Issuu on Google+


Sisukord 1. Olemise müsteerium 9 2. Seaduse roll 19 3. Mis on reaalsus? 43 4. Alternatiivsed ajalood 67 5. KÕIKEHÕLMAV TEOORIA 93 6. Meie universumi väljavalimine 131 7. Näilik ime 157 8. Suurejooneline looming 181 Sõnaseletused 194 Tänuavaldused 197 Register 198


Ei ole möödund või tulevaid aegu. On ainult nüüd ja on ainult praegu. Artur Alliksaar

Saateks Stephen William Hawking sündis Galileo Galilei kolmesajandal surma-aastapäeval ning tema ketserlikud ideed ja tavatu isiksus inspireerivad mõtlemise arengut samaviisi kui Galileo ideed omal ajal. Aeglaselt süvenev amüotroofiline lateraalskleroos, mis algas juba doktoriõpingute aastatel, surus Hawkingi hiljem ratastooli ning jättis lõpuks ainsateks väljendumiskanaliteks arvutiga ühendatud kõrgtehnoloogilise sisendseadme ja kõnesüntesaatori. Tugev isiksus murdis veel mustemat värvi meditsiinilise prognoosi. Oxfordi-aastatel treenis Hawking kuus päeva nädalas sõudevõistlusteks, tal on kolm last, neist tütar Lucy tuntud ajakirjanik ja kirjanik. 65-aastasena tegi Stephen Hawking kaasa kaaluta olekus lennu ja pääses niiviisi kahekümne viieks sekundiks ratastoolist. Hawkingi paljude autasude hulgas ei ole Nobeli preemiat. Rootsi Kuninglik Akadeemia ootab, et premeeritav avastus oleks katsete või vaatlustega tõestatud. Kosmoloogilised teooriad ei ole sedalaadi. Ka mustadest aukudest lähtuvat Hawkingi kiirgust pole õnnestunud usaldusväärselt vaadelda, otsingud aga jätkuvad. 2010. aastal ilmunud „Universumi suurejooneline ehitus“ ei ole tavaline aimeraamat. Esilehekülje väitele „filosoofia on surnud” järgneb üle saja lehekülje arutlusi, mida on raske teisiti nimetada kui filosoofiaks. See ei ole klassikalise natuurfilosoofia reanimeerimine, vaid midagi enamat. Mudelipõhise realismi printsiip on aimeraamatu jaoks tavatult tõsine teadusfilosoofia, vastav termingi ilmus esimest korda käesolevas raamatus. Suur 6


osa kirjutatust on Stephen Hawkingi originaalloomingu populaarne esitlus. Lugejat ette valmistades ei saa muidugi mööda kvantfüüsika üldtuntud põhimõtete selgitamisest, mida autorid teevad suure kannatlikkusega ja niiviisi, et ongi võimalik aru saada. Raamatu sügavama sisu mõistmise võti on aga Artur Alliksaare sõnades „on ainult nüüd ja on ainult praegu”. Kõik, mis möödunud, ja kõik, mis tuleb, on pigem kujutlus (teisisõnu mudel) eesmärgiga seletada seda, mis on nüüd ja praegu. Jah, ma usun, et eile sadas tõesti vihma, aga mida kaugemale ajas tagasi, seda hägusem on tõde. Kas täpselt tuhat aastat tagasi sadas siin vihma või mitte? Dogmaatik väidab, et konkreetselt ei tea ega saagi kindlaks teha, aga ajalugu on ikkagi üks ja ainus, ja see oli kas nii, või mitte nii. Raamat veenab, et absoluutne tõde pole see ega teine, väitele „sadas” võiks ehk juurde kirjutada tõenäosuse 15% ja väitele „ei sadanud” 85%. Universumist rääkides mõeldakse maailma ajaloost. Ajalugu on vaid oletus ja mida kaugemale, seda rohkem on enam või vähem usutava konkreetse loo võimalusi, raamatus on isegi arv 10500. Mida lehekülg edasi, seda veenvam näib suurejooneliselt ehitatav ning talupojamõistust jõhkralt eirav maailmamudel. Mudelipõhise realismi põhimõte kipub ununema ja meeltesegadusega võitlev lugeja võib uskuma jääda, et kirjeldatav ongi nii ja päriselt. Ja nagu Hawkingi maailmas ei lõpe otsetee universumi äärel, vaid jõuab algusesse tagasi, soovitan pöörata pärast viimast lehekülge uuesti esimene. Hannes Tammet PS. Stephen Hawkingi kodulehekülg on http://www.hawking.org.uk/. Kes ei ole veel lugenud, võib jätkulugemiseks võtta Rein Veskimäe koostatud eesti autorite koguteose „Universum”. Julgematele, kes ei karda raskepärasemat teaduslikku väljendusviisi, võib intellektuaalset rahuldust pakkuda ka Jakov Zeldovitši kirjutatud ning Jaak Lõhmuse ja Laur Palgi poolt eesti keelde tõlgitud raamat „Minu Universum”.

7


UNIVERSUMI SUUREJOONELINE EHITUS

Varjutus. Muistsed inimesed ei teadnud, mis põhjustab varjutusi, kuid nad märkasid nende toimumiste korrapärasust.

Hoolimata mõnest varasemast õnnestumisest ennustada taevakehade liikumist, osutus enamik loodussündmusi meie eellaste jaoks ettearvamatuks. Vulkaanipursked, maavärinad, tormid, epideemiad ja varbaküünte sissekasvamine – kõik näisid ilmuvat ilma nähtava põhjuse või seaduspärasuseta. Muistsetel aegadel oli loomulik kirjeldada looduse raevutegusid Panteoni üleannetustega või pahatahtlike viljakusjumalatega. Hädasid võeti kui märki, et me oleme kuidagi jumalaid vihastanud. Näiteks, umbes 5600 eKr purskas Oregonis Mount Mazama vulkaan, paisates aastaid välja kive ja põlevat tuhka ning põhjustades paljudeks aastateks vihmasadu, mis täitis lõpuks vulkaani kraatri veega, mida nüüd 22


S eaduse roll

kutsutakse Kraatri järveks (Crater Lake). Oregoni klamathi indiaanlastel on legend, mis usaldusväärselt sobitub sündmuse iga geoloogilise detailiga, kuid lisab pisut dramaatikat, kirjeldades inimest kui katastroofi põhjust. Inimlik võime süüd tunda on selline, et alati osatakse leida viis, kuidas ennast süüdistada. Legendi järgi armus Allmaailma pealik Llao klamathi indiaanlaste pealiku ilusasse tütresse. Neiu põlgas ta ära ja kättemaksuks püüdis Llao klamathi indiaanlasi tulega hävitada. Vastavalt legendile tundis Pealmaailma pealik Skell inimestele kaasa ja asus lahingusse Allmaailma pealikuga. Lõpuks kukkus haavatud Llao Mount Mazamasse, tekitades tohutu augu, kraatri, mis lõpuks täitus veega. Teadmatus loodusnähtuste olemusest juhtis inimesi iidsetel aegadel välja mõtlema jumalaid, kes juhivad inimeste elu kõiki tahke. Olid armastuse- ja sõjajumalad; päikese-, maaja taevajumalad; ookeanide ja jõgede jumalad; vihma ja tormide; isegi maavärinate ja vulkaanide jumalad. Kui jumalad olid rahul, kostitati inimkonda hea ilma, rahu ja priiusega, polnud loodusõnnetusi ning haigusi. Kui jumalad ei olnud rahul, siis tuli põud, sõda, katk ja epideemiad. Seni, kui seos põhjuse ja tagajärje vahel looduses oli inimeste silmadele nähtamatu, oli jumalate ilmumine seletamatu ja inimesed olid nende meelevallas. Kuid alates Mileetose Thalesest (624 – 546 eKr) umbes 2600 aastat tagasi, hakkas see mõtteviis muutuma. Tekkis idee, et loodus järgib kooskõlalisi seaduspärasusi, mida saab lahti mõtestada. Ja nii algas pikk protsess, kus ettekujutus jumalate valitsemisest vahetati ideega universumist, mida juhivad loodusseadused ja mis on loodud plaani järgi, mida me suudaksime ühel päeval lugema õppida. 23


UNIVERSUMI SUUREJOONELINE EHITUS

Kuulus näide erinevatest reaalsusekujutistest on mudel, mille esitas taevakehade liikumise kirjeldamiseks 150. aastal Ptolemaios (u 85 – u 165). Ptolemaios avaldas oma tööd kolmeteistkümne raamatuna, mis on laialdaselt tuntud araabiakeelse pealkirja all Almagest („Suurim ehitus“). Selle traktaadi alguses põhjendatakse seisukohti, et Maa on ümmargune ja liikumatu, asub universumi keskel ning on tühiselt väike võrreldes taevaste kaugustega. Vaatamata Aristarchose heliotsentrilisele mudelile, hoidsid ka kõige haritumad kreeklased neist uskumustest kinni vähemalt kuni Aristotelese ajani, kes arvas, et Maa peab olema universumi keskpunktis müstilistel põhjustel. Ptolemaiose mudelis seisab Maa rahulikult keskpunktis ning planeedid ja tähed liiguvad selle ümber mööda keerulisi orbiite, mis sisaldavad epitsükleid nagu rattaid ratastel.

Ptolemaiose Universum. Ptolemaiose arvamuse järgi elame me universumi keskpunktis. 46


M is on reaalsus ?

See mudel tundus loomulik, sest me ei tunne Maa liikumist oma jalge all (välja arvatud maavärinate ajal või raevuhetkedel). Hiljem põhines Euroopa tarkus Kreeka allikatel, mis olid edasi antud nii, et Aristotelese ja Ptolemaiose ideed said aluseks suuremale osale läänemaisest mõtteviisist. Ptolemaiose kosmosemudel võeti katoliku kiriku poolt omaks ja kehtis ametliku doktriinina tuhat nelisada aastat. Kuni aastani 1543, kui Kopernik esitas alternatiivse mudeli raamatus De revolutionibus orbium coelestium („Taevasfääride pöörlemisest“), mis avaldati alles tema surma-aastal (kuigi ta oli töötanud oma teooria kallal mitmeid aastakümneid). Kopernik, nagu ka Aristarchos seitseteist sajandit varem, kirjeldas maailma, kus Päike on paigal ja planeedid tiirlevad ümber selle ringikujulistel orbiitidel. Kuigi idee polnud uus, kohtas selle taassünd kirglikku vastuseisu. Koperniku mudel kätkes endas vasturääkivust Piibliga, mille tolleaegse tõlgenduse järgi liiguvad planeedid ümber Maa, kuigi Piiblis pole seda kuskil sõnaselgelt väidetud. Tegelikult uskusid inimesed Piibli kirjutamise aegadel, et Maa on lame. Koperniku mudel viis ägedatele vaidlustele selle üle, kas Maa on paigal, kulmineerudes aastal 1633 kohtus, kus Galileod süüdistati ketserluses Koperniku mudeli kaitsmise eest ja jultumuse eest „omada ja kaitsta mingit arvamust ka pärast seda, kui see arvamus on kuulutatud ja kinnitatud Pühakirjaga vastuolus olevaks“. Ta mõisteti süüdi, määrati koduaresti kuni elu lõpuni ja sunniti oma õpetusest lahti ütlema. Räägiti, et Galileo olevat sosinal pomisenud „eppur si muove“, „ta liigub siiski“. 1992. aastal tunnistas Rooma Katoliku kirik lõpuks, et Galileo süüdimõistmine oli viga. 47


UNIVERSUMI SUUREJOONELINE EHITUS

Newtoni rõngastes asuvad heledad ringid keskpunktist kaugustel, kus vahe läätse ja peegeldava plaadi vahel on parajasti nii suur, et läätsest peegelduv laine on plaadilt peegeldunud lainest nihutatud täisarvu (1, 2, 3, …) kordse lainepikkuse võrra, tekitades konstruktiivse interferentsi. (Lainepikkus on kaugus kahe kõrvuti oleva laine harjade või põhjade vahel.) Tumedad ringid paiknevad aga keskpunktist sellistel kaugustel, kus vahe kahe peegeldunud laine vahel on poolearvuline (½, 1½, 2½ …) number lainepikkusi ja põhjustab destruktiivse interferentsi – läätselt peegeldunud laine kustutab plaadilt peegeldunud laine. Üheksateistkümnendal sajandil võeti seda kui valguse laineteooria kinnitust ja demonstratsiooni, et osakeste teooria on vale. Kuid kahekümnenda sajandi algul näitas Einstein, et fotoelektriline efekt (nüüd kasutusel televisioonis ja digitaalsetes kaamerates) on seletatav valguskvantidega, mis aatomiga põrgates võivad sellest elektroni välja lüüa. Seega valgus käitub ühtaegu nii osakese kui lainena. Lainete idee tekkis tõenäoliselt sellest, et inimesed jälgisid kas ookeani või ka veeloiku pärast mingi väikese eseme vette kukkumist. Tegelikult, kui te olete kunagi pillanud korraga kaks kivikest loiku, siis te olete tõenäoliselt näinud interferentsi toimimas nagu ülaltoodud pildil. Teisi vedelikke on nähtud käituvat samal viisil, võib-olla vein välja arvatud, kui oled seda liiga palju joonud. Osakeste idee on ilmne, kui vaatleme näiteks ahelat: kaljud, kivid ja liiv. Kuid laine/osakese duaalsus – mõte, et objekti saab kirjeldada nii osakese kui ka lainena – on igapäevastest kogemustest lähtudes sama võõras nagu kujutlus, et kivikamakat oleks võimalik juua. 62


M is on reaalsus ?

Interferents. Kui lained kohtuvad, siis v천ivad nad teineteist (nagu inimesedki) tugevdada v천i n천rgendada. 63


K Õ I K E H Õ L M AV T E O O R I A

Kõrred ja jooned. Kõrs on kahemõõtmeline, aga kui selle diameeter on küllalt väike – või kui seda vaadata kaugelt –, siis paistab see ühemõõtmelisena, nagu joon.

Sajandeid tagasi näitas Newton, et matemaatilised võrrandid võivad anda üllatavalt täpse kirjelduse viisidest, kuidas objektid vastastikku üksteist mõjutavad nii Maa peal kui taevas. Teadlased pandi uskuma, et kogu universumi tulevik võiks olla tuletatav, kui me tunneks õiget teooriat ja meil oleks piisavalt arvutusvõimsust. Siis tulid kvantmääramatus, kõver ruum, kvargid, stringid ja lisadimensioonid, ja nende uurimise tulemuseks on 10500 universumit, igaüks oma erinevate seadustega, ja ainult üks neist vastab sellele universumile, mida meie tunneme. Füüsikute algsest lootusest luua kõikehõlmav teooria, mis seletaks meie universumi nähtavaid seadusi järeldusena mõnest lihtsast eeldusest, tuleb ilmselt loobuda. Kuhu see meid viib? Kui M-teooria lubab 10500 varianti nähtavaid seadusi, kuidas me sattusime just sellesse universumisse, mille seadused on meile nähtavad? Ja mida öelda teiste võimalike maailmade kohta? 129


H

IINLASED PAJATAVAD AJAST, kui Xia dünastia perioodil (2205 – 1782 eKr) meie kosmiline keskkond järsku muutus. Taevasse ilmus kümme päikest. Inimesed maa peal kannatasid tugevasti kuuma käes, nii et keiser käskis kuulsal vibukütil üleliigsed päikesed nooltega alla lasta. Vibukütt sai autasuks ravimikuulikese, millel oli võime muuta ta surematuks, kuid tema naine varastas selle. Karistuseks kuriteo eest saadeti naine kuule. Hiinlastel oli õigus arvata, et kümne päikese süsteem pole inimelule sõbralik. Tänapäeval teame, et ükski paljude päikestega päikesesüsteem ei lubaks kunagi areneda elul, samal ajal kui see võib-olla pakub võimalust tugevalt päevitada. Põhjus ei ole päris nii lihtne kui kõrvetav kuumus Hiina legendis. Tegelikult saab planeet kogeda meeldivat temperatuuri ainult natuke aega, tiireldes ümber mitmete tähtede. Kuid ühtlane soojendus pika perioodi vältel, olukord, mis näib olevat eluks vajalik, on ilmselt ebatõenäoline. Et aru saada miks, vaatame kõige lihtsamat mitme tähe süsteemi ehk süsteemi kahe päikesega, mida nimetatakse kaksiksüsteemiks. Peaaegu pool kõikidest taevatähtedest on selliste süsteemide liikmed. Kuid isegi lihtsates kaksiksüsteemides on planeetide jaoks stabiilsed ainult kindlat liiki orbiidid, mida kujutame järgneval joonisel. Ükskõik millisel seda tüüpi orbiidil tiireldes on planeet tõenäoliselt teatud ajavahemikul kas liiga kuum või liiga külm, et säilitada elu. Paljudest tähtedest koosnevate klastrite puhul on olukord isegi veel halvem. 159


Universumi suurejooneline ehituskunst