Tiede on tarinankerrontaa

Meille on opetettu koulussa, että tiedemiehet tietävät, kuinka asiat ovat. Koulussa tentattiin joukko tosiasioita, ja väärin vastanneet hylättiin. Todellisuudessa tiede on joukko erilaisia olettamuksia, joita päivitetään jatkuvasti. Kuten professori Alison Gopnik totesi UC Berkeleyn kehityspsykologian peruskurssinsa aluksi, yli puolet siitä, mitä hän aikoo opettaa osoitetaan vääräksi seuraavan kymmenen vuoden aikana. Siitä huolimatta Gopnik opetti kurssinsa, niin kuin oli opettanut vuosia aiemminkin.

Tiede ei kerro absoluuttista totuutta.

Tiede kertoo joukon tarinoita, joiden avulla voimme ymmärtää maailmaa paremmin, ja toimia maailmassa paremmin. Kun kvanttifysiikan pioneeri Niels Bohr vertasi atomia aurinkokuntaan, hän ei suinkaan väittänyt, että atomi on pieni aurinkokunta. Sen sijaan hän pyrki välittämään ymmärrystä kymmeniä vuosia opintoja vaativasta, mutkikkaasta matemaattisesta teoriastaan.

Bohr ei olettanut edes, että hänen matemaattinen teoriansa kuvastaisi maailmaa sellaisenaan. Kvanttifysiikka ennustaa kyllä monia ilmiöitä tehokkaasti niin, että pystymme rakentamaan tietokoneita ja ydinvoimaloita – tai vaikkapa näkymättömyysviitan. Monet ilmiöt jäävät kuitenkin kvanttifysiikan selitysvoiman ulkopuolelle.

Pari vuotta sitten osallistuin upeaan havaintofilosofian konferenssiin Lausannessa, Sveitsissä. Viikon kestäneen kokouksen pääpuhujina olivat nyttemmin Cambridgen professorina toimiva Tim Crane sekä Teksasin yliopiston professori Michael Tye. Crane ja Tye kuuluvat nykyajan arvostetuimpiin havaintofilosofeihin. He ovat vanha taistelupari, jotka ovat eri mieltä lähes kaikesta havaintofilosofiaan liittyvästä. Siitä huolimatta superfilosofit eivät suinkaan teilanneet toistensa näkemyksiä väärinä, tai liputtaneet omiaan ainoana oikeana totuutena. Sen sijaan he aloittivat suurimman osan painavimmista argumenteistaan sanomalla: ”I can tell a story…” Samaten kiistatilanteessa filosofit pyysivät toisiaan kertomaan vakuuttavan tarinan argumenttinsa tueksi.

Tiede ja filosofia ovat menetelmiä, joiden avulla yritämme ymmärtää maailmaa, jossa elämme. Sekä tiedemiehet että filosofit ovat pohjimmiltaan tarinankertojia. Tarinan voimaa ei kuitenkaan tule aliarvioida: tiede ei ole mitä tahansa tarinaniskentää. Näillä tarinoilla ammutaan raketteja avaruuteen ja lämmitetään kokonaisia kaupunkeja. Se ei kuitenkaan vielä tarkoita sitä, että tarina olisi tosi.

Atomia ei ole olemassa

Ennen siirtymistäni tietoteorian ja mielenfilosofian pariin tutkin runsaan vuoden verran metafysiikkaa ja fysiikan filosofiaa. Fysiikan filosofian parissa tein järkyttävän löydön. Koulussa meille opetettiin, että maailma koostuu atomeista. Kuinka ollakaan, itse atomin planeettamallin kehittäjä, Niels Bohr, väitti kuitenkin, ettei tämä pidä paikkaansa. Itse asiassa atomia ei ole oikeastaan edes olemassa.

Vaikka ajatus olevaisen jakamattomasta perusyksiköstä, atomista, juontaakin juurensa antiikin filosofi Demokritokseen, on se nykyisessä merkityksessään hämmästyttävän tuore käsite. Nykyisen atomiteorian siemenet kylvettiin 1800-luvun alussa, ja sen ensimmäinen varsinainen läpimurto syntyi 1897 kun J.J. Thomson löysi elektronin. Runsas vuosikymmen myöhemmin Ernest Rutherford löysi puolestaan atomiytimen.

Vuonna 1927 muotoiltiin kuuluisa kvanttimekaniikan Kööpenhaminan tulkinta, jonka arkkitehteina toimivat muun muassa Niels Bohr ja Werner Heisenberg. Kööpenhaminan kokouksissa päätettiin muun muassa käyttää Bohrin ”planeettamallia” atomin kuvaamiseen tuolloin myös suositun Thomsonin ”rusinapullamallin” sijaan. Eikä mennyt aikaakaan, kun atomin voima valjastettiin jo sekä hyvässä että pahassa.

Mutta mistä tässä kaikessa on oikeasti kysymys?

Thomson löysi elektronin tutkiessaan katodiputkia – siis niitä samoja, joihin kuvaputkitelevisio perustuu. Hän havaitsi katodiputkissa säteilyilmiöitä, joita olemassa olevat fysiikan teoriat eivät kyenneet selittämään. Thomson esitti olettaman siitä, että negatiivisesti varautuneet alkeishiukkaset, elektronit, selittäisivät ilmiön. Ja pian olettamuksen tueksi tarjotut yhtälöt saivat vahvistuksen.

Rutherford puolestaan testasi niin sanottua alfasäteilyä mittaamalla radioaktiivisen säteilyn kulkeutumista kultakalvon lävitse. Hän huomasi, että säteilyä ei tullutkaan läpi niin paljon, kuin elektroniteoria antoi ymmärtää, ja että osa säteilystä kimposi takaisin kultalevystä. Rutherford esitti, että elektronipilven keskellä on oltava positiivisesti varautunut ydin, josta alfasäteet kimpoavat. Ja pian tämänkin hypoteesin tueksi tarjotut yhtälöt saivat kokeellisen vahvistuksen.

Kukaan ei ollut kuitenkaan nähnyt ainuttakaan elektronia, alfasädettä tai atomiydintä. Koko tänä aikana oli havaittu ainoastaan hohdetta katodisädeputkessa ja täpliä valokuvauslevyllä. Kukaan ei ollut suinkaan keksinyt esimerkiksi mikroskooppia, jolla voisimme tarkastella atomeita nätissä rivissä. Itse asiassa sellaisen keksiminen on teoreettisestikin mahdotonta.

Juju on siinä, että olettamalla elektronin Thomson pystyi ennustamaan juuri tietynlaisen hohteen katodisädeputkessa. Ja samaten olettamalla atomiytimen, Rutherford pystyi ennustamaan tietyn määrän täpliä valokuvauslevyllä.

Atomiteoria perustuukin viime kädessä vahvoihin olettamuksiin. Se perustuu erittäin nokkelien ihmisten erittäin hyvin perusteltuihin arvauksiin. Yhtä hyvin kultalevyn kätköissä voisi kuitenkin asustaa pikkiriikkisiä vihreitä tonttuja, jotka pelaavat alfasäteillä tennistä. Mikään havaintokokemus ei sulje pois tällaista vaihtoehtoa.

Atomiteoria on kyllä toistaiseksi paras olemassa oleva maailman koostumuksen selittäjä, ja sen nojalla voidaan tehdä upeita juttuja ydinvoimaloista tietokoneisiin. Siksi se selättää suurimman osan sen korvikkeeksi tarjotusta huuhaasta mennen tullen. Atomiteorian suurin anti onkin sen huikean ennustusvoimainen matemaattinen sisältö.

Itse atomia on kuitenkaan tuskin olemassa. Samat ilmiöt voi selittää käytännössä lukemattomilla muillakin tavoilla. Tästä syystä usein sanotaankin, että Kööpenhaminan tulkinnan maailmaselitys kuuluu: ”Suu suppuun, ja jatka laskemista!”