Tasapainoista tietoa maailmankaikkeudesta

Kategoria: Tieteen kritiikki

Gravitaatiolinssi suurennuslasin alla

Yleinen suhteellisuusteoria ja massa

Valtavirta-kosmologian kulmakiven, Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan, massalla on kyky kaareuttaa aika-avaruutta. Aika-avaruuden kaareutuminen aiheuttaa yleisessä suhteellisuusteoriassa gravitaation, joka ei siis ole voima, kuten Newtonin fysiikassa. Mitä suurempi massa on kyseessä, niin sitä suuremman kaareutumisen sen katsotaan aiheuttavan. Tämä voidaan visualisoida kaksiulotteisesti alla olevalla kuvalla, mutta käytännössä tämän ”kaareutumiskoordinaatiston” tulisi olla kolmiulotteinen.

Kaksiulotteinen visualisaatio aika-avaruuden kaareutumisesta. Wikipedia Commons. Created by User:Johnstone.

Toisin sanoen minkään voiman ei katsota vaikuttavan esimerkiksi putoavaan kiveen, vaan kivi seuraa kaareutunutta aika-avaruuden koordinaatistoa. Kunnollista mekanismia tälle kaareutumiselle ei ole koskaan kuitenkaan osattu antaa, ja esimerkiksi Wallace Thornhill on kritisoinut tätä käsitettä kysymällä, miten vailla ominaisuuksia oleva abstrakti käsite, avaruus voi ylipäätään kaareutua? ​1​

Gravitaatio ja valon taittuminen

Yleisen suhteellisuusteorian mukaan valo seuraa aika-avaruuden kaarevuutta. Einstein ei kuitenkaan ollut ensimmäinen, joka tätä ehdotti. Isaac Newton pohdiskeli samaa asiaa jo vuonna 1704 teoksessaan Opticks: ”Eivätkö kappaleet vaikuta valoon etäisyyden päästä, ja vaikutuksellaan taivuta valoa; ja eikö tämä vaikutus ole voimakkainta lyhimmällä etäisyydellä?”​2​

Gravitaation aiheuttama valon taittuminen oli aluksi puhtaasti hypoteettinen ajatus, mutta ajatus sai tukea havainnoista, joissa tähden tai galaksin huomattiin taivuttavan takana olevan kohteen valoa. Taipunut valo saattoi saada esimerkiksi Auringon takana olevan kohteen näkymään eri kohdassa kuin se oikeasti oli. Kyseinen ilmiö väitetysti ensimmäistä kertaa todistettiin Arthur Eddingtonin auringonpimennys-havainnolla, ja myöhemmin parempien teleskooppien avustuksella myös lukuisilla muilla havainnoilla. Tästä ilmiöstä tuli yleisen suhteellisuusteorian keskeisin todiste, ja sitä alettiin kutsua gravitaatiolinssiksi.

Eddingtonin kuva auringonpimennyksestä vuodelta 1919. F. W. Dyson, A. S. Eddington, and C. Davidson, Public domain, via Wikimedia Commons

Mistä tiedämme varmuudella, että kyseessä on gravitaation aiheuttama valon taipuminen, eikä esimerkiksi klassisen fysiikan optinen valon taittuminen? Suhteellisuusteorian kannattajat perustelevat asiaa sillä, että laskelmallisesti valon taittuminen esimerkiksi tähden ympärillä on suurempi​*​, kuin pelkkä optinen taittuminen voisi selittää.​2​ Kaikki eivät kuitenkaan ole olleet vakuuttuneita tästä selitysmallista.

Visualisaatio gravitaationlissistä, jossa kaukana olevan galaksin valo taittuu edessä olevan tähden gravitaatiokentässä. NASA.
Simulaatio galaksin edestä menevästä mustasta aukosta. Urbane Legend (optimised for web use by Alain r) Wikipedia commons.

Vaihtoehtoinen teoria valon taipumiselle

Artikkelissaan Lensing by Refraction…Not Gravity? Andrew Hall käsittelee vaihtoehtoista selitysmallia gravitaatiolinssinä pidetyille ilmiöille, joka selittää nämä havainnot ilman gravitaatiota. Hall viittaa muun muassa Institute of Engineering & Technologyn professori R.C. Guptan artikkeliin, jonka mukaan nämä ”gravitaatiolinssi-ilmiöt” voidaan selittää pelkällä klassisen fysiikan optisella taittumisella.​3​

Valon optinen taittuminen on hyvin tunnettu yleinen fysiikan ilmiö, jossa valo taittuu siirryttyään yhdestä väliaineesta toiseen eri tiheyksiseen väliaineeseen. Tämä pätee kaikkiin väliaineisiin, joita valo läpäisee. Oli kyseessä sitten vesi, ilma tai plasma. Professori Gupta artikkelissaan esittää, että tähden plasmasta koostuva atmosfääri on riittävä selittämään havainnot valon taittumisesta ilman hypoteettista gravitaation vaikutustakin. Guptan mukaan gravitaatiolinssi-selitys ei myöskään selitä havaittua valon diffraktiota, sillä gravitaation tulisi taivuttaa samalla tavalla kaikkia valon aallonpituuksia. Optiseen selitysmalliin tämä ilmiö sopii kuitenkin täydellisesti​†​. ​3​

Valon taittuminen vedessä. Veden alla oleva kynä näyttäytyy havaitsijalle eri kohdassa, kuin se oikeasti on. User:Theresa_knottderivative work: Gregors (talk) via Wikimedia Commons

Optinen taittuminen ja gravitaatiolinssin aiheuttama taivuttaminen eroavat toisistaan myös merkittävällä tavalla. Gravitaatiolinssissä ei ole yhtä fokusta, ja valon taipuminen on voimakkainta lähimpänä gravitaationlinssin keskusta (esim. Aurinko tai muu massiivinen kohde) ja heikointa reunoilla. Klassisen optiikan valon taittuminen päinvastoin on heikointa linssin keskellä ja voimakkainta sen reunoilla. Tämän faktan avulla voimme joissakin tapauksissa päätellä kummasta on kyse.​‡​

Juuri näin teki Tohtori Edward Dowdye, joka tutki valon taittumista Auringon atmosfäärissä. Dowdyen havainnot tukivat juuri valon optista taittumista, eivätkä gravitaatiolinssiä. Tämän lisäksi Dowdye kysyy erittäin oleellisen kysymyksen. Miksemme havaitse gravitaatiolinssivaikutusta galaksimme keskustan lähellä olevissa tähdissä, sillä yleisen suhteellisuusteoria-kosmologian mukaan galaksien keskustassa on musta aukko, jonka gravitaation tulisi aiheuttaa huomattavan gravitaatiolinssi-vaikutuksen lähellä oleville tähdille. Näin ei kuitenkaan tapahdu. Siitäkään huolimatta, että astronomit ovat seuranneet näitä tähtiä jo pidemmän aikaa, ja osa niistä on ehtinyt tehdä jo täyden kierroksen elliptisillä kiertoradoillaan galaksin ytimen ympäri. ​4​

Jälleen kerran meillä on esimerkki ilmiön tulkinnasta, joka on otettu varmana todisteena yleisestä suhteellisuusteoriasta sen sijaan, että annettaisiin tilaa myös muille selitysmalleille. Erityisesti kun toinen selitysmalli näyttää selittävän monet osaseikat ja havainnot paremmin kuin tämä eksoottinen standardi-malli, josta on tullut virallisen kosmologian kulmakivi. Asiaa korostaa vielä se tosiasia, että gravitaationlinssiä pidetään yhtenä parhaista yleisen suhteellisuusteorian todisteista. Tämänkin osoittautuessa yhdeksi valtavirtakosmologian illuusioksi, voidaan koko astrofysiikan vallitseva paradigma jälleen asettaa kyseenalaiseksi.


  1. ​*​
    Einsteinin teoria ennustaa valon taipumisen tähden ympärillä kaavalla 4GM/c2R, kun perinteisellä newtonilaisella mekaniikalla se olisi 2GM/c2R.
  2. ​†​
    Optisella taittumisella voidaan selittää myös niin kutsuttu ”Einsteinin risti”, jossa esimerkiksi tähden tai galaksin takana oleva kohde näkyykin monena kuvana tämän etualalla olevan kohteen ympärillä. Optinen taittuminen selittää paremmin myös sen, miksi Einsteinin ristissä valon taajuudet ovat muuttuneet ja kohde voi näkyä esimerkiksi sinisenä.
  3. ​‡​
    Täytyy kuitenkin ottaa huomioon, että esimerkiksi Auringon plasma-huntu eli korona on tiheämpää lähempänä Auringon pintaa ja heikkenee mentäessä ulos päin eli senkään optinen taittaminen ei toimi täysin samalla tavalla kuin yhdenmukaisen optisen linssin.
  1. 1.
    Thornhill W. Gravitational Waves. Holoscience. Published February 2016. Accessed November 2020. https://www.holoscience.com/wp/gravitational-waves/
  2. 2.
    Schneider P, Ehlers J, Falco EE. Gravitational Lenses. Springer; 1999.
  3. 3.
    Gupta RC. Bending of Light Near a Star and Gravitational Red/Blue Shift : Alternative Explanation Based on Refraction of Light. arxiv.org. Accessed November 2020. https://arxiv.org/ftp/physics/papers/0409/0409124.pdf
  4. 4.
    Dowdye E. Dr. Ed Dowdye: Solar Gravitation and Solar Plasma Wave Propagation Interaction | EU2014. Youtube. Published June 2014. https://www.youtube.com/watch?v=CnvOybT2WwU

LIGO ja oletetut gravitaatioaallot

Tulimme johtopäätökseen, joka oli hyvin huolestuttava. He eivät erottaneet signaalia melusta.

Emeritus professori Andrew Jackson

Syyskuun 14:sta päivänä vuonna 2015 Caltechin ja MIT:n tutkimusryhmä kertoi havainneensa gravitaatioaaltoja ensimmäistä kertaa historiassa. Havaitun signaalin sanottiin olevan lähtöisin kahden mustan aukon yhdistymisen aikaan saamasta gravitaatioaallosta. Myöhemmin tehtiin lukuisia havaintoja lisää, ja vuonna 2017 LIGO:n perustajat saivat Nobelin fysiikan palkinnon. Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria todistettiin jälleen kerran päteväksi.

Vai todistettiinko? Oliko kyseessä kiistaton tieteellinen havainto vai oliko kyseessä vain suuren luokan vahvistusharha, joka sai tutkijat tulkitsemaan tuloksia itselleen edullisella tavalla (varmistaen samalla jatkuvat rahahanat)? Käydään ensiksi läpi LIGO:n perusteet ja käsitellään tämän kritiikkiä.

Courtesy Caltech/MIT/LIGO Laboratory

Mikä LIGO?

LIGO eli Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory on Caltechin ja MIT:n käytössä oleva maailman suurin ja kallein ”gravitaatio-observatorio”, jonka pyrkimyksenä on gravitaatioaaltojen havaitseminen. LIGO koostuu kahdesta neljä kilometriä pitkästä varresta, jotka ovat 90 asteen kulmassa toisiinsa nähden. Koska gravitaatioaaltojen ei katsota olevan sähkömagneettisella spektrillä, vaan aivan oma lajinsa, LIGO toimii täysin ”sokkona” ja eristettynä ympäristöstä.​1​

LIGO:n taustalla oleva teoria on sidoksissa Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan, jonka mukaan massalla on kyky aiheuttaa kaareutumista ja aaltoja aika-avaruudessa. Toisin sanoen gravitaatioaaltoja. Näitä aaltoja voidaan teoreettisesti havaita laser interferometrillä.

Interferometri. Caltech/MIT/LIGO Lab

Interferometri on tekninen väline, jossa on valonlähde, puoliläpäisevä peili (”säteen halkaisija”), peilejä ja sensori. Valonlähteestä lähtee lasersäde, joka jakaantuu puoli läpäisevässä peilissä kahdeksi säteeksi. Nämä säteet kimpoavat peileistä takaisin ja osuvat yhtä aikaa sensoriin, joka tallentaa muodostuneen interferenssikuvion​*​. Myös LIGO toimii tällä periaatteella, mutta se eroaa muista interferometreistä massiivisella koolla ja herkkyydellään.

Interferenssikuvio. Warren Leywon, CC BY-SA 4.0

Gravitaatioaallot ja interferometri

Teorian mukaan gravitaatioaallot saavat itse avaruuden venymään toiseen suuntaan ja supistumaan samalla toiseen suuntaan. Näin ollen LIGO:n toinen varsi teorian mukaan venyisi gravitaatioaallon aiheuttamana hetkellisesti toista vartta pidemmäksi, jonka vuoksi valoaallot eivät saapuisi sensoriin enää samaan aikaan. Tämä näkyisi interferenssikuviona. Gravitaation aiheuttama venyminen on Caltechin mukaan kuitenkin äärimmäisen minimaalista. Heidän mukaansa gravitaatioaallon aiheuttama LIGO:n varren venyminen voi olla niinkin vähäistä kuin 1/10000 protonin leveydestä (eli 10-19 m!).​2​

Massiivisena gravitaatioaaltojen lähteenä on oletetusti esimerkiksi kahden mustan aukon yhdistyminen, jonka LIGO väittää laitteillaan havainneen. 21. toukokuuta 2019 he havaitsivat signaalin (joka nimettiin GW190521:ksi), kahdella eri interferometrillä, joista toinen on 4 kilometriä pitkä Yhdysvalloissa sijaitseva ja toinen on 3 kilometrin pituinen Italiassa sijaitseva laite. Laitteet havaitsivat lyhytkestoisen, alle sekunnin kymmenesosan pituisen signaalin, joka muistuttaa neljää lyhyttä hytkymistä. Tutkijoiden mukaan GW190521:n loi lähde, joka on arviolta 5 gigaparsecin päässä. Tutkijat olettivat signaalin olevan peräisin kahden mustan aukon yhdistymisestä. ​3​

Kahdella eri interferometrillä yhtä aikaa havaittua signaalia kutsutaan ”multi-messenger eventiksi”. Tämä on erityisen haluttu tapahtuma, koska tällä voidaan parhaiten laskea mahdollisesta signaalista pois ympäristön häiriö, kuten seismisyys. Kahdella eri interferometrillä havaittu signaali ei kuitenkaan automaattisesti takaa sitä, että kyseessä on gravitaatioaallon aikaan saama signaali, vaan tutkijoiden tehtävänä jää aina signaalin tulkitseminen. LIGO:n tutkijaryhmä on ilmaissut hyvinkin itsevarmasti, että havainnot olivat gravitaatioaaltoja, mutta kaikki eivät ole olleet yhtä vakuuttuneita.

Kuvituskuva kahden mustan aukon yhdistymisen aiheuttamista gravitaatioaalloista. Image credit: LIGO/T. Pyle

Kritiikki

Keskeisin ongelma LIGO:n gravitaatioaaltotutkimuksessa on juuri siinä, että oletettujen gravitaatioaaltojen signaalit ovat mitättömiä verrattuna taustakohinaan, joka voi aiheutua esimerkiksi seismisyydestä, lämpötilan vaihtelun aiheuttamasta liikkeestä tai muusta taustakohinasta. LIGO:n analyysin keskiössä on taustamelun eliminointi kahden eri interferometrin avustuksella. jättäen jäljelle residuaalisen signaalin, jonka oletetaan merkitsevän gravitaatioaaltoa.

Tämä ei kuitenkaan ole ongelmatonta, sillä kukaan ei varmuudella tiedä, miltä gravitaatioaallon aiheuttaman signaalin tulisi näyttää, mikäli niitä ylipäätään on olemassa. LIGO Caltechin mukaan heillä on olemassa monimutkaiset systeemit, joilla häiriösignaalit voidaan suodattaa pois, mutta heidän analyysinsä on saanut osakseen paljon kritiikkiä.

NewScientistin mukaan joukko signaalianalyysiin perehtyneitä fyysikkoja on tehnyt oman analyysinsä LIGO:n datasta. Ryhmän mukaan LIGO:n tutkijaryhmä on epäonnistunut antamaan vakuuttavaa esitystä minkään gravitaatio-tapahtuman havaitsemisesta. Ryhmän edustajan emeritysprofessori Andrew Jacksonin mukaan kyseessä on pelkkä illuusio. Jacksonin ryhmän analyysissä asteikolla 1-0​†​ ryhmä antaa vuoden 2015 gravitaatioaaltohavainnolle todennäköisyyden 0.000004. Toisin sanoen kyseessä miltei varmasti EI ollut gravitaatioaallon havaitseminen. ​4​

Tämä on LIGO:n tärkein tapa gravitaatioaaltosignaalin poimimiseksi taustamelusta. Mutta kun Jackson ja hänen tiiminsä tarkastelivat tietoja ensimmäisestä havaitsemisesta, heidän epäilynsä kasvoivat. Aluksi Jackson tulosti kaaviot kahdesta raaka-signaalista ja piti niitä päällekkäin ikkunalla. Hänen mielestään näiden kahden välillä oli jonkin verran korrelaatiota. Hän ja hänen tiiminsä saivat myöhemmin käsiksi LIGO-tutkijoiden julkaiseman taustadatan ja tekivät laskelman. He tarkistivat ja uudelleen tarkistivat. Mutta edelleen he havaitsivat, että Hanfordin ja Livingstonin ilmaisimien jäännösmeluilla oli yhteisiä piirteitä. ”Tulimme johtopäätökseen, joka oli hyvin huolestuttava”, Jackson sanoo. ”He eivät erottaneet signaalia melusta.”

NewScientist​4​

Lisäksi LIGO:a on kritisoitu siitä, että yli viidestäkymmenestä väitetystä signaalihavainnoista vuoden 2017 jälkeen ei ole ilmaantunut uusia multi-messenger tapahtumia​‡​. Yksi tällainen voi mennä jo tilastollisen sattuman piikkiin, eikä tilanne anna laisinkaan vakuuttavaa kuvaa koko tutkimuksesta. Lisäksi monia aluksi gravitaatiosignaaliksi luokiteltu on jälkeenpäin luokiteltu maapallolta lähtöisin olevaksi signaaliksi. Ongelmallisemmaksi tilanteen tekee vielä se, että tällaiset signaalit voivat näkyä yhtä aikaa myös useammassa interferometrissä ja ne voivat näyttää samalta, kuin gravitaatioaaltosignaalien oletetaan näyttävän, jolloin todellisen gravitaatioaallon löytämisen todistaminen menee miltei mahdottomaksi.​5​

Mitä tulee LIGO:n taustalla olevaan yleiseen suhteellisuusteoriaan, niin Wallace Thornhill kritisoi ylipäätään käsitettä ”aika-avaruudesta”. Kuinka aine voi kertoa avaruudelle ja ajalle kuinka kaareutua; mitä ajan kaareutuminen edes tarkoittaa, kun sillä ei ole fyysistä ulottuvuutta. Sana ”avaruus” vain tarkoittaa sijaintia kolmessa ulottuvuudessa. Kuinka voit kutoa ”aika-avaruuden kudoksen” ei-fyysisistä käsitteistä? Nämä sanat ovat täysin merkityksettömiä, Thornhill sanoo.​6​

Thornhill kritisoi voimakkaasti myös hämmästyttävällä varmuudella kerrottuja väitteitä LIGO:n signaalien alkuperästä. Väite, jonka mukaan tietty signaali on peräisin kahden mustan aukon yhdistymisestä etelätaivaan suunnalla 1.3 miljardia vuotta sitten, on täysin mahdotonta vahvistaa. Mitään näitä väitteitä ei voi todistaa. Tämä ei ole tiedettä.​6​

Kritiikin perusteella voidaan vetää johtopäätös, että kosmologia ja astrofysiikka on muuttunut scifiksi ja teatteriksi. Käytettäessä miljardeja rahaa näinkin hataralla pohjalla olevaan tutkimukseen, voidaan pohtia miten paljon tutkijoiden ja rahoittajien toiveet ja oletukset vaikuttavat tutkimustuloksiin? Vastaavasti sensaatio-otsikoita janoavat tiedelehdet ottavat tällaisen riemulla vastaan. Mutta missä ovat maltilliset ja kriittiset äänet, jotka haluavat suurempaa varmuutta ennen kuin aletaan julistaa uutta tieteellistä faktaa?

Vaarana tässä on jälleen kerran virheellisten pohjaoletusten kasaantuminen. Pahimmillaan virheelliset pohjaoletukset todistetaan virheellisesti kokeissa, jotka ovat niin massiivisia, ettei muut pysty niitä toisintamaan. Tieteen perusperiaate toistettavuus joutuu väistymään, ja olemme entistä enemmän kiinni vanhassa uskomusjärjestelmässä, jota on vaikea kumota ja mahdoton vahvistaa.


  1. ​*​
    Häiriö-kuvio
  2. ​†​
    Jossa 1 on täysin varma gravitaatioaaltosignaali ja 0 täysin varmasti EI ole kyseinen signaali.
  3. ​‡​
    Eli identtisiä signaaleja, jotka havaitaan samaan aikaan eri interferometreillä
  1. 1.
    LIGO C. What is LIGO? LIGO Caltech. Published 2020. Accessed 2020. https://www.ligo.caltech.edu/page/what-is-ligo
  2. 2.
    Caltech L. What is Interferometer. Caltech LIGO. Published 2020. Accessed November 5, 2020. https://www.ligo.caltech.edu/page/what-is-interferometer
  3. 3.
    News R. A “bang” in LIGO and Virgo detectors signals most massive gravitational-wave source yet. LIGO Caltech. Published September 2, 2020. Accessed 2020. https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20200902
  4. 4.
    Brooks M. Exclusive: Grave doubts over LIGO’s discovery of gravitational waves. NewScientist. Published October 31, 2018. Accessed November 6, 2020. https://www.newscientist.com/article/mg24032022-600-exclusive-grave-doubts-over-ligos-discovery-of-gravitational-waves/
  5. 5.
    Mozina M. Posts: 2109 Joined: Thu Feb 23, 2012 5:35 pm LIGO: Water water everywhere, but not a drop to drink. Thunderbolts.info. Published January 12, 2020. Accessed November 6, 2020. https://thunderbolts.info/forum3/phpBB3/viewtopic.php?f=3&t=159
  6. 6.
    Thornhill W. Gravitational Waves. Holoscience. Published February 26, 2016. Accessed November 6, 2020. https://www.holoscience.com/wp/gravitational-waves/

Mitä oikeastaan tiedämme maailmankaikkeudesta?

Tiedettä pitää paikallaan satoja vuosia vanhat oletukset, jotka ovat parkkiintuneet dogmeiksi. Tiede olisi parempi ilman niitä: vapaampi, kiinnostavampi ja hauskempi.

Rubert Sheldrake

Johdanto

Miten vahvalla pohjalla tieteellinen ymmärryksemme maailmankaikkeuden toiminnasta oikeastaan on? Ovatko kaikki vakiintuneet tieteelliset teoriat todella käyneet läpi ankaran kriittisen tutkimuksen ja arvioinnin vai vaivaako meitä edelleen tietyt vanhat oletukset, joista ei millään päästä eroon? Kuinka paljon tiede todellisuudessa noudattaa omia ihanteitaan?

Dogmit ja harhaluulot tieteessä

Tieteen keskeinen ominaisuus – ainakin teoriassa – on itsensä korjaaminen. Paremmin selittävä teoria voi milloin tahansa korvata vanhan teorian. Tohtori James Maxlown mukaan menestyneet tieteelliset teoriat voivat kuitenkin saada aikaan liiallista itsetyytyväisyyttä, joka voi voimakkaasti tukea vastahakoisuutta itsensä korjaamiseen. Tämän seurauksena nykyajan tiedemiehet uskovat aivan liian helposti vanhoihin pohjateorioihin ja oletuksiin sen sijaan, että niitä verifioitaisiin yhä uudelleen. Pahimmillaan tästä voi olla suurta haittaa tieteen edistymiselle. (Maxlow 2015)

Rubert Sheldraken mukaan suurin tieteen harhaluulo on se, että tiede tietää jo vastaukset perimmäisiin kysymyksiin. Meidän tarvitsee vain lisätä loput yksityiskohdat ja kokonaiskuva on valmis. Tämä harhaluulo ilmenee syvälle iskostuneissa oletuksissa, joita ei enää edes osata kriittisesti tarkastella. Yksi tällaisia on uskomus täysin materialistisesta maailmasta, jossa materia on tiedostamatonta, mutta tietoisuus on aivojen fyysisen aktiivisuuden sivutuote. (Sheldrake 2012, 6.)

Sheldraken näkemys tieteen dogmaattisuudesta ja Maxlown ajatus liiallisesta pohjateorioiden uskomisesta eivät kuitenkaan ole mitään uusia näkemyksiä. Dewey B. Larson kuvaili luonnontieteiden ongelmia jo 1962-luvulla teoksessaan the Case against nuclear atom, seuraavalla tavalla:

Ensimmäinen asia, jonka luonnontieteiden opiskelijat oppivat on vankkumaton luottamus oman tieteenalansa objektiivisuuteen ja sen metodien kyseenalaistamattomuuteen. Vastaavasti muita, vähemmän eksakteja aloja kohtaan helposti suhtaudutaan ylimielisesti ja vähättelevästi. Taloustieteilijän teoriaan voidaan suhteutua huvittuneesti, koska sillä ei saatu oikeita tuloksia, mutta koska parempaakaan selitysmallia asialle ei ollut, niin sen täytyi olla oikeassa. Huolimatta tieteen korkeista ideaaleista, on hämmästyttävää tajuta kuinka yleisesti hyväksytyt teoriat otetaan erehtymättömänä totuutena, joita ei missään nimessä parane epäillä. Pahin ongelma piilee perusongelmien kasautumisessa. Teorian törmätessä vaikeisiin ongelmiin ei ole enää muodikasta hylätä sitä, kuten aikaisempina aikoina oli tapana. Sen sijaan teoria pyrittiin pelastamaan tekemällä siihen lisäyksiä.

Dewey B. Larson

Esimerkiksi teoria pimeästä aineesta ja energiasta keksittiin pelastamaan ongelmallista gravitaatioteoriaa. Gravitaatio on niin heikko voima, että esimerkiksi galaksien dynamiikkaa sellaisenaan ei ole matemaattisesti mahdollista selittää. Sen sijaan, että oltaisiin päätelty teorian olevan pohjimmiltaan virheellinen, tehtiinkin siihen lisäys pimeästä aineesta ja energiasta, jotka käsittävät yli 90% kaikesta aineesta ja energiasta. Näitä kahta asiaa ei oltu silloin eikä ole vuosikymmenten jälkeen vieläkään onnistuttu missään kokeessa havaitsemaan. Tähän lisättiin muita teoreettisia ilmiöitä, kuten mustat aukot, joita oletetaan olevan galaksien ytimessä pitämässä rakennelmaa kasassa äärettömällä massallaan. Näistäkään ei kiistattomia todisteita ole, vaikka joidenkin havaintojen on katsottu näitä todistavan.

Nämä ovat erinomaisia esimerkkejä juuri tuosta perusongelmien kasautumisesta, mihin Larson jo 60-luvulla viittasi. Jokainen lisäys vain hautaa ongelmat syvemmälle, kunnes meillä on niin laajat teoreettiset rakennelmat, jotka ovat liian suuria kumottaviksi (Larson 1962, preface).

Ovatko luonnontieteen ydinteoriat vain oletuksia?

Fysiikan standardi-teorian mukaan on olemassa neljä perusluontoista voimaa: sähkömagneettisuus, gravitaatio sekä heikko ja vahva vuorovaikutus. Näistä neljästä voimasta vain sähkömagneettisuutta on helppo (tai mahdollista) mitata. Sähkön mittaaminen onnistuu helposti keneltä tahansa viiden euron mittalaitteella, kun gravitaatio hiukkasten tai aaltojen selvittämiseen käytetään miljardeja esimerkiksi LIGO-kokeella. Näiden miljardien arvoisten kokeiden toisintaminen ilman vastaavanlaista rahoitusta onkin sitten vaikeampaa, joten joudumme paljolti luottamaan kokeen tehneeseen tutkimusryhmään. Tieteen periaatteiden suhteen tämä ei mielestäni anna paljoa arvoa teorioille ja oletuksille, joita näillä pyritään todistamaan.

Gravitaatio on alun perin Isaac Newtonilta peräisin oleva teoria, jonka tavoitteena on selittää miksi kappaleet, joilla on massa vetävät toisia puoleensa. Ajatuksensa Newton sai kuuluisasti omenan pudottua päähänsä. Newton pohti, että koska omena pyrkii kohti maata, niin aineessa itsessään täytyy olla jonkin tuntematon voima joka sitä maata kohti vetää.

Einstein teoretisoi suhteellisuusteoriassaan gravitaatiota pidemmälle ja esitti teorian, jonka mukaan gravitaatio on massan aiheuttamaa aika-avaruuden kaareutumista. Einsteinin teoriassa on kuitenkin lukuisia ongelmia. Se ei pysty selittämään miten massa kaareuttaa aika-avaruutta. Miten abstraktilla käsitteellä, kuten avaruus, voi edes olla tällaisia ominaisuuksia? Entä mikä massan määritelmä edes on? Vaikka suhteellisuusteoriaa ei ole pystytty kiistatta todistamaankaan, niin sitä pidetään vakiintuneena tieteellisenä selitysmallina ja sen kritisoijia pidetään harhaoppisina.

Heikko ja vahva vuorovaikutus on teoreettisesti vain atomien sisällä, eikä niitä pysty empiirisesti havaitsemaan tai mittaamaan. Atomiteoria onkin huomattavin esimerkki virheellisten teorioiden kasaantumisesta. Atomiteorian pohja on niin syvällä modernin tieteen opissa, että kaikista ongelmakohdista huolimatta sen paikka on horjumaton. Täytyyhän sen olla totta, koska kaikki tieteestä vähänkään ymmärtävät tietävät asian olevan näin. On varsin yllättävää saada selville, että atomiteoria ei ole koskaan pohjautunut kunnon empiiriseen dataan, vaan sen kehittäjät vain hyppäsivät johonkin johtopäätökseen. (Larson 1963, preface.)

Larsonin mukaan Niels Bohrin atomimallissa oletetaan:

1. atomit muodostuvat osista
2. nämä osat ovat sub-atomisia partikkeleita
3. nämä osat muodostavat ydinrakenteen
4. elektronit kiertävät ydintä
5. kiertävät elektronit eivät toimi yleisten fysiikan lakien mukaisesti
6. Ytimen muodostavat protonit ja neutronit
7. Tuntematon ”ydinvoima” pitää ytimen kasassa
8. on olemassa tuntematon tekijä, joka pitää neutronit stabiileina ytimessä. (Larson 1963, The Nucleus).

Empiirinen ymmärryksemme atomeista perustuu pitkälti siihen, mitä hiukkaskiihdyttimessä havaitaan törmäyttämällä hiukkasia yhteen. Pystymme siis tietokoneiden ruudulta havainnoimaan minkälaisia energiajälkiä törmäykset aiheuttavat, mutta emme voi suoraan nähdä atomin rakennetta. Jos laitteet havaitsevat törmäyksessä neutraalisti (neutronit) ja positiivisesti (protonit) varautuneita hiukkasia, niin oletetaan, että nämä hiukkaset muodostavat atomin. Emme voi kuitenkaan varmuudella tietää millä tavalla hiukkaset atomin muodostavat. Emme voi edes olla varmoja siitä oliko kyseiset hiukkaset sellaisenaan valmiiksi atomissa vai syntyivätkö ne törmäyksessä.

Lopuksi

On mielestäni hämmästyttävää kuinka moneen todistamattomaan oletukseen atomiteoria nojaa, ja vuosien saatossa teoriaan on tehty vain lisäyksiä, kuten omituisesti käyttäytyvät kvarkit ja viimeisenä Higgsin bosoni. Mikä tämä ihmeellinen voima mahtaa olla, joka pitää atomin ytimen protonit ja neutronit kasassa? Miksi kyseistä voimaa ei ole missään mitattu, eikä sitä missään muualla luonnossa esiinny? Jos fysiikan teorian selittämiseen täytyy teoretisoida uusi luonnovoima tai hiukkanen, niin kuinka vahvalla pohjalla kyseinen teoria mahtaa olla?

Lähteet:

Larson, Dewey B.
1963 The Case Against Nuclear Atom. North Pacific Publishers: Portland.

Maxlow, James
2015 Will Science Ever Get it Right?. Artikkeli Verkossa.

Sheldrake, Rubert
2012 The Science Delusion. Freeing the Spirit of Enquiry. Hodder & Stoughton: London.

Kaikki käännökset ovat tämän blogin alkuperäiskäännöksiä.

Powered by WordPress & Theme by Anders Norén