Poliitikko: varo mitä haluat yliopistoilta, sillä saatat saada sen

Yliopistokoulutuksesta ja -tutkimuksesta on tullut niin tärkeä osa yhteiskuntaa, että päättäjät haluaisivat yhä enemmän vaikuttaa paitsi toiminnan reunaehtoihin, myös itse tutkimuksen sisältöön. Ongelmallisinta tässä on, että päättäjien vaatimukset ihan oikeasti vaikuttavat tutkijan arkipäivään. Vaikutukset eivät kuitenkaan aina ole sitä, mitä niillä oikeasti haetaan. Kun alettiin kiinnittää huomiota tutkimusartikkeleiden sitaatioindekseihin, eri alojen sitaatiomäärät rupesivat nousemaan. Esimerkiksi fysiikan alan arvostetuin lehti Physical Review Letters poisti artikkeliviitteet sivumäärärajoituksestaan, mikä on johtanut viitelistojen pitenemiseen. Lisääntyneet sitaatiomäärät eivät siis välttämättä kerro parantuneesta tutkimuksesta. Toisaalta huippujulkaisujen kuten Naturen ja Sciencen näkyvyys yliopistorankingeissa ja muussa arvioinnissa on tuonut niihin yhä enemmän sensaatiolehdistön piirteitä: lehti määrittelee itse, mitä muotialoja se haluaa painottaa, ja pyrkii jopa luomaan tieteen julkkiksia. Näin varmistetaan julkaisujen näkyvyys, jota mitataan vaikuttavuuskertoimella. Korkea vaikuttavuuskerroin betonoi julkaisujen aseman, minkä vuoksi ne voivat pyytää yliopistokirjastoilta korkeaa tilausmaksua. Monen lehden tapauksessa tämä tarkoittaa suoraa tukea veronmaksajilta lehtien yksityisille omistajille.

Runsaiden sitaatioiden ja huippujulkaisujen lisäksi ainakin suomalaisilta tutkijoilta halutaan paljon patentteja, näkyvyyttä kansallisessa mediassa, ja läheistä yhteistyötä elinkeinoelämän kanssa. Tutkijoiden pitäisi myös vaikuttaa naisten ja vähemmistöjen aseman paranemiseen. Vielä jokin aika sitten luulin, että nämä sinänsä järkevät yhteiskunnan toiveet pitäisi toteuttaa yliopistotasolla, eli riittää, kun yliopistossa on joitain elinkeinoelämää lähellä olevia yksiköitä, joitain mediaseksikkäitä tutkijoita, ja joitain, jotka patentoivat. Muut voisivat keskittyä tutkimukseen ja opetukseen. Ylätasolta tulevat vaateet tuppaavat vain valumaan jokaiseen virantäyttöön ja rahoitushakuun. Yliopistoille annetut sinänsä järkevät vaatimukset näkyvätkin jokaisen tutkijan arjessa – ja lopulta vievät aikaa perustehtäviltä.

Viime viikolla elinkeinoministeri Olli Rehn väläytti, että perustutkimuksen laatukriteereihin tullaan mahdollisesti liittämään kaupallinen hyöty ja käytännön sovellukset. Sinänsä tässä voisi olla järkeä, jos tämän ulostulon perusteella perustutkijoita – jotka määritelmän mukaan nimenomaan eivät tähtää sovelluksiin, vaan ymmärrykseen maailmasta – haastettaisiin kertomaan missä mielessä heidän tutkimuksensa täyttää perustutkimuksen kriteerit. Pelkäänpä vain, että käy päinvastoin: perustutkijoidenkin pitää yhä enemmän ryhtyä valikoimaan tutkimusaiheitaan välittömän käytännön hyödyn eikä tutkimuskohteen yleisen kiinnostavuuden kriteereillä. Samalla on vaarana, että tällainen ”perustutkimus” lakkaa olemasta tiedettä. Paitsi että se tällöin menettäisi yleisen kiinnostavuutensa, keskipitkällä aikavälillä sillä olisi todennäköisesti hyvin negatiivinen vaikutus myös niihin sovelluksiin ja ylipäänsä yhteiskuntaan.

Yksi viime aikoina yhteiskunnan tukemista hankkeista on avoimen saatavuuden julkaiseminen. Taaskin idea on erinomainen: pyritään saamaan tieteelliset tulokset kaikkien avoimesti luettavaksi. Viime vuosina tähän on satsattu paljon. Esimerkiksi EU:n Horizon 2020 –hankkeissa velvoitetaan julkaisemaan tulokset avoimen saatavuuden julkaisuissa, ja tätä tuetaan erillisellä julkaisurahalla. Avoin saatavuus nimittäin maksaa, mutta lukijan sijaan tutkijoille. Monessa julkaisussa kun avoin saatavuus tarkoittaa sitä, että tutkimusryhmä maksaa yleensä joitain tuhansia euroja julkaisijalle saadakseen artikkelinsa avoimeksi.  Tuo raha tulee pääosin verorahoitteisista tutkimusprojekteista. Julkaisemiskulut ovat toki edelleen melko pieni prosentti tutkimuksen kokonaiskuluista. Huippujulkaisuvaatimuksen ja avoimen saatavuuden tuen yhdistelmä on vaarallinen: ei ole selvää onko julkaisijoilla riittävää insentiiviä pitää avoimen saatavuuden kuluja alhaalla. Tästä on toki keskusteltukin esimerkiksi Nature-lehdessä.

Jos yhteiskunta rahoittaa tutkimusta yliopistoissa, sitä edustavilla päättäjillä on ehdottomasti oikeus sanoa, mitä tutkimukselta haluaisivat. Mutta kannattaa pitää mielessä, että usein saa juuri sen, mitä halusi – mutta ei välttämättä sitä mitä tavoitteli.

Teksti on julkaistu Suomen Akatemian verkkolehdessä 23.11.2015.

Monesta on moneksi

Ruislinnun laulu korvissani,tähkäpäiden päällä täysikuu.

Kiihkoreduktionistisen idean mukaan runon voi ymmärtää vain pilkkomalla sen pienimpiin mahdollisiin osiin. Ruislintu (Crex crex) on rantakanalaji, joka muodostuu yhdistelmästä atomeita, ja nekin voi pilkkoa pienempiin osiin, tämänhetkisen tietämyksen mukaan pääosin kvarkkeihin, gluoneihin ja elektroneihin. Laulu on ilmamolekyylien akustista värähtelyä, joka siirtyy korvan simpukassa olevan basaarikalvon värähtelyjen myötä aivojen kuuloalueelle ja siitä eteenpäin aistimukseksi. Täysikuukin on atomijoukko, vaikka joidenkin varhaisten kvanttimekaniikan tulkitsijoiden mukaan se ei ehkä ole taivaalla, kun sitä ei katsota.Toisaalta yllä olevan runon voisi jakaa sanoiksi ja edelleen kirjaimiksi tosiolevaa etsiessään. Kirjaimista tulee runo kun miellämme sen osaksi ”efektiivistä kuvailua, olemassaolon portteja joiden läpi kuljemme matkatessamme aineen perustasolta, tosiolevaisen ytimestä, meille tuttuun arkitodellisuuteen”, kuten Kari Enquist kuvailee emergenssiä mainiossa – ja jopa runollisessa – kirjassaan Olemisen porteilla.

Näyttää siltä, että vuosituhannen vaihteessa Suomessa vallinnut kiihkeä keskustelu reduktionismin ja emergenssin suhteesta tieteessä on vaiennut. Ovatko osapuolet kaivautuneet liian syvälle poteroihinsa, vai ajattelevatko kaikki kyseisen keskustelun olevan vanhanaikaista? Omalla alallani fysiikassa keskusteluun on tullut maailmalla uusia avauksia. Fyysikot eivät kyseenalaista reduktionistisen lähestymistavan saavutuksia, jossa vaikkapa suuri osa aineen fysikaalisista ominaisuuksista on saatu palautettua sen atomirakenteesta lähteviksi. Harva myöskään väittää, että monen atomin systeemeiden kuvauksessa tarvittaisiin joitain emergenttejä lisäkenttiä, joita ei yhden tai kahden atomin systeemissä ole. Kuten nobelisti Philip Anderson tekstissään ”more is different” jo 1972 kertoi, fyysikoiden kuvaamien systeemien emergentti kuvaus lähtee reduktion tuottamasta lähtökohdasta. Jostain syystä populaarikirjallisuudessa ja vaikkapa koulujen fysiikan opetuksessa vallalla näyttäisi olevan tätä paljon voimakkaampi oletus, jonka mukaan ”perusluonnonlakien” perusteella voidaan periaatteessa johtaa kaikkien siitä seuraavien systeemien ominaisuudet.

Paino on sanalla ”periaatteessa”. Käytännössä johdettavuus on vaikeaa jo melko pienen hiukkasmäärän osalta. Massachusetts Institute of Technologyn professori Xiao-Gang Wen selittää tätä kirjansa Quantum Field Theory of Many-Body Systemsensimmäisessä luvussa. Hän kertoo kuinka kirjan kirjoittamisen aikoihin 2000-luvun alussa suurin supertietokoneella täsmällisesti simuloitavissa oleva vuorovaikuttava elektronisysteemi oli peräti 13 elektronin kokoinen, kaksi enemmän kuin 20 vuotta aiemmin. Tietääkseni nykyään luku on noussut huimaan kuuteentoista. Vertailukohtana nanoelektroniikassa mitattavassa kymmenen nanometriä (millimetrin sadastuhannesosa) kertaa kymmenen nanometriä kokoisessa palasessa grafeenia on noin kymmenen tuhatta elektronia. Ja vaikka ottaisimme elämäntehtäväksemme laskea koko tuon mitättömän pienen kappaleen eksaktin elektronirakenteen, ja lopulta eläkeiän kynnyksellä onnistuisimme (kvanttitietokonetta käyttämällä, edes koko havaitun maailmankaikkeuden suuruinen klassinen tietokone ei voisi tallentaa vaadittavaa tilavektoria), emme pystyisi vertaamaan tulostamme riittävän tarkkoihin kokeisiin. Jos jokin meille tuntematon superolio olisi mitannut tuon grafeenilappusen energiatasoja koko maailmankaikkeuden iän, kvanttimekaniikan perustuloksiin kuuluvan Heisenbergin epämääräisyysperiaatteen mukaan hän (vai se, onko superolioilla henkilöllisyys?) ei olisi saavuttanut vielä lähellekään tarkkaan vertaamiseen vaadittavaa mittaustarkkuutta. Johdettavuus peruslaeista on siis uskon eikä käytännön asia.

Monen kappaleen systeemien ominaisuuksia on siis joskus vaikeaa ja usein mahdotonta selvittää suoraan yksittäisiä hiukkasia kuvaavasta ”fundamentaalista” teoriasta. Niille myös tulee ominaisuuksia, joita yksittäisillä hiukkasilla ei ole. Philip Andersonin teksti kuvaa spontaania symmetriarikkoa. Siinä monen kappaleen systeemi valitsee tilan, joka olemassaolollaan rikkoo yksittäisten hiukkasten ominaisuuksia kuvaavan teorian perustavaa laatua olevan symmetrian. Vaikkapa veden jäätyminen tai raudan magnetoituminen ovat tuollaisia symmetrian spontaanisti rikkovia tapahtumia. Periaatteessa, jos odotamme riittävän kauan (ilman että lämmitämme vettä yli nolla-asteiseksi), kvanttimekaniikka mahdollistaa tuon systeemin tunneloitumisen vastaavaan jotenkin toisin symmetrian rikkovaan tilaan, ja siten pitkällä aikavälillä rikkoutunut symmetria ei ole hiukkasjoukon ”todellinen” ominaisuus. Ison systeemin tapauksessa tunneloitumiseen vain saattaa kestää paljon pidempään kuin maailmankaikkeuden ikä. Siten itse rikkoutuneen symmetrian kuvaus on monen hiukkasen systeemin ominaisuuksia kuvatessa usein olennaisempi (fundamentaalimpi) osa kuin systeemin yksittäisten hiukkasten ominaisuudet.

Nobelisti Robert Laughlin menee pidemmälle. Hän kuvaa kuinka useimmat ”fundamentaalit” maailmankaikkeuden peruselementit kuten vaikkapa aika-avaruuden tyhjiö ovat ymmärrettävissä emergentteinä monen kappaleen systeemeinä. Jos tekee mittauksia, joissa monta hiukkasta esiintyy yhtenä kokonaisuutena, ei noiden mittausten perusteella pysty sanomaan onko kokonaisuutta kuvaava teoria ”totuus” vai ”vain” emergentti efektiivinen teoria. Jos mittauksissa ei päästä tuon pidemmälle, totuutta ei voi erottaa efektiivisestä teoriasta. Reduktion rinnalle maailmankaikkeuden ja kaiken selityksessä kannattaakin ottaa ajatus kaikkien (myös niiden fundamentaaleimpien) luonnonlakien emergentistä luonteesta ja miettiä mitkä ominaisuudet parhaiten kuvaavat monen hiukkasen systeemin ominaisuuksia silloin, kun yksittäisten hiukkasten (mitä ne ovatkaan) ominaisuudet eivät näy. Aalto-yliopistossa työskentelevän fyysikon Grigori Volovikinmukaan monen kappaleen systeemien luonnehtimiseen perinteisten luonnon neljän perusvuorovaikutuksen rinnalle jollei ohi olisi otettava toinen neljän lista: kvanttimekaniikka, termodynamiikka, symmetria, ja topologia. Kahta ensimmäistä opetetaan jo lukiossa, kolmas luonnehtii systeemin muuttumattomia ominaisuuksia tietyissä muunnoksissa (neliö säilyy samana jos sitä pyörittää 90 astetta kerrallaan, suorakulmio vain jos pyöritys on 180 astetta, ja ympyrä on symmetrinen mielivaltaisille pyörityksille), mutta neljäs listan jäsen on hankalammin selitettävissä. Topologiaa on alettu käyttää aineen ominaisuuksien kuvauksessa vasta viimeisen muutaman vuosikymmenen aikana. Sitä voi kuvata vaikkapa kumilenkin avulla. Tietyllä tavalla muotoiltuna kumilenkillä voi olla jokin tietty symmetria – se voi olla esimerkiksi pyöreä. Lenkkiä venyttämällä symmetrian saa kuitenkin helposti rikottua. Yksi kuitenkin säilyy: niin kauan kuin venytys pysyy tietyissä rajoissa, kumilenkki muodostaa lenkin, eli kumi rajaa avaruudesta alueen, ”reiän”. Lenkin topologia kuvaa siis lenkin sulkemien reikien lukumäärää (yksi). Aineen topologisen luokittelun saavutuksiin kuuluu perinteisten eristeiden ja johteiden luokkien laajentaminen topologisiin eristeisiin ja topologisiin puolimetalleihin.

Puhtaan reduktion sijaan voisimme puhua eri parametrialueilla pätevistä teorioista ja niiden hierarkiasta, jossa efektiivinen teoria emergoituu aina ylemmän energian ”mikroskooppisesta teoriasta”. Fyysikko jaottelee pätevyysalueet kvantitatiivisesti niille ominaisen energia-alueen mukaan. Jos jalkapalloa potkaisee normaalilla voimalla, se reagoi potkuun yhtenä kappaleena. Riittävän energinen potku kuitenkin paljastaa pallon ”todellisen” luonteen, kun se hajoaa yksittäisiksi nahkapalasiksi. Taitava pakistanilainen lapsityöläinen saa koottua palasista jalkapallon, mutta luonnontieteissä yhden tason efektiivistä teoriaa ei välttämättä pysty suoraan johtamaan ylemmän (korkeamman energian) tason mikroskooppisesta teoriasta. Samalla tavoin kuin nahkasta voi pallon sijaan tehdä vaikkapa takin, yhden mikroskooppisen teorian alla voi olla useita systeemeitä, joita kuvaa erilainen matalan energian efektiivinen teoria. Toisaalta on jopa niin, että samankaltaisia efektiivisiä teorioita voi saada useammastakin mikroskooppisesta teoriasta. Yleensä relevantit matalaenergiateoriat riippuvatkin pikemminkin rajoitusehdoista – jotka siis muodostavat Volovikin neljän listan – kuin taustalla olevasta korkeaenergiateoriasta. Ajatuksena on, toisin kuin jotkut reduktionistit ehkä väittävät, että eri energia-alueiden teorioiden ero on pikemminkin kvantitatiivinen kuin kvalitatiivinen.

 Anderson päättää oman tekstinsä viitaten Pariisissa vuonna 1920 käytyyn Scott Fitzgeraldin ja Ernest Hemingwayn oivaltavaan keskusteluun kvalitatiivisen ja kvantitatiivisen eroista:

Fitzgerald: Rikkaat ovat erilaisia kuin me.
Hemingway: Kyllä, heillä on enemmän rahaa.

Hyvää kesää! Toivottavasti se emergoituu lukijalle riittävän aurinkoisena ja rentona.

Teksti on julkaistu Suomen Akatemian verkkolehdessä 15.6.2015.

Ristiriitaisia ankkoja lammikossa

Kuuluisin tieteen kansantajuistamisprojekti taisi olla Galileo Galileilla, jonka taistelu katolista kirkkoa vastaan päätyi lopulta Galilein voitoksi: useimpien nykyihmisten mielestä maa taitaa sittenkin pyöriä auringon ympäri. On oikeastaan ihmeellistä miten hyvin asia on iskostunut myös kadunmiehen tietoisuuteen. Tämä saattoi johtua siitä, että tieto maapallon liikkeestä avaruudessa yhdistyi katolisen kirkon ja uuden luonnontieteen väliseksi ristiriidaksi. Auktoriteetti vastaan uudet menetelmät. Paavin inkvisitio vastaan nöyrä tiedemies. Maapallo kaiken keskuksena vastaan aurinko ja linnunrata.

Tätä blogia miettiessäni olen pyöritellyt mielessäni kahta aihetta: luonnontieteen popularisoinnin vaikeuksia ja yliopistojen virkanimityksiä. Keksin hauraan punaisen langan yhdistämään nämä: ristiriita ja sen puute. Alkuperäinen ajatukseni oli, että suomalainen voi saada professuurin Suomessa vain, jos edustaa tiettyä oppisuuntaa, tai on tiettyjen vaikutusvaltaisten ihmisten ”tieteellinen jälkeläinen”. Kun tutkin tarkemmin tätä väitettä, piti heti laimentaa omaa kantaa. Ei se nyt ihan niin ollutkaan – kyllä professoriksi voi päästä ilman suhteitakin, mutta paljon vaikeampaa se on. Tiettyä tieteellistä sukulinjaa todennäköisesti suositaan, koska nämä valinnat ovat virantäyttöryhmille turvallisia. Yhteistyö onnistuu, kun kaikki ratkovat ongelmia samalla tavoin. Myös valitsijan oma asema vahvistuu, kun ympärille tulee enemmän omanlaisia ihmisiä. Suomen pienessä tieteen ankkalammikossa pärjää parhaiten uimalla samoin kuin muut. Alkuperäinen väitteeni ei kuitenkaan osoittautunut täysin totuudenmukaiseksi: kyllä siellä lammessa muitakin ankkoja uiskentelee.

Luonnontieteilijän ongelma tieteen popularisoinnissa on samankaltainen: on vaikea esittää mitään väitettä ennen kuin on sen tarkoin tutkinut, ja tutkimisen jälkeen siitä usein poistuvat ristiriidat. Kun ristiriidat poistuvat, asian kiinnostavuus häviää. Suurta yleisöä kiinnostavat kiistanalaiset asiat, väitteet, joihin voi ottaa kumman kannan vain. Puolesta tai vastaan.

No, on niitä luonnontieteissäkin ristiriitoja. Omalla alallani runsas kymmenen vuotta sitten riideltiin siitä, ovatko itäisen naapurimaan suurimman teoreetikon mukaan nimetyt Landaun kvasihiukkaset hyvin määriteltyjä nollalämpötilassa. Kysymys on ihmisen arjen kannalta vähintään yhtä tärkeä kuin se kiertääkö maapallo aurinkoa vai toisin päin. Lähes koko kiinteiden aineiden sähköisiin ominaisuuksiin liittyvä ymmärryksemme pohjautuu Landaun kvasihiukkasiin. Itse asiassa kvasihiukkasten määriteltävyyttä ei ole aukottomasti todistettu, mutta konsensus taitaa pitää Landaun teorian puolta.

Paras ristiriita saadaan aikaiseksi, kun kannattaa jotain asiaa huomioimatta liikaa vastapuolen argumentteja. Pitää provosoida, jotta lukija voi olla samaa tai eri mieltä. Pitää olla joko voimakkaasti hapan tai emäksinen, eikä saa sekoittaa näitä liikaa. Toisin on yllä mainitsemassani ankkalammikossa. Siellä pitää mennä joukon mukana. Riitaäänet halutaan hiljentää, ja valinnoissa suositaan niitä, joiden lähestymistapa tutkimukseen on sama kuin vanhempien tieteenharjoittajien. Voiko se olla Suomen etu? Johtaako se moniääniseen yliopistoon?

Kirjoitin ensimmäisen version tästä blogitekstistä vuosi sitten kolmea virantäyttöä seuratessani. Näin konkreettisesti, miten lammikon ankat valitaan. Itse olen nyt onnellisesti professorina Jyväskylän yliopistossa, joten täällä sitä vaakutaan.

Teksti on julkaistu Suomen Akatemian verkkolehdessä 22.4.2014. 

Kuka päättää mistä sinä olet kiinnostunut?

Olin hiljattain Aalto-yliopiston järjestämässä mediakoulutuksessa. Kouluttaja kertoi kuinka tutkijoiden pitää kilpailla suuren yleisön mielenkiinnosta mitä erilaisimpia aiheita vastaan. Esimerkkeinä hän kertoi viime aikojen suurista keskustelunaiheista – vaalirahaskandaalista, kouluammunnoista ja ex-presidentin kissasta. On mahdotonta arvata, mistä viiden vuoden päästä puhutaan. Minä toiveikkaana ehdotin tiiviin aineen fysiikkaa.

On kiinnostavaa miettiä mikä määrää ihmisten kiinnostusten kohteen. Yksi selkeä syy on aiheen läheisyys. On helpompaa olla kiinnostunut vaikkapa lasten koulukaverien perheen lemmikkihankinnasta kuin siitä saavatko lapset tarpeeksi ravintoa Sahelin alueella Afrikassa. Toisaalta presidentin kissakuulumisten kiinnostavuus johtuu siitä, että meidät on mediassa opetettu olemaan kiinnostuneita poliitikkojen arjesta. Myös iltapäivälehtien Nykäs-uutisten myynti perustuu pitkälle lukijoiden huolelliseen kouluttamiseen.

Joissain tiedejulkaisuissa käytetään samanlaisia tapoja lisätä yleisön kiinnostusta kyseisiin lehtiin. Muotiaiheet saavat paljon palstatilaa. Näille lehdille on myös edullista luoda tieteen tähtiä, joiden nimiä käyttämällä vaikeakin juttu saadaan myytyä. Kollegani kutsui kyseisiä lehtiä englannin sanalla ”glossy”, kiiltävä – kunnes sitten tietenkin sai itse kutsun kirjoittaa yhteen niistä.

Vapaassa maassa kukin saa olla kiinnostunut aivan mistä haluaa. Ongelmana on vain se, että osa kiinnostuksemme aiheista tulee median luomasta tuttuuden tunteesta. Näitä aiheita en olekaan valinnut minä vaan toimittajat siinä välissä. Luonnontieteistä kiinnostuneen kannalta ongelmallista on, että useimmat toimittajista ovat humanisteja. He eivät usein lähtökohtaisesti ole kiinnostuneita luonnontieteistä. Vaikka voisi hyvin olla, että median kuluttajista suuri osa periaatteessa voisi kiinnostua tiiviin aineen fysiikasta ja sen avoimista ongelmista, he eivät niistä tiedä, koska tutkijan ja lukijan välissä on toimittaja. Ja toimittaja usein valitsee mikä on mielenkiintoista ja mitkä asiat kannattaa liittää osiksi lukijan/kuulijan/katsojan arkipäivää.

Kyse ei ole pelkästään viihdehömpästä. Vertailkaapa Helsingin Sanomien kulttuuri- ja tiedeosioita. Kulttuuriuutisia on joka päivä useita sivuja, tiedettä on pari sivua viikossa. Okei, ehkäpä useampi ihminen luonnostaan on kiinnostunut vaikkapa populaarimusiikista kuin siitä laajeneeko avaruus, mutta onko niin, että klassinen musiikki on kymmenen kertaa kiinnostavampaa kuin tiede?

Suomen parhaat luonnontiedeohjelmat tulevat Ylen Ykköseltä. Sielläkin tehtiin viime aikoina muutoksia, joissa tiedeaiheita vähennettiin ja pyrittiin niiden ”viihteellisempään” käsittelyyn. Oliko syynä kuulijoilta saatu palaute? Tuskin, veikkaan että valinta johtui päättävässä portaassa olevista humanisteista. Kuulemma muuten kuulijamääräkin on näillä ohjelmilla sittemmin pudonnut.

En yleensä lue iltapäivälehtiä. Lupaan kuitenkin heti ostaa lehden, jonka lööpissä on kirkuvin kirjaimin: ”Fyysikot löysivät Majorana-fermionin!”.

Teksti on julkaistu Suomen Akatemian verkkolehdessä 8.4.2013. Sen jälkeen ilahduttavasti Helsingin Sanomat on ruvennut julkaisemaan päivittäin tiedeuutisia, ja niiden tasokin on selvästi parantunut. Suomen tiedejournalismi on ehkäpä vielä melko ohutta, mutta suunta on kohti parempaa.

Tuote nimeltä tutkija

Moni tutkija toimii nykyään yksityisyrittäjän tavoin: rahoitus omaan ja tutkimusryhmän palkkaan on haettava ”markkinoilta” eli rahoittajilta, mutta toisaalta voi ja pitää itse määrätä mihin suuntaan työtä suuntaa. Yliopisto toimii yrityshotellina, josta voi rahoitusten overheadeilla (mitä tuo on suomeksi?) ostaa tila-, taloushallinto- ja muita palveluja.

Tutkijan on myös myytävä oma tuotteensa vaativille markkinoille, pääosin omille kollegoilleen. Myyntityöhön ei riitä hyvä tuote eli tutkimustulos, vaan sitä on myös ahkerasti markkinoitava alan messuilla eli konferensseissa. Myös kahdenkeskiset yhteydenotot ovat suotavia. Hiukan ehkä normaalista yritysmaailmasta poikkeaa se, että tutkimustuloksen julkistuksen jälkeen tutkija toivoo, että mahdollisimman moni rupeaisi sitä kopioimaan, tietenkin sillä ehdolla että viittaukset alkuperäistyöhön ovat kunnossa.

Tällaisessa maailmassa tutkijan on brändättävä paitsi ideansa, myös itsensä. Omat www-sivut ovat must, kutsutut puheet isoissa kokouksissa nostavat brändiarvoa ja helpottavat viestin läpimenoa. Tutkijan mukaan nimetty teoria, yhtälö, menetelmä tai muu tuote nostavat tutkijan nimen kuolemattomaksi. Ainakin pariksi seuraavaksi vuodeksi.

Mutta onko tuo kaikki hyvä asia? Tieteen kehityksen kannalta on tärkeää, että mahdollisimman suuri osa tutkijoista nimenomaan pyrkisi tuottamaan alkuperäisiä ideoita. Periaatteessa se, että joudumme myymään tuotteemme voi johtaa tähän. Samalla kuitenkin markkinoiden ehdoilla toimiva tiedemaailma on muotien vietävissä: Epämuodikasta mutta alkuperäistä tutkimusta tekevä tutkija ei saa virkoja tai lisärahoitusta. Kaikki munat pyritään keräämään samaan koriin. Tällaisessa maailmassa matemaatikko Andrew Wilesin tarina on mielestäni rohkaiseva: Vuonna 1986 hän päätti keskittyä pelkästään yhteen ongelmaan ja työskenteli sen parissa seuraavan vuosikymmenen. Vuonna 1993 hän esitti julkisuuteen ensimmäisen ratkaisun, ja kun siitä löytyi vielä aukkoja, hän käytti vielä kaksi vuotta ne tukkiakseen. Tuloksena oli 1600-luvulla eläneen matemaatikko Pierre de Fermat’n kuuluisan viimeisen teoreeman todistus.

Sitä ei tarvinnut erikseen brändätä.

Teksti on julkaistu Suomen Akatemian verkkolehdessä 9.10.2012.

Tarina

Tähän alkuun minun piti kirjoittaa havainnollistava tarina fyysikosta, joka kehitti mullistavan teorian tai teki tärkeän kokeellisen löydön. Sen piti olla kertomus sattumasta, muiden hyljeksinnästä tai jotain sellaista, joka saisi lukijan muistamaan, paitsi tarinan, myös itse fysiikan ilmiön. Olisin voinut kertoa vaikkapa kvasihilojen teorian kehittelijästä Dan Shechtmanista, joka sai viime vuonna Nobelin kemian palkinnon. Hän sai 1980-luvulla potkut työpaikastaan niin "typerää" asiaa ehdotettuaan. Tai murtoluku-kvantti-Hall -teoriasta Nobelin palkinnon saaneesta Robert Laughlinista, joka taannoin eräässä konferenssissa väitti puhujan esittelevän vain arvailuja, mihin kollegani Yuli Nazarov tokaisi: "Bob, sinä sait Nobelin palkinnon arvauksesta!" Hyvien tarinoiden keksiminen on tieteessä tärkeää, mutta ei kovin yksinkertaista. Parhaimmillaan luonnontieteidenkin tiedeartikkeli on hyvä tarina, huonoimmillaan faktojen luettelua.

Joidenkin sosiologien mielestä luonnontiede on sosiaalinen konstruktio, eli kertoo enemmän ihmisestä kuin luonnosta. Minä olen eri mieltä. Kokeellista tulosta selittäessäni voin yrittää tarinoida mitä vain, mutta jos konstruoimani teoria ei ole yhtäpitävä fysiikan lainalaisuuksien kanssa, se tuskin selittää mitään. Kokeelliset käyrät eivät sovi väärään teoriaan – tosin kuten kaikki Taylorin polynomin tuntevat tietävät, yhteensopivatkaan käyrät eivät todista teoriaa. Silti toki kieli, jolla luonnon ilmiöitä selitämme, on ihmisen luomaa, eikä edes sellaisena yksikäsitteistä. Joitakin ilmiöitä voi hyvinkin kuvata onnistuneesti useammanlaisella tarinalla, kunhan ne ovat keskenään yhtäpitäviä. Tarinoiden (lue: teorioiden) kieli voi poiketa toisistaan paljonkin, ja monesti yhtäpitävyyden voi todeta vain niistä saaduista ennusteista. Otan esimerkin omasta tutkimusaiheestani. Olen tutkinut viime aikoina elektronien lämpötilan vaihtelua, fluktuaatiota, pienissä sähköisissä metallisaarekkeissa. Lämpötila fluktuoi, kun saareke kytketään ulkomaailmaan. Kytkentään liittyvät energiahäviöt saavat aikaiseksi energiavuon vaihtelua, mikä sitten johtaa saarekkeen kokonaisenergian vaihteluun. Kunhan tietyt ehdot toteutuvat, tätä voidaan kuvata lämpötilan fluktuaationa. 1980-luvun lopulla tunnettu fyysikko Charles Kittel kertoi, että sana lämpötilafluktuaatio on oksymoron, eli ilmaisu, joka sisältää sisäisen ristiriidan. Muita esimerkkejä oksymoronista olivat makea suru (sweet sadness) ja military intelligence, jonka käännös sotilastiedustelu ei taida ihan tavoittaa Kittelin alkuperäistä vitsiä. No, tässä tapauksessa me kuitenkin onnistuimme määrittämään käsitteen ristiriidattomasti. Joissain virtapiireissä lämpötilan vaihtelu voidaan mitata virran kohinasta. Tuon kohinan tarkastelu voitaisiin periaatteessa tehdä myös ilman lämpötilafluktuaation kuvausta, mutta sillä tavoin teoria olisi paljon vaikeampi ymmärtää.

Ilmiöiden nimeäminen fysiikassa ja varmasti muissakin tieteissä on tärkeää. Niihin liitetään se tarina, jota mietimme nimen kuullessamme. Erityisesti korkean energian fysiikassa näyttäisi siltä, että kun havaitaan uusi ilmiö, jota ei kunnolla ymmärretä, tärkeintä on antaa sille kuvaava nimi. Nykypäivänä tällaisia ilmiöitä ovat esimerkiksi pimeä aine ja pimeä energia. 1930-luvulla Wolfgang Pauli halusi ymmärtää liikemäärän säilymislain beetahajoamisessa, ja tehdäkseen tämän nimesi uusia hiukkasia, neutriinoja. Moni ei-fyysikkokin on viime syksyn jälkeen kuullut neutriinoista, joiden väitettiin mittauksen mukaan kulkevan yli valon nopeudella. Nyt koejärjestelystä on löydetty ongelmia, mikä saattaa muuttaa johtopäätöstä. Uutinen lienee kuitenkin opettanut neutriino-nimen monen luonnontieteistä vähemmänkin kiinnostuneiden mieleen.

Parhaimmillaan hyvä tarina toimii kokonaisen tutkimusalan motiivina. Kymmenisen vuotta sitten Roger Penrose kollegoineen ehdotti, että gravitaatio voisi heikentää suurten kvanttimekaanisesti käyttäytyvien värähtelijöiden superpositiotilaa, eli aiheuttaa dekoherenssia. Ilmiön avulla voisi siis yrittää yhdistää kvanttimekaniikan ja suhteellisuusteorian. Kukaan ei tiedä tarkkaan kuinka tehokas efekti olisi, tai onko sitä edes olemassa. Silti nanomekaniikan tutkijat viittaavat Penrosen tutkimuksiin jatkuvasti yhtenä syynä tutkia nanomekaanisten värähtelijöiden kvanttiominaisuuksia. Toki alalla on muitakin maanläheisempiä tavoitteita kuin kvanttigravitaation tutkimus, mutta niistä ei saa kerrottua yhtä hyvää tarinaa.

Tiede ei tosiaankaan ole mitään tylsien faktojen luettelointia, vaan tutkimuksen tekeminen ja siitä kertominen vaativat paljon mielikuvitusta. Parhaimmat tutkimusartikkelit kertovat mielenkiintoisen tarinan sekä tutkitusta ilmiöstä, että ilmiön löytämiseen johtaneesta työstä. Eikä se tarina ole satua. 

Teksti on julkaistu Suomen Akatemian verkkolehdessä 15.3.2012

Vastustan auktoriteetteja, mutta haluaisin olla sellainen

Kävin Espoon modernin taiteen museossa EMMAssa katsomassa Joan Miron näyttelyä. Kuten usein käy, näyttely herätti ajatuksia. ”Miksi juuri nämä työt koetaan huipputaiteeksi eivätkä jotkin toiset?” ”Kuka päättää sen kuka on huipputaiteilija?” Miron veistosten taidokkuuden näkee jo minun kaltaiseni maallikkokin, tosin niiden sisällön tulkinta on sitten hankalampaa. Maalauksista tulee mieleen ensimmäiseksi ajatus, että omat lapseni olisivat voineet maalata samanlaisia. Miksi siis he eivät ole taiteessa samassa asemassa kuin Miro?

Kuten taiteessa, myös tieteessä meidän kuolevaisten tutkijoiden yli nostetaan usein tähtiasemaan valikoituja tieteilijöitä. Enkä nyt tarkoita pelkästään Einsteinia ja Feynmania, vaan vaikkapa ihan oman alani trendsettereitä, jotka ovat ehkäpä vieraita yleisölle, mutta tunnettuja alan piirissä. Tämä korostuu erityisesti teoreettisessa fysiikassa kokeellisiin tieteisiin nähden, tosin uskoisin humanistisissa tieteissä tapahtuvan samoin. Toisten ajatuksia kuunnellaan enemmän kuin toisten. Suuri osa tutkijoista haluaisi päästä jopa auktoriteettiasemaan, eli määräämään mikä tieteessä on juuri nyt mielenkiintoista. Ja tunnustan itsekin siitä välillä unelmoivani. Joillekin se näyttää olevan jopa elämän tarkoitus, ja asemaan pyritään kaikin keinoin. Auktoriteeteilla on kuitenkin tieteessä vähän horjuva asema. Ihmiselle on luontaista, ja monesti edullistakin, seurata noita auktoriteetteja. Toisaalta nimenomaan auktoriteetteja kyseenalaistamalla tiede kehittyy.

Auktoriteetit ovat toki hyödyllisiä. Jos joku on saanut jonkinlaisen kollektiivisen arvostuksen omalla alallaan, moni on todennut hänen ideansa hyviksi. Tällaiseen tutkijaan on helpompi luottaa kuin johonkuhun toiseen, vaikka itse ei olisikaan päässyt suoraan arvioimaan hänen kykyjään. Jos nobelisti epäilee tekemäni oletuksen pitävyyttä, suhtaudun asiaan paljon vakavammin kuin jos epäilijänä on kurssini perusopiskelija. Tässä piilee kuitenkin myös auktoriteettien vaara. Nobelisti voi olla väärässä siinä missä perusopiskelija on oikeassa.

Museoesittelijän kanssa juteltuani ymmärsin, ettei ajatukseni Miron maalausten samankaltaisuudessa tyttärieni taiteeseen ollut aivan kerettiläinen. Miro oli nimenomaan tavoitellut lapsenomaisuutta, joskin jossain mielessä työt olivat tähän liiankin huoliteltuja.

Modernit taiteilijat – nekin jotka nyt nähdään auktoriteetteina – taisivat olla lopulta saman kysymyksen edessä. Toisaalta oli hyvä saada ideoita aikaisemmilta suuruuksilta, toisaalta oli tärkeää luoda oma näkemys. Taide ei ole hyvää siksi, että joku (ylhäältä päin) sanoo sen olevan, vaan olennaista on yleisön kokemus. Ja uudet ajatukset joita taide herättää. Kiitos Mirolle ja EMMAlle niistä.

Blogiteksti on julkaistu Suomen Akatemian verkkolehdessä 13.6.2011

Ymmärtämättömyydellänikö

Monen ulkopuolisen mielestä tieteessä on tärkeää tietää. Me tutkijat tiedämme, että vielä tärkeämpää on tietää mitä ei tiedä, koska juuri tietämättömyydessä on uuden tiedon siemen. Lause ”en ymmärrä” kuulostaa toivottoman opiskelijan lausahdukselta tenttipäivän aamuna. Parhaimmillaan kuitenkin juuri tuossa lauseessa piilee toivo paremmasta. Ehkäpä jonain päivänä ymmärrän. Ainakin jotain.

Parhaimmat tutkimusprojektini ovat lähteneet juuri tuosta ymmärtämättömyyden tilasta. On ollut tunnettu koeasetelma, johon on pitänyt lisätä jokin uusi elementti. Aluksi ei ole selvää, miten tuo uusi elementti vaikuttaa oikein mihinkään, ja ongelma näyttää hahmottumattomalta mössöltä. Hiljalleen alan – tai yleensä kollegoideni kanssa alamme – ymmärtää mitä emme asiassa ymmärrä. Keksimme kysymyksiä, joihin on mielekästä hakea vastauksia. Tässä vaiheessa projekti on jo edennyt sen yhden prosentin inspiraatiovaiheen yli. Jäljellä on enää yhdeksänkymmentäyhdeksän prosenttia perspiraatiota. Mutta ilman tuota tietoista ymmärtämättömyyttä hiki valuu hukkaan eikä käteen (tai päähän) jää mitään.

Ai niin, tässä vaiheessa on syytä todeta, että olen teoreettinen fyysikko. Olen töissä kokeellisen fysiikan laboratoriossa, joten pyrin yleensä luomaan malleja erilaisista koetilanteista. Uskon kuitenkin, että yllä kuvaamani asetelma on melko yleinen, ja se pätee niin luonnontieteilijöiden kuin humanistienkin projekteihin. Tai ainakin osaan niistä. Koen, että omassa työssäni yksi tärkeimmistä tehtävistäni on identifioida tutkimusprojekteissa asiat, jotka olisi hyvä ymmärtää, mutta joita emme syystä tai toisesta ymmärrä. Tietenkin sitten se hikoilukin on oleellista, eli vastausten hakeminen.

Teoreettinen fysiikka edistyy usein hyvien kysymysten löytymisen kautta. Suprajohtavuuden teorian Nobelin palkinto meni ryhmälle, jossa kerran ihmeteltiin mitä tapahtuisi, jos elektronit eivät hylkisi toisiaan, vaan vetäisivät luokseen. Yksi nykytutkimuksen muotialoista on topologiset eristeet. Ala syntyi, kun muutama teoreetikko mietti miten voisi luonnehtia jotenkin yksinkertaisesti erityyppisten kiinteiden aineiden elektronirakenteita. Tätä oli tehty kymmeniä vuosia, mutta yleensä tulos oli monimutkaisia käyriä, jotka useimmille näyttivät hahmottomalta mössöltä. Nämä teoreetikot keksivät, että elektronirakennetta voi luonnehtia erilaisilla topologisilla invarianteilla, jotka yhtenäistävät elektronirakenteesta saatua tietoa. Tässäkin tapauksessa kysymys oli yhtä tärkeä kuin vastaus.

On tietenkin kaksi tapaa suhtautua lauseeseen ”en ymmärrä”. Alistuva, ”enkä tule koskaan ymmärtämäänkään”, ja mahdollistava ”ehkä joskus ymmärrän”.  Jälkimmäinen on hyvän tieteen ydin.

Blogiteksti on julkaistu Suomen Akatemian verkkolehdessä 23.11.2010. 

Ajattelin taas aktivoitua bloginkirjoittajana. Olen kirjoitellut viimeisten muutaman vuoden aikana blogeja Suomen Akatemian verkkosivuille. Siirrän ne seuraavaksi myös tänne, joten vanhojakin tekstejä voi kommentoida. Sen jälkeen ajattelin hiljakseen kirjoittaa tekstejä aiheesta "fysiikan suuria ajatuksia". Tarkoituksenani on popularisoida ajatuksia, jotka ovat innoittaneet minua ne kohdatessani. Nyt heti mieleeni tulee seuraavia:
- Skaalainvarianssi
- Symmetrian ja säilymislakien yhteys
- Topologinen suojaus, eli miksi kokonaisluvut ovat jämäkämpiä kuin reaaliluvut.

Näistä varmaan nyt sitten kirjoitan lähiviikkojen aikana, kun inspiraatio iskee. Samalla tullee mieleen sitten muutakin.