Puhutaanpa Kelvinistä

Tässäpä mainio tietokirja, Marcus Chowin kirjoittama We Need to Talk About Kelvin: What everyday things tell us about the universe. Teos on nyt saatavilla myös suomeksi Ursan kustantamana ja Hannu Karttusen suomentamana, nimellä Puhutaanpa Kelvinistä. Karttusen taito kirjoittajana on sitä luokkaa, että suomenkielinen versio on luultavasti vähintään yhtä hyvä kuin englanniksi, mutta tulin lukeneeksi kirjan alkuperäiskielellä.

Chowilla on taito vetää jalat lukijan alta - positiivisesti yllättävällä tavalla - nostamalla esiin arkipäivän ilmiöitä jotka ovat pinnalta katsoen yksinkertaisia, mutta tosiasiassa hyvin monimutkaisia, aina perimmäisiin kysymyksiin asti porautuvia, ja tässä on kyse todellakin perimmäisistä asioista, muun muassa alkuräjähdyksestä, maailmankaikkeuden rakenteesta ja älyllisen elämän olemassaolosta.

Chow myös tuo kokonaan uusia näkökulmia tuttuihin fysiikan ilmiöihin, muun muassa kaasun paineeseen tai siihen miksi lattia jalkojemme alla ei petä vaikka se on tyhjää täynnä. En muista koskaan lukeneeni Chowin antamaa selitystä siitä, miksi kaasu kuumenee kun se puristetaan pienempään tilaan ja miksi kiinteä aine todellakin tuntuu kiinteältä emmekä putoa sen läpi.

Heisenbergin epätarkkuusperiaate tässä jyrää, siis se että mitä tarkemmin tiedämme hiukkasen tilan, sitä vähemmän tiedämme sen liikemäärästä. Ja kun yritämme puristaa hiukkasia lähemmäs toisiaan, niiden liikemäärään liittyvä epävarmuus lisääntyy, eli ne ikään kuin pyristelevät eroon havaitsijan näpeistä. Tämä loppujen lopuksi selittää muun muassa sen, miksi jalkojemme alla oleva maa on kiinteää.

Chow tuo mainiolla tavalla esiin meille käsittämättömien asioiden mittasuhteita ja toimintaprosesseja. Otetaan esimerkiksi Auringossa tapahtuvat prosessit - on loppujen lopuksi yllättävää, että Aurinko ylipäänsä toimii niin kuin se toimii.

Ja sekin on mielenkiintoista, että Auringon fuusioreaktiot ovat loppujen lopuksi varsin hitaita - energiaa syntyy kyllä, mutta sen takia että auringossa on niin paljon massaa joka voi tuottaa reaktioita. Yhdeltä protoniparilta kestää keskimäärin miljardeja vuosia osua yhteen ja tuottaa deuteriumia, joten kestää myös miljardeja vuosia ennen kuin Aurinko palaa loppuun. Nyt ollaan puolivälissä, viisi miljardia vuotta on vielä jäljellä.

Se että Aurinko toimii niin kuin toimii, johtuu mielenkiintoisesti siitä, että vahva vuorovaikutus on juuri niin vahva kuin se on. Jos se olisi 1-2 prosenttia vahvempi, protonit voisivat liimautua toisiinsa saman tien, ja Auringon sisältämä vety kuluisi loppuun hetkessä - alle yhdessä sekunnissa - ja tuloksena olisi räjähdys.

Mielenkiintoinen on myös Chowin esittämä argumentaatio siitä, miksi maailmankaikkeudessa on "järjestyksen keitaita", miksi se ei ole jo nyt entropian maksimissa - mistä nähtävillä oleva järjestys on peräisin? Päättelyketju on varsin hienovarainen, ja liittyy siihen miten alkuräjähdyksen jälkeisinä hetkinä "tulipallo" oli lähestulkoon tasaisesti levinneenä avaruuteen, mikä oli entropian maksimi vallinneissa olosuhteissa.

Mutta tilanne muuttui rajusti, kun pitkän kantaman voima - painovoima - kytkeytyi päälle: tasainen aineen jakauma ei enää ollutkaan stabiilein tila, joten alkoi kehitys kohti rakeista jakaumaa. Syntyi galakseja ja tähtiä ja planeettoja sisältämä avaruus.

Painovoiman kytkeytyessä päälle siirryttiin kertaiskulla korkean entropian tilasta alhaisen entropian tilaan. Samalla kytkeytyi "ajan nuoli" päälle - tapahtumille tuli suunta, matalasta entropiasta kohti korkeaa entropiaa. Toki ajalla saattoi olla suunta aiemminkin, joidenkin aiempien fysikaalisten prosessien ansiosta, mutta tätä emme voi tietää - ellei kaiken teoria selitä tätäkin. Mielenkiintoista (tosin ei ristiriidatonta) pohdintaa!

Entä sitten älyllisen elämän olemassaolo maailmankaikkeudessa? Missä kaikki ovat? Tässä yhteydessä Chow esittää mielenkiintoisia pohdintoja aiheesta, joihin en mene pidemmälle, lainaan vain Chowin tapaan Fermiä, joka totesi luennosta jota hän kävi kuuntelemassa: "Ennen tänne tuloani olin hämmentynyt tähän asiaan liittyen. Luennon kuunneltuani olen edelleen hämmentynyt. Mutta korkeammalla tasolla."

Erinomainen tiedekirja!