Luominen ja tiede (osa 7) - Aivan alussa

Tässä kirjoituksessani esittelen lyhyesti paria teoriaa maailmankaikkeuden synnystä. En luultavasti esitä periaatteessa paljoakaan uutta. Käytän niitä kuitenkin esimerkkinä siitä, mitä luonnontieteen teorioista voi luomisuskon näkökulmasta ajatella.

[Luonnontieteilijät saattavat havaita tässä artikkelissa paljon tahattomia epätäsmällisyyksiä. Pyydän, että humanistille sitä jonkin verran sallitaan.]

Luomisuskon peruslähtökohta on maailmankuvan ja maailmankatsomuksen erottaminen toisistaan. Teoriat maailmankaikkeuden synnystä kuuluvat maailmankuvaan. Kristillisen luomisuskon maailmankatsomukseen kuuluu käsitys, että (a) Jumala on maailman luonut, ja (b) luomisen tarkoitus on hyvä. Tämä maailmankatsomus on siirrettävissä periaatteessa mihin tahansa maailmankuvan kehittyneeseen vaiheeseen. Voidaan ehkä ajatella, että maailmankuva todistaisi tuonpuoleisuuden, transsendenssin, hölynpölyksi, mutta uskonnonfilosofisesti ajatellen se tuntuu kaukaiselle mahdollisuudelle.

Suomalaisessa keskustelussa ateistisia näkökantoja esittäneet ihmiset edustavat varsin usein näkemystä, että kysymys Jumalasta on maailmankuvaan liittyvä asia, ja siten empiirisesti näytettävissä vääräksi tai oikeaksi. Kysymys Jumalasta luonnontieteellisenä hypoteesina on mielestäni melko outo ajatus. En käsittele sitä tässä, mutta ehkä joskus myöhemmin. Olen joka tapauksessa sitä mieltä, että empiirinen tiede on jumalauskoon tai ateismiin nähden neutraali väline, joka ei sellaisenaan vie kumpaankaan suuntaan. Usko Jumalaan ja ateismi ovat tulkinnallisia, maailmankatsomuksellisia asioita.

Alkuräjähdys - big bang

Nykyisen kosmologian mukaan maailmankaikkeus on syntynyt alkuräjähdyksessä n. 13,7 miljardia vuotta sitten. Maailmankaikkeus laajenee. Se voidaan havaita galaksien lähettämän valon punasiirtymästä. Ympäröivä avaruus etääntyy meistä. Maailmankaikkeuden laajenemista ja välimatkoja koskevasta tiedosta voidaan laskea taaksepäin, että 13,7 miljardia vuotta sitten maailmankaikkeuden aine ja energia oli pakkautuneena yhteen pisteeseen. Koko avaruus, aine, energia ja aika oli tuolloin yhdessä pisteessä. Pisteen ulkopuolella ei ollut paitsi ainetta ja energiaa, ei myöskään luonnonlakien muodostamaa avaruutta.

Kun aine ja energia pakkautuu yhteen pisteeseen, se kuumenee. Maailmankaikkeus oli alussa hyvin kuuma, ja on sen jälkeen sekä laajentunut että jäähtynyt. Yhtäältä pakkautuneen energian räjähdysvoima on pakottanut sen laajenemaan, toisaalta aineen perusvuorovaikutus, painovoima, pyrkii pitämään aineen yhdessä ja vastustaa laajenemista.

Kosmologian eräs tärkeä kysymys on koskenut sitä, laajeneeko maailmankaikkeus ikuisesti, vai riittääkö maailmankaikkeuden massan aiheuttama painovoima pysäyttämään laajenemisen. Luonnontieteessä puhutaan siitä, mikä on kosmologisen vakion suuruus, koska se määrää maailmankaikkeuden kohtalon. Negatiivinen kosmologinen vakio johtaa painovoiman yliotteeseen, ja lopulta maailmankaikkeus romahtaa jälleen kasaan.

On kuitenkin havaittu, että maailmankaikkeus laajenee edelleen. Laajeneminen ei kuitenkaan hidastu, vaan päin vastoin kiihtyy. Kosmologinen vakio on siis lähellä nollaa, mutta positiivinen. Maailmankaikkeuden kohtalo näyttää olevan ääretön laajeneminen, jolloin lopulta kaikki aine ja energia hiipuu harvenemalla jättimäiseen kosmokseen. Maailmankaikkeuden loppu on äärettömän laaja ja kylmä. Lienee niin, että maailmankaikkeus ei energiatiheytensä suhteen ole sykkivä. Maailmankaikkeus ei räjähdä ja supistu, räjähtääkseen jälleen uudelleen.

Singulariteetti

Alkuräjähdysteorian teoreettinen alkupiste on äärettömän tiheään pakkautunut maailmankaikkeus, jonka läpimitta on nolla. Tätä kutsutaan singulariteetiksi. Singulariteetti on lähinnä teoreettinen käsite, koska siinä ei päde mikään tunnettu luonnonlaki. Singulariteetin tiheys on teoreettisesti ääretön. Heisenbergin epätarkkuusperiaate estää luomasta mitään erityistä fysikaalista teoriaa tällaisista olosuhteista. Kyse on kuin absoluuttisesta nollapisteestä, jota koskaan ei voida saavuttaa.

Fysikaaliset teoriat eivät pidä singulariteetista. On kuitenkin oletettu, että mustien aukkojen keskustassa olisi singulariteetti. Nykyvälinein ei kuitenkaan tiedetä, millaiset olosuhteet mustassa aukossa on.

Inflaatioteoria

Nykyisessä kosmologiassa on vallalla teoria, että hyvin varhaisessa maailmankaikkeudessa kuuma ja laajeneva maailmankaikkeus on syntynyt erittäin nopeasti laajanevasta kylmästä maailmankaikkeudesta. Tätä kutsutaan inflaatioteoriaksi. Teorian mukaan aivan aluksi olisi ollut eräänlainen energeettinen kenttä, inflaatiokenttä, joka olisi kenttänä sisältänyt kaiken kosmoksessa olevan energian. Energia ei kuitenkaan ollut ainetta eikä sähkömagneettista säteilyä, vaan aivan muuta olomuotoa. Maailmankaikkeudessa ei olisi ollut tällöin tuntemaamme ainetta ja energiaa, vaan pelkästään kyseinen kenttä. Kentän luonnetta ei tarkemmin tunneta, mutta ns. Higgsin kenttä on eräs tarjokas inflaatiokentäksi.

Alussa maailmankaikkeus oli ensin laaja ja kylmä. Oli vain kyseinen laajeneva kenttä ilman ainetta ja säteilyä. Kenttää kutsutaan inflaatiokentäksi, koska sen aikana maailmankaikkeus laajeni erittäin voimakkaasti, yli valon nopeudella. Tavattoman lyhyessä ajassa, sekunnin mitättömässä murto-osassa, maailmankaikkeus oli galaksin kokoinen. Laajenemisen aikana kenttä purki energiaansa, ja purkamisen lopputuloksena oli tuntemamme kuuma aineen ja energian muodostama maailmankaikkeus. Kyseessä on eräänlainen olomuodon muutos, jossa kenttä vapauttaa energiaansa toisenlaiseen muotoon. Vähän kuin lämmin vesi jäähtyessään luovuttaa energiaa ja lopulta jäätyy.

Inflaatioteoria on sikäli mielenkiintoinen, että sen luonteesta ei ole minkäänlaista käsitystä. Inflaatiovaihe kuitenkin selittäisi monta nykyiselle maailmankaikkeudelle ominaista asiaa. Tällaisia ovat maailmankaikkeuden avaruudellinen litteys ja "tasakoosteisuus". Alkuräjähdyksen olisi myös pitänyt tuottaa suuri määrä erittäin raskaita hiukkasia, joista ei ole havaintoa. Inflaatioteorian empiirisenä lähtökohtana on nykyisin havaittava maailmankaikkeus. Pelkkä alkuräjähdys toisi monta ongelmaa, jotka voidaan selittää pois, mikäli maailmankaikkeus on alkuvaiheessa käynyt läpi erittäin nopean laajenemisen. Kyseessä on teorianmuodostus, jossa itse ilmiöstä ei ole juuri muuta empiiristä näyttöä kuin nykyisen maailmankaikkeuden ominaisuudet, eli havaittava maailmankaikkeus.

Inflaatioteorian logiikka on seuraava:

• Maailmankaikkeus nykyään on avaruudeltaan litteä, tasakoosteinen ja vailla raskaita hiukkasia


• Tuntemillamme luonnonlaeilla on erittäin vaikea selittää, miksi maailma on tasakoosteinen, miksi avaruudellinen kaareutuminen on niin lähellä litteää ja miksi siinä ei ole raskaita hiukkasia, edellyttäen että maailma on alussa ollut hyvin kuuma ja tiheä singulariteetti.


• Alkuräjähdyksestä muovautuisi tuntemamme kaltainen maailmankaikkeus, mikäli alkuräjähdyksen alussa on ollut tavanomaisia fysikaalisia olosuhteita huomattavasti nopeampi laajenemisen vaihe.

Inflaatioteoria on otettu erittäin hyvin vastaan. Siitä on tullut tavanomainen ja yleisesti hyväksytty osa kosmologian kehitystä kuvaavaa teoriaa.

Luonnontieteilijät eivät luultavasti pidä ajatuksesta, mutta kyseessä on loogisesti jossain määrin samankaltainen ajatus kuin älykkään suunnittelun teoriassa. Älykkään suunnittelun teorian mukaan oletus älykkäästä suunnittelijasta selittää sitä, miksi maailmankaikkeus on tällainen kuin havaitsemme. Kyse on ns. antrooppisesta periaatteesta: miksi maailmankaikkeus on sellainen, että elämää on voinut syntyä.

Inflaatioteoria on luonnontieteen vastaus siihen, miksi maailmankaikkeus on sellainen kuin on. Inflaatioteorian taustalla on matemaattinen malli ja käsitys havaittavista luonnonlaeista. Sikäli sen taustalla on lujaa havaintoaineistoa nykymaailmasta ja näistä ominaisuuksista laskettuja malleja siitä, millainen maailmankaikkeus olisi pelkän alkuräjähdyksen voimasta. Inflaatioteoria sanoo lähinnä sen, että maailmankaikkeus syntyy nykyisen kaltaiseksi, mikäli oletetaan valtavan nopea ja äkillinen laajeneminen aivan maailmankaikkeuden alussa. Siitä ei kuitenkaan ole havaintoa, eikä oikeastaan muutakaan käsitystä, mitä se on.

Empiirisesti ajatellen älykkään suunnittelun teorian hypoteesi ei ole juuri kummempi. Siinäkin on lähtökohtana nykyinen maailmankaikkeus, ja kysymys, kuinka maailma on muotoutunut tuntemamme kaltaiseksi. Älykkään suunnittelun teoria tahtoo sanoa, että älykäs suunnittelija selittäisi tuntemamme maailman sellaisena kuin se nyt on.

Inflaatioteoria osoittaa, miten vahvoja teoreettisia lähtökohtia tieteellinen kosmologia voi omaksua, mikäli ne selittävät maailmankaikkeutta ja ovat luonteeltaan tämänpuoleisia. Näin on siitä huolimatta, että itse inflaatiokenttä ei perustu empiiriselle havainnolle. Inflaatiovaiheen selittävä voima on kuitenkin vahva. Älykkään suunnittelun teorian kuvaama älykäs suunnittelija on muutoin aivan yhtä vahvoin empiirisin todistein osoitettu selitys kuin inflaatio, paitsi että se on tuonpuoleinen selitys. Siksi se ei voi olla tieteellinen teoria. Tosin myönnän, että myös oma mieleni janoaa paljastaa asialle tämänpuoleinen mekanismi, mikäli se vain on löydettävissä.

(Inflaatioteorialla on luultavasti yksi empiirinen havaintoperuste. Inflaatioteoria ennustaa, että kentän purkautumisen aikoihin syntyvässä aineessa on kvanteista johtuvaa epätäsmällistä jakautumista. Tämän pitäisi näkyä kosmisessa mikroaaltotaustassa fraktaalin kaltaisena lämpötilaerojen vaihteluna, jossa on sisäkkäisiä hyvin pieniä lämpötilaeroja. Havainnot mikroaaltotaustasta ilmeisesti tukevat sitä, että mikroaaltotaustassa on pieniä lämpötilaeroja, ja ne ilmeisesti sopivat teoriaan inflaatiokentästä. Mikroaaltotaustan lämpötilaerot ovat sikäli varsin odotettu tulos, että se lähinnä toteaa vain sen, että 380.000 vuotta sitten, eli mikroaaltotaustan synnyn aikoihin, kosmoksessa oli aineen ja energian tihentymiä. Se on hyvin odotettavaa, koska näistä tihentymistä ovat syntyneet nykyiset aineen tihentymät, galaksit ja galaksijoukot. En siis osaa arvioida sitä missä määrin mikroaaltotaustan lämpötilaerot ovat todiste nimenomaan inflaatioteorian mukaisesta inflaatiosta. Ne ovat kuitenkin todiste aineen pienen pienestä kasautumisesta jo silloin kuin mikroaaltotausta syntyi. Todiste on odotettu, koska kosmoksessa on aineen tihentymiä. En pysty ottamaan kantaa siihen, miksi kvanttiporeiluun liittyvä epätasainen aineen jakautuminenon mahdollista nimenomaan inflaatioteoriassa eikä perinteisessä alkuräjähdysteoriassa ilman inflaatiota. Ongelma on tavallaan kahtalainen: yhtäältä maailmankaikkeus on isotrooppinen, tasaisesti jakautunut, mutta aineen jakautumisessa on kuitenkin sellaista epätasaisuutta, että on voinut syntyä paikallisia aineen ja energian keskittymiä. On siis aineen ja energian keskittymää, mutta vain vähän ja sopivasti!)

Inflaatioteorialla on eräs bonus. Se selvittää myös singulariteetin ongelman. Mikäli inflaatioteoria on totta, aivan alussa kaikki aine ja energia ei ollut yhdessä pisteessä, vaan alussa oli inflaatiokenttä. Kenttä oli kuin aineeton energian olomuoto, joka laajetessaan purki energiaansa aineeksi ja energiaksi, ja sai syntymään kuuman maailmankaikkeuden. Siinä vaiheessa avaruudella oli jo mittaa. Näin selvitään matemaattisesti vaikeasta tilanteesta, että kosmoksen tulisi olla aineena ja sähkömangneettisena säteilynä pakattuna äärettömään tiheään pisteeseen. Inflaatio ratkaisee sekä havaittuja että teoreettisia ongelmia. Vaikeus on vain siinä, että inflaatiokenttä on varsin teoreettinen konstruktio.

Pre big bang

Teoreettisesti on mahdollista tarkastella, mitä oli ennen alkuräjähdystä ja inflaatiota. Teoriat perustuvat ennen kaikkea matemaattisten mallien hyödyntämiseen.

Säieteoriaoissa esiintyy kuuman ja laajenevan maailmankaikkeuden matemaattisena ratkaisuna malli, jossa maailma on syntynyt hyvin harvasta avaruudesta, joka romahtaa kasaan kohti singulariteettia (Enqvist: Kosmoksen hahmo, 2003).

Mallin mukaan avaruus on ennen alkuräjähdystä erittäin harva, lähes tyhjä aineesta. Harva avaruus hitaasti romahtaa kasaan (syystä jota en tiedä). Kun se romahtaa, säieteorian mukaan romahtaminen pysähtyy blanckin mittaan. Tällöin ainesäikeiden ominainaisuudet estävät romahtamisen singulariteettiin asti ja avaruus ikään kuin ponnahtaa takaisin kuumana ja laajenevana. Kylmästä ja harvasta avaruudesta romahtaa kasaan ja ponnahtaa kuumaa avaruutta.

Humanistin mieleni ei pysty ymmärtämään, millainen on harva ja romahtava avaruus. Ymmärrän ajatuksen, että painovoiman vaikutuksesta maailmankaikkeus alkaa supistumaan ja siten romahtamaan, mutta en tiedä, miten harva avaruus romahtaa. Se ei nyt kuitenkaan ole pääasia. Olen kuitenkin ymmärtänyt, että mikäli nykyinen maailmankaikkeutemme jatkaa kiihtyvää laajenemistaan ja lopulta laajenee mittaamattoman harvaksi ja kylmäksi, kyseessä on loputon prosessi. Sen ei teoreettisesti odoteta, äärettömän harvanakaan, ryhtyvän jollakin tavoin romahtamaan uudelleen kasaan.

On kuitenkin matemaattisesti mahdollista, että ennen nykyisen maailmankaikkeutemme laajenemisvaihetta avaruus on ollut toisessa muodossa, äärettömän harva ja romahtava, ja on jonkinlaisen romahtamisvaiheen kautta aloittanut nykyisen laajenemisen juuri ennen päätymistään singulariteetiksi.

Vuonna 2006 on kyetty luomaan matemaattinen malli, kuinka tuntemamme kosmoksen aine ja energia käyttäytyvät kvanttitasolla, kun lähestytään maailmankaikkeuden alkua. (Ks. uutinen täältä!) Yleinen suhteellisuusteoria ei pysty ennustamaan tapahtumien kulkua siinä vaiheessa, kun avaruus oli vielä hyvin pieni. Tällöin astuvat voimaan kvanttimaailman ilmiöt. Kvanttimekaniikkaa ja suhteellisuusteoriaa on pyritty yhdistämään kvanttigravitaatioteorialla.

Mallin mukaan lähellä singulariteettia tapahtuu eräänlainen kvanttipomppu. Malli kuvaa myös kvanttipomppua edeltävän aika-avaruuden geometrian. Sen mukaan ennen alkuräjähdystä on olemassa gravitaation voimasta luhistuva maailmankaikkeus, joka luhistuu lähelle singulariteettia. Sen jälkeen, kvanttivaiheessa, tapahtuu pomppu, jossa painovoiman vetovoima muuttuu hylkiväksi. Ei synnykään singulariteetti, vaan uudelleen laajeneva maailmankaikkeus. Malli kuvaa sitä, että nykyisen kaltainen maailmankaikkeus voi nykyisen teoreettisen tiedon mukaan syntyä kokoonvetäytyvästä, supistuvasta maailmankaikkeudesta. Edeltävän maailmankaikkeuden aika-avaruuden geometria voidaan laskea.

Malli on sikäli mielenkiintoinen, että se todistaa matemaattisen menetelmien vahvuuden. Itse asiassa siinä ei ole paljonkaan uutta. On jo pitkään uumoiltu, että sykkivä maailmankaikkeus on mahdollinen. Minulle jää mallista ilmeinen kysymys, että jos aikaisempi maailmankaikkeus romahti kasaan, eli sen kosmologinen vakio oli negatiivinen, miksi nykyisen maailmankaikkeuden kosmologinen vakio on positiivinen. Ainetta ja energiaa kun ei pitäisi missään vaiheessa hävitä. Vaikka malli on aito, se synnyttää tuntemamme kaltaisen maailmankaikkeuden, se ei kaiketi kuvaa sellaista maailmaa, josta omamme on syntynyt. Oman maailmankaikkeutemme eräs vaikeus on siinä, että koska kosmologinen vakio on positiivinen, sykkivä maailmankaikkeus ei liene teoreettisestikaan mahdollinen.

Pre big bang ja luomisusko

Pitkään on ajateltu, että alkuräjähdyksen singulariteetti on kaiken tieteen loppu. Niin ei ole. On olemassa perusteltuja syitä olettaa, että kosmos ei koskaan ollut singulariteetti, tai ei ainakaan niin suoraviivaisella tavalla kuin on ajateltu. Perustelut ovat matemaattisia malleja, joihin on istutettu tietämyksemme aineen käyttäytymisestä ja luonnonlaeista. Tietokoneet ja tietokoneavusteinen mallinnus ovat näiden matemaattisten välinteitten edellytyksenä.

Kristityille alkuräjähdys on tarjonnut helpon tavan liittyä luonnontieteeseen. Luomisusko, luominen tyhjästä (creatio ex nihilo), on ollut helppo liittää alkuräjähdykseen, jota ennen ei ollut mitään. Toki tämäkin on ollut maailmankatsomuksellista tulkintaa, mutta liittyminen on ollut helppoa. Liittymisen alkukohta on jo alkurähdysteorian alussa. Teorian isä Georges Lemaitre itse ajatteli, että alkuräjähdys tarjoaa välineen ajatella, miten Jumala on maailman luonut.

Matemaattisilla malleilla on mahdollista luoda näkymiä siihen, mitä on voinut olla ennen alkuräjähdyksen mukaista viimeistä tiivistä nollakohtaa. Inflaatioteorian mukaan alussa ei ollut ainetta, oli vain eräänlainen energeettinen kenttä, joka purkautui hiukkasiksi ja sähkömagneettiseksi säteilyksi. Säieteorian mukaan on voinut olla hyvin harva ja hiipuva maailmankaikkeus, joka käpertyy kokoon ja purkautuu alkuräjähdyksenä. Uusimman mallinnuksen mukaan taustalla voi olla painovoiman vaikutuksesta romahtava universumi.

Näyttää siltä, että näitä alkuräjähdyksen taakse kurkistavia malleja halutaan käyttää myös ateismin välineenä. Ajatus on, että alkuräjähdyskään ei edellytä Jumalan olemassaoloa, vaan sekin voidaan selittää aikaisemmalla vaiheella. Varmaankin on niin, että nykyisen laajentumisvaiheen alkuun päästään kurkistamaan entistä tarkemmin. Matemaattisiin malleihin on syytä suhtautua riittävällä kriittisyydellä, mutta se ei ole luomisuskon kannalta olennaisinta. Ei ole tarvetta eikä syytä mitätöidä matemaattisilla malleilla toimimista.

Peruskysymys on, miksi mitään on olemassa. Olemassaolo vaatii selityksen. Saatan tulkita Raamatun kirjoittajien olotilaa aivan liikaa, mutta Jumalauskon taustalla lienee mitä luultavimmin yksinkertainen kysymys siitä, että mistä maailmamme on tullut, miksi se on olemassa. Kysymys Luojasta ei edellytä uskon ilmoitusluonnetta, vaan on jokaisen silmien edessä, joka aamu. Raamatun luomiskertomuskaan ei julista, että tiesittehän että Jumala loi maailman, tiesittehän varmasti. Luomiskertomus kuvaa maailman sellaisena kuin se siihen aikaan ajateltiin olevan, ja toteaa yksinkertaisesti: alussa Jumala loi. Jumala on Raamatun mukaan hienosti sanottuna maailman alkusyy, prima causa.

Kysymys maailman alkusyystä ei ratkea siihen, pystymmekö kurkistamaan laajenevan alkuräjädyksen taakse vai emme. On ehkä vähän harmillista sanoa, mutta kysymys vain siirtyy toisaalle: mistä inflaatiokenttä tuli; mistä tuli se onnettoman harva ja hiipuva, kokoon kääriytyvä maailmankaikkeus; tai mistä tuli se universumi, joka painovoiman vaikutuksesta romahti kasaan ennen nykyistä laajenemista. Perinteinen prima causa -ajatusta vastaan suunnattu perustelu on ollut, että maailmankaikkeus voi olla sykkivä ja syklinen. Vaikka niin olisi, vaikka nykyistä maailmaamme ennen olisi ollut ääretön määrä universumeja, silti kysyn, miksi mitään on olemassa. Tyhjästä kun ei paljoa synny, ei ainakaan nykytutkimuksen valossa.

Joku voi kysyä, miksi tällä tavalla yksinkertaisia asioita pitää sanoa. Ateistissävyinen, luonnontieteeseen nojautuva luomisuskon kritiikki olettaa usein, että tässä maailmassa pitäisi olla havainnoin näytettävä Jumalan kokoinen aukko, jotta luomisusko voisi olla varteenotettava vaihtoehto.

Jos Jumala on luonut tämän maailman, miksi havaittavassa maailmassa pitäisi olla jokin erityinen salaisuuksien graali, jonka löytyessään kaikki ymmärtäisivät olevan jotenkin omituinen ja erityinen, ja joka selittäisi kaiken kulun. Miksi sen pitäisi olla tämän maailman osa? Uskallan sanoa, että sellaista graalia ei tästä maailmasta löydy.

Kaikki mallit ja tietomme perustuvat siihen, millainen nykyinen maailmamme on. Myös luomisusko perustuu siihen, millainen maailmamme on, ja että se on olemassa. Tämä on ehkä liian yksinkertainen lähtökohta. Luomisusko ei ole kiinnostunut sellaisesta kritiikistä, joka perustuu tietomme lisääntymiseen tästä maailmasta. Tiedon lisääntyminen on erittäin hyvä asia, eikä usko Luojaan perustu tietämisen aukkoon, vain siihen, että olemme olemassa. Luomisen lähtökohta on se, mitä on, ei se, mitä emme tiedä.

i Héru as elye!

Henri