivat tehneet mitään suurta, vaan siitä, että he antoivat vähemmän arvoa asioille, joita pidetään suurina. Bacon on armoton kuvatessaan aikansa tieteen tilaa: ”Nykyinen ihmisten ajattelu on romukasa, joka on rakentunut monista uskomuksista ja sattumuksista, sekä lapsellisista käsityksistä, joita imimme varhaisina vuosinamme.”
Vastalääkkeeksi Bacon korostaa asioiden yksityiskohtaista tarkkailua, havaintojen laajaa kirjaamista muistiin, sekä havaintojen tekemistä ideoiden pohjalta ja ideoiden tarkistamista havainnoilla. Havaintojen käyttäminen maailman ymmärtämisessä ei ollut uusi idea. Bacon kuitenkin oivalsi, että kannattaa erikseen järjestää tilanteita joita havaita (esimerkiksi lämmittää ilmaa leilissä) – eli tehdä kokeita.
Idea kokeista oli niin uusi, että Bacon käyttää sekaisin sanoja koe ja kokemus, erottelematta kielessä välittömiä kokemuksia ja niiden heikkouksia välttämään pyrkiviä järjestelyitä.
Bacon jakaa kokeet kahteen joukkoon: niihin, joiden tuloksista on välitöntä hyötyä ja niihin, jotka kantavat hedelmää vasta myöhemmin. Hänen varoituksensa ajatella pitkää aikajännettä ja olla panostamatta vain edellisiin pikavoittojen toivossa tuntuu kaukonäköiseltä. Bacon oli aikaansa edellä myös korostaessaan instituutioiden ja ihmisryhmien merkitystä kokeiden tekemisessä, ottaen mallia laivanrakennuksesta ja muusta teknologisesta toiminnasta, mikä oli perinteiselle filosofiselle lähestymistavalla vierasta. Bacon myös teroittaa laitteiden (kuten mikroskoopin ja teleskoopin) tärkeyttä havaintojen laajentamisessa välittömien aistikokemusten tuolle puolen. Tässä ollaan sittemmin edetty alueille, joista Bacon ei osannut edes uneksia: nykyään tiedämme, että suurin osa maailmankaikkeudesta on meille näkymätöntä, ja on selvää, että kokeita voi tehdä vain laitteilla.
Bacon pitkät luettelot havainnoista ja niihin liittyvistä kysymyksistä osoittavat miten vähän tuolloin tiedettiin asioista jotka ovat nykyään itsestään selviä. Bacon ei esimerkiksi tee eroa lämmön ja lämmön kokemuksen välillä – niinpä käteen lämpimältä tuntuva turkki on hänelle samanlainen lämmön lähde kuin nuotio. Henget ovat vielä keskeinen tapa ymmärtää aineen ominaisuuksia, vaikka ne tuntuvat jo riisutuilta yliluonnollisesta painolastista. Teksti ei avaa vain sitä, miten paljon nykyään tiedämme, vaan myös sitä, miten pieni määrä käsitteitä selittää paljon. Esimerkiksi se, että ilma koostuu hiukkasista selittää äänen, lämmön, paineen ja sen miksi jotkut asiat nousevat ylös tai painuvat alas, mutta Baconin aikaan nämä olivat kaikki erillisiä kysymyksiä.
Bacon ajatteli, että totuuden saa selville tekemällä kattavasti kaikenlaisia havaintoja ja nousemalla niiden avulla tikas kerrallaan, vailla tarvetta filosofisille oletuksille ja teorioille. Yksittäisistä havainnoista ei kuitenkaan ole mahdollista selvittää yleisiä lakeja ilman oletuksia, sen enempää filosofiselta kannalta kuin käytännössä.
Teoreettisessa fysiikassa puhutaan nykyään kahdesta lähestymistavasta, bottom-up ja top-down, eli pohjalta ylös ja huipulta alas. Edellinen on lähellä Baconin ideaa siitä, miten ymmärrys rakennetaan etenemällä siitä, mitä voimme nyt havaita. Jälkimmäisessä lähdetään teoreettisista ideoista, jotka ovat kaukana siitä mitä tiedämme todeksi.
Fysiikassa on edetty molempia reittejä; yleinen suhteellisuusteoria ja kosminen inflaatio ovat esimerkkejä ideoista, jotka kehitettiin kaukana tunnetusta fysiikasta ja havainnoista, mutta jotka ovat olleet erittäin ennustusvoimaisia. Baconilta puuttunut pala, joka on tehnyt tämän mahdolliseksi, on matematiikan käyttäminen teorioiden täsmälliseen ilmaisemiseen ja kehittämiseen. Tämä vallankumous alkoi pian Baconin jälkeen, ja vuonna 1687 Isaac Newton julkisti ensimmäisen fysiikan teorian, klassisen mekaniikan.
Matemaattisilla malleilla on omat rakenteensa, jotka eivät vain tiivistä havaintoja ja ennusta uusia, vaan myös kanavoivat ajattelua tiettyihin suuntiin ja sulkevat toisia pois. Bacon tunsi hyvin sen ongelman, että arkiajatteluun perustuvat filosofiset pohdinnat voivat harhautua minne sattuu, koska ei ole rakennetta niitä ohjaamaan:
”Meidän ei tarvitse antaa ihmisten ymmärrykselle siipiä, vaan ennemmin lyijyä ja painoja, jokaisen hypähdyksen ja pyrähdyksen hillitsemiseksi. Eikä tätä ole ennen tehty; mutta kun se on tehty, voimme toivoa tieteeltä enemmän.”
Matemaattisia rakenteita on toki lukuisia, ja huipulta alas kulkeva reitti voi juuttua paikalleen, jos on valinnut rakenteen, joka ei kuvaa todellisuutta tai jossa on vaikea edetä, kuten säieteorian multiversumipohdinnat osoittavat.
Baconin esittämä kokeellinen ja rationaalinen tarkastelutapa tuntuu nykynäkökulmasta ilmeisen yksinkertaiselta. Se, miten myöhään nuo ideat keksittiin kertoo kuitenkin, miten vaikea ne oli löytää. On hankala vieroittua siitä, mitä on oppinut ja vaikea kehittää uutta mittatikkua, jolla arvioida ajattelun perusteita. Tässä ympäristön vaikutus on keskeistä: ihmisen ajattelu kasvaa suhteessa muihin ihmisiin ja tieteen edistys kietoutuu yhteiskunnan kehitykseen.
Baconin lukeminen muistuttaa myös siitä, että tieteellinen maailmankuva on lähestymistapa totuuden selvittämiseen, ei kokoelma lausuntoja siitä, mikä on totta.
Mielenkiintoinen kirjoitus Francis Baconin ajattelusta. Wikipedia kertoo seuraavaa hänen uskonnollisista käsityksistään.
He believed that philosophy and the natural world must be studied inductively, but argued that we can only study arguments for the existence of God.
In his Essays, he affirms that a little philosophy inclineth man’s mind to atheism, but depth in philosophy bringeth men’s minds about to religion.
Francis Bacon kuoli v. 1626 Highgate’ssa.Lontoon ulkopuolella, Nyt Highgate on Lontoon kaupunginosa, jonne pääsee metrolla. Lienee kohtalon ivaa, että siellä on hautausmaa, missä on Karl Marxin hauta. Marx nimittäin sanoi, että uskonto on oopiumia kansalle.
Räsänen: ”Baconin lukeminen muistuttaa myös siitä, että tieteellinen maailmankuva on lähestymistapa totuuden selvittämiseen, ei kokoelma lausuntoja siitä, mikä on totta”.
Räsänen aiemmin: ”Kuten Bohr aikoinaan lausui: ”On väärin ajatella, että fysiikan tehtävänä olisi selvittää, millainen maailma on. Fysiikka käsittelee sitä, mitä voimme sanoa maailmasta.””
Tuntuu joskus siltä, että tämä selvittelijöiden määrä siitä ”millainen maailma on” on solipsismmin ja ”ajatusdemokratian” hengessä vain lisääntynyt. Ongelmahan syntyy osaltaan siitä, että teoreettinen nykyfysiikka kera vaikean matematiikan koetaan liian monimutkaiseksi ja monasti ontuva popularisointikin ennemminkin sotkee kuin selvittää. Uskonnot etsivät tässä suhteessa (mielestäni heppoista) ”oikotietä totuuteen”. Toki tuo Bohrin ajatelma oli kohdistettu Einsteiniin, mutta nykyään lähes jokainen tavismielipide fysiikastakin katsotaan oikeutetuksi (helpon saatavuuden ja vapaan kirjoittelun netti vain lisää tätä sekahedelmäsoppaa).
Bohrin idea oli radikaali: hän tarkoitti sitä, että kvanttimekaniikka kuvaa tekemiämme havaintoja, mutta ei ole mielekästä kysyä todellisuudesta havaintojen takana. (Idea ei ole yleisesti hyväksytty.)
Tässä oli kyse vaatimattomammasta asiasta.
”Bacon peräänkuuluttaa auktoriteettien hylkäämistä ja pidättyneisyyttä kannan ottamisessa ennen kuin asioista on kunnollista tietoa.”
Tuon perusteella Bacon tulisi filosofeista toimeen ainakin Ludwig Wittgensteinin kanssa, sillä mistä ei voi (käsitteellisesti) puhua täytyy vaieta.
Mutta mikä mahtoi olla Baconin selitys omenan putoamiselle? Sortuiko hän itse selittämään luontoa syvällisen filosofisen pohdinnan avulla 🙂
Bacon kirjoittaa painovoimasta ja magnetismista (joita pidettiin toisiinsa liittyvinä ilmiöinä) siltä kannalta, että miten asiaa kannattaa lähteä selvittämään.
Bacon oli toki monissa asioissa kiinni aikansa käsityksissä, hän esimerkiksi ajatteli, että hyönteiset syntyvät liasta.
Miten näet koneoppimisen kautta tehdyt selitykset/ennusteet (kuten esim. vastikään uutisoitu 3 kappaleen ongelman ratkaisu). En ole tuon mallin sisään katsonut, mutta uskoisin että kysessä on ”musta laatikko”, joka osaa ennustaa havainnot hyvin. Emme kuitenkaan pysty useinkaan tulkitsemaan mm. neuroverkkojen mallia ja malliparametreja samaan tapaan kuin tyypillisiä fysikaalisia tai tilastollisia kaavoja (koska alla voi pyöriä hierarkkinen epälineaarinen malli, jolle ei edes haluta tulkintaa). Lähtökohtaisesti tämä on toki havaintojen tasolta ylöspäin menemistä, mutta vastauksena emme saa kaavaa tai tulkittavia parametrejä. Voiko fysiikka jatkossa mennä tähän suuntaan ja lisääkö se oikeasti ymmärrystämme fysiikasta?
Numeeriset laskut ovat jo vuosikymmeniä tärkeä osa fysiikkaa. Ne eivät syrjäytä ymmärrystä vaan tukevat sitä.
Jätän julkaisematta lisäkommentit tämän asian tiimoilta, kun se on merkinnästä melko etäinen.