Kosmokseen kirjoitettua

Kasvaako autoja maasta?

26.11.2025 klo 00.47, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Kurssillani Fysiikkaa runoilijoille esittelen fysiikkaa ei-luonnontieteilijöille. Monille kurssin kävijöille luonnontieteellinen lähestymistapa on vieras ja kiehtova, koska fysiikan ajattelutapa ja käsitteet poikkeavat siitä mikä on ihmistieteistä tuttua. (Ks. myös edellinen merkintä Frankensteinista.)

Tutkimus on osoittanut, että todellisuus on erilainen kuin mitä kukaan ennen fysiikkaa osasi kuvitella. Maailmassa on monia piirteitä, jotka eroavat suuresti arkikäsityksistämme. Jo kurssin alkupuolella se, että suppea suhteellisuusteoria osoittaa ajan, samanaikaisuuden ja kappaleiden pituuksien riippuvan liikkeestä voi tuntua vaikealta hyväksyä. Tässä yhteydessä siteeraan luennoilla filosofi Ludwig Wittgensteinia:

On aivan varma, että autoja ei kasva maasta. – Meistä tuntuu, että jos joku voisi uskoa päinvastaista, hän voisi uskoa kaiken, minkä me leimaamme mahdottomaksi ja kiistää kaiken, mitä me pidämme varmana.
           Mutta miten tämä yksi usko on yhteydessä kaikkiin muihin? Tekisi mielemme sanoa, että se, joka voi uskoa tuon, ei hyväksy koko todentamisjärjestelmäämme.

Lainaus on kirjasesta nimeltä Varmuudesta, missä on julkaistu Wittgensteinin viimeisinä elinvuosinaan 1949-51 kirjaamia pohdintoja tiedosta ja totuudesta, jotka ovat lähellä luonnontieteellistä ajattelua.

Muuten myös Kari Enqvist pitää Wittgensteinin kirjoituksista, erityisesti Varmuudesta-tekstistä. Enqvistin mukaan Wittgenstein viipyilee kaikkialla hänen kirjansa Kangastuksia varjojen talossa – Todellisuutta etsimässä rivien väleissä. Lienee syytä mainita sekin, että filosofi ja Wittgenstein-asiantuntija Thomas Wallgren on kyseenalaistanut sen, missä määrin nämä julkaisemattomat muistiinpanot kuvaavat Wittgensteinin ajatuksia – mutta fyysikoiden ajatuksia ne ainakin kuvaavat.

Wittgenstein tarjoaa esimerkiksi järjettömästä väitteestä sen, että autoja kasvaa maasta. (Hänellä on muitakin hauskoja esimerkkejä.) Väite on ristiriidassa monen havainnon ja teorian kanssa: maata kaivaessa ei löydy valmisteilla olevia autoja, emme ole nähneet laitteiden kasvavan maasta, se on vastoin teoreettisia käsityksiämme autojen valmistuksesta, ja niin edelleen.

Väite ei ole järjetön minkään yksittäisen seikan takia, vaan se on ristiriidassa kokonaisuuden kanssa, jonka yksityiskohdat kietoutuvat toisiinsa tavalla, jota emme ajattelussamme erittele. Jos väite olisi totta, niin melkein kaikki tietomme teknologiasta, historiasta ja kanssaihmisistä olisi väärin. Mikään perustelu sille, että autoja kasvaa maasta ei voi olla vakaammalla pohjalla kuin nämä käsityksemme. Niinpä siihen, että autoja kasvaa maasta voi uskoa vain jos hylkää järkeen perustuvan päättelyn – ja silloin voi uskoa mihin tahansa.

Asian voi muotoilla myös niin, että väite ”autoja ei kasva maasta” on järkevän epäilyn ulkopuolella. Epäilyn täytyy aina pohjautua johonkin: jokin asia vaikuttaa epävarmemmalta kuin muut mihin sitä verrataan. (Wittgensteinin sanoin: ”Loputon epäily ei ole edes epäilyä.”) Wittgensteinin mukaan lopulta perustelu jollekin asialle ei palaudu yhteen varmaan seikkaan, vaan toisiaan tukevien asioiden kokonaisuuteen.

Fysiikassa on paljon väitteitä, jotka ovat järkevän epäilyn ulkopuolella: Maa on pyöreä, Aurinkoa kiertää monta planeettaa, maailmankaikkeus laajenee, ihmiset koostuvat atomeista. Nämä väitteet koskevat havaintoja, mutta ne ovat mielekkäitä vain jonkin teorian puitteissa. Meillä pitää olla valmiiksi teoreettinen käsitys siitä, mitä ovat Maa, Aurinko, maailmankaikkeus, ihmiset ja atomit, ja toisaalta mitä pyöreys, kiertäminen, laajeneminen ja atomeista koostuminen tarkoittavat.

Havaintoja voikin sanoa todeksi tai epätodeksi vain jonkin teorian viitekehyksessä, koska niiden selittäminen ja ymmärtäminen riippuu teoriasta. Arjessa emme usein ajattele tätä, koska emme kiinnitä huomiota arkiajattelumme pohjana oleviin teorioihin. Mutta mitä yksityiskohtaisempiin havaintoihin mennään, sitä monimutkaisempia teoreettisia käsitteitä niihin liittyy, ja sitä todennäköisemmin ne kyseenalaistavat myös arkikäsityksemme pohjalla olevat teoriat, jotka pitää tällöin avata epäilyn kohteeksi.

Niinpä voi sanoa, että emme varmenna yksittäisiä havaintoja koskevia väitteitä, vaan teorioita. (Enemmän teorioiden varmentamisesta täällä ja täällä.) Kun sanomme, että suhteellisuusteoria pitää paikkansa, tarkoitamme että monet sen ennusteet ovat vastanneet havaintoja suurella tarkkuudella, ja odotamme että näin käy jatkossakin. Tähän liittyy myös se, että kilpailevien teorioiden vastaavat ennusteet eivät ole pitäneet paikkaansa. Toinen mahdollisuus on se, että muiden teorioiden ennusteet ovat havaintojen tarkkuuden puitteissa yhtä hyviä, mutta nämä teoriat ovat suhteellisuusteoriaa monimutkaisempia, eikä tälle ylimääräiselle monimutkaisuudelle siis ole havainnoista tukea.

Kun sanomme, että suhteellisuusteoria pitää paikkansa, emme tarkoita että mikään havainto ei koskaan voisi olla ristiriidassa sen kanssa. Jos suhteellisuusteorian ennusteiden vastainen havainto varmistetaan, niin se rajaa teorian pätevyysaluetta. Pätevyysalueellaan suhteellisuusteoria edelleen pitäisi paikkansa, tietyllä tarkkuudella. Vastaavasti 1600-luvulla kehitetty klassinen mekaniikka pitää vieläkin paikkansa omalla pätevyysalueellaan, jonka rajat suhteellisuusteoria ja kvanttifysiikka määrittävät.

Wittgensteinin autoesimerkki nostaa keskiöön tavan, millä asioita osoitetaan todeksi. Tähän liittyy myös se, että jokin asia voi olla totta ja jopa järkevän epäilyn ulkopuolella, vaikka se olisi ristiriidassa arkiajattelun kanssa, jos sen perustelut ovat vankemmat kuin ne mitä meillä on arkikokemuksellemme.

Monet fysiikan väitteet ovat tällaisia. Ne eivät muutu sitä epävarmemmiksi mitä kauemmas siirrytään arjen piiristä – pieniin tai isoihin etäisyyksiin, varhaisiin aikoihin tai isoihin nopeuksiin. Tämä johtuu siitä, että fysiikan väitteet eivät rakennu toistensa päälle kuin torni, vaan ne muodostavat verkon, jonka uusien kohtien vahvistaminen lisää myös aiempien varmuutta.

Se että perustelujen seuraaminen vaatii erikoistunutta tietoa, jonka hankkimiseen menee vuosia ei tee niistä epävarmempia, koska tutkijoita on paljon ja he toimivat avoimesti, kilpaillen ja yhteistyötä tehden.

Kun jokin väite on uusi tai poikkeuksellisen monimutkainen eikä tutkijoiden yhteisö ole vielä ehtinyt käydä sitä läpi, siihen kyllä liittyy tällaista epävarmuutta. Tämä näkyy suurissa julistuksissa, joita on sittemmin peruttu, esimerkkinä OPERA-kokeen valoa nopeammat neutriinot ja BICEP/Keck-kokeen gravitaatioaallot. Fysiikassa eri väitteillä onkin hyvin erilainen varmuus (mikä valitettavasti usein tiedeuutisoinnissa hukkuu): osalle ei ole mitään tukea, monista meillä on kohtuullinen varmuus ja kohtuullinen epäily, ja jotkut ovat järkevän epäilyn ulkopuolella.

Onko väite, johon uskominen on järjetöntä sitten varmasti väärin? Wittgenstein vertaa järkevän epäilyn tuolla puolen olevia asioita jähmettyneeseen joenuomaan ja epäilyksenalaisia asioita siinä liikkuvaan veteen. Hän kuitenkin toteaa, että ajatusten joenuoma voi siirtyä paikaltaan ja vesi jähmettyä, niin että aiemmin järjettömänä olleesta tuleekin järkevää ja epäillystä varmaa.

Esimerkiksi on mahdollista, että kaikki käsityksemme maailmasta ovat väärin, koska elämme tietokonesimulaatiossa eikä maailmankaikkeuttamme ole olemassa. (Matrix-elokuvat ovatkin tehneet ideasta tunnetun populaarikulttuurissa.) Väite ei ole loogisesti mahdoton, eikä se ole ristiriidassa minkään havaintojen tai varmennettujen teorioiden kanssa, eikä tule koskaan olemaankaan. On mahdollista, että maailma on luotu 6 000 vuotta sitten tai 15 minuuttia sitten, valmiiksi vanhana muistojen kanssa. On mahdollista, että sinä lukija olet ainoa ihminen, ja kaikki muut ovat androideja, jotka teeskentelevät ihmisiä sinua huijatakseen. On mahdollista, että autoja kasvaa maasta.

Kaikki tämä ja moni muu asia on mahdollista, ja voi kuvitella havaintoja, jotka antaisivat tukea näille väitteille. Tämä ei ole ristiriidassa sen kanssa, että on järjetöntä uskoa mihinkään niistä, kuten on järjetöntä epäillä sitä, että suhteellisuusteoria pitää paikkansa.

Aloittaa täysin alusta

17.11.2025 klo 23.12, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Kurssini Fysiikkaa runoilijoille alussa puhun siitä, mitä fysiikka (tai laajemmin luonnontiede) on. En luennoilla juuri käsittele tieteen kulttuurihistoriaa, mutta en ole malttanut jättää siteeraamatta Mary Shelleyn vuonna 1818 ilmestynyttä goottilaista romaania Frankenstein eli moderni Prometheus. Kirjan nimihenkilö Victor Frankenstein on nuorena uppoutunut alkemistien ja okkultistien kirjoituksiin, ja esittelee yliopistoon päästyään ylpeänä tietojaan. Professori vastaa:

Jokainen minuutti, […] jokainen hetki, jonka olette haaskannut noihin kirjoihin on täysin ja kokonaan hukattu. Olette kuormittanut muistianne jyrätyillä järjestelmillä ja hyödyttömillä nimillä. Hyvä luoja! Missä autiomaassa olette elänyt, missä kukaan ei ollut tarpeeksi ystävällinen kertoakseen, että nämä kuvitelmat joita olette niin ahneesti nauttinut ovat tuhat vuotta vanhoja, ja yhtä homeisia kuin ovat muinaisia? […] Hyvä herra, teidän täytyy aloittaa opintonne täysin alusta.

Tässä tiivistyy eräs fysiikan oleellinen piirre, jonka sisäistäminen tekee Mary Shelleyn teoksesta modernin ajan lipunkantajan: fysiikka on historiaton tiede. Ensinnäkin siksi, että uudet paikkansapitävät teoriat sisältävät edeltäjistään kaiken mikä niissä pitää paikkansa (eli mikä on niiden pätevyysalueella). Toisekseen siksi, että on merkityksetöntä, kuka päätyy löytämään teorian tai minkä ideoiden perusteella se löytyy. Teorian ensimmäiseksi esittäneen mielipiteillä ei ole mitään merkitystä teorian oikeellisuuden kannalta, sen määrää suhde havaintoihin.

Niinpä fysiikkaa edeltävillä ideoilla maailmasta ei ole fysiikan kannalta merkitystä. Tämä oli 1600-luvun luonnontieteellisen vallankumouksen murros. Luonnontieteellisen ajattelun keskeisiin kehittäjiin kuulunut Francis Bacon oli suorastaan vihamielinen perinteisiä filosofisia pohdintoja kohtaan.

Toisaalta myöskään vanhoja fysiikan tekstejä ei tarvitse tuntea: fyysikot eivät lue Isaac Newtonin tekstejä ymmärtääkseen klassista fysiikkaa eivätkä käy läpi Albert Einsteinin kirjoituksia oppiakseen suhteellisuusteoriaa. Myöhemmät tutkijat ovat hahmottaneet nämä teoriat niiden löytäjiä paremmin ja ilmaisseet ne selkeämmin.

Scifikirjailijat Brian Aldiss ja David Wingrove argumentoivat historiikissaan Trillion Year Spree: The History of Science Fiction sen puolesta, että Frankenstein on ensimmäinen scifikirja. Siinä ihmeitä ei tehdä okkultismin tai uskonnon avulla, vaan tieteellisten periaatteiden ja kokeiden kautta. Lisäksi kirjoitusten muinaisuus ole enää arvon tae, vaan päinvastoin osoitus hyödyttömyydestä: totuus löytyy uusista teorioista ja kattavista kokeista. Christopher Marlowen 1500-luvun lopulla kirjoittama tohtori Faustus tekee ihmetekoja muinaisten kirjojen avulla kutsumiensa henkien kautta ja Jumala rankaisee, mutta Mary Shelleyn 1800-luvun alun Frankenstein on itse vastuussa sekä saavutuksistaan että epäonnistumisestaan, eikä kukaan muu häntä tuomitse.

Suurin osa Frankenstein-kirjan sovituksista (sikäli kun eivät täysin sivuuta kirjan teemoja) keskittyvät kirjan toiseen keskeiseen aiheeseen, siihen että ihmiset kehittyvät sellaiseksi kuin miten heitä kohdellaan ja vastuun kantamiseen teoistaan. Mary Shelley heijasteli tässä sekä aikansa uusia ajatuksia lasten kasvattamisesta että orjuuden arvostelua.

Myös Guillermo del Toron tuore elokuva (joka lienee Suomessa jo kadonnut teattereista mutta on katsottavissa Netflixissä) keskittyy vastuuseen. Elokuvassa tosin viesti siitä, että vastuuton kasvatus synnyttää hirviöitä jää hieman hämäräksi, koska Frankensteinin luomuksesta ei siinä tule murhaajaa saamastaan kohtelusta huolimatta, vaan hänestä on tehty syytön uhri.

Mutta vielä enemmän elokuva eroaa alkuteoksesta mitä tulee luonnontieteeseen. del Toron Frankenstein perustaa työnsä pseudotieteeseen qi-energiasta ja hänen käyttämänsä sähköä johtavat neulat viittaavat akupunktio-pseudotieteeseen. (del Toro tuntee elokuvahistorian, ja qi olla kaikuja Kenneth Branaghin vuoden 1994 elokuvaversiosta, missä se jostain syystä sekoitettiin soppaan.)

Lisäksi del Toro alleviivaa Frankensteinin hybristä tämän astuessa Jumalalle varatulle elämän luomisen alueelle, ja hänen kohtalonsa voi nähdä seurauksena tästä. Malli periytyy antiikin Kreikan tarinoista, missä kuolevaiset (ja muutkin eläväiset) kohtaavat mitä epämiellyttävämpiä rangaistuksia uskallettuaan asettua jumalten veroiseksi. (Elämän luomista pidettiin muuten 1800-luvun alkupuolella uskonnollisesti niin kyseenalaisena, että olennon syntykohtausta, joka on sittemmin nostettu elokuvien keskiöön, ei uskallettu pistää teatterin lavalle.) Mary Shelleyn kirjassa Jumalalla ja yliluonnollisilla elementeillä ei ole sijaa, ja romaanin alaotsikko viittaa jumalten rangaistukseen vain vertauskuvana, yhdistäen ristiriitaiset sanat moderni ja Prometheus.

Mary Shelleyn kirja kyseenalaistaa miehisen neron myyttiä, mutta samalla heijastelee romantiikan ja gotiikan intohimoista ihmiskäsitystä. Fyysikoilla onkin usein romanttinen kuva alastaan: kurssin Fysiikkaa runoilijoille nimi (jonka perin Kari Enqvistiltä) leikittelee tällä kuvastolla.

Mutta vaikka yksittäisillä tutkijoilla voi olla merkittävä vaikutus fysiikassa, he ovat osa tiedeyhteisöä, ja tutkimus on yhteisöllistä toimintaa, ei irrallista vaellusta. Erityisesti tämä korostuu kokeellisessa fysiikassa. Jo Francis Bacon vertasi yhtäältä filosofisten pohdintojen edistyksen puutetta ja toisaalta laivanrakentamista, mikä saavutti paljon ja kehittyi paremmaksi, kun isot ryhmät tekivät järjestelmällisesti yhteistyötä.

Mary Shelleyn Frankenstein tekee läpimurtonsa yksin – del Toron elokuvaversiossa on suorastaan omituista, minne laboratorion rakentajat ja koneinsinöörit ovat kadonneet, kun tulee aika käyttää teollisen mittakaavan laitteita. Frankensteinin synnyttämässä nykyfiktiossa tieteen tämäkin puoli on mukana: tuntuisi oudolta, jos Jurassic Park -elokuvissa sankaritutkija kloonaisi dinosauruksia yksin kellarissa.

Kenties on yllättävää, että luonnontieteen keskeiset oivallukset saavuttivat kirjallisuuden noin 150 vuotta myöhässä, ehkä se vain kuvaa uskonnollisten rajoitusten vaikutusta yhteiskunnassa. Nykyään scifi on yleinen fiktion genre, ja ihmiskunnan kyky luoda itse tulevaisuutensa sekä kyvyttömyys ottaa vastuuta teknologian seurauksista on päivittäisen keskustelun aihe. Samalla huoli liiallisesta uskosta omien kätten töihin voi yhdistää uskonnolliset ja uskonnottomat ajattelijat.

Muuri toisensa jälkeen

30.10.2025 klo 15.47, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Kesäkuussa sanoin blogin kommenteissa kirjoittavani kosmisesta neutriinotaustasta, nyt viimein lunastan lupauksen.

Mistä maailmankaikkeus koostuu? Jos katsotaan energiatiheyttä, niin 70% on (kenties) pimeää energiaa ja 25% pimeää ainetta. Loput 5% on tavallista ainetta, siis protonien ja neutronien muodostamia atomiytimiä sekä elektroneja. Muiden hiukkasten eli fotonien (valohiukkasten) ja neutriinoiden osuus on vain kymmenestuhannesosan luokkaa.

Mutta jos katsotaan massan sijaan lukumäärää, kaikkeus näyttää erilaiselta. Pimeä energia (jos sitä on) tuskin koostuu hiukkasista, ja pimeän aineen hiukkasten (tai isompien klimppien kuten ehkä mustien aukkojen) massaa emme tiedä. Jos keskitytään siihen mitä on niiden lisäksi, niin maailmankaikkeus koostuu lähinnä valosta ja neutriinoista.

Fotoneita ja neutriinoita on noin miljardi kertaa niin paljon kuin elektroneja ja atomiytimiä. Fotoneita on 410 kappaletta per kuutiosenttimetri. Pieni osa niistä on syntynyt tähdissä ja muualla maailmankaikkeuden myöhäisinä aikoina, mutta ylivoimainen enemmistö on muinaista perua.

Maailmankaikkeuden varhaisina aikoina kaikki tuntemamme hiukkaset kimpoavat toisistaan koko ajan. Kun maailmankaikkeus laajenee, hiukkaskeiton tiheys ja lämpötila laskee, ja tämän takia jossain vaiheessa hiukkaset eivät enää törmäile. Valon kohdalla tämä tapahtui maailmankaikkeuden ollessa 380 000 vuoden ikäinen: siitä pitäen fotonit ovat kulkeneet vapaasti.

Nämä vanhat fotonit tunnetaan nimellä kosminen mikroaaltotausta. Ne kantavat paljon tietoa siitä millainen maailmankaikkeus oli 380 000 vuoden iässä ja mitä on tapahtunut sen jälkeen. Kosminen mikroaaltotausta on yksi kosmologian merkittävimpiä havaintokohteita. Koska fotonit poukkoilivat aineesta ennen valon ja aineen irtoamista, maailmankaikkeus oli ennen läpinäkymätön. Kun katsomme kauemmas paikassa näemme varhaisempiin aikoihin, koska valo kulkee äärellisellä nopeudella, mutta 380 000 vuoden iässä vastaan tulee kosminen mikroaaltotausta, jonka taakse ei näe valon avulla.

Neutriinoiden tilanne on toinen. Neutriinot eivät tunne sähkövarauksia, ainoastaan heikon vuorovaikutuksen. Siksi ne lopettivat törmäilemisen muuhun aineeseen paljon varhemmin kuin fotonit: maailmankaikkeudesta tuli neutriinoille läpinäkyvä sekunnin iässä. Siitä pitäen ne ovat matkanneet avaruuden halki ja aineen läpi, ja nämä muinaiset neutriinot tunnetaan nimellä kosminen neutriinotausta.

Neutriinoja on vaikea havaita samasta syystä kuin miksi niiden avulla näkee varhaisiin aikoihin: ne vuorovaikuttavat heikosti pienillä energioilla. Hiukkaskiihdyttimissä on kyllä tuotettu ja mitattu neutriinoita, ja kokeilla kuten etelänavan jään alla sijaitsevalla IceCubella on havaittu avaruudesta tulevia neutriinoita. Näiden neutriinoiden nopeus on hyvin lähellä valonnopeutta ja energia hyvin iso, ja siksi ne vuorovaikuttavat voimakkaammin.

Kosmisen neutriinotaustan neutriinot liikkuvat hitaammin, ja niiden tilanne on sama kuin pimeän aineen: niiden gravitaatiovaikutus on mitattu, mutta yhtäkään hiukkasta ei ole havaittu. Kosmisesta mikroaaltotaustasta voi lukea, kuinka nopeasti avaruus laajeni 380 000 vuoden iässä, ja neutriinojen osuus näkyy siinä selvästi: tuolloin 10% energiatiheydestä oli neutriinoissa. Niiden vaikutus näkyy myös maailmankaikkeuden suuren mittakaavan rakenteessa.

Kosmisen neutriinotaustan havaitsemiseksi suoraan on ehdotettu samantyyppistä koetta kuin millä etsitään pimeää ainetta: seurataan laboratoriossa sopivaa koekappaletta ja katsotaan koska siihen törmää neutriino. Toisin kuin pimeän aineen tapauksessa, tiedämme neutriinojen lukumäärän (340 kuutiosenttimetrissä) ja suunnilleen massankin, eli osaamme sanoa tismalleen mitä niiden havaitsemiseen vaaditaan.

Suunnitellun PTOLEMY-kokeen periaate on yksinkertainen. Tehdään koepala tritiumista (eli aineesta, jonka atomiytimissä on yksi protoni ja kaksi neutronia). Kun tritium-ytimeen törmää neutriino, yksi sen neutroneista muuttuu protoniksi, ja samalla syntyy yksi elektroni. Tuon elektronin voi havaita.

Sen varmistamiseksi, että elektroni on tosiaan syntynyt neutriinon törmäyksessä tarvitaan laite, joka pystyy mittaamaan erittäin pieniä energiaeroja. Ja koska neutriinot vuorovaikuttavat niin heikosti, tritiumia tarvitaan paljon, noin 100 g. Gramma tritiumia maksaa 30 000 euroa, eli 100 g maksaa 3 miljoonaa euroa. Tämä ei ole fysiikan kokeiden budjetissa valtava summa. Tritium on erittäin radioaktiivista, joten sen käsittely suurissa erissä vaatii erityisiä järjestelyitä, kuten myös sen varmistaminen, että ainetta ei joudu harhateille. Tritiumia nimittäin käytetään myös ydinaseissa, noin 4 grammaa yhdessä ydinkärjessä.

Mitä kosmista neutriinotaustaa mittaamalla sitten oppisi? Neutriinoilla ei ole yhtä monimuotoisia vuorovaikutuksia tavallisen aineen kanssa kuin fotoneilla, joten niissä ei ole ääniaaltoja, toisin kuin fotonien ja elektronien keitossa. Siltä osin neutriinotaustassa on vähemmän tietoa.

Mutta neutriinojen massa ei ole nolla, toisin kuin fotonien. Varhaisina aikoina neutriinot liikkuvat lähes valonnopeudella. Avaruuden venyessä niiden nopeus kuitenkin laskee. Jossain vaiheessa neutriinoiden nopeus on pudonnut niin paljon, että ne jäävät galaksien ja muiden tavallisen aineen klimppien gravitaation vangiksi. Niinpä kosmiseen neutriinotaustaan jää rakenteista vahvemmat jäljet kuin kosmiseen mikroaaltotaustaan. Silläkin, että neutriinoja on kolme erilaista jotka muuttuvat toisikseen voi olla kiinnostavia jälkiä.

Yksityiskohtien erottaminen vaatii kuitenkin tarkempia mittauksia kuin pelkkä taustan havaitseminen. Tämä pitää paikkansa myös kosmiselle mikroaaltotaustalle. Se havaittiin vuonna 1965, mutta sen epätasaisuudet erotettiin vasta vuonna 1992. Neutriinotaustan epätasaisuuksien mittaamiseksi pitää havaita enemmän neutriinoita eri suunnista. Koska havaintoaikaa ei voi juuri kasvattaa (tritiumin puoliintumisaika on 12 vuotta, eli se hupenee nopeasti), tritiumia tarvitaan enemmän, peräti 10 kg. Sen hinta nykypäivänä olisi 300 miljoonaa euroa.

Tämä on huomattava osuus koko maailman sotilaallisen käytön ulkopuolella olevasta tritiumista. Jos fuusioreaktorit pääsevät kaupalliseen tuotantoon (mikä on epäselvää), niitä varten tosin pitänee joka tapauksessa valmistaa paljon tritiumia, joten sen hinta saattaa laskea. Selvää kuitenkin on, että kosmisen neutriinotaustan epätasaisuuksien mittaaminen ei ole aivan lähitulevaisuuden hanke, ja siihen ehkä tarvitaan toisenlainen idea ja uutta teknologiaa.

Mutta neutriinotaustan mittaaminen ilman epätasaisuuksiakin avaisi meille suoran näkymän sekunnin ikäiseen maailmankaikkeuteen, ja saisimme täsmällisen mittauksen neutriinoiden lukumäärästä. Neutriinot ovat hiukkasfysiikan Standardimallin huonoimmin tunnettu osa, ja niillä voi olla yllätyksiä hihassaan.

Neutriinojen avulla näkee ohi kosmisen mikroaaltotaustan muurin, mutta niillä tulee muuri vastaan sekunnin kohdalla. Voiko sen läpi päästä – eli voimmeko nähdä ensimmäistä sekuntia varhaisempiin aikoihin? Tunnetuista hiukkasista neutriinojen vuorovaikutukset ovat heikoimpia, eli ne pääsevät ensimmäiseksi matkaamaan vapaasti. Mutta syvemmälle menneisyyteen voi nähdä mittaamalla kosmisen gravitaatioaaltotaustan.

Gravitaatioaallot vuorovaikuttavat niin heikosti, että ne matkaavat meille esteettä maailmankaikkeuden koko historian ajalta, aina teorioidemme rajalle asti. Vastaavasti kosmisen gravitaatioaaltotaustan suora havaitseminen on vielä vaikeampaa kuin kosmisen neutriinotaustan: siihen tuskin pystytään millään tällä hetkellä nähtävissä olevassa teknologialla.

Kosmisen gravitaatioaaltotaustan voi kuitenkin kenties havaita epäsuorasti, kuten kosmiselle neutriinotaustalle on jo tehty. Toistaiseksi tässä ei ole onnistuttu, yrityksistä huolimatta, mutta se on yksi nykyisten ja seuraavan sukupolven kosmisen mikroaaltotaustan kokeiden tärkeimmistä tavoitteista.

---

Totuuden jälkeinen aika Yliopisto-lehdessä

24.10.2025 klo 15.42, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Yliopisto-lehdessä on julkaistu kirjoitukseni siitä miksi on vaarallista, että lehti puolustaa tiededenialismia. Kirjoituksen alkuperäinen otsikko on yllä, Yliopisto-lehti muutti sen muotoon ”Väärä suunta”. Kirjoitus on luettavissa täällä (lehden sivu 59). Kirjoitin aiheesta aiemmin täällä ja täällä.

Samalla sivulla lehti julkaisi fysiikan filosofiasta väitelleen Tarja Kallio-Tammisen kirjoituksen, missä hän esiintyy filosofien edustajana ja esittää vaihtoehdoksi nykyiselle kokeellisesti varmennetulle fysiikalle ”nollaenergiatasapainoon perustuvaa kaiken teoriaa, jossa ihmisenkin toiminta on osa sykkivää maailmanjärjestystä”. Tämän valossa ei vaikuta mahdottomalta, että Helsingin yliopiston lehti julkaisisi puolustuspuheita Maan litteydestä.

Kirjoitukseni koko teksti:

Yliopisto-lehdessä 5/2025 esiteltiin Tuomo Suntolan ajatuksia suhteellisuusteoriasta kuin ne olisivat fysiikkaa. Arvosteltuani tätä päätoimittaja vastasi numeron 7/2025 pääkirjoituksessa, että Suntolan ideat haastavat vallitsevaa teoriaa ja voivat olla oikein koska ”totuus muuttuu”.

Suntolan ideat suhteellisuusteoriasta eivät ole fysiikkaa. Niissä on alkeellisia virheitä, mikään alan lehti ei ole hyväksynyt niitä julkaistavaksi, eikä yksikään alan tutkija ota niitä vakavasti. Suntolan ajatuksilla suhteellisuusteoriasta on yhtä vähän merkitystä fysiikalle kuin huuhaalla Maapallon litteydestä maantieteelle.

Miksi Yliopisto-lehti antaa niille tilaa?

Ehkä toimituksessa kiistetään, että on olemassa mielipiteistä riippumaton totuus. Teoriat muuttuvat ja käsityksiä kumotaan, mutta voimme silti saada selville asioita, joita ei voi järkevästi epäillä. Manner-Ahvenanmaa on saari. HIV aiheuttaa AIDSia. Merkurius liikkuu suurella tarkkuudella kuten suhteellisuusteoria ennustaa.

Tai sitten lehdessä ei ymmärretä, että asia voi olla järkevän epäilyn ulkopuolella, vaikka ei ole arkijärjen piirissä. Tähän viittaa se, että lehti on esitellyt myös Arto Annilan hölynpölyä fysiikkana, sivuuttaen fyysikoiden kommentit.

On vaarallinen suunta, että Yliopisto-lehti kieltäytyy korjaamasta kurssia asiantuntijoiden palautteen perusteella ja puolustaa pseudotiedettä.

Nykyään sanotaan yhä kovempaan ääneen, ettei tutkittu tieto ole arvokkaampaa kuin arkijärki. Suomessa hallituspuolueen edustajat haluavat kontrolloida tiedettä mielipiteidensä pohjalta, Yhdysvalloissa näin jo tehdään. Tiededenialismilla on vakavia seurauksia. Ihmisten toiminnan ja ilmastonmuutoksen –kuten HIVin ja AIDSin– yhteyden kiistäminen on aiheuttanut mittaamatonta kärsimystä, ja historian vääristelyllä on synkät jäljet.

Nyt tieteen kiistäjät voivat viitata Yliopisto-lehteen esimerkkinä siitä, miten varmimmankin tiedon voi ohittaa sanomalla ”totuus muuttuu”, alan tutkijoista välittämättä.

Raportteja edistyksestä

22.10.2025 klo 22.26, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Olin viime viikolla kahdessa ranskalaisessa konferenssissa, tässä niistä joitakin poimintoja. Alkuviikosta oli Ranskan gravitaatioaaltotutkijoiden vuosittainen tapaaminen. Vuonna 2016 julkistettu ensimmäinen suora havainto gravitaatioaalloista aloitti uuden aikakauden tähtitieteessä ja kosmologiassa, ja Ranskassa tutkitaan niitä paljon.

Konferenssi oli jaettu osiin, missä työryhmät raportoivat edistyksestä kullakin suunnalla. Tämä on järjestelmällisempää kuin kosmologian konferensseissa, joissa yleensä käyn, missä teoreetikot kuten minä kertovat kaikenlaisista ideoista. Yksi työryhmien aihe oli pitkät ja huolelliset laskut kappaleiden välisestä gravitaatiosta, mistä kirjoitin viime kuussa, ja joita tarvitaan gravitaatioaaltohavaintojen tulkitsemiseen. Työ muistuttaa kokeellisen hiukkasfysiikan tueksi tehtyjä laskuja monimutkaisuuden ja huolellisuuden puolesta. Puhuin itse varhaisessa vaiheessa olevasta ja vähemmän täsmällisistä laskuista siitä miten hiukkaset vaikuttavat gravitaatioaaltojen kulkuun (olen aiemmin käsitellyt niiden vaikutusta valon kulkuun)

Raportit pitkistä laskuista ja vaaditusta tarkkuudesta tuovat mieleen sen, miten ennen tietokoneita laskettiin planeettojen ratoja käsin palanen kerrallaan. (Monet näitä keskeisiä laskuja tehneistä tutkijoista olivat naisia, joita ei sukupuolensa takia päästetty korkeampiin asemiin.) Kenties tulevaisuudessa myös tarkempien korjausten laskeminen hiukkasfysiikassa yleisessä suhteellisuusteoriassa pystytään automatisoimaan, kuten ratalaskut nykyään.

Myös mahdollisten signaalien ennustamisessa on vielä paljon työtä. Yksi viime vuosien suuria uutisia on se, että pulsareiden avulla on (luultavasti) havaittu gravitaatioaaltoja, joiden lähteestä ei ole varmuutta. Suoraviivaisin selitys on galaksien keskustoissa toisiaan kiertävät jättimäiset mustat aukot – kertoo jotain ymmärryksemme laajuudesta, että tämä on arkisin selitys. Muitakin mahdollisuuksia, kuten kosmisia säikeitä, on ehdotettu. Mutta sen perusteella, mitä konferenssissa kerrottiin signaalin analysoimisesta ja siinä vielä olevista epävarmuuksista, tällaiset signaalin tulkinnat vaikuttavat ennenaikaisilta. Pian asiasta saataneen tarkka selko.

Kokeellisten löytöjen takana on monien tutkimusryhmien huolellinen työ, eikä ole selvää mihin suuntaan mennään. Tiede ei etene yksinkertaista kysymys-vastaus-polkua pitkin, vaan matka haarautuu eri suuntiin.

Mustien aukkojen lisäksi neutronitähdet ovat toinen kohde, joiden törmäysten lähettämiä aaltoja on havaittu. Gravitaatioaaltojen avulla saadaan tietoa neutronitähtien rakenteesta, mutta sen mallintaminen on vaativaa puuhaa, eikä niiden eri kerroksista ole vieläkään varmuutta. Aihetta tutkitaan aktiivisesti myös Helsingissä. Neutronitähtien ymmärtämiseksi tarvitaan parempia mittauksia ja ymmärrystä ydinfysiikasta. Tämä on hieman huvittavaa, koska jonkun aikaa sitten teoreettista ydinfysiikkaa pidettiin jokseenkin kuolleena alana (tai alana, josta vakuutellaan, että se ei ole kuollut, mikä on sama asia), mutta nyt sitä taas tarvitaan tutkimuksen eturintamassa.

Yksi lähde, jonka gravitaatioaaltoja ei ole vielä havaittu, on supernovien räjähdykset. Supernovat ovat tähtiä, jotka elämänsä loppuvaiheessa romahtavat joko polttoaineen loputtua tai siksi, että naapuritähdestä virtaa niihin liikaa ainetta. Ne ovat kosmologiassa tärkeitä. Supernovat ovat antaneet yhden avaintodisteista maailmankaikkeuden laajenemisen kiihtymisestä, ja ovat pääroolissa uusimmassa kosmologian kiistassa laajenemisnopeudesta. Noin 99% räjähdyksen energiasta vapautuu neutriinoina, prosentti valona ja sadasmiljoonasosa gravitaatioaaltoina. Tähtäimessä on tuon tuhannesmiljoonasosan havaitseminen, mutta tätä romahduksesta syntyvää signaalia ymmärretään toistaiseksi huonommin kuin mustien aukkojen törmäysten synnyttämiä gravitaatioaaltoja.

Vaikka kaikki kosmologian tutkimus on kansainvälistä, Ranskan tiedeyhteisö on niin iso, että se voi olla myös hieman sisäänpäin lämpiävä. Esimerkiksi yksi puhuja harmitteli, että neutronitähdissä tarvittavia ydinfysiikan mittauksia ei tehdä Ranskassa ollenkaan. Suomessa on selvää, että kansainvälisyys on edistyksen avain, ja vastaava tapaaminen ei olisi vain Suomen vaan kaikkien pohjoismaiden (ja Baltian maiden) kesken, millaisia olemmekin järjestäneet.

Viikon loppupuolella oli Ranskan gravitaatio- ja kosmologiatutkijoiden tapaaminen. Sielläkin mustat aukot ja gravitaatioaallot olivat paljon esillä, mutta näkökulma oli laajempi, ja mukana oli useita ideoita, joiden merkitys ei ole vielä selvä.

Yksi näistä on vaihtoehdot mustille aukoille. Nyt kun on sekä gravitaatioaaltojen että sähkömagneettisten aaltojen avulla yhä enemmän havaintoja mustista aukoista, tutkitaan yhä enemmän sitä, ovat ne todella sellaisia kuin mitä suhteellisuusteoria ennustaa – vai voisiko havainnot selittää jollain muilla kappaleilla.

Stephen Hawkingin yksi keskeinen saavutus oli maailmankaikkeuden alun selittäminen teoriassa, missä koko aika-avaruutta käsitellään kvanttifysiikan keinoin. Kuten Hawkingin muistokirjoituksessa mainitsin, ideaa ei ole varmennettu, eikä se ole päätynyt osaksi fyysikkojen työkalupakkia, osittain siksi että yhteys havaintoihin on puuttunut. Konferenssissa kerrottiin, että Hawkingin idean taustalla olevaa tapaa käsitellä aika-avaruutta on nyt sovellettu kosmiseen inflaatioon. Yleensä inflaatiossa käsitellään kvanttifysiikan keinoin vain pieniä värähtelyjä, eikä ole selvää onko oikein tehdä niin koko aika-avaruudelle. Yhdistämällä idea inflaatioon sitä voidaan verrata kosmisen mikroaaltotaustan ja ison mittakaavan rakenteen havainnoilla.

Hawkingin varmaankin merkittävin tieteellinen saavutus oli ennustus siitä, että mustat aukot säteilevät. Tämä Hawkingin säteily on liian heikkoa, jotta sitä pystyttäisiin mittaamaan todellisista mustista aukoista (ellei sitten pienistä muinaisista – jos niitä on olemassa). Mutta nesteissä on samanlaisia ilmiöitä kuin mustissa aukoissa. Jos neste virtaa nopeammin kuin mitä ääniaallot siinä kulkevat, ääni voi liikkua vain yhteen suuntaan. Tämä muistuttaa mustan aukon tapahtumahorisonttia, mistä voi kulkea vain sisään mutta ei tulla ulos. Tässäkin tapauksessa esiintyy Hawkingin säteilyä, joka on onnistuttu mittaamaan. Myös muita mustiin aukkoihin ja niille esitettyihin vaihtoehtoihin liittyviä ilmiöitä luodataan laboratoriokokeissa nesteiden avulla tavoilla mitä ei mustien aukkojen osalta ole mahdollista tehdä.

Menneisyydessä hiukkasfyysikkojen/kosmologien ja kiinteän olomuodon fyysikoiden (nimi kattaa myös nesteiden tutkimisen) välillä on ollut vastakkainasettelua, mutta yhteistyö yli rajojen kertoo kosmologian terveydestä ja kehityksestä. Hiukkasfysiikassa vuosikymmenten aikana saavutettu teoreettinen hienostuneisuus on jo tuotu kosmologiaan monien tutkijoiden siirryttyä kokeellisesti kuivuvalta alalta uusia havaintoja pursuavalle kentälle. Yhteistyö kiinteän olomuodon fyysikoiden kanssa on uudempaa, ja kosmologeilla lienee heiltä paljon opittavaa.

Konferenssissa huomasin myös miten vanhat tutut, jotka tekivät aiemmin teoreettista tutkimusta ovat siirtyneet lähemmäs havaintoja. Yksi syy on se, että havaintojen analysointiin ja siihen käytettävien matemaattisten työkalujen valmistamiseen tarvitaan paljon tutkijoita eli siinä on työpaikkoja. Mutta lisäksi havainnot tarjoavat uusia kiinnostavia ongelmia, joita määrittävät havainnot, eivät teoreetikkojen muotivirtaukset.

---

Jättiläisten synty

7.10.2025 klo 19.30, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Kirjoitin Helsingin opettajien ammattiyhdistyksen lehteen Rihveli 2/2025 supermassiivisista mustista aukoista, joiden syntyä minäkin tutkin. Artikkeli alkaa näin:

Monien galaksien ytimessä on jättimäinen musta aukko, eli tienoo jonka gravitaatio on niin vahva, että edes valo ei pääse pakoon. Kotigalaksimme keskustan mustan aukon massa on neljä miljoonaa Auringon massaa, ja monien galaksien keskusjättiläiset ovat tuhat kertaa raskaampia. Miten ne ovat syntyneet ja kasvaneet niin isoiksi? Kysymystä on tutkittu vuosikymmeniä, ja uudet havainnot ovat syventäneet arvoitusta.

Artikkeli on luettavissa täällä, koko lehden voi lukea tästä.

---

Yksityiskohtien merkitys

30.9.2025 klo 15.37, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Olen jälleen tutkimusvapaalla Helsingin yliopistosta. Syys- ja lokakuun olen vieraana Pariisissa École Normale Supérieuren fysiikan laitoksella. Samalla käyskentelen muuallakin Pariisissa kuuntelemassa ja pitämässä puheita. Tänään Clifford Will puhui Pariisin astrofysiikan instituutissa IAP siitä, riippuuko kappaleiden gravitaatio niiden sisäisestä rakenteesta.

Yleinen suhteellisuusteoria löydettiin vuonna 1915, ja sitä on testattu monella tapaa: valon ja kappaleiden liikkeillä Aurinkokunnassa, pyörivien neutronitähtien lähettämillä radiosignaaleilla, monilla kosmologisilla havainnoilla miljardien vuosien ajalta, ja viimeisimpänä gravitaatioaalloilla. Toistaiseksi teorian ennusteet ovat aina pitäneet kutinsa; kosmologiassa tosin on avoimia kysymyksiä, jotka saattavat selittyä suhteellisuusteorian puutteilla tai sitten jotenkin muuten, kuten maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden tarkka aikariippuvuus ja maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden mittauksiin liittyvät ristiriidat – kenties jopa maailmankaikkeuden kiihtyvä laajeneminen.

Will on yksi yleisen suhteellisuusteorian kokeellisten testien parhaita asiantuntijoita. Lukuisten tieteellisten artikkelien lisäksi hän on kirjoittanut aiheesta kaksi kirjaa, joista ensimmäinen on alan klassikko, sekä suurelle yleisölle suunnatun teoksen. Hän kertoi, että kun gravitaatioaaltokokeita LIGO ja Virgo suunniteltiin, koeryhmien jäsenet tulivat hänen luokseen kertomaan, kuinka paljon laskuja pitää parantaa, jotta saadaan ennustettua mustien aukkojen ja neutronitähtien törmäyksissä syntyvien gravitaatioaaltojen muoto kokeiden vaatimalla tarkkuudella.

Will (ja monet muut tutkijat) ryhtyivät toimeen. Niin yleisessä suhteellisuusteoriassa kuin hiukkasfysiikassa laskujen monimutkaisuus ja niihin menevä aika kasvaa nopeasti tarkkuuden myötä. Tänään Will puhui laskusta, joka on niin työläs, että hän joutui luovuttamaan, mutta joka vihjaa outoon tulokseen.

Kyse on siitä, putoavatko kaikki kappaleet samalla tavalla. Ongelmaa tutki jo 1600-luvulla Galileo Galilei. Hän totesi kokeellisesti, että riippumatta kappaleiden koosta tai koostumuksesta ne kaikki putoavat samaa tahtia (kun ilmanvastuksen jättää huomiotta). Isaac Newtonin gravitaatioteoria selitti tämän sillä, että sekä kappaletta puoleensa vetävä gravitaatiovoima että voima joka kappaleen työntämiseen tiettyyn kiihtyvyyteen tarvitaan ovat verrannollisia kappaleen massaan. Mitä raskaampi kappale, sitä vaikeampi sitä on liikuttaa, mutta vastaavasti gravitaatio vetää sitä enemmän puoleensa.

Idea siitä, että kaikki kappaleet putoavat samalla tavalla oli keskeinen Albert Einsteinin pohdinnoissa, jotka johtivat hänet yleiseen suhteellisuusteoriaan. Se tunnetaan nykyään nimellä ekvivalenssiperiaate. Ekvivalenssiperiaate ei ole yleiseen suhteellisuusteoriaan sisältyvä oletus, vaan teorian piirre, joka pätee eri tarkkuudella eri tilanteissa.

Esimerkiksi Kuun ja Maan liikkeitä ei voi käsitellä ottamatta huomioon niiden rakennetta, koska ne ovat niin lähellä toisiaan, että massan jakaumalla on merkitystä. Kuu vetää voimakkaammin puoleensa Maapallon sitä puolta, joka on lähempänä ja heikommin kaukaisempaa. Tämä ilmiö on olemassa myös Newtonin gravitaatioteoriassa, ja selittää vuorovesien nousun ja laskun.

Yleiselle suhteellisuusteorialle erityistä on se, että kappaleiden pyöriminen vaikuttaa niiden gravitaatioon. Newtonin teoriassa ei ole tällaista ilmiötä, ja se on merkittävä vain isoilla pyörimisnopeuksilla. Vaikutus on Maalle mitätön (mutta kokeellisesti varmennettu), mutta mustille aukoille iso.

Sekä vuorovesivaikutukset että pyörimiseen liittyvä gravitaatio ovat kuitenkin pieniä silloin kun kappaleiden koko on pieni verrattuna niiden etäisyyteen tai kappaleet ovat hyvin pallomaisia. Niinpä vaikka Aurinkokunnan planeettojen liikkeitä laskettaessa ekvivalenssiperiaate pätee: planeettojen liike ei riipu niiden koostumuksesta eikä koosta, ne liikkuvat kuin pistemäiset kappaleet.

Newtonin teoriassa kappaleiden välinen gravitaatiovoima on täysin riippumaton niiden koostumuksesta (ja pyörimisestä) silloin kun ne ovat täysin pallomaisia. Yleisessä suhteellisuusteoriassa tämä tulos pätee vain suunnilleen, sitä tarkemmin mitä kauempana kappaleet ovat.

Tai näin Will (kuten muutkin asiantuntijat) luuli.

Will ja kumpp. laskivat 2000-luvun alussa gravitaatioaaltoennusteita varten kappaleiden liikkeitä yleisessä suhteellisuusteoriassa yhä tarkemmin. He löysivät yhtälöistä osia, joiden mukaan kappaleiden välinen gravitaatio riippuu niiden sisärakenteen yksityiskohdista, olivatpa ne miten kaukana tahansa ja vaikka ne olisivat pallomaisia.

Laskuissa pitää ottaa huomioon tuhansia termejä, ja Will oletti, että kun ne kaikki laskee yhteen, niin riippuvuus sisärakenteesta kumoutuu. Mutta mitä pidemmälle lasku eteni, sitä enemmän ja sitä erilaisempia tällaisia termejä löytyi, niin että oli yhä vaikeampi nähdä, miten ne voisivat kaikki kumoutua. Toisaalta monet yleisen suhteellisuusteorian tutkijat pitäisivät hyvin outona sitä, että kappaleen massajakauma vaikuttaisi sen gravitaatiokenttään mielivaltaisen kaukana, vaikka kappale olisi pallomainen.

Will alkoi huolestua siitä, että outoja termejä on niin paljon, että hänen jatko-opiskelijansa eivät valmistu ajoissa. (Puheessa Will sanoi, että termejä on niin paljon, että niitä ei saisi laskettua ennen kuin sekä hän että hänen jatko-opiskelijansa saapuisivat eläkeikään.) Niinpä Will luovutti: hän siirsi jatko-opiskelijat sellaisten ongelmien pariin, jotka voi ratkaista nopeammin ja pisti asian hyllylle.

Nyt 20 vuoden jälkeen Will on palannut huolehtimaan asiasta. Yksi motivaatio on gravitaatioaaltokokeiden yhä suurempi tarkkuus. Hänen laskemansa ilmiöt ovat suunnilleen yhtä isoja kuin nykyiset virherajat, eli niitä ei voi vielä testata, mutta seuraavan sukupolven laitteet pystyvät kenties varmistamaan ovatko ne todellisia, vai kumoutuvatko oudot termit kuitenkin. Vastaavasti tämä gravitaatioaaltojen muotoon vaikuttava lasku pitää ymmärtää tarkasti, jotta törmäävien neutronitähtien rakennetta voidaan tulevissa kokeissa mitata halutulla tarkkuudella.

Lähes 80-vuotias Will kertoi, että ei enää aio laskea niitä kaikkia lukuisia termejä mitä luotettavan ennustuksen tekemiseen tarvitaan. Hän ja hänen ryhmänsä teki työtä vanhaan tapaan, laskien termi kerrallaan. Will totesi, että koska näissä laskuissa ei tarvita hienovaraista ymmärrystä, ne sopivat hyvin algoritmien ratkaistavaksi, ja nuoremmat tutkijat voisivat laskea ne hyödyntämällä koneoppimista. Samantyyppisiä laskuja onkin jo kauan osittain automatisoitu hiukkasfysiikassa, koska kukaan ei voi laskea käsin esimerkiksi LHC–hiukkaskiihdyttimen havaintojen analysointiin tarvittavia kymmeniätuhansia termejä.

Muut ryhmät ovat laskeneet samoja vuorovaikutuksia erilaisilla menetelmillä. Toisin kuin Willin ryhmä, jonka lasku on kenties suoraviivaisin, ne ovat saaneet odotetun tuloksen, jonka mukaan kaukana toisistaan olevien kappaleiden välinen gravitaatio ei riipu niiden yksityiskohdista. Willillä kertoi oman ideansa siitä, mitä muut jättävät huomiotta, ja toiset asiantuntijat IAP:stä esittivät valistuneita arvauksia siitä, mikä voi mennä Willin laskussa pieleen. Vielä ei tiedetä, kuka on oikeassa.

Fysiikassa on paljon spekulaatioita ja ideoita siitä, millä tavalla tunnettuja teorioita voidaan laajentaa ja yleistää. Toisaalta varmennettujen teorioiden puitteissa tehdään huolellisia laskuja, joiden avulla teorian varmennettua pätevyysaluetta kasvatetaan, teorian yksityiskohtia ymmärretään paremmin, ja siitä löydetään uusia puolia testattavaksi. Niin yleisessä suhteellisuusteoriassa kuin myonin magneettisen momentin tapauksessa tarkemmat havainnot vaativat tarkempia ennusteita, ja kestää jonkun aikaa, ennen kuin laskujen yksityiskohdista päästään yhteisymmärrykseen. Tätä kehää pyörittää teknologian kehitys, joka tekee tämän päivän hienoimmista saavutuksista huomisen arkea, ja on sadan vuoden aikana kasvattanut havaintojemme laajuutta ja tarkkuutta enemmän kuin mitä kukaan vuonna 1915 olisi uskonut.

Ilmiönä kiinnostavaa

16.9.2025 klo 21.07, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Kirjoitin edellisessä merkinnässä tapauksesta, missä Yliopisto-lehti ei kyennyt erottamaan hölynpölyä tieteestä ja esitti totena Tuomo Suntolan perättömiä väitteitä fysiikasta. Lähetin merkinnän Yliopisto-lehden päätoimittaja Marja Pembertonille.

Vastauksessaan Pemberton ei myöntänyt artikkelin virheitä ja piti kiinni siitä, että siinä esitellyllä pseudotieteellä voi olla merkitystä fysiikalle. Hän puolusti artikkelia sanomalla, että se kuvaa ”tieteen kehitystä ja siihen liittyvää keskustelua”. Hänen mukaansa Suntola ei saanut palstatilaa siksi, että on antanut rahaa Helsingin yliopistolle, vaan koska on ”ilmiönä kiinnostavaa”, että fysiikan tutkijat eivät hyväksy Suntolan ideoita ja hän on antanut rahaa filosofian tutkimukseen.

Ei ole yllättävää, että yliopistoa rahoittamalla pääsee otsikoihin. Edellinen perustelu on huolestuttavampi: Helsingin yliopiston lehden päätoimittajan mukaan jonkun henkilön ideat ovat huomionarvoisia siksi, että tiedeyhteisö ei ole hyväksynyt niitä. Kommenttia voi arvioida kahdesta näkökulmasta.

Ensinnäkin voi todeta, että tieteen kiistäminen todella on kiinnostava ja merkittävä yhteiskunnallinen ilmiö. Yliopisto-lehti ei kuitenkaan käsitellyt sitä, vaan osallistui siihen. Aiheesta on monta variaatiota, kuten HI-viruksen olemassaolon tai sen yhteyden AIDSiin kiistäminen, ja ilmastonmuutoksen tai sen yhteyden ihmisten toimintaan kiistäminen. Viimeisimmät tämäntyyppiset laajalle levinneet harhat liittyvät koronaviruksen tai sen yhteyden COVID-19-tautiin kiistämiseen.

Vuonna 2014 Kari Enqvist ja minä kirjoitimme Tieteessä tapahtuu -lehdessä suhteellisuusteorian kiistämisestä, ja totesimme, että ”verrattuna tuhoisiin ilmastonmuutosdenialismiin ja HIV/AIDS-denialismiin suhteellisuusteoriadenialismi on lopulta melko harmitonta”, eikä ”sillä ole ollut merkittävää vaikutusta yleiseen mielipiteeseen”. (Kirjoitin aiheesta myös täällä.) Viime vuosikymmenen aikana tieteen kyseenalaistamisesta on kuitenkin tullut yleisempää ja vaikutusvaltaisempaa, ja suhteellisuusteoriadenialismi on osa tätä kokonaisuutta.

Yhdysvalloissa Donald Trumpin hallinto toteuttaa tiedevastaista ideologiaa leikkaamalla yliopistojen rahoitusta merkittävästi saadakseen niitä tiukemmin poliittiseen ohjaukseen. Tämä ei olisi mahdollista ilman vuosikausien valmistelua. Maaperä on saatu otolliseksi kylvämällä järjetöntä epäilyä yliopistoja ja tiedettä kohtaan. Suomessa perussuomalaiset ja muu äärioikeisto, joiden johdossa ihaillaan Trumpia, ovat ottaneet asiakseen hyökätä tutkijoita ja yliopistoja vastaan.

Joskus luonnontieteiden kuvitellaan olevan näiden poliittisten kamppailujen ulottumattomissa. Yhdysvalloissa leikkausten vaikutukset kuitenkin ulottuvat kaikkiin tieteenaloihin, ja myös ideologisissa perusteluissa viitataan fysiikkaan. Kun Yhdysvaltojen nykyinen varapresidentti J.D. Vance julistivuonna 2021, että yliopistot järjestelmällisesti huiputtavat ihmisiä ja professorit ovat vihollisia, hänen ensimmäinen esimerkkinsä ei ollut politiikan tai sukupuolen tutkimuksen alalta, vaan astrofysiikasta. Viesti on selvä: jos edes luonnontieteen tutkimukseen ei voi luottaa, niin selvästi yliopistot ja tutkijat ovat harhateillä, ja vain ulkopuolelta tuleva tervejärkinen ote voi pelastaa tilanteen.

Yliopisto-lehden artikkeli eroaa tästä siten, että sen taustalla lienee aito kyvyttömyys ymmärtää luonnontiedettä ennemmin kuin pyrkimys edistää poliittista aatetta. Tämä johdattaa toiseen näkökulmaan Pembertonin perusteluihin: miten se, että tiedeyhteisö pitää jonkun ideoita arvottomina eikä niitä hyväksytä alan julkaisuihin voi olla syy niiden esittelemiseen osana tieteen kehitystä? Ja miksi kuvio toistuu ja Helsingin yliopiston lehden toimitus torjuu asiantuntijoiden äänen?

Heti alkuun on syytä todeta, että kyseenalaistaminen kuuluu tieteeseen, ja joskus kriittiseen keskusteluun kuuluu voimakaskin ja perusteisiin menevä arvostelu. Eräs oma pitkäaikainen tutkimusaiheeni, rakenteiden muodostumisen vaikutus maailmankaikkeuden laajenemiseen, on hyvin kiistanalainen. Useat kosmologian asiantuntijat ovat todenneet, että idea on päätä vailla, minulle on joskus huudettu puheeni aikana, ja niin edelleen.

Tiedeyhteisössä (kuten kaikissa yhteisöissä) on helpompi saada läpi ideoita, jotka tukevat vallalla olevia ajatuksia kuin kyseenalaistavat niitä, eivätkä yksittäisten asiantuntijoiden arviot aina perustu rationaaliseen harkintaan. Fysiikka, kuten muutkin alat, on myös altis muotivirtauksille ja laumahengelle. Mutta –kuten olen saanut huomata– siinä missä tieteilijät voivat mennä harhaan, tiedeyhteisö on vastaanottavainen uusille ideoille.

Voimakkaan kritiikin ohella sain paljon tukea, minut kutsuttiin puhumaan moniin yliopistoihin ja alan konferensseihin, sain työpaikkoja arvostetuista instituutioista ja niin edelleen, vaikka ideani oli yleisesti hyväksytyn mallin vastainen. Tällä hetkellä on entistä epätodennäköisempää, että tutkimani ilmiön vaikutus maailmankaikkeuden laajenemiseen olisi merkittävä, vaikka asiasta ei vielä olekaan varmuutta: tiede ei etene pitämällä kiinni yhdestä suuresta ideasta, vaan eri polkuja kokeilemalla.

Fysiikan lehdissä julkaistaan kymmeniä suhteellisuusteorian laajennuksia ja versioita joka viikko. Suurin osa varioi tuttuja teemoja, monet unohtuvat, jotkut kartoittavat kiinnostavia alueita tai avaavat uusia näkymiä. Sen sijaan sellaisia artikkeleita, joissa kiistetään suhteellisuusteorian perusteet ja sen selitys kappaleiden liikkeille Aurinkokunnassa tai maailmankaikkeuden laajenemiselle ei julkaista. Syy on sama kuin se miksi ei julkaista artikkeleita, joissa kyseenalaistetaan se, että Maa on pyöreä: asia on järkevän epäilyn ulkopuolella.

Avaruuden laajenemisen ja Maan pyöreyden erona on vain se, että edellisen kohdalla asian ymmärtäminen vaatii tieteellistä perehtymistä. Sama pätee toki moniin luonnontieteiden ulkopuolisiin aiheisiin: minä en pystyisi osallistumaan väittelyyn HI-viruksen ja AIDSin yhteydestä, koska minulla ei ole tarpeellisia pohjatietoja. On selvää, että toimittaja ei voi olla kaikkien alojen asiantuntija. Siksi heidän pitäisi pystyä tunnistamaan, milloin he eivät pysty arvioimaan esitettyjen väitteiden paikkansapitävyyttä, ja turvautua ihmisiin jotka siihen kykenevät, kritiikittömän toistelun sijaan.

Joskus asia esitetään luonnontieteiden ja ihmistieteiden välisenä erona, ja selitykseksi tarjotaan sitä, että ihmistieteissä tosiasiat ovat usein vähemmän selvärajaisia kuin luonnontieteessä. On toki totta, että suhde väitteisiin ja totuuteen on erilainen. Olen Helsingin yliopistossa luennoinut kurssia Fysiikkaa runoilijoille, missä pyrin välittämään fysiikan teorioiden sisällön lisäksi fysiikan maailmankuvaa. Monet opiskelijat ovat kokeneet luonnontieteellisen maailmankuvan uutena ja kiinnostavana, ja samalla vaikeana ja hedelmällisenä sovittaa muiden yhteen muiden alojen näkemysten kanssa.

Mutta myös ihmistieteissä on mielekkäiden ja mielettömien väitteiden ero. Jos joku kirjoittaa, että Napoleon olikin Viiltäjä-Jack, kukaan tiedejournalisti ei nosta sitä esimerkiksi tieteen kehityksen kannalta kiinnostavasta keskustelusta, vaan väite tunnistetaan pähkähulluksi, riippumatta siitä kenelle sen esittäjä antaa rahaa.

Ilmeisesti Yliopisto-lehden toimituksessa on toistamiseen käynyt niin, että toimittajat eivät ole tunnistaneet omia rajoituksiaan luonnontieteen saralla, ja päätoimittaja on pitänyt tärkeämpänä puolustaa tehtyjä valintoja sen sijaan että kriittisesti arvioisi työtä asiantuntijoiden palautteen perusteella. Tämä ei ole harvinaista, ja kuvastaa journalistien ja tutkijoiden erilaista suhdetta totuuden selvittämiseen ja kriittiseen keskusteluun.

Taustalla saattaa myös piillä se, että toimittajia usein kiinnostaa vastakkainasettelu ja moniäänisyyden kuvajainen, joskus totuuden kustannuksella. Tämä oli yksi syy siihen, että toimittajat pitkään antoivat ilmastonmuutoksen kiistäjille aiheetonta uskottavuutta tiedotusvälineissä, minkä inhimillinen hinta on mittaamaton. Vaikka pitää edelleen paikkaansa, että HIV/AIDS-denialismin ja ilmastonmuutosdenialismin aiheuttaman kärsimyksen rinnalla hölynpöly suhteellisuusteoriasta on vähäinen sivujuonne, on yleisemmin huolestuttavaa, että Helsingin yliopiston lehdessä ei tunnisteta perusasioita tieteen kehityksestä ja siitä kirjoittamisesta.

Päivitys (25/09/25): Yliopisto-lehden päätoimittaja on omistanut uusimman lehden pääkirjoituksen aiheelle. Pääkirjoituksen mukaan kyse on ”vallitsevan teorian haastamisen” käsittelystä, ja Suntolan ideoiden esittely on järkevää, koska on olemassa vain ”toistaiseksi voimassa oleva totuus”, ja ”totuus muuttuu”. Tämä kehystys korostaa sitä, miten vaarallisilla vesillä Yliopisto-lehti seilaa. Monien mielestä se, että koronavirus aiheuttaa COVID-19-tautia tai ihmisen toiminta vaikuttaa ilmastonmuutokseen ovat väitteitä, jotka kuka tahansa voi kyseenalaistaa ja huomenna voikin olla toisin, riippumatta siitä mitä kaikki alan tutkijat ja julkaistut artikkelit sanovat. Nyt heillä on kaikupohja Helsingin yliopiston omassa lehdessä.

Huippukeksijä rahoittaa

26.8.2025 klo 14.58, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Miten erottaa paikkansapitävä tieto ja perättömät väitteet? Nykyään on tullut tavaksi toistella, että sosiaalisen median takia ihmisten argumentointi ja näkemykset eivät pohjaa tosiasioihin, eikä moni erota faktoja valheista tai kohinasta. Vastaavasti julistetaan vakiintuneiden tiedotusvälineiden merkitystä oikean tiedon välittämisessä. Valitettavasti edes tiedeuutisoinnissa (saati muissa aiheissa) tilanne ei ole niiden osalta ongelmaton. (Olen aiemmin kirjoittanut tiedeuutisoinnista täällä, täällä, täällä, täällä, täällä, täällä, täällä, täällä, täällä ja täällä.)

Yksi esimerkki on Yliopisto-lehden numerossa 5/2025 ja Helsingin yliopiston sivuilla julkaistu artikkeli, jonka otsikkona on ”Millainen maailmankaikkeus on? Huippukeksijä rahoittaa filosofian tutkimusta testatakseen vaihtoehtoista fysiikan teoriaa”. Artikkeli esittelee kritiikittä tekniikan tohtori Tuomo Suntolan pseudotieteellisiä väitteitä. Suntola on antanut Helsingin yliopistolle suuren lahjoituksen.

Suntola on tuonut julki ideoitaan maailmankaikkeudesta eri yhteyksissä, muun muassa Luonnonfilosofisen seuran tilaisuuksissa, joissa sekoitetaan tiedettä ja pseudotiedettä. Yliopisto-lehti on yleensä korkeatasoinen julkaisu, joka pitäytyy tieteeseen. Artikkeli kuitenkin antaa aiheesta harhaanjohtavan kuvan ja sisältää virheellisiä väitteitä.

Jo artikkelin otsikko on outo. Fysiikka on empiirinen tiede, jonka teorioita testataan vertaamalla havaintoihin. Filosofiaa rahoittamalla ei siis voi testata fysiikan teorioita, vaikka sillä voikin saada palstatilaa lehdissä.

Artikkeli lähtee liikkeelle fyysikko David Bohmin kvanttimekaniikan teoriasta. Artikkelissa väitetään (ilmeisesti filosofi Paavo Pylkkästä mukaillen), että teoria ”sysättiin syrjään”, koska fyysikot eivät onnistuneet kumoamaan sitä.

On syytä selventää, mistä on kysymys. Kvanttimekaniikka on ennustuksiltaan erittäin onnistunut teoria, mutta sen kuva maailmasta on hyvin erilainen kuin arkikokemuksemme. Tälle on esitetty erilaisia mahdollisia ratkaisuja. Bohm esitti, että kvanttimekaniikan takana on tietynlainen deterministinen teoria. (Aiheesta tarkemmin täällä.)

Bohmin idea ei ole saanut suurta suosiota. Yksi syy on se, että hänen teoriansa ei tee mitään ennusteita, joiden avulla sen voisi erottaa tavallisesta kvanttimekaniikasta. Päinvastoin Bohm rakensi teorian siten, että sen ennustukset ovat täysin samat kuin tavallisen kvanttimekaniikan. Toinen syy on se, että teoriaa on vaikea yhdistää suppeaan suhteellisuusteoriaan, kun taas tavallinen kvanttimekaniikka on hedelmällisesti yhdistetty suppeaan suhteellisuusteoriaan kvanttikenttäteoriassa. Kvanttikenttäteoria on historian tarkimmin testattu fysiikan teoria. Bohmin teorian pohjalta ei ole pystytty toistamaan tätä menestystä.

Tämä ei tarkoita sitä, etteikö kvanttimekaniikan takana voisi olla determinististä teoriaa, ja tällaisia mahdollisuuksia yhä tutkitaan, joskaan ei kovin aktiivisesti. Toistaiseksi idea ei kuitenkaan ole johtanut mihinkään todeksi havaittuun eikä edes teoreettiseen läpimurtoon.

Tämä on hyvin tunnettua, ja noudattaa fyysikoiden ja tieteenfilosofien vakiintuneita käsityksiä siitä, miten empiirisiä teorioita testataan ja milloin ne syrjäyttävät edeltäjänsä. Yliopisto-lehti sen sijaan vetoaa hämäriin väitteisiin sosiaalisesta pääomasta. Bohmia käytetään antamaan Suntolalle uskottavuutta: jos tutkijat aiheetta sivuuttivat Bohmin, niin ehkä on aiheetonta, että he sivuuttavat Suntolan?

Tällainen argumentointi on laadukkaassa tiedejournalismissa harvinaista, mutta pseudotieteestä tuttua. Tämän vihjailun avulla ohitetaan ne kriteerit, millä teorioita arvioidaan. Tutkija ja pseudotieteen arvostelija Carl Sagan kommentoi tällaisia selityksiä seuraavasti: ”Kolumbukselle naurettiin, [höyrylaivan kehittäjä] Fultonille naurettiin, Wrightin veljeksille naurettiin, mutta myös Bozo-pellelle naurettiin.”

David Bohmin teoria kvanttimekaniikasta oli tieteellisesti merkittävä ja otetaan vakavasti, vaikka se ei olekaan ollut hedelmällinen. Suntolan esitykset maailmankaikkeudesta eivät ole herättäneet tieteilijöiden mielenkiintoa eikä niitä ole hyväksytty tieteellisiin lehtiin, koska ne ovat pseudotiedettä.

Yliopisto-lehdessä niitä kuitenkin hehkutetaan virheellisin perustein. Artikkelissa väitetään, että ”2000-luvun alussa Hubble-teleskoopin havainnot supernovaräjähdyksistä kulkeutuneesta valosta eivät selittyneet suhteellisuusteorialla”. Tämä ei ole totta. Vuonna 1998 havaittiin, että maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy. Tämä oli mullistava löytö, josta myönnettiin Nobelin palkinto vuonna 2011 ja jonka merkitystä vieläkin tutkitaan. Siihen liittyvät 1990-luvulla ja 2000-luvulla tehdyt havainnot selittyvät suhteellisuusteorian puitteissa.

Artikkelissa myös todetaan, että ”jos jokin havainto, kuten universuminen laajeneminen, ei tunnu sopivan teoriaan, sitä voidaan täydentää pimeän energian kaltaisilla korjauksilla”. Tämä virke on virheellinen. Fyysikko Aleksander Friedmann osoitti vuonna 1922, että yleinen suhteellisuusteoria ennustaa maailmankaikkeuden laajenemisen, vuosia ennen kuin se havaittiin. Pimeän energian kanssa asialla ei ole mitään tekemistä – sen avulla selitettiin havaintoja vasta 1990-luvulla.

Artikkelin tarina jatkuu paikkansapitämättömillä väitteillä Suntolan ideoiden saavutuksista, joiden pohjana vaikuttaa olevan vain Suntola itse. Tuhansien tieteilijöiden vertaisarvioitu tutkimus on hylätty tiedon lähteenä.

Ei ole ensimmäinen kerta, kun Yliopisto-lehti epäonnistuu fysiikasta kirjoittamisessa. Vuonna 2014 se esitteli kritiikittä Arto Annilan ideoita kuin ne olisivat fysiikkaa. Joukko fyysikoita kirjoitti lehteen selventääkseen, että Annilan ajatukset ”eivät kuitenkaan kuvaa vakavasti otettavaa tieteellistä teoriaa” vaan ovat ”pähkähulluja”. Sen sijaan että olisi tunnistanut virheen ja pyrkinyt korjaamaan sen, päätoimittaja Marja Pemberton puolusti artikkelia ja kutsui tutkijat käymään keskustelua Annilan väitteistä.

Oli tyrmistyttävää havaita, että merkittävän tiedelehden päätoimittaja ei kyennyt erottamaan tiedettä pseudotieteestä eikä tieteellistä argumentointia hölynpölystä. Nähtäväksi jää, pystyykö toimitus nyt muuttamaan kurssia, vai jatkaako se tieteen ymmärtämisen heikentämistä.

Matka vapauteen

12.8.2025 klo 21.56, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Millaista on sitoutua atomien hilaan tai tanssia suprajohteessa? Pelasin viime viikonloppuna Turun Tehdas-teatterin ohjelmistossa olevalla Immersion-festivaalilla larpin Superconductivity (suom. suprajohtavuus), jossa eläydyttiin elektroneihin.

Pelin suunnittelija Thomas Steenfeldt Nielsen (Immersionissa pelisuunnittelijat vetävät omia larppejaan) on fysiikan jatko-opiskelija. Hän sai idean larppiin tutustuessaan suprajohtavuuteen (jonka ensimmäiseksi ymmärsivät Vitaly Ginzburg ja Lev Landau) ja miettiessään, miten sitä voisi välittää muille. Larpin aluksi hän tosin kertoi, että sen pelaamiseksi ei tarvitse tietää fysiikasta, eikä sitä pelaamalla opi fysiikkaa. Kyseessä olikin taiteellinen tulkinta elektronien käytöksestä heijastettuna inhimilliseen elämään ja fyysiseen toimintaan, jossa pyrittiin välittämään muotoa ja tuntua sisällön ja faktojen sijaan.

Larpeissa on yleensä keskeistä se, että osallistujilla on hahmo, johon he eläytyvät ja jonka kautta he kokevat tapahtumat ja luovat peliä. Todellisilla elektroneilla ei ole sielunelämää, mutta ne voivat olla korkeaenergisiä, niiden joukon lämpötila voi olla matala tai korkea, ne voivat olla järjestyksessä tai epäjärjestyksessä. Tällaisilla käsitteillä on yhtymäkohtia ihmiselämään. Samoin kuin kieli maalaa fysiikasta inhimillisen kuvan käytettyjen sanojen takia, liike voi tuoda erilaisia ilmiöitä inhimillisen kokemuksen piiriin.

Superconductivityssä elektronit oli sidottu hilaan, jota esitti lattiaan mustalla teipillä merkitty 4×4 ruudukko. Pelaajia oli 16, yksi per ruudun reuna. Larpissa oli viisi näytöstä, jotka kävivät läpi elämän vaiheita. Jokaisessa näytöksessä elektronit aloittivat hilan reunalta, matkasivat aluksi hilan viivoja pitkin, ja saattoivat sitten hypätä ruutuun ja vuorovaikuttaa siellä toisen elektronin kanssa.

Ensimmäisen näytöksen teema oli lapsuus ja uteliaisuus, toisen seikkailu ja spontaanisuus, kolmannen katumus ja rappio, neljännen sekaannus ja kitka, ja viides kuvasi vapaata suprajohtavaa tilaa. Joissakin näytöksissä pelaajat saivat neliöiden sisällä puhua toisilleen virkkeillä, joista kukin sanoo vuorotellen yhden sanan, ja joissakin koskettaa toisiaan, mutta enimmäkseen viestintä perustui liikkeisiin ja ilmeisiin. Sanatonta vuorovaikutusta harjoiteltiin larppia edeltävässä workshopissa, ja pelin alkaessa siihen oli hyvät valmiudet. Tuntui oudolta, kun viimeisessä näytöksessä hahmot saivat yllättäen puhua kokonaisia virkkeitä, kun oli eläytynyt ajattelemaan viestintää vain käsillä, keholla ja yksittäisillä sanoilla.

Liikkumisessa ja tunnelman saavuttamisessa auttoi vaihtuva musiikki, joka ohjasi tahtiin ja mielentilaan. Superconductivity onkin larpin ja tanssipelin sekoitus: nämä osat oli sovitettu hyvin yhteen eikä peli toimisi ilman molempia. Useassa näytöksessä elektronien piti palata neliöistä takaisin hilan viivoille musiikin vaihtuessa. Elektronit saivat myös kaiuttimista ohjeita kokeilijalta, joka yritti saada niitä suprajohtavaan tilaan: tämän ärtynyt suhde elektroneihin, joita oli vaikea saada käyttäytymään halutulla tavalla, kuvasi fyysikon turhautumista kokeiden käytännön ongelmiin.

Superconductivityssä kehollinen toiminta oli keskeistä, ja tanssin välittömällä kokemuksella ratkaistiin onnistuneesti sitä ongelmaa, että elektroneihin eläytyminen on hankalaa niiden epäinhimillisyyden takia: liikkeestä muodostuva kokemus on samaan aikaan välitön, abstrakti ja konkreettisen fysikaalinen.

Larpin narratiivi yhdisti inhimillisen elämän vaiheet kauniisti elektronien kehitykseen kohti suprajohtavuutta. Odotin kuitenkin, että suprajohtavuuden fysiikka olisi ollut enemmän ja tarinallisemmin läsnä. Suprajohtavassa tilassa kaksi toisistaan etäällä olevaa elektronia yhtyy kaukovaikutuksen takia kokonaisuudeksi, joka käyttäytyy kuin yksi hiukkanen, mutta pelissä suprajohtavat elektronit vuorovaikuttivat vapaasti kaikkien kanssa lähellä (vaikkakin yhä vain kaksi kerrallaan), eikä ollut selvää, miksi tilaan päädyttiin.

Pelin ei toki ollut tarkoituskaan noudattaa fysiikkaa täsmällisesti, ja fysikaalinen tarkkuus oli taiteellisen kokemuksen rinnalla toissijaista.

Yksi vertailukohta kirjallisuudessa on Alan Lightmanin kirja Einsteinin unet, jossa unien maailmoja käytetään kosketuspintana suhteellisuusteoriaan. Kuvataiteesta tulee mieleen Metta Savolaisen teoskokonaisuus Ympyrän neliöiminen, jossa matemaattisen tutkimusohjelman päätyminen umpikujaan on kuvattu askel kerrallaan värien ja muotojen avulla. Itse tavoittelin ohjaaja Davide Giovanzanan kanssa tekemässäni vuoden 2013 Talvisirkus Kosmoksen käsikirjoituksessa runollista tulkintaa fysiikan ilmiöistä kauniin toiminnan kautta. Sirkuksessa oli jaossa vihkonen, jossa selitettiin esitysten kuvaamaa fysiikkaa, mutta sitä ei tarvittu niistä nauttimiseen.

Superconductivitystä ei ehkä oppinut fysiikkaa, mutta se osoitti kuinka fysiikka sopii paitsi teknologian ajuriksi myös taiteen käyttötavaraksi.

Päivitys (07/10/25): Tänään ilmoitettiin (jälleen) Nobelin palkinto suprajohtavuuden tiimoilta. Ruotsin kuninkaallisen tiedeakatemian taustamateriaalissa suprajohtavuutta kuvaillaan seuraavasti: ”Joissain materiaaleissa yksittäiset elektronit, jotka puskevat tiensä johtimen läpi saattavat järjestäytyä, muodostaen synkronisoidun tanssin joka virtaa vastusta vailla.”