Logiikasta ruuveihin
Yläasteella tai lukiossa opiskelevat kysyvät minulta joskus miten tullaan fyysikoksi. Tähän on helppo vastata: suorittamalla koulun fysiikan ja matematiikan kurssit (koodaamisesta on myös apua) huolella ja hakemalla yliopistoon opiskelemaan fysiikkaa. Yliopistossa saa selville, mistä fysiikassa oikeastaan on kyse ja onko se oma ala.
Jatkokysymys miten tullaan hyväksi fyysikoksi on sitten vaikeampi. Yliopisto-opintojen osalta ehkä tärkein asia mihin voi itse vaikuttaa on se, että on innostunut, omistaa opinnoille niille tarvittavan ajan, ja valitsee gradu- ja väitöskirjaohjaajansa huolella. Fysiikan teorioiden sisällön omaksumisen (mihin yliopiston kurssit lähinnä keskittyvät) lisäksi tutkijan työssä tarvitaan erilaisia taitoja, joista monet oppii vain tekemällä kuten käsityössä.
Hiukkasfysiikassa ja kosmologiassa (saati fysiikassa laajemmin) on erilaisia aloja, joissa tarvitaan eri taitoja ja ajattelutapoja.
On matemaattisen fysiikan nimellä kulkevaa tutkimusta, joka on matemaattisesti huolellista ja kehittynyttä, mutta usein kaukana havainnoista. Yhdestä suunnasta se sulautuu matematiikkaan. Jotkut matemaattiset fyysikot ovatkin matematiikan laitoksilla töissä, ja yhteisössä lähempänä matemaatikkoja kuin muita fyysikoita.
Toisessa suunnassa matemaattinen fysiikka muuttuu vähemmän täsmälliseksi teoreettiseksi fysiikaksi, jonka pääpaino on teorioiden ja mallien kehittämisessä määrättyjen ilmiöiden kuvaamiseen. Lähemmäs havaintoja mentäessä teoreettinen fysiikka puolestaan lomittuu fenomenologiaksi kutsuttuun fysiikan haaraan. Fenomenologiassa keskitytään siihen, millaisia havaintoja mallit tarkalleen ennustavat ja selittävät, ja verrataan niitä kokeiden tuloksiin. Siinä on tärkeämpää hallita teoreettisia menetelmiä sekä tuntea kokeita ja osata verrata niitä teoriaan kuin ymmärtää hienostuneen matematiikan yksityiskohtia.
Fenomenologia on silta teoriasta kokeelliseen fysiikkaan. Kokeellisessa fysiikassa pitää tuntea teorioiden lisäksi laitteiden rakentamista, toimintaa ja käytäntöä. Jos matemaattisen fysiikan rajalla on matematiikka, missä pitää hahmottaa loogisia yhteyksiä vailla kosketusta todellisuuteen, niin kokeellisen fysiikan rajalla on insinööritaito, missä pitää tietää miten ruuvit pannaan paikalleen.
Sen lisäksi, että eri aloilla tarvitaan erilaisia taitoja, niiden sisällä voi tehdä tutkimusta eri tyyleillä. Osassa teoreettista fysiikkaa kehitetään parempia menetelmiä ja teorioita, vaikkapa esitetään uudenlaisia pimeän aineen hiukkasia tai tapoja kuvata kosmisen inflaation kvanttivärähtelyjä. On myös tutkimusta, joka on hyvin spekulatiivista eikä pohjaa vankasti sen enempää havaintoihin kuin teoriaankaan. Siinä heitellään kaikenlaisia ideoita, ja alkuun ne voivat olla puolivillaisia ja käsittely epätäsmällistä; tärkeintä on uusien yhteyksien ja näkökulmien kehittäminen.
Koska tutkimusta ja taitoja on niin erilaisia, on vaikea arvioida tutkijoita yksiulotteisella hyvä-huono-akselilla. Tutkijoiden välillä on kyllä merkittäviä tasoeroja, ja on syytä myös hyväksyä se, että osa eroista on luontaisia, kuten urheilussa ja musiikissa. Olipa syynä perintötekijät tai lapsuuden kehitys, minusta ei voisi tulla yhtä taitavaa fyysikkoa kuin vaikkapa säieteoreetikko Edward Wittenistä, vaikka olisin kuinka omistautunut.
Kaikessa fysiikan tutkimuksessa on hyödyksi peräänantamattomuus yhdistettynä kykyyn arvioida omia ideoita kriittisesti ja luopua niistä. Teoreettisessa kosmologiassa onkin vahva kyseenalaistamisen ja väärässä olemisen kulttuuri. Yksi tärkeä taito on se, että osaa muodostaa selkeän käsityksen siitä, mitä tietää ja miksi, mitä ei tiedä, ja pystyy esittämään kantansa selkeästi. Ja sanottakoon että oman työn markkinoiminen rahoitushakemuksissa on nykyään yhä tärkeämpi taito.
Uutta tutkimusta julkaistaan joka päivä, ja on tärkeää pysyä ajan tasalla. Tieteellisiä artikkeleita pitää osata lukea sekä pintapuolisesti että syvään pureutuen. Kaikkeen edes oman alan tutkimukseen ei ole aikaa perehtyä, joten pitää pystyä saamaan käsitys siitä, mistä on kysymys, vaikka ei ymmärrä artikkelia tarkkaan. Toisaalta omaan tutkimukseen läheisesti liittyvien asioiden kohdalla on tärkeää osata käydä asiat läpi yksityiskohtaisesti.
Tärkeitä taitoja voisi listata enemmänkin. Niitä oppii tekemällä, eikä kukaan tiedä tai osaa kaikkea. Siksi on tärkeää osata tehdä yhteistyötä ja paikata omia heikkouksia muiden vahvuuksilla. Itse en esimerkiksi osaa koodata (on kauan siitä, kun olen edes oikolukenut toisten koodia) enkä hallitse data-analyysin yksityiskohtia. Muiden kanssa työskennellessä olen oppinut arvostamaan sitä mitä he osaavat, ja samalla näkemään sekä yhteistyökumppanien että itseni rajoitukset.
Fysiikka on inhimillistä toimintaa ja tulla hyväksi fyysikoksi on ainakin osittain samaa kuin tulla hyväksi ihmiseksi. Siihen liittyy tiettyjä moraali- ja eettisiä kriteerejä, jotka eivät poikkea mitenkään muista asioista kiinnostuneiden ihmisten vaatimuksista. Fysiikan tutkimuksen kannalta ongelmallista on rahoituksen hankkiminen hakumenettelyn kautta. Rahoituspäätöksiä nimittäin tekevät esim. vallitsevan hiukkasfysiikan ns. standardimallin kannattajat. Eli ei kannata mennä heille kertomaan, ettei pimeää ainetta ole olemassa. Se on varmin tapa tehdä turhaa työtä! Mikä tahansa idea, millainen pimeän aineen hiukkanen voisi olla, on parempi. Skaalan laajentamien WIMPien aksonien ulkopuolelle sallitaan, mutta ei kieltämistä. Tilanne on verrattavissa urheiluun. Jos sanot, että Putin on rikollinen, niin saat ehkä kilpailla (tosin ilman kansallistunnuksia) muuten et saa. Tällaista on ”mielipiteen vapaus”, jonka väitetään kuuluvan demokratiaan!
En viitannut tässä yhteydessä sanalla ”hyvä” tieteen tekemisen etiikkaan, vaikka sekin on tärkeä asia. Se, että joku tekee hyvätasoista tutkimusta ei valitettavasti tarkoita (tai edellytä) sitä, että hän olisi erityisen moraalisesti hyvä ihminen.
Vaihtoehtoa pimeälle aineelle (muokattu gravitaatio) tutkitaan yhä, mutta se on ollut paljon selitys- ja ennustusvoimaisempi idea kuin kilpailijansa. Siksi sitä tutkitaan enemmän.
Ks. esim. https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/luodin-jaljet/