Kupla ja partaveitsi

…jatkoa viime numerosta

”Sekunnin päästä alkupamauksesta alkoi ”taivaalla” olla myös jonkin verran kouriintuntuvaa töhnää; pääasiassa fotoneja, elektroneja ja neutriinoja sekä niiden antihiukkasia ja hieman protoneja ja neutroneita, joita tietenkin myös tarvitaan, kun tehdään maailmankaikkeuksia, senhän ymmärtää assistenttikin” (Kajo 2003).

Piti ottaa vielä toinen erä tämän maailmankaikkeusjutun kanssa. Yritin tällä kertaa olla oikein looginen ja jäljittää tarkasti, mikä minua oikein häiritsee siinä ajatusmallissa, että kaikkien mahdollisten maailmankaikkeuksien olisi pakko toteutua, jos maailmankaikkeuksia olisi äärettömän monta (e.g. Chown 2007)? Yritän seuraavassa purkaa tämän mallin pala palalta; mitä kaikkea pitäisi olettaa, että se voisi olla totta?

Tämän ”kaikkien maailmojen mallin” perusoletus on ymmärtääkseni, että maailmankaikkeuksia on äärettömästi, mutta yksittäiset maailmankaikkeudet ovat kaikin puolin äärellisiä, niillä on äärellinen määrä ”tiloja” missä olla. Jos yksittäisen maailmankaikkeuden vaihtoehtoisia tiloja olisi äärettömästi, en ainakaan keksi miten ikinä voisi olla varma, että kaikki vaihtoehdot ovat toteutuneet. Vaihtoehtoja olisi liikaa (äärettömästi liikaa). Miten voisi tietää kumpi ääretön olisi ”isompi”: maailmankaikkeuksien määrä vai yksittäisen maailmankaikkeuden tilojen määrä? (Olisivatko nämä äärettömät ”numeroituvia” vai ”ylinumeroituvia”)?

Jonkinlaisten luonnonlakien olemassaolo on toinen pakollinen oletus kaikkien maailmojen mallin toimivuudelle. En ainakaan osaa kuvitella mitä sellaisen maailmankaikkeuden olemassaolo voisi tarkoittaa, jossa ei olisi mitään luonnonlakeja. Olemassaolo vaatii jatkuvuutta ja pysyvyyttä. Ilman luonnonlakeja jatkuvuutta ja pysyvyyttä ei olisi. Ilman luonnonlakeja maailmankaikkeus olisi täysin satunnainen, kaikki asiat tapahtuisivat ilman syytä eikä mistään seuraisi mitään. Ilman luonnonlakeja ei voisi laskea ”protoneja” tai ”kaikkia mahdollisia maailmankaikkeuden tiloja”. Ilman luonnonlakeja mikään ei määräisi, että jos tässä on nyt protoni, niin siinä pitää olla seuraavassa hetkessäkin protoni. Ilman luonnonlakeja mikään ei määräisi, että jos tässä nyt on maailmankaikkeus, niin siinä pitää seuraavassa hetkessäkin olla maailmankaikkeus. Ilman luonnonlakeja mikään ei määräisi, että olisi edes mitään ”seuraavaa hetkeä”.

”Kaikkien mahdollisten maailmankaikkeuksien” voi siis varmaankin katsoa tarkoittavan ”kaikkia luonnonlakien sallimia maailmankaikkeuksia”.

Hyvä, oletetaan siis ääretön määrä äärellisiä maailmankaikkeuksia, joissa on luonnonlakeja. Seuraava käsiteltävä oletus on, että luonnonlait eivät saa olla äärettömän tarkkoja. Ääretön tarkkuus luonnonlaeissa johtaisi erikoistapaukseen, jossa kaikki mahdolliset maailmankaikkeudet toteutuisivat kyllä, mutta niitä mahdollisia maailmankaikkeuksia olisi vain yksi! Kun maailmankaikkeudet syntyisivät ja kehittyisivät täsmälleen samojen lakien mukaan äärettömän tarkasti, niiden välille ei missään vaiheessa tulisi mitään eroa. Pienen pienikin satunnaisuuden siemen kyllä riittäisi, pieni poikkeama luonnonlaeista, yksikin seuraus ilman syytä – ja maailmat lähtisivät kulkemaan aivan eri polkuja. Edes hitunen aitoa sattumaa on kuitenkin pakko olettaa, että maailmankaikkeudet voisivat olla erilaisia.

Oletataan siis luonnonlakeja, niin että käsite ”maailmankaikkeus” ylipäänsä tarkottaa jotain ja oletetaan myös sattumaa, niin että maailmankaikkeuksien välille saadaan jotain eroja. Tämän hetkiseen tieteelliseen maailmankuvaan nämä oletukset sopivat hyvin. Luonnonlakeja ainakin omalla maailmankaikkeudellamme selvästi on, juuri niin kuin kunnialliselle olemassaolevalle maailmankaikkeudelle kuuluu. Parhaan tietämyksemme mukaan maailmamme luonnonlainkuuliaisuuden takana kummittelee kuitenkin myös aitoa sattumaa. Periaatteessa maailmankaikkeudesta, jossa on aitoa sattumaa olisi tiedettävä ihan kaikki, että siitä voisi ennustaa yhtään mitään. Käytännössä tilanne ei ole ollenkaan niin paha. Maailmankaikkeutemme on monessa suhteessa oikein hyvätapainen ja ennustettava. Oikein tarkasti tutkittavaksi se ei kuitenkaan suostu niin kuin kaikki kvanttimekaanikot tietävät (ainakaan ilman että tarkkuus jossain muussa asiassa samalla hukataan kokonaan).

Maailmankaikkeuden syntymän tämän hetkiseen perusmalliin kuuluu yksi alkuräjähdys ja sitä seuraava kiihtyvä laajeneminen (”inflaatio”), joka venyttää maailmankaikkeutta, tai paremminkin metamaailmankaikkeutta, useammaksi maailmankaikkeudeksi. Syy monien maailmankaikkeuksien syntyyn tässä perusmallissa on erityinen luonnonlaki, jonka mukaan kaikella tiedon kululla on suurin mahdollinen nopeus, valonnopeus. Kiihtyvästi laajenevan maailmankaikkeuden toisistaan loitontuvat osat lakkaavat tämän nopeusrajoituksen takia ajan mittaan vaikuttamasta toisiinsa millään tavoin, eivätkä ne voi enää edes periaatteessa tietää toisistaan mitään; aiemmat saman maailmankaikkeuden osat ovat muuttuneet toisistaan riippumattomiksi itsenäisiksi maailmankaikkeuksiksi.

Alkuräjähdys- ja inflaatiomalli maailmankaikkeuksien (”kuplauniversumien”) syntymälle on siitä kätevä, että sen mukaisesti on luontevaa olettaa kaikkiin maailmankaikkeuksiin samat luonnonlait, ovathan ne alunperin lähtöisin samasta maailmankaikkeudesta. Luonnonlakien voi periaatteessa sallia muuttuvankin, jos ne vain muuttuvat kaikissa maailmankaikkeuksissa samalla tavoin, luonnonlakien muuttumiselle on siinä tapauksessa oltava omat luonnonlakinsa (metaluonnonlait). Jos luonnolait voisivat olla mitä sattuu, maailmankaikkeudetkin voisivat olla mitä sattuu eikä kukaan tietäisi kuinka paljon vaihtoehtoisia maailmankaikkeuksia on. Luonnonlakeja koskee sama vaatimus kuin ihan kaikkea muutakin, vaihtoehtoja ei saa olla äärettömästi tai muuten vaihtoehtoisten maailmankaikkeuksien tilojen määrä karkaa äärettömiin eikä silloin voi mitenkään olla varma kaikkien vaihtoehtojen toteutumisesta ”jossain”.

Luonnonlait ja sattuma – tarkistettu. Seuraava oletus kaikkien maailmojen mallille onkin sitten vailla mitään tieteellistä näyttöä: maailmankaikkeudet ovat kaikissa asioissa epäjatkuvia. Oletukseksi ei riitä että aine on epäjatkuvaa, myös ajan ja avaruuden on oltava epäjatkuvia (kvantittuneita). Jatkuvassa avaruudessa seikkailevalla roinalla olisi äärettömästi paikkoja oleskella jossain ja jatkuvassa ajassa sillä olisi äärettömästi ajanhetkiä tehdä jotain. Äärettömät paikat tai äärettömät ajanhetket puolestaan tarkoittaisivat ääretöntä määrää maailmankaikkeuden mahdollisia tiloja ja tämä sotii taas kaikkien maailmojen mallin ensimmäistä perusoletusta vastaan. Mahdollisia maailmankaikkeuden tiloja saa olla vain äärellinen määrä, joten mikään jatkuvuus ei käy.

Pidän kyllä epäjatkuvuuden oletuksesta, koska se tarkoittaa, että kaikki on hyppäyksellistä eikä mikään ole äärettömän tarkkaa – toisin sanoen äärettömän pientä ei ole olemassa. Maailmankaikkeus ei kuitenkaan välttämättä välitä siitä mistä minä pidän; ajan ja avaruuden epäjatkuvuudet ovat toistaiseksi pelkkää spekulaatiota. Onko koko todellisuus tosiaan pohjimmiltaan digitaalinen? (Kuinka nörttiä.) Toisaalta ei ajan ja avaruuden jatkuvuudestakaan varsinaisesti todisteita ole. Matemaattisena temppuna ”mielivaltaisen pieniin” osiin jakaminen toimii, mutta ehkä matematiikalla ei tässä yhteydessä ole vastinetta todellisuudessa. Sama matemaattinen temppu toimisi, vaikka differentiaalien ei annettaisi pienentyä äärettömiin, vaan niillä olisi jotkin pienimmät mahdolliset arvot, jotka vastaisivat pienintä mahdollista palaa avaruutta ja lyhintä mahdollinen ajanhetkeä.

Yhtäkaikki, piti siitä tai ei, spekulaatiota tai ei – epäjatkuvuus on oletuksissa mukana, joten jatketaan…

Kokoan yhteenvedon kaikista tähän astisista ”kaikkien maailmojen mallin” vaatimista oletuksista: maailmankaikkeuksia on ääretön määrä, mutta yksittäiset maailmankaikkeudet ovat kaikin puolin äärellisiä; aine, avaruus, aika ja luonnonlait ovat epäjatkuvia ja niitä on yksittäisissä maailmankaikkeuksissa äärellisesti. Luonnonlait eivät ole äärettömän tarkkoja, vaan sattumalta voi tapahtua mitä vaan ja kaikki maailmankaikkeuden tilat ovat mahdollisia – kunhan pysytään mainituissa äärellisyyden rajoissa. Seuraako näistä oletuksista, että maailmankaikkeuksissa toteutuvat kaikki mahdolliset vaihtoehdot? Kyllä, yhtä varmasti kuin, että äärettömällä nopanheitolla saataisiin varmasti kaikki mahdolliset tulokset (ja kaikki vielä äärettömän monta kertaa). Noppamaailmankaikkeuden mahdollisia tiloja olisi kuusi (tai yksi siinä erikoistapauksessa, missä luonnolait oletettaisiin äärettömän tarkoiksi). Kaikki mahdolliset vaihtoehdot toteutuisivat näillä oletuksilla varmasti, missä siis vika?

Luulen, että nyt olen paikantanut ongelman ytimen: vika on siinä, että yhdenlainen ääretön hyväksytään, mutta toisenlaista ei. Oletukset sallivat äärettömän suuren olemassa olon (ääretön määrä maailmankaikkeuksia), mutta eivät äärettömän pienen olemassaoloa (asioiden jatkuvuus äärettömän pieniin osiin). Mitään järkeviä perusteita äärettömien epätasa-arvoiselle kohtelulle ei ole.

Minkään asian äärettömyydestä ei ole näyttöä. Maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen mallikaan ei edellytä ääretöntä määrää maailmankaikkeuksia, hirvittävän, käsittämättömän, tajunnan räjäyttävän monia kyllä, mutta äärettömään verrattuna mikä tahansa äärellinen määrä maailmankaikkeuksia on kirjaimellisesti yhtä tyhjän kanssa (äärellinen/ääretön=0). Ääretön ei ole iso luku, se on jotain vahvempaa. Kaikki havainnot voidaan selittää yhtä hyvin olettamalla maailmankaikkeuksia vain hirmu monta kuin olettamalla niitä ääretön määrä. Kumpi valita, äärellinen vai ääretön?

Kun kaksi mallia selittää yhtä hyvin havainnot, ainoa järkevä tapa on pudottaa kaikki turha painolasti ja valita vaihtoehdoista yksinkertaisempi (Occamin partaveitsi -periaate).

Kumpi yksinkertaisempaa : a) maahisia ei ole eikä kyklooppejakaan vai b) maahisia ei ole, mutta kyklooppeja kyllä on?

Jos yhdenlaisista satuolennoista (kykloopeista tai äärettömästä määrästä maailmankaikkeuksia) olisi näyttöä, toisenlaisetkin (maahiset tai äärettömän pieniksi jatkuvat asiat) olisi ehkä enemmän syytä ottaa vakavasti.

Yksinkertaisinta on ajatella, että kaikkea on äärellisesti kunnes toisin todistetaan ja näin ollen kaikkien maailmojen mallin voi huoletta hylätä: kaikki mahdolliset maailmat sisältävä kuplauniversumi puhkeaa Occamin partaveitsellä. Bonuksena äärettömien maailmojen hylkäämisestä kenenkään ei tarvitse tulla hulluksi pohtiessaan mitä kaikkea niissä maailmoissa olisi.

Yhteenveto: edellä on pähkäilty mallia, jonka mukaan kaikkien mahdollisten maailmankaikkeuksien on pakko olla olemassa. Mallin vaatimista oletuksista muut vaikuttavat päteviltä, mutta kompastukiveksi nousee vaatimus maailmankaikkeuksien äärettömästä määrästä. Minulla ei ole mitään aavistusta miten mitään voisi todistaa äärettömäksi (ainakaan äärellisessä ajassa).  Jos joku joskus löytää vastoin odotuksiani maailmankaikkeuksien äärettömälle määrälle pitäviä todisteita niin sitten lupaan kyllä heti uskoa äärettömien maailmojen äärettömiin viulunsoitonopettaja-Einsteineihin (Chown 2007), äärettömiin planeetan kokoisiin Valtaoja-patsaisiin (Valtaoja 2007) –  ja myös äärettömiin linnunradan kokoisiin Kolkkala-patsaisiin, joilla on päässä tonttuhattu ja joiden jalustassa lukee violetilla kaunokirjoituksella kaikilla Papua-Uuden-Guinean kielillä: Tässä tyyppi, joka luuli, että ääretöntä ei ole olemassa.

(Puh, äärellinen pää höyryää; seuraavaksi palaan kyllä ihan muihin aiheisiin, pieniin tai suuriin, mutta sentään jonkin kokoisiin.)

Päivitys 19.6.2011: palasin hiomaan tätä juttua vielä uudestaan ja sain mielestäni selkeämmäksi.  Hämärää logiikkaa jäi varmasti vieläkin; olisi hienoa kuulla mitkä ovat muiden mielestä tämän jutun vaikeimmin avautuvat kohdat.

Lisäys: hienoja termejä, joita en juttua kirjoittaessani tiennyt: ultrafinitismi ja digitaalinen fysiikka ja digitaalinen filosofia

Viitteet:

Chown, M. 2007: The never-ending days of being dead: dispaches from the front line of science. Suom. 2008 Perhoniemi, T.: Päättymättömät päivät kuolleena: uutisia tieteen eturintamalta, s. 33, Ursa.

Kajo, M. 2003: Kettusen paluu: ihmisen käsikirja, s. 72, Wsoy.

Valtaoja, E. 2007: Ihmeitä – kävelyretkiä kaikkeuteen , s. 267, Ursa

(C) Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

6 vastausta artikkeliin: Kupla ja partaveitsi

  1. […] Jatkuu ensi numerossa… […]

  2. […] Äärettömyydestä. Valtaoja kirjoittaa, että äärettömässä maailmankaikkeudessa täytyy olla sellainenkin maailma, jossa planeetan kokoinen näköispatsas Rakastatulle Johtajallemme Esko J J Valtaojalle (s. 266-268). En ymmärrä logiikkaa, että äärettömässä maailmassa pitäisi toteutua kaikki mahdolliset vaihtoehdot. Eihän desimaaliluvussakaan tarvitse tulla vastaan kaikkia mahdollisia lukuyhdistelmiä, vaikka luku olisi äärettömän pitkä. Vain jos numerot ovat satunnaisia ja toisistaan riippumattomia, kaikki yhdistelmät tulevat vastaan ennemmin tai myöhemmin. Mutta kuka sanoo, että äärettömän suurenkaan fysikaalisen maailman**** osat olisivat satunnaisia ja toisistaan riippumattomia? Päinvastoin, kvanttimekaniikka kertoo meille kummallisista riippuvuuksista maailman osasten välillä, vaikka niitä kiikutettaisiin toisistaan mielivaltaisen kauaksi. (Lisäys 6.2.2011: tästä aiheesta enemmän: Pelkkä kupla; 20.6.2011:  ja vielä piti pohtia samaa, huh, tämä on vaikea aihe: Kupla ja partaveitsi.) […]

  3. nopoles kirjoitti:

    Nyt tiedän millä nimellä kutsua tyyppiä, joka luulee että ääretöntä ei ole olemassa: ultrafinitisti.

    Ultrafinitisti saa haasteen:

    http://www.scottaaronson.com/blog/?p=103

    (Kiitos linkistä, Sampo.)

  4. nopoles kirjoitti:

    Digitaalinen fysiikka ja digitaalinen filosofia – sellaisetkin ilmaisut on näemmä keksitty. Kaikki maailmassa on digitaalista sanovat ne, noin käpistelykielellä. Saman voisi ilmaista fysiikan termillä niin, että kaikki (1) on kvantittunutta. Matematiikan ja yleiskielen sanalla sanottuna kaikki oletetaan tämän ajattelutavan mukaan epäjatkuvaksi.

    Matemaattinen temppu jatkuvuudesta on tietysti iso osa luonnontieteiden menestystarinaa. Laskuissa puljataan äärettömillä määrillä äärettömän pieniä palasia. Laskujen käytännön toimivuus ei silti todista, että jatkuvuus olisi totta. Differentiaalit ja integraalit voivat laskennallisesti toimia loistavan tarkasti, jos kvantit ovat äärellisiä, mutta hirmu pieniä kaikkiin käytännön tarkoituksiin.

    Oletus jatkuvuudesta on tieteen valtavirtaa, mutta se ei minusta tarkoita yhtään mitään loppujen lopuksi; jatkuvia asioita pitäisi voida jakaa äärettömän pieniin palasiin, eikä äärettömällä ole mitään ”loppujen loppua”. Ääretön tarkoittaa nimenomaan jotain, mikä ei koskaan lopu. (Eiks ni?)

    Jatkuvuuden hyväksyminen tarkoittaa, että hyväksytään samalla äärettömän olemassa olo. Jotain mahtuu johonkin äärettömän paljon, oikeasti. Esimerkiksi maitolasiin mahtuu äärettömän monta palasta tilaa, oikeasti. Tai sekuntiin mahtuu äärettömän monta tapahtumaa, oikeasti (2, 3).

    Oletus epäjatkuvuudesta ei suoraan edellytä, että äärettömyyttä ei voisi olla olemassa. Pienimpiä mahdollisia palasia – vaikka aineen, ajan tai tilan kvantteja – voisi olla ääretön määrä. Jos maailmankaikkeus olisi äärettömän suuri tai äärettömän vanha (jolloin siellä voisi olla ääretön määrä roinaa) – tai jos maailmankaikkeuksia olisi äärettömän monta, mikä on käytännössä sama asia kuin yksi ääretön maailmankaikkeus, josta emme periaatteessakaan voi tuntea kuin äärellisen palan.

    Mutta miten maailmankaikkeuden tai maailmankaikkeuksien (tai minkään) äärettömyyden voisi todistaa? Äärettömässä ajassa ehkä voisi, mutta mikä se sellainen todistus on joka ei koskaan lopu?

    Leikkaisin mielelläni äärettömän kokonaan pois tieteestä occamin partaveitsellä, siitä kun ei nyt vaan tieteen menetelmillä voi sanoa juuta eikä jaata. Ei oletusta äärettömästä tietenkään vääräksikään voi todistaa, mutta aika paljon kevyempi on mieli ilman sitä. Ääretön on turha painolasti ajattelulle. Ei raskas painolasti, vaan ääretön painolasti – mikä on pahempi juttu, koska äärelliseen päähän ei mahdu mitään ääretöntä.

    (1) Ihan kaikki, aineen lisäksi myös aika ja tila.

    (2) Oikeastaan sekuntiin ei mahdu tapahtumia, vaan sekunti on tapahtumia! Aikaa mitataan tapahtumilla.

    (3) Jos ajatellaan nörttityyliin kaikkea maailmankaikkeudessa jonkinlaisina tietokoneina, jatkuvuus tarkoittaisi, että tietokoneiden koolle ei olisi mitään alarajaa – ei olisi mitään periaatteellista estettä tunkea vaikkapa elektronin viemään tilavuuteen enemmän tietojenkäsittelykapasiteettia kuin ihmiskunnan päihin ikinä tulee mahtumaan yhteensä. Äärettömästi enemmän.

    (C) Kolkkala, M., luotiset.wordpress.com

  5. nopoles kirjoitti:

    It always bothers me that, according to the laws as we understand them today, it takes a computing machine an infinite number of logical operations to figure out what goes on in no matter how tiny a region of space, and no matter how tiny a region of time. How can all that be going on in that tiny space? Why should it take an infinite amount of logic to figure out what one tiny piece of space/time is going to do?” (Feynman)

  6. nopoles kirjoitti:

    Tämä on hieno: http://blogs.discovermagazine.com/crux/2015/02/20/infinity-ruining-physics/

    This Idea Must Die: Infinity

    ”…if we can do without infinity to figure out what happens next, surely nature can, too…

    Our challenge as physicists is to discover this elegant way and the infinity-free equations describing it – the true laws of physics.”

    Tämän ajatuksen on kuoltava: äärettömyys

    ”Jos mekin saamme selville mitä seuraavaksi tapahtuu, luonto varmasti pystyy samaan

    Haasteemme fyysikoina on löytää tämä elegantti tapa ja äärettömyydestä vapaat yhtälöt, jotka kuvaavat sitä – todelliset fysiikan lait.”

    Max Tegmark
    #Edge annual question series 2014 ed. John Brockman

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

%d bloggers like this: