”Maailmankaikkeus on tehty tarinoista, ei atomeista”, runoilija Muriel Rukeyser totesi. ”Meidät on tehty tähtijutuista”, Carl Sagan vastasi. Mutta jotkut kiehtovimmista ja tärkeimmistä tarinoista ovat juuri niitä, jotka selittävät atomeja ja ”tähtikamaa”. Tällainen on The Quantum Universe: Everything That Can Happen Does Happen* (Kaikki, mitä voi tapahtua, tapahtuu), jonka ovat kirjoittaneet rokkifyysikko Brian Cox ja Manchesterin yliopiston professori Jeff Forshaw – merkittävä ja mukaansatempaava matka luonnon perustavanlaatuiseen kudokseen, jossa selvitetään, miten kvanttiteoria tarjoaa puitteet kaiken selittämiselle piisiruista tähtiin ja ihmisen käyttäytymiseen.
Kvanttiteoria on kenties malliesimerkki siitä, miten äärettömän esoteerinen muuttuu syvästi hyödylliseksi. Esoteerinen, koska se kuvaa maailmaa, jossa hiukkanen voi todella olla useassa paikassa yhtä aikaa ja liikkua paikasta toiseen tutkimalla koko maailmankaikkeutta samanaikaisesti. Hyödyllinen, koska maailmankaikkeuden pienimpien rakennuspalikoiden käyttäytymisen ymmärtäminen tukee ymmärrystämme kaikesta muusta. Tämä väite lähentelee ylimielisyyttä, koska maailma on täynnä monimuotoisia ja monimutkaisia ilmiöitä. Tästä monimutkaisuudesta huolimatta olemme havainneet, että kaikki rakentuu kourallisesta pieniä hiukkasia, jotka liikkuvat kvanttiteorian sääntöjen mukaisesti. Säännöt ovat niin yksinkertaisia, että ne voidaan tiivistää kirjekuoren kääntöpuolelle. Ja se, että emme tarvitse kokonaista kirjastoa täynnä kirjoja selittääksemme asioiden olennaisen luonteen, on yksi kaikkien aikojen suurimmista mysteereistä.”
Tarina kutoo yhteen vuosisadan ajan tieteellistä jälkiviisautta ja teoreettista kehitystä Einsteinista Feynmaniin Max Planckin kautta, joka keksi termin ”kvantti” vuonna 1900 kuvaamaan kuumien kappaleiden ”mustan kappaleen säteilyä” valon kautta, joka säteilee pieninä energiapakkauksina, joita hän kutsui ”kvanteiksi”, saavuttaakseen nykyaikaisen näkökulman kvanttiteoriaan ja sen tärkeimpään rooliin havaittavien ilmiöiden ennustamisessa.
Nykyaikaisen fysiikan paljastama kuva maailmankaikkeudesta, jossa elämme, on pohjimmaisen yksinkertainen; tyylikkäät ilmiöt tanssivat pois näkyvistä ja makroskooppisen maailman monimuotoisuus tulee esiin. Tämä on ehkä modernin tieteen kruunaava saavutus; maailman, ihminen mukaan lukien, valtavan monimutkaisuuden pelkistäminen vain kourallisen pienen subatomisen hiukkasen ja niiden välillä vaikuttavien neljän voiman käyttäytymisen kuvaukseen.”
Mutta osoittaakseen, että kvanttiteoria kietoutuu tiiviisti arkipäivämme kudokseen eikä ole tieteen outo ja esoteerinen marginaali, Cox tarjoaa esimerkin, joka juontaa juurensa tuttuun. (Esimerkki, joka tässä nimenomaisessa tapauksessa perustuu väärään oletukseen – pidin kädessäni iPadia – eräänlaisena ironisena metavinkkinä Heisenbergin epävarmuusperiaatteesta.)
Harkitse maailmaa ympärilläsi. Pidät kädessäsi kirjaa, joka on tehty paperista, puun murskatusta massasta. Puut ovat koneita, jotka kykenevät ottamaan tarjonnan atomeja ja molekyylejä, hajottamaan ne ja järjestämään ne uudelleen yhteistyökykyisiksi pesäkkeiksi, jotka koostuvat monista triljoonista yksittäisistä osista. Ne tekevät tämän klorofylliksi kutsutun molekyylin avulla, joka koostuu yli sadasta hiili-, vety- ja happiatomista, jotka on kierretty monimutkaiseen muotoon ja joihin on lisätty muutama magnesium- ja typpiatomi. Tämä hiukkaskokoonpano pystyy vangitsemaan valon, joka on kulkenut 93 miljoonan kilometrin matkan tähdeltämme, joka on miljoonan maapallon kokoinen ydinuuni, ja siirtämään tämän energian solujen sydämeen, jossa sitä käytetään rakentamaan molekyylejä hiilidioksidista ja vedestä ja luovuttamaan samalla elämää rikastuttavaa happea. Nämä molekyyliketjut muodostavat puiden ja kaikkien elävien olentojen päällysrakenteen, kirjasi paperin. Voit lukea kirjaa ja ymmärtää sanoja, koska sinulla on silmät, jotka pystyvät muuntamaan sivuilta sironneen valon sähköisiksi impulsseiksi, joita aivosi, maailmankaikkeuden monimutkaisin tuntemamme rakenne, tulkitsevat. Olemme havainneet, että kaikki nämä asiat eivät ole mitään muuta kuin atomien kokoonpanoja ja että monenlaiset atomit rakentuvat vain kolmesta hiukkasesta: elektroneista, protoneista ja neutroneista. Olemme myös havainneet, että protonit ja neutronit koostuvat itse pienemmistä kokonaisuuksista, joita kutsutaan kvarkkeiksi, ja että asiat loppuvat tähän, sikäli kuin nykyään tiedämme. Kaiken tämän taustalla on kvanttiteoria.”
Mutta Kvanttiuniversumin ytimessä on kourallinen suuria totuuksia, jotka ylittävät tieteen akateemisena tieteenalana ja loistavat inhimillisen olemassaolon laajimmille alueille: että tieteessä, kuten taiteessakin, kaikki rakentuu sen varaan, mitä on edeltänyt; että kaikki on yhteydessä kaikkeen muuhun; ja – mikä ehkä tärkeintä – että huolimatta suurimmasta kontrollointi- ja varmuuspyrkimyksestämme suuri osa maailmankaikkeudesta – johon ihmissydämen ja -mielen on kuulunutkin – pysyy edelleen satunnaisuuksien ja epävarmuustekijöiden hallitsemana. Cox ilmaisee asian näin:
Kvanttiteorian keskeinen piirre on se, että se käsittelee todennäköisyyksiä eikä varmuuksia, ei siksi, että meillä ei olisi absoluuttista tietoa, vaan siksi, että joitakin luonnon osa-alueita hallitsevat pohjimmiltaan sattuman lait.”
* Jos ihmettelet, miksi ylhäällä näkyvä upea kirjankansi, jonka ikoninen graafinen suunnittelija Peter Saville on luonut kirjan brittipainosta varten, ei vastaa sitä, mitä näet Amazonissa ja amerikkalaisissa kirjakaupoissa, se johtuu siitä, että amerikkalaista kansikuvaa on jälleen kerran tyhmennetty, laimennettu ja koristeltu pakollisella kissalla. Kyllä, amerikkalaisten kustantajien täytyy todellakin pitää amerikkalaisia tyhminä.