Alfred Nobelin viimeinen tahto oli, että hänen suuri säätiöity omaisuutensa jaetaan palkintoina tutkijoille, joiden työstä on ollut suurin hyöty ihmiskunnalle. Nobel-komiteoiden tehtäväksi jää pähkäillä, mitä se kunakin vuonna tarkoittaa.
Nobel määräsi myös, että saavutuksen pitää olla palkitsemisvuodelta. Sellaisesta 1800-luvun ajatuksesta on ollut mahdotonta pitää kiinni. Tieteen saavutukset eivät ole yksittäisten tutkijoiden neronleimahduksia, vaan pitkäaikaista ajattelua, kokeilua ja yhteistyötä.
Fysiikan Nobel-palkinnon on sitten 1960-luvun saanut yksin vain viisi tutkijaa. Useimmiten palkittuja on kolme. Useampia säännöt eivät salli, vaikka aihettakin olisi.
Jos koronapandemia olisi suonut, tänään torstaina – Alfred Nobelin kuoleman vuosipäivänä – olisi juhlittu Tukholman komeassa gaalassa fysiikan Nobel-palkittuina brittiläistä Roger Penrosea, saksalaista Reinhard Genzeliä ja yhdysvaltalaista Andrea Ghezia.
Genzelin ja Ghezin johtamat tutkimusryhmät onnistuivat osoittamaan 1990-luvulla alkaneella työllään, että Linnunradan keskellä täytyy olla supermassiivinen musta aukko.
Penrose puolestaan todisti jo 1960-luvulla matemaattisesti, että suuresti epäillyt mustat aukot olivat Albert Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukainen ilmiö eli niitä todellakin saattoi olla olemassa.
Kun Penrose julkaisi tuon artikkelinsa, hän oli kolmekymppinen. Sittemmin hän on pitkän uransa aikana innostanut, hämmentänyt ja ärsyttänytkin ajatuksillaan, jotka ulottuvat maailmankaikkeudesta ihmisaivoihin.
Tieteen renessanssimies täyttää ensi kesänä 90 vuotta. Nobel-palkinnostaan kuultuaan hän harmitteli, tosin ehkä pilke silmäkulmassa, että sen vuoksi menee hyviä työviikkoja hukkaan.
Paavo Pylkkänen on Helsingin yliopiston teoreettisen filosofian yliopistonlehtori ja kognitiotieteen filosofian dosentti. Hän on seurannut Roger Penrosen työtä kolme vuosikymmentä, ja tämän vuoden alussa hänelle tarjoutui tilaisuus keskustella Penrosen kanssa pitkään kahden kesken.
Mitä Pylkkänen ajatteli kuullessaan, että Penrose saa Nobel-palkinnon?
– Kyllä se oli todella hieno fiilis. Tuntuu siltä, että nobelit annetaan yleensä hyvin empiirisestä työstä. Filosofin mielestä merkittävimpiäkään fysiikan ajatuksia ei aina huomioida.
Palkinnon peruste oli nobeleille tyypillisen konkreettinen, kokeellisesti verifioitu ennustus mustien aukkojen olemassaolosta. Penrosen ennustus ei kuitenkaan ollut niin täsmällinen, että se olisi täysin loksahtanut perinteiseen linjaan. Tukholmassa oli vähän joustoa, Pylkkänen tuumii.
Jos kosmologiaa ei oteta lukuun, mistä Pylkkänen itse olisi Penrosen palkinnut?
– Hän on esittänyt hyvin kiinnostavia ideoita suhteellisuusteorian, kvanttimekaniikan ja ihmismielen suhteesta. Vielä ei kuitenkaan ole palkinnon paikka. Ideoita ei ole vielä päästy testaamaan ja osoittamaan empiirisesti uskottaviksi.
Jos kvanttimielihypoteesi pystytään osoittamaan todeksi, Nobel-palkinto ei tulisikaan fysiikasta, vaan lääketieteestä – ja hyvästä syystä, sillä käsitys aivojemme ja mielemme suhteesta muuttuisi täysin.
Sir Roger Penrosen ajatus ihmisen tietoisuudesta perustuu kvantti-ilmiöihin – niihin, joista yleensä puhutaan samassa lauseessa kuin tulevaisuuden äärimmäisen tehokkaista tietokoneista. Kohahduttanut hypoteesi on osoitus Penrosen monipuolisuudesta.
Hän kytkee matematiikkaa ja fysiikkaa myös biologiaan ja menee psykologiankin puolelle, sanoo Paavo Pylkkänen.
– Hän etsii uutta käsitystä fysikaalisesta maailmasta ja haluaa siinä samalla tarjota uuden tieteellisen ymmärryksen ihmisen tieteellisestä luovuudesta, älykkyydestä ja tietoisuudesta.
Penrose, matemaattinen fyysikko, lähtee suurista yleisistä periaatteista mutta pyrkii sitten keksimään erilaisia koeasetelmia, joilla hänen ideoitaan voisi testata. Siinä mielessä hän on aika ainutlaatuinen ja filosofeillekin kiinnostava, Pylkkänen sanoo.
Hän myöntää, ettei filosofinkaan ole aina helppo ymmärtää teorioita, joissa yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan lisäksi pyörivät Gödelin epätäydellisyyslauseet eli mennään hyvin syvälle logiikkaan ja matematiikkaan.
– Mukana ovat vaikeimmat asiat, joita fysiikasta ja matematiikasta ja toisaalta myös ihmistieteistä löytyy, koska hän ottaa mukaan myös luovuusproblematiikan. Niistä hän luo kuvion, jossa nämä vaikeat ongelmat liittyvät toisiinsa ja ehkä jopa ratkaisevat toinen toisensa.
Matemaatikko ja filosofi Kurt Gödel osoitti 1930-luvulla kahdessa epätäydellisyyslauseessaan, että on olemassa matemaattisia väittämiä, joita ei voi todistaa tosiksi tai epätosiksi. Se vei pohjan yleispätevältä logiikalta, joka tekisi tekoälystä lyömättömän.
Tietysti voi kysyä, pitävätkö Penrosen ideat paikkansa, ja monet fyysikot kyllä kyseenalaistavat ne, Paavo Pylkkänen myöntää. Hän kuitenkin lisää, että ne ehdottomasti vievät ajattelua eteenpäin.
– Ilman Penrosen kaltaisia tyyppejä monitieteinen ajattelu olisi hirveän köyhää. Isoja periaatteellisia teorioita tutkittaisiin vain irrallisina. Hänen kantansa on, että jos ne ovat perustavanlaatuisia, niiden täytyy kohdata jossakin.
Tekoälyn luovuus on näennäistä
Ihmisen tietoisuuden pohtimisesta Penrosen kerrotaan kiinnostuneen kuultuaan keinoälytutkijoiden väittävän, että ennen pitkää tietokoneiden suorituskyky päihittää ihmisaivojen kapasiteetin moninkertaisesti. Hän oli heti eri mieltä.
Luovuus ja tietoisuus ovat liian monimutkainen asia, jotta sen voisi mallintaa matemaattisesti; aivoissa täytyy siis olla ei-laskettavia kvanttiprosesseja, hän päätteli.
– Penrose antaa mielellään esimerkkejä šakkitehtävistä, joista melko tavallinenkin pelaaja pystyy näkemään, että tulos on tasapeli, mutta peliohjelmat eivät. Hänen mukaansa ne eivät ymmärrä itse pelistä mitään, vaan toimivat ihan vain mekaanisesti, Pylkkänen kertoo.
Penrose lähtee siitä, että ihmisten luovuus on fakta – taiteessa, musiikissa, keksinnöissä ja myös matematiikassa. Ihminen saa ahaa-elämyksia ja oivalluksia.
Paavo Pylkkänen arvelee Penrosen pelkäävän, että ihmiset unohtavat sen inhimillisen resurssin, jonka luovuuden ja tietouden erityisyys meille antaa, kun tietokoneet yhä enemmän ratkovat näennäisesti luovia tehtäviä.
Monet ovat siitä tavattoman innoissaan. Kone on silti edelleenkin vain kone.
– Yksi ero ihmisen ja robotin välillä on, ettei robotista tunnu miltään olla robotti. Mutta se voi tietysti olla vain meidän intuitiomme, filosofi myöntää.
Filosofiassa se, että ihmisestä tai muusta organismista tuntuu joltakin olla se organismi, tarkoittaa tietoisuutta.
– Esimerkiksi lepakko todennäköisesti on tietoinen, vaikka emme voi kommunikoida sen kanssa ja meidän on hyvin vaikea tietää, millaista on olla lepakko, koska sen aistijärjestelmä on niin erilainen kuin meillä, Pylkkänen sanoo.
Monimutkaista mutta luonnollista
Mitä tietoisuus pohjimmiltaan sitten on? Roger Penrosen mukaan se on aivojen kvanttiprosesseja, joihin gravitaatio vaikuttaa.
– Aivojen hermosoluissa on nanotasolla mikrotubuleita, niin sanottu soluluuranko. Penrose ja Stuart Hameroff ovat kehittäneet idean, jonka mukaan kvanttikoherentit tilat säilyvät hengissä aivojen mikrorakenteissa, kertoo Paavo Pylkkänen.
Yhdysvaltalainen Hameroff on nukutuslääkäri, Arizonan yliopiston professori, josta on tullut kvanttimielen tutkimuksessa Penrosen läheinen työpari.
Mikrotubuleissa tapahtuu aaltofunktion romahdus, joka Penrosen ja Hameroffin mukaan on luovuuden fyysinen ilmaus. Se on ei-laskettava, "orkestroitu" eli ei sattumanvarainen vaan jollakin tavoin ohjattu mutta silti luonnollinen prosessi, Pylkkänen selittää.
Kvanttikoherenssi eli lomittuminen tarkoittaa erillään olevien hiukkasten tai aaltojen vaikutusta toisiinsa. Oltuaan yhteydessä ne pysyvät ikään kuin tietoisina toistensa tiloista välimatkasta riippumatta. Lomittuminen haastaa arkijärjen, eikä klassinen fysiikkakaan pysty sitä selittämään, mutta se on todistetusti luonnon ominaisuus.
Kun aivotutkimuksessa kiinnitetään anturit koehenkilön päähän, pystytään mittaamaan, mitä aivoissa tapahtuu silloin, kun hän ajattelee tai tuntee jotakin.
Sitä voisi pitää mielen mittaamisena, mutta Penrosen mielestä mittauksissa näkyy sähköimpulsseiksi vahvistunut kvanttitason ilmiö.
Aivotutkimus luulee tutkivansa mieltä, mutta tutkiikin sen varjoja, Paavo Pylkkänen summaa Penrosen ajatuksen.
Kvanttimielihypoteesi, rautalankamalli:
- Ihmismielessä tapahtuu asioita, jotka eivät ole mekaanisesti laskettavissa. Aivoista täytyy siis löytyä prosesseja, joita ei voi kuvata algoritmeilla. Tietokone ei pysty jäljittelemään niitä. Prosessien täytyy silti olla yhteensopivia fysiikan kanssa.
- Antaako kvanttimekaniikka vastauksen? Mittausongelmaa aiheuttaa sama kuin kvanttitietokoneissa: superpositio. Bitti voi olla paitsi nolla tai ykkönen, niin myös jotakin niiden väliltä.
- Penrosen ratkaisu superpositio-ongelmaan on yleinen suhteellisuusteoria, massan aiheuttama aika-avaruuden kaareutuminen. Kyllin suuri massa romahduttaa todellisuuden jompaankumpaan kahdesta muodosta.
- Aivojen mikrotubuleissa tuo aaltofunktion ei-laskettava romahtaminen luo ihmisen tietoisuuden.
Valtavirta lämpenemään päin
Vaikka Roger Penrose on pitkälti oman tiensä kulkija, hän ja hänen yhteistyökumppaninsa Stuart Hameroff eivät suinkaan ole ainoita, jotka näkevät kvanttimekaniikkaa muuallakin kuin tietokoneissa. Sitä on sovellettu muun muassa biologiaan.
– Ajatellaan, että esimerkiksi fotosynteesi saattaisi olla kvanttiprosessi. On esitetty myös, että lintujen kyky navigoida perustuu siihen, että niillä on magneettikenttää havaitseva kvanttikompassi silmän verkkokalvolla, Paavo Pylkkänen kertoo.
Kvanttitietokoneiden kehittäjiä on alkanut vähitellen kiinnostaa, voisiko luonnon kvanttiprosesseja matkia tekniikassa. Uudet ajatukset ovat alkaneet päästä johtaviin tiedelehtiinkin. Pientä murrosta saattaa olla tapahtumassa, Paavo Pylkkänen arvelee.
Hän osallistui kilpailevien tietoisuusteorioiden seminaariin tammikuussa Yhdysvalloissa. Yhdessä kulmassa oli Penrosen ja Hameroffin kvanttimielihypoteesi, toisessa Giulio Tononin ja Christof Kochin integroitu informaatioteoria, jossa tietoisuutta pidetään kokonaisvaltaisena informaationa.
Seminaarissa puntaroitiin, voisiko jokin koe osoittaa, onko jompikumpi hypoteeseista oikeassa. Pylkkänen kertoo havainneensa silläkin kertaa merkkejä valtavirran edustajien lievästä lämpenemisestä kilpailevalle idealle.
Paavo Pylkkänen arvelee, että Nobel-palkinnon myöntäminen Penroselle saattaa hieman heijastella tiedemaailmassa tapahtunutta liikahdusta. Ruotsin kuninkaallisen tiedeakatemian Nobel-komitea on perinteisesti aika konservatiivinen, hän muistuttaa.
Vaikka palkinto tulikin mustien aukkojen tutkimuksesta, Penrosen muut tekemiset olisivat voineet estää palkitsemisen, jos niitä olisi pidetty liian eriskummallisina.
– Nobel-komiteallahan on aina valinnan varaa. Se, että hän on uskaltanut spekuloida kaikkea muutakin, ei ollut enää este, Pylkkänen tuumii.
Rohkea ajattelee isosti
Kvanttimielihypoteesi on mielikuvituksellinen idea, eikä Pylkkänen ole varma, onko itse täysin sen kannalla. Se on kuitenkin johdonmukainen ja seuraa kvanttimekaniikan ja yleisen suhteellisuusteoria perusperiaatteita, hän sanoo.
– Se on tärkeä avaus, joka raivaa tilaa muillekin samantapaisille ehdotuksille. Esimerkiksi David Bohmin rohkealle ajatukselle, että kvantti-informaatio on silta mielen ja materian välillä.
Vaikka Penrosen tutkimus perustuu vaikeisiin teorioihin ja Oxfordin yliopiston emeritusprofessori itse kuuluu matemaatikkopiirien kovimpaan ytimeen, hänestä voi Pylkkäsen mukaan sanoa myös, että hän on humanisti, pienen ihmisen puolella teknohypetystä vastaan.
– Hänessä itsessään on luovuus niin voimakkaana, että luulen sen korostavan hänen ei-materialistista puoltaan. Kun hän puhuu luovuudesta, hänellä on tekijän tietoa enemmän kuin monella muulla. Hän haluaa puolustaa ihmismielen ainutkertaisuutta.
Tutkijoille hän on esikuva, joka kannustaa ajattelemaan rohkeasti ja isosti pienen näpertelyn sijasta, sanoo Paavo Pylkkänen.