72 TIETEESSÄ TAPAHTUU 5 2019 KIRJALLISUUS
tuottaa sähköä täydeksi tehok- si laskettuna vain 10–40 prosent- tia vuoden tunneista. Vuosittain on monen vuorokauden tyyniä tai heikkotuulisia jaksoja usean valtion alueella yhtaikaa. Tasaa- va vesivoima käy niukaksi, eikä puuttuvan sähkön korvaaminen fossiilituotannolla auta ilmastoa.
Smil haaveilee uusista edulli- sista tavoista ”varastoida tuuli- ja aurinkosähköä massiivisessa mit- takaavassa”. Kuitenkin tutkimus- pohjalta tiedämme, että niitä ei ole luotavissa lähivuosikymmeni- nä, paitsi pumppuvoimaloita vuo- ristoisiin maihin. Syyt ovat sähkön akku varastoinnin laitekokoa mää- rittävissä aineiden ominaisuuksis- sa ja fysiikan laeissa, joita ei voi kumota. Erittäin valitettavaa on, että nämä seikat ja nykytuotan- toon sidottu valtava pääoma saat- tavat viivyttää sähkön fossiilituo- tannosta kokonaan luopumista ehkä kauaskin yli sen, mihin EU ja ryhmä muita valtioita ilmoittaa täh- täävänsä.
Smil pohtii deterministisen ajat- telun oikeutusta energian ja il- maston suhteen, mutta näyttää välttävän ottamasta siihen selvää kantaa. Mielestäni kirjan muu si- sältö osoittaa suureksi haasteeksi pitäytymisen vanhoissa tuotanto- rakenteissa, vaikka uusia keinoja olisi käytettävissä.
On nähdäkseni välttämätön- tä tutkia edellytyksiä ja keino- ja vanhojen tuotantorakentei- den muuttamiseen. Esimerkkinä kevyem mältä laidalta voisi harki- ta kehityshanketta lannanpoltta- jien ohjaamiseksi ohi monen väli- vaiheen suoraan vähäpäästöiseen ruoanvalmistukseen aurinkoläm- pöä päivällä illaksi varastoiden.
Kuumissa maissa on suuri tilaus aurinkosähkölle ja toisaalta suure- na haasteena viilennettävien ra- kennusten seinien ja ikkunoiden
”kylmäeristäminen”. Vaikeampaa on yrittää luopua fossiiliener gian suorista ja epäsuorista tuista ja ve- rohelpotuksista. Smilin mukaan Kansainvälinen valuuttarahasto (IMF) arvioi kaikkien energia tukien
globaaliksi kokonaismääräksi vuonna 2015 noin 5,3 biljoonaa dollaria eli noin 4 600 miljardia euroa. Suuri osa niistä liittyy fossii- lienergiaan.
Kiehtova lukuelämys
Tšekin puolella Saksan rajavuoris- toa kasvanut ja Prahassa opiskel- lut Smil käyttää vähän ja lyhyitä väliotsikoita sekä kirjoittaa pit- kiä alalukuja ja kappaleita. Kappa- leen sisällä (on usein sulkulausek- keita ja) saatetaan yhtäkkiä siirtyä toiseen asiaan sekä lopuksi vielä kommentoida kolmatta. Lisähaas- teeksi suomentajalle ja lukijoille on osa pitkistä virkkeistä raken- nettu kiertoilmaisun tai negaation kautta vanhaa saksalaista tapaa muistuttavasti. Osaavan kustan- nustoimittajan ammatillinen tuki kirjoittajalle olisi auttanut kirjan käyttäjiä ja myös lyhentänyt kirjaa tuntuvasti.
Alkukielisessä kirjassa esiin- tyy usein Smilin lempikäsite prime mover. Sillä on eri elämänaloilla eri merkityksiä aloitteentekijästä ja projektin vetäjästä satamatyö- koneeseen. Energiatekniikassa sil- lä tarkoitetaan useimmiten laitetta tai järjestelyä, joka muuntaa liike- tai lämpöenergiaa tai kemiallista energiaa hyödylliseksi työksi. Niin- pä prime mover voisi laaja-alaises- sa energiakirjassa olla suomeksi asiayhteydestä riippuen vaikkapa voimanlähde, voimalaite, käyttö- voima tai alkuunpaneva tekijä.
Sivulla 16 suomentaja esittää- kin sille sujuvan käännöksen voi- makone. Siitä huolimatta hän on päätynyt käyttämään kirjan muissa osissa kauttaaltaan ja asiayhtey- destä riippumatta ilmausta ensim- mäinen liikuttaja. Se esiintyy suo- mennoksessa arviolta satakunta kertaa, osin hämmentävästi ilman yhteyttä liikkeeseen. Lisäksi ilmai- su energy cost on suomennettu energiakustannukseksi silloinkin, kun se tarkoittaa energian panos- tustarvetta. Sinänsä tärkeä sana- tarkkuus näyttää näissä kohdissa kääntyneen tarkoitustaan vastaan.
Tästä kritiikistä huolimatta
Energia ja sivilisaatio on kiehtova lukuelämys, jossa riittää sulattele- mista pitkäksi aikaa. Suosittelen sitä ajatuksia herättäväksi tietoläh- teeksi kaikille ilmastonmuutoksen onnistumisen hyväksi toimiville.
ESA TOMMILA
Kirjoittaja on fyysikko, ympäristöneu- vos ja Ekokem Oy Ab:n eläköitynyt toi- mitusjohtaja.
Fysiikan outo maisema
Carlo Rovelli: Ajan luonne. Suo- mentanut Hannu Karttunen.Ursa 2018.
Kansainvälisesti tunnetun ita- lialaisen fyysikon Carlo Rovel- lin (s. 1956) Ajan luonne tarttuu vaikeaan aiheeseen. Työ purkaa ajan määritelmistä ja merkityksis- tä käytyä laajaa keskustelua fy- siikan, filosofian ja osin myös tai- teen keinoin. Kysymyksessä ei ole varsinainen tieteellinen tutkimus, vaan pikemminkin yleistajuinen tietokirja. Sen tavoitteena on saa- da inhimillinen ote aiheesta, joka on monessa suhteessa arkijärjen ja tavanomaisten selitysten tavoit- tamattomissa.
Työ lähestyy fysiikan perustei- ta periaatteessa samansuuntai- sin lähtökohdin kuin Rovellin ai- kaisemmin julkaistu Seitsemän lyhyttä luentoa fysiikasta (Ursa 2016). Kummankin perustana on pyrkimys esittää fysiikan vaikea- selkoiset keksinnöt ymmärrettä- vässä muodossa sekä sanoa jo- tain siitä, mitä merkitystä näillä yksityiskohdilla on ihmisen olemi-
TIETEESSÄ TAPAHTUU 5 2019 73 KIRJALLISUUS
sen ja itseymmärryksen suhteen.
Tavoite on vaikea, sillä moder- nin fysiikan löydökset eivät ole ko- vin helposti tavoitettavissa arki- järjen tai -kielen keinoin. Lisäksi ihmisen ja luonnon välillä tapahtu- va vuorovaikutus on monessa ta- pauksessa niin hienosyistä, ettei sen tavoittaminen ole kaikin osin mahdollista. Näihin ongelmiin kan- nattaa kuitenkin etsiä vastauksia, sillä monet luonnontieteen keskei- set löydökset ovat suorassa suh- teessa sekä arkitodellisuuden että teknologian ja yhteiskunnan kehi- tykseen.
Ajan luonteen haastavuus tu- lee esiin erityisesti siinä, etteivät sen perustavat ideat ajasta ja sen keskeisistä ominaisuuksista kään- ny kovin helposti luonnollisek- si arkiajatteluksi. Kirjan teemojen omaksuminen vaatii lukijalta aina- kin jonkinlaisten perustietojen tun- temusta suhteellisuusteoriasta, termodynamiikasta (varsinkin ent- ro piasta) ja kvanttifysiikasta, sillä ajan käsitteellistämisen kehitys on ollut keskeisesti kytköksissä näi- den teorioiden syntyyn. Teos sisäl- tää jonkin verran vaikeaselkoisia kohtia, mutta monia lukijoita tus- kastuttavia matemaattisia kaavoja esiintyy lähinnä vain lähdeviitteis- sä, ja sielläkin harvakseltaan.
Kirjan rakenne sen sijaan voi olla hankala siinä mielessä, että teos etenee hieman salakavalas- ti kohtalaisen helpoista klassisen fysiikan (tai klassisen mekaniikan) keksinnöistä kohti kvanttifysiikan perusteita. Vaikka Rovelli pyrkii työssään havainnollisuuteen ja yk- sinkertaisuuteen, käy selostus pai- koin vaikeaselkoiseksi varsinkin siinä vaiheessa, kun hän pääsee alun arkihavaintoja selvittelevien osuuksien jälkeen käsittelemään modernin fysiikan todellisia ongel- makohtia.
Työ jakautuu kolmeen osaan, joista ensimmäinen sisältää erään- laisen standardikuvauksen tai yh- teenvedon siitä, mitä moderni fy- siikka on oppinut ajasta. Tämä
”Ajan mureneminen” -otsikon saa- nut osuus nojautuu suurelta osin Albert Einsteinin suhteellisuusteo-
rian ja muiden klassisten oppien mukaiseen kuvaukseen ajan pe- rusluonteesta. Keskeisellä sijal- la ovat yleisen suhteellisuusteo- rian mukaiset havainnot eri aikaa käyvistä kelloista sekä oivalluk- set siitä, että avaruuden jokaisel- la pisteellä on yksilöllinen, muihin pisteisiin suhteutuva aikansa.
Osa jakautuu viiteen lukuun, mutta kertomus ei etene fysiikan teorioiden kehityksen suhteen täysin kronologisesti, sillä Einstei- nin ideoiden jälkeen Rovelli siir- tyy selostamaan termodynamiikan pääsääntöjä 1800-luvun aineis- tojen avulla. Entropia on klassi- sen fysiikan keskeinen keksintö, mutta varsinkin ajan kehityksen suhteen se tuottaa nykyfysiikal- le merkittäviä ongelmia, sillä ny- kyfysiikka ei ajattele ajan nuolen kulkevan entropian osoittamalla tavalla. Varsinkin kvanttifysiikas- sa tämä kysymys on huomattavan ongelmallinen, sillä monet klassi- sen mekaniikan mukaiset käsityk- set aineen, ajan ja voiman välisis- tä suhteista kääntyvän siinä täysin päälaelleen.
Monet Ajan luonteen käsit- telemät kysymykset ovat vaikei- ta, mutta työ on tyyliltään sinänsä selkeä ja helppolukuinen. Teos- ta täytyy kiittää siitä, ettei Rovel- li kuvaile ajan määrittelyn kehi- tystä sellaisenaan, vaan kytkee sen asianmukaisesti fysiikan his- torialliseen kehitykseen. Esi- merkiksi lämmön käsitteen osal- ta tämä tarkoittaa muun muassa Sadi Carnot’n kehittelemien ideoi- den kriittistä tarkastelua. Carnot oli epäilemättä väärässä ajatel- lessaan lämmön olevan virtaa- vaa ainetta. Tosiasiassa lämpö on molekyylien mikroskooppista vä- rähtelyä, mutta 1800-luvun lopul- la oli vielä monia, jotka eivät us- koneet molekyylien ja atomien olemassaoloon.
Kertomus etenee alkupuolella suhteellisen johdonmukaisesti sil- tä osin kuin on kysymys ajan mää- rittelyn ja tieteellisen tutkimuksen perusteiden kehityksestä, mutta Rovelli hyppää paikoin turhan vil- listi esimerkiksi kreikkalaisen my-
tologian maailmaan ja selostaa sellaisia ihmissukupolvien kehityk- seen kytkeytyviä suhteita, jolla ei ole kovin selvää yhteyttä teoksen aiheeseen. Näiden selostusten ta- voitteena on esittää ainoastaan analoginen malli kvanttifysiikan perusteiden ymmärtämiseksi.
Työn toinen osa ”Maailma il- man aikaa” on ensimmäistä sel- västi vaikeammin hahmottuva, mutta tämä ei johdu siitä, että kä- sitteet kävisivät sinänsä monimut- kaisemmiksi. Pikemminkin ongel- mia tuottaa se, että Rovelli siirtyy alun historiallisista kysymyksistä temaattisesti täysin toisenlaiseen ympäristöön alkaessaan hahmo- tella oman alansa eli kvanttigravi- taation yrityksiä saada jonkinlais- ta selvyyttä ajan alati katoaviin ja muuttuviin fysikaalisiin ilmiöihin.
Kvanttigravitaation (eli silmuk- kateorian tai silmukkakvanttigra- vitaation) maailmassa aika on pirstoutunut lukemattomiksi omi- naisajoiksi. Asian tutkiminen vaa- tii uudenlaista hahmotustapaa ja ajan näkemistä pikemminkin aal- toilevina tai pilvimäisinä muodos- teina kuin lineaarisina suhteina.
Näin ymmärretty aika ei voi muo- dostaa työn alussa hahmotellun klassisen mekaniikan mukaista ai- ka-avaruutta, vaan pikemminkin uudeksi lähtökohdaksi on otettava Planckin aika. Tässä mennään jo niin pieniin yksiköihin, etteivät mit- kään totutun fysiikan tai arkiajatte- lun lainalaisuudet ole voimassa.
Jotta asia ei olisi liian yksinker- tainen ja ilmeinen, täytyy ajan ja sen muutoksen olemassaolo kyt- keä johonkin fysikaaliseen perus- taan. Tämän tavoitteen lähtökoh- daksi Rovelli ottaa Planckin ajan lisäksi Planckin pituuden, kuten on odotettavaa, mutta ei kytke ai- kaa aineen olemukseen sinänsä, vaan lähtee etsimään ajan perim- mäistä luonnetta partikkelien si- jaan tapahtumista ja tapahtuma- ketjuista. Jaottelun mielekkyys perustuu siihen, että kappaleet ovat pysyviä, mutta tapahtumilla on aina jonkinlainen rajallinen kes- to. Kvanttimaailmassa liikuttaes- sa ongelmana on tietysti se, että
74 TIETEESSÄ TAPAHTUU 5 2019 KIRJALLISUUS
ajan, aineen ja aineessa havaitta- vien muutosten osoittaminen käy paikoin täysin mahdottomaksi.
Miten asia tulisi ymmärtää? Ro- vellin mukaan toimivinta on ajatella maailma tapahtumien verkostona, yksinkertaisina tapahtumina ja mut- kikkaampina tapahtumasarjoina, jotka voidaan purkaa yksinkertai- sempien tapahtumien yhdistelmik- si. Tämä on kuitenkin helpom- min sanottu kuin tehty. Todellinen tätä tutkiva tiede tarvit sisi teori- an, joka kertoisi sen, miten muuttu- jat vaihtelevat suhteessa toisiinsa.
Teoria ei tarvitse varsinaista aika- muuttujaa, sillä sen tulee kuvata ainoastaan se, miten maailmassa näkemämme asiat rakentuvat kes- kinäisten suhteiden, muutosten ja kumoutumisten avulla.
Rovellin yhdessä Lee Smoli- nin (s. 1955) ja muiden yhteistyö- kumppaniensa kanssa kehittämä kvanttigravitaatio pyrkii vastaa- maan tähän kysymykseen, mutta Ajan luonne ei ole kuitenkaan tä- män teorian yleisesitys. Rovelli si- vuaa asiaa sen verran, että viittaa Bryce DeWittin ja John Wheelerin töihin sekä teorian muihin varhai- siin lähtökohtiin, mutta pysyy opin muodostuksen suhteen pääosin uudemmissa muotoiluissa. Teorian tavoitteena on määritellä kenttä, jossa fotonien, elektronien, atomi- en ja muiden aineen alkeisosien yhteys painovoimaan voidaan to- dentaa kvanttien tasolla.
Selostus ei käy tämän jälkeen ainakaan yhtään helpommaksi, sil- lä työn kolmas osa ”Ajan lähteet”
menee vielä aikaisempaa syvem- mälle kvanttimaailman ongelmiin.
Keskeisenä tavoitteena on yritys saada selvyyttä ajan perimmäi- seen luonteeseen, mutta tämän asian määrittely vaatii sillan ra- kentamista todellisen arkiympäris- tön ja siinä havaittavan ajan sekä kvanttimaailmassa ilmenevän ajan välille. Maailmassa ei ole perim- mäisessä mielessä aikaa, mutta siellä täytyy olla jotain, joka tuot- taa meille käsityksen tutusta ajas- ta, sen järjestyksestä, mennei- syydestä sekä eroista suhteessa tulevaan.
Ensimmäisen varteenotettavan ratkaisuvaihtoehdon tälle ongel- malle tarjoaa terminen aika. Mo- lekyylit sekoittuvat lämpöliikkeen vaikutuksesta ja vaikuttavat näin kaikkiin niihin suureisiin, joilla on ylipäätään mahdollisuus muuttua.
Tämä ei kuitenkaan vaikuta eris- tetyn järjestelmän kokonaisener- giaan, sillä energian kokonaismää- rä säilyy järjestelmän sisäisistä muutoksista huolimatta vakiona.
Ajan ja energian välillä vallitsee läheinen side. Ne muodostavat samanlaisen yhteyden kuin esi- merkiksi paikka ja liikemäärä tai suunta ja pyörimismäärä.
Toisen ratkaisuvaihtoehdon on- gelmalle tarjoaa kvanttiaika. Tä- män vaikeasti hahmottuvan vuo- rovaikutuksen piirissä paikan ja nopeuden keskinäinen kommu- nikaatio on erityisen ongelmalli- nen todentaa, mutta lisäksi pulmia tuottaa se, että makrotason maa- ilmassa havaittavien lämmön vir- tausten ja kvanttimaailmassa ha- vaittavien tilojen välillä on paikoin vaikea huomata todellista sym- metriaa. Kun vuorovaikutus tekee jälkimmäisessä molekyylin pai- kan konkreettiseksi, molekyylin tila muuttuu. Sama koskee mää- riteltäessä sen nopeutta. Mole- kyylin tilan määrittelyyn vaikuttaa kuitenkin perustavalla tavalla se, mitataanko ensin sen paikka vai sen nopeus.
Rovellin mukaan molemmat edellä kuvatuista tasoista ovat ajan määrittelyn suhteen yhtä tär- keitä. Makroskooppisten tilojen määräämä aika ja kvanttitason kommunikoimattomuuden mää- räämä aika ovat saman ilmiön kaksi eri puolta. Ajallisuus perus- tuu sumentumiseen. Sumentumi- nen johtuu siitä, että emme tunne maailman mikroskooppisia yksi- tyiskohtia. Maailma ei tarvitse var- sinaisesti energiaa pysyäkseen liikkeessä, se tarvitsee ennen kaikkea matalaa entropiaa.
Näin rakentuu lopulta temaat- tinen yhteys takaisin niihin perus- teisiin, joita teoksen alussa on se- lostettu klassisen mekaniikan ja luonnontieteen keskeisten oppien
avulla. Jotain on kuitenkin muuttu- nut: työn loppuun päästyään luki- jalla on – tai ainakin hänellä pitäisi olla – suhteellisen selväpiirteinen käsitys yhtäältä ajan fysikaalisis- ta perusteista ja toisaalta arkisen maailman (makrotason) ja kvantti- maailman (mikrotason) yhteydes- tä siltä osin kuin tämä yhteys on mahdollista ja mielekästä selostaa Ajan luonteen kaltaisessa yleista- juisessa esityksessä.
Kirjassa kuvattu ”fysiikan outo maisema” ei ole lopulta niin omi- tuinen kuin miltä se aluksi näyt- tää, mutta sen omaksuminen vaa- tii hieman kärsivällisyyttä. Rovelli on kirjoittanut hienon teoksen ajan luonteesta. Työn eleganssi ei ole pelkästään siinä, että se nos- taa esiin ajan tutkimuksen kehityk- sen historiallisena aihelmana. Tätä ehkä merkittävämpää on se, että työ valaisee monin paikoin nyky- fysiikan käsityksiä ajan, aineen ja liikkeen välisistä vaikeaselkoisista suhteista ja paljastaa samalla sen, mihin vaiheeseen tutkimus on täl- tä osin kyennyt etenemään.
JOUNI HUHTANEN
Kirjoittaja on Oulun yliopiston tieteiden ja aatteiden historian jatko-opiskelija.
Filosofi rajalla
Leila Haaparanta: Rajan taju.
Filosofisia esseitä. Gaudeamus 2019.
Äskettäin emeritaprofessorik- si siirtynyt, ansiokkaan akateemi- sen uran Tampereen yliopiston filosofian professorina tehnyt Lei- la Haaparanta on julkaissut moni-
