perjantai 27. helmikuuta 2015

Kosmoksen sirut levällään


Kirjassaan Kosmoksen siruja Esko Valtaoja jatkaa naturalistisen maailmankuvan puolustamista ja siinä sivussa kreationistitkin saavat osansa.  Ainakin Valtaojalla on voimaa. Hän suorastaan pakottaa luonnonlait tuottamaan elämää.


s. 50
"Jotkut olivat susia jo syntyessään, kuten idea että kvasaarit ovat valkoisia aukkoja, paikkoja, joissa noin vain tyhjästä luodaan uutta ainetta maailmankaikeuteen."

Valtaojan mielestä idea paikasta, jossa noin vain luodaan ainetta tyhjästä maailmankauteen, on huono. Eikä Valtaoja viittaa tässä mihinkään aktiivisesti toimivaan luojaan, vaan ainoastaan sattumaprosessiin. Valtaojan mielestä koko maailmankaikkeuden aineen synty "noin vain tyhjästä" ("...olematon muuttui olevaiseksi..." s. 84) ei sensijaan ole ollenkaan huono ajatus. Se on jopa ainoa mahdollinen idea, joka Valtaojan mielestä voi selittää maailmankaikeuden olemassaolon. Ehkäpä kunnon kertarysäys (yksi luomistapahtuma) kirpaisee vähemmän kuin jatkuva rymistely (luominen)?


s. 66
"Hiukkasfyysikoiden standardimallissa on ainakin 19 vapaasti valittavaa parametria, suuretta, joiden mitattuja numeroarvoja emme osaa selittää millään tavalla, mutta eikö olekin outoa kuinka nillä sattuu olemaan juuri sellaiset arvot, että hiilellä on resonanssi juuri oikeassa kohdassa mahdollistamaan elämän synnyn?... Kosmos on aikojen alussa asettunut paikoilleen 60 desimaalin tarkkuudella."  "Maailmankaikkeutemme on hienoviritetty elämälle suorastaan ruokottoman suurella tarkkuudella. (s. 174)"


Tämä on hyvä kysymys ja Valtaoja tarjoaakin siihen vastausvaihtoehtoja (s.68) "Sattuma? Jumala? Moukan tuuri? Välttämättömyys?..."

Valtaojalle on pakko antaa tunnustusta siitä, että tarjoaa kaikki loogisesti mahdolliset vaihtoehdot, siis myös maailmankaikkeudesta riippumattoman vaikuttajan. (Esim. kosmologi Kari Enqvistille tätä selitysvaihtoehtoa ei ole olemassa.) Vastausvaihtoehdoista voidaan välttämättömyys pudottaa. Ei lienee mitenkään perusteltua, että välttämättömyys selittäisi maailmankaikkeuden hienosäädön. Tuskin olemassaolo on välttämätöntä. Jäljelle jäävät sattuma ja Jumala. Selittääkö sattuma Jumalaa paremmin 60 desimaalin tarkkuuden?

Valtaoja on kuitenkin rehellinen myöntäessään maailmankaikkeuden hienosäädön. Sitähän eivät kaikki luonnontieteilijät edes tee.


s. 68
"Tähdistä lähteneet atomit mudostivat yhä suurempia rakenteita, yhä pitempiä ketjuja, kunnes lopulta jokin niistä teki kopion omasta itsestään. Ensimmäinen elävä olento oli ilmestynyt maapallolle..."

Tässä Valtaoja esittää omaan maailmankatsomukseensa perustuvan historiallisen mielikuvitustarinan elämän synnystä. Tarina ei perustu kokeellisen luonnontieteen havaintoihin, mutta luonnontieteilijän arvovallalla höystettynä se saa helposti tieteellisen leiman. Valtaojan näkemys elämästä on varsin yksioikoinen. Kopioituva molekyyli on elävä. Molekyylin kopioituminen elävässä solussa vaatii suuren nanokoneorkesterin saumattoman yhteistyön, eikä mitkään havainnot viittaa siihen, että sellainen järjestelmä voisi syntyä itsestään atomien sattumanvaraisten yhteenliittymien tuloksena.


s. 69-70
"Luomisuskovaisten vanha väite on että yksinkertaisinkin elävä olio on niin monimutkainen että sellaisen syntyminen sattumalta on mahdotonta."

Mycoplasma genitalium- bakteerilla on pienin tunnettu genomi, joka sisältää vain 482 geeniä ja 580000 emäsparia. Stanfordin yliopistossa on tehty tietokonemalli bakteerin molekyylitoiminnoista. Malli sisältää 1900 parametria ja mallissa solun biologiset toiminnot on jaettu 28 moduliin, joten ihan yksinkertaisesta asiasta ei ole kyse. Ei ole mitään näyttöä siitä, että kyseisenkaltainen tietokonemalli tai tietokonemallin kohde voisivat syntyä sattumalta.

"Nykyajan kreationistit puhuvat entropiasta ja todennäköisyyksistä mutta pohjimmiltaan teesi on sama: järjestystä, informaatiota ei voi syntyä itsestään. Väite voi kuulostaa uskottavalta... - mutta se perustuu vääriin määritelmiin ja jälkiviisauteen."

Valtaoja ei kerro mitkä määritelmät ovat vääriä. Myös vetoaminen jälkiviisauteen on outo. Jälkiviisaudellahan tarkoitetaan yleensä kokemusperäistä tietoa. Jos kokemusperäinen tieto ei kelpaa luonnontieteilijälle, niin mikä sitten? Tämä jää arvoitukseksi.

"Nyt minä Inkeri olen rakastunut sinuun...Kvintiljoona kirjoituskonetta naputtelevaa apinaa olisi ehtinyt tuottaa sattumalta saman viestin maailmankaikeuden tähänastisen iän aikana. Turha laskea todennäköisyyksiä, vedota termodynamiikan lakeihin tai informaatioteoriaan, koska informaatio, kuten kauneuskin on aina katsojan silmässä. Kvintiljoona apinaa tuottaa aivan samalla todennäköisyydellä rivin siansaksaa kuin suomenkielisen lauseenkin."

Tässä Valtaoja on ollut reilu antamalla toimivat kirjoituskoneet apina-armeijalleen, jonka hän on rekrytoinut naturalismia vääräuskoisten keskuuteen levittävälle sotaretkelleen. Mutta kreationisti, joka ei usko informaation syntyyn sattumalta, antaakin kirjoituskoneet apinaparoille [koko homma vaikuttaa eläinsuojeluasialta] osina, (sekin on suuri vastaantulo, sillä osien valmistaminenkin vaatii täsmennettyä informaatiota) ja kysyy montako toimivaa kirjoituskonetta apina-armeija saa koottua annetussa ajassa?

Valtaojan todennäköisyyslaskelma on hiukan pielessä, tai sitten sitä ei ole tehty ollenkaan (olisiko kynä luiskahtanut järveen Korvaniemen laiturilta?). Jos oletamme, että siansaksarivin kirjainjärjestyksellä ei ole mitään väliä, niin silloin todennäköisyydellä 1 koko apina-armeija kirjoittaa rivin siansaksaa heti ensimmäisellä yrityksellä. Mutta täsmennetyn suomenkielisen lauseen kirjoittamisen todennäköisyys ei ole yhtä suuri eli 1. Rakkikoirulin tietokoneen näppäimistössä on 30 kirjainnäppäintä (välimerkki mukana). Jos lauseemme on em. suloinen rakkaudentunnustus, niin sen sattumalta kirjoittamisen todennäköisyys on 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30 x 1/30.

Eli luku 1/30 täytyy kertoa 37 kertaa itsellään, jolloin saamme tulokseksi 7,4 x 10-57. Ja tällöin olemme jättäneet huomiotta numeronäppäimien painamisen mahdollisuuden, joka entisestään pienentää oikeaan osumisen todennäköisyyttä.

Maailmankaikkeuden (kehitysopin mukainen) ikä on n. 1017 sekuntia. Jos oletamme, että apina kirjoittaa yhden merkin sekunnissa, niin silloin yksi apina ehtii tässä ajassa tehdä 2,6 x 1015 yritystä. Kvintiljoona (1030) apinaa ehtii tehdä 2,6 x 1045 yritystä. Lauseen erilaisia vaihtoehtoja on kuitenkin 1,35 x 1056 eli edes kvintiljoona apinaa ei ehdi kokeilla kaikkia mahdollisia vaihtoehtoja annetussa ajassa. Tällöin ei myöskään ole varmaa, että ne saisivat aikaan halutun lauseen. Rakkaussuhde ei pääsisi apinan karvaisia käsiä pidemmälle. (Ja vaikka apinan karvainen käsi ojentaisi Esko Valtaojalle tavoitellun viestin, niin sillä tuskin olisi samanlaista vaikutusta häneen kuin alkuperäisellä älykkäästi suunnitellulla viestillä.)

Rakkaudentunnustuksen sattumalta kirjoittaminen on kutakuinkin yhtä todennäköistä kuin päävoiton voittaminen lotossa 8 kertaa peräkkäin yhdellä lottorivillä. Sitä voi hyvällä syyllä pitää mahdottomana tapahtumana.

Entä, jos emme myönny mihinkään helpotuksiin. Alussa meillä ei ole toimivia apinoita, kirjoituskoneita eikä edes paperia. Millä todennäköisyydellä rakkaudentunnustus ilmaantuu tähän maailmankaikkeuteen? Valtaojan mukaan todennäköisyyksien laskeminen on turhaa, mutta kai meillä on oikeus kysyä ja pohtia ongelmaa?

Informaatio on todellakin katsojan silmissä. Informaation tunnistamiseen tarvitaan katsoja, jolla on silmien lisäksi järki. Miksi meidän pitäisi uskoa siihen, että järkeä tarvitaan vain informaatiota tunnistettaessa ja vastaanotettaessa, mutta ei lähetettäessä eli informaation syntyvaiheessa?

"Maailman monimutkaisuus kasvaa itsestään."

Tämä on kummallinen väite, sillä mitkään havainnot eivät tue sitä. Me voimme havaita maailmassa erilaisten potentiaalierojen (lämpötila, paine, kemiallinen konsentraatio) tasoittuvan itsestään. Mikäli me pidämme näitä potentiaalieroja osoituksena monimutkaisuudesta, niin silloin maailman monimutkaisuus vähenee itsestään. Monimutkaiset molekyylit pyrkivät muuttumaan yksinkertaisimmiksi itsestään. Esimerkiksi paljon energiaa sisältävä ATP muuttuu itsestään ADP:ksi ja AMP:ksi. Mutta ADP:n muuttaminen ATP:ksi vaatii työtä ja energiaa. Solussa oleva maailman pienin pyörintämoottori ATP-syntaasi tekee tämän työn ja sen voimanlähteenä on protonigradientti, jota solun aineenvaihduntakoneisto pitää yllä.

"Kivi sisältää informaatiota, eloton asteroidi enemmän, variksen muna vieläkin enemmän."

Valtaoja rinnastaa variksen munassa olevan variksen rakennusohjeen kiveen ja elottomaan asteroidiin. Valtaojalle geneettinen informaatio ei siis ole hiekkakasaa ihmeellisempi ilmiö. Mitähän Valtaoja tykkäisi, jos lukijat pitäisivät hänen kirjojensa informaatiosisältöä hiekkakasan veroisena ihmeenä? Valtaojan näkemys selittää hänen uskonsa siihen, että sattuma voi tuottaa informaatiota ja elämää. Jos sattuma voi tuottaa hiekkakasan, niin silloin se voi tuottaa myös geneettisen informaation. Helppoa mutta yksinkertaista.

"Elämä vaatii oman selityksensä vain jos hyppäys monimutkaisimmasta elottomasta yksinkertaisimpaan elävään rakenteeseen on toivottoman suuri, mutta niin ei näytä olevan. Elävän ja elottoman raja on vähemmän jyrkkä kuin kelloa ja varista katsoessa voisi luulla."

Valtaoja ei kerro mihin havaintoihin hän perustaa tämän mielipiteensä. Näyttää hyvin vahvasti siltä, että Valtaojan mielipide perustuu hänen naturalistiseen maailmankuvaansa eikä luonnonntieteen havaintoihin. Monimutkaisinkin ihmisen rakentama (eloton) laite on tähtitieteellisen kaukana yksinkertaisimmastakin elävästä olennosta. Asiaa voisi havainnollistaa seuraavalla ajatuskokeella: Annetaan suunnittelijoille tehtäväksi suunnitella itseään korjaava ja itseään monistava kännykkä. Kännykän kokoisesta laitteesta on hyvä aloittaa, sillä bakteerin kokoluokkavaatimus olisi ainakin aluksi liian suuri. Millaisia ominaisuuksia ja toimintoja tämän laitteen tulisi sisältää? Jos se osaisi korjata ja monistaa itseään niin olisiko se elävä? Entä olisiko se kuollut, jos akku tyhjenee vai vasta sitten, kun se lakkaa toimimasta (välittämästä puheluita)? Voisiko laitteen luoja herättää sen henkiin?


s. 71
"Mutta fossiilien todistuksen perusteella itse elämän syntyminen kävi nopeasti ja helposti."

Tämä on Valtaoja oma tulkinta eikä se perustu kokeelliseen luonnontieteeseen. Oppikirjoissa esitellään edelleen Millerin yli 60 vuotta sitten käyttämää koelaitteistoa, mikä osoittaa, että elämän synnyn tutkimus on pahasti jumiutunut. Mitään oleellista uutta ei ole saatu aikaiseksi 60 vuodessa. Millerin raseeminen ja elämälle myrkyllinen mönjä on edelleen esittelemisen arvoista.

Fossiilit osoittavat, että elämän pääjaksot ilmaantuvat maakerroksiin nopeasti ja ilman välimuotoja ns. kambrikauden räjähdyksessä. Ei tämä havainto todista sitä, että elämä voi nopeasti ja helposti syntyä itsekseen.


"Aineen hyviin tapoihin kuuluu muuttua eläväksi, kun sopiva tilaisuus tarjoutuu. ...luonnonlait ja sattuma yhdessä pakottavat maailmankaikkeuden synnyttämään elämää." 

Tässä väitteessä Valtaoja menee jopa askelta pidemmälle. Hän ei väitä pelkästään, että luonnonlait ja sattuma voivat synnyttää elämää, vaan että ne pakottavat maailmankaikkeuden synnyttämään elämää. Valtaoja tekee luonnonlaeista ja sattumasta hyvinkin päämäärätietoisia toimijoita. Vai kuinka pakottaminen voidaan ymmärtää. Pakottaminen tarkoittaa myös sitä, että meidän on turha laskea todennäköisyyksiä (kuten Valtaoja toteaakin), koska pakottaminen väistämättä johtaa tiettyyn lopputulokseen. Lienee turha mainita, että luonnonlakien ja sattuman pakottavuutta ei ole kokeellisesti havaittu, mutta Valtaojaa se ei tietenkään haittaa. Koska kehitysoppi on totta ja vielä ainoa mahdollinen selitys olemassaololle, niin luonnonlakien ja sattuman pakottavuuskin on totta.


s. 72
"...darwinistisen luonnonvalinnan viikate, määrätietoinen prosessi, kasvatti kompleksisuutta."

Valtaoja tekee myös luonnonvalinnasta määrätietoisen toimijan, jonka ilmeisenä tarkoituksena on kompleksisuuden kasvattaminen. Yleensä määrätietoisuus liitetään älykkään toimijan ominaisuudeksi.


s. 79
"Itseorganisaatiota kyllä tapahtuu, mutta sen huomaaminen vaatii hieman tarkkaavaisuutta. Lumihiutaleet ovat varmaan tutuin esimerkki- siinähän vesi on rakentanut mitä hienoimpia ja monimutkaisempia kiteitä, ilman että mitään luonnonlakia on rikottu."

Tähän voisi lisätä, että itseorganisaation huomaaminen vaatii myös mielikuvitusta, mikäli tarkoituksena on selittää vaikkapa elämän monimuotoisuus. Valtaojan antama esimerkki kuvaa hyvin itseorganisaation havaitsemisen vaikeutta. Veden lämpötilariippuvaiset faasimuutokset eivät ole esimerkkejä itseorganisaatiosta, vaan ne ovat havaintoja veden ominaisuuksista. Vedellä on useita ominaisuuksia, jotka ovat järkeviä ja tarkoituksenmukaisia. Se on elämälle sopiva liuotin. Sillä on suuri ominaislämpökapasiteetti, joka mahdollistaa kehomme tehokkaan jäähdytyksen. Se laajenee jäätyessään jääden vesistöjen pinnalle suojaamaan vesiekosysteemiä, eikä vesistöt pääse helposti jäätymään pohjaan asti. Se on raskainta lämpötilassa +4 C, minkä vuoksi talvella lämpimin vesi on alimpana kalojen riemuksi. Miksi veden jäätymis- ja kiehumispisteet poikkavat merkittävästi saman atomipainon omaavista nesteistä? Luonnontieteellä eikä kehitysopilla ole vastausta tähän kysymykseen.


"Hubble-avaruusteleskoopin avulla voimme katsoa jopa 13 miljardia vuotta ajassa taaksepäin ja nähdä kuinka galaksit syntyvät..."

Galaksien syntymän näkeminen vaatii mielikuvitusta, koska me näemme vain erilaisia galakseja. Lisäksi vanhoilta näyttäviä galakseja on havaittu jo varhaisen (kehitysopillisen) universumin ajalta.


s. 80
"Linnunradassamme me voimme seurata uusien tähtien syntymistä raskaammilla alkuaineilla rikastetusta tähtienvälisestä kaasusta ja pölystä."

Tämä vaatii hieman mielikuvitusta, sillä uusien tähtien syntymää ei ole koskaan havaittu. Avaruudessa on kylläkin havaittu valaisevia kohteita ja tähtien elämän loppuvaiheen tapahtumia, kuten supernovaräjähdyksiä.


s. 118
"...fysiikan ja kemian lait tekivät täällä atomeista ja molekyyleistä eläviä olentoja."

Tämä on uskonvarainen väite, eikä se perustu kokeellisen luonnontieteen havaintoihin. Fysiikan ja kemian lakien ei ole havaittu tekevän molekyyleistä eläviä. Tässä Valtaoja itse pakottaa luonnonlait pakottomaan aineen synnyttämään elämää. Luonnonlakien pakottaminen vaatii ainakin paljon voimaa.

s. 123
"...riittääkö maailmankaikkeuden itseorganisoituvuus elämän synnyttämiseen saakka?... kukaan ei ole nähnyt elämän syntyvän itsestään."

Valtaoja ei sentään ole kokonaan unohtanut kokeellista luonnontiedettä. Eli kokeellisella luonnontieteellä on jotain virkaa luonnontieteilijälle.


s. 124
"Jotkut tutkijat lähestyvät elämänsynnyn ongelmaa tyvestä puuhun nousten. He rakentelevat molekyylejä, joissa on potentiaalia "lisääntyä" ja itseorganisoitua: kykyä tehdä kopioita itsestään."


s. 149
"Olemme ympäristömme ja evoluution luomuksia."

Tämä on puhdas uskontunnustus, jossa menneisyyden tapahtumia selitetään naturalistisesta viitekehyksestä käsin.

s. 174
"Lopullisesta 'kaiken teoriasta' uneksivat teoreetikot ajattelevat että vakioiden ja luonnonlakien lukumäärää voidaan vähentää niin että jäljellä on lopulta kenties vain yksi luonnonlaki ja yksi vakio, mutta sekään ei poistaisi hienoviritystä ja selittämisen tarvetta."

Tämä on ihan mielenkiintoinen ajatus. Vain yksi 'luonnonlaki' ja 'vakio'. Kun ihminen kykenee hylkäämään kehitysopin ajattelunsa perustana, niin hän on tämän 'kaiken teorian' ääreellä. Hänellä on vain yksi selittävä tekijä.

Tässä Valtaoja suorastaa korostaa hienosäädön selittämisen tarvetta. Silti hän selittää maailman sattumalla ja luonnonlakien pakottavuudella sekä parjaa kreationisteja, jotka eivät hyväksy sattumaa selittäjäksi.

s.181
"...jos maailmasta löytyy haaste puhtaan naturalistiselle maailmankuvalle, niin ei sitä Darwinista ja evoluutiosta löydetä, kaikesta jopa akateemisen oppiarvon saavuttaneiden kreationistien meuhkaamisesta huolimatta; haaste löytyy kosmologiasta ja kosmokse hienovirityksestä."

Valtaoja mainitsee hienosäädön niin usein, että se tuntuu suorastaan häiritsevän häntä. Mutta koska Valtaojan ajattelun perusta on naturalistinen ja sen primus motorina on kehitysoppi, niin hänellä ei ole mitään mahdollisuutta tehdä muita kuin naturalistisia tulkintoja.


s. 181
"Usko ei voi perustua tietoon."

s. 205
"Uskoon ei synnytä, siihen tullaan (tai siitä luovutaan) ja tässä prosessissa tiedolla on ratkaiseva osa."

Valtaojalla näyttää olevan erilaisia näkemyksiä uskon ja tiedon suhteesta. Ehkäpä hän vielä joskus päättää mitä mieltä hän on tässä asiassa, jolloin voimme ottaa kantaa hänen näkemykseensä.

s. 183
"2003 julkistettiin kosmista taustasäteilyä kartoittavan WMAP-satelliitin tutkimustulokset. Suurin uutinen oli, että mitään suurta uutista ei ollutkaan. Kosmologian kaikki ennustukset varhaisesta maailmankaikkeudesta pitivät tismalleen paikkansa, haukotuttavalla tarkkuudella. Median vaativa etusivun uutinen piti lopulta puristaa sivuseikasta, tähtien oletettua aikaisemmasta syntymisestä kosmosta valaisemaan."

Valtaojaa kosmologian ja kehitysopin ennustukset haukotuttavat. Mitä muutakaan reaktiota ne voisivat Valtaojassa aiheuttaa? Kumpikin idea perustuu naturalismiin, joka on sama kuin tosiasia Valtaojalle ja hänen opetuslapsilleen.

Mutta meidän luokalle jääneiden ei tarvitse haukotella. Meidän tehtävänä on kärrätä roskakoriin kosmologian edesmenneitä uskomuksia ja ennustuksia:

Tiede tietenkin kehittyy ja kehitysoppi varsinkin.



s. 198
"Mikään luonnossa ei tutkijoiden suuren enemmistön mielestä näytä todistavan Jumalan olemassaolosta."

Tämä on niitä harvoja Valtaojan väitteitä, jotka perustuvat kokeellisiin havaintoihin ja jotka ovat tosia. Ottamalla kehitysoppi lähtökohtaoletukseksi ei ole vaikea päätyä ko. lopputulokseen. Toisaalta on myös mahdollista nähdä olevainen Jumalan luomistyönä, jolloin kaikki näyttää todistavan Jumalan olemassaolosta.

"Tietyssä mielessä jyrkkä fundamentalismi, jokaisesta sanasta kiinnipitäminen, on ainoa älyllisesti rehellinen kristinuskon muoto; ja sen taas tiede on osoittanut irrationaaliseksi uskomukseksi, joka on sovittamattomassa ristiriidassa todellisen maailman kanssa."

Valtaoja on tässä oikealla tiellä. Hän on oivaltanut asian ytimen. Teistinen evoluutio ja muut kehitysoppia syleilevät näkemykset eivät ole loogisesti kestäviä. Joko Jumala on kaiken luoja tai sitten hän ei ole. Vaihtoehtoja on  vain kaksi. Mutta tiede ei ole osoittanut luomisuskoa irrationaaliseksi. Se on kehitysoppiin uskovien näkemys, jota esitetään tieteen tuloksena. Kokeellisen luonontieteen havainnot on osattava erottaa niiden tulkinnasta.


s. 205
"...jotka ovat ilmiselvästi ympäristölle vahingollisia; esimerkiksi käy vaikkapa kreationismi."

Tämä kuuluu sarjaan "Valtaojan eriskummalliset väitteet." Millä tavalla kreationismi on ympäristölle vahingollista? Ympäristöllä ei tässä ilmeisesti tarkoiteta luontoa vaan ihmisyhteisöä. Kreationistina minulla on kokemusta elämisessä ihmisyhteisössä. Kukaan ei ole koskaan sanonut pitävänsä minua tai antanut edes ymmärtää, että olisin ympäristölleni vahingollinen. Tunnen useita kreationisteja mm lääkäreitä ja muita akateemisia oppiarvoja hankkineita. Ketään ei tietojeni mukaan ole tuomittu ympäristölle vaarallisena kreationismin takia. Toki kreationismi on vaikeuttanut heidän elämäänsä. Eräältä lääkäriltä uhattiin viedä lääkärinoikeudet kreationismiin vedoten ja erään biologin palkkaa alennettiin, kun hän oli julkisesti arvostellut kehitysoppia. Erään biokemistin väitöskirjaa ei koskaan hyväksytty evoluutiokriittisen materiaalin vuoksi ja hänen tieteellinen uransa tyssäsi. Koulussa opettaja uhkasi huonolla numerolla niitä jotka puhuvat älykkäästä suunnittelusta biologian tunnilla. Kreationismi on vahingollista, mutta vain kreationisteille itselleen, ei ympäristölle.


s. 216
"Kreationistilehtorin antaman opetuksen pohjalta olisi varman aika vaikea ponnistaa työuralle vaikkapa bioteknologiassa."

Tähän ei tarvita edes kreationistilehtoreita. Rakkikoirulin ystävä opiskeli biokemiaa Helsingin yliopistossa ateistilehtoreiden opastuksella, mutta akateeminen työura tyssäsi silti ennenkuin se oli kunnolla alkanutkaan.
Ystävän väitöskirja sisälsi evoluutiokritiikkiä, minkä vuoksi sitä ei koskaan hyväksytty. Väitöskirjaa ei jätetty hyväksymättä tieteellisiin argumentteihin vedoten, vaan vetoamalla "Helsingin yliopiston väitöskirjojen kunniakkaaseen perinteeseen". Ystävää pyydettiin poistamaan tietyt osat väitöskirjasta, jolloin siitä olisi tullut julkaisukelpoinen. Siihen hän ei suostunut. Kun kollegat lakkasivat vastaamasta sähköposteihin, oli tämä akateeminen hiekkalaatikkoleikki pelattu loppuun. Rakkikoiruli suosittelee kaikkia kreationisteja pitämään takkinsa käännettynä, kunnes akateemiset kannukset on hankittu ja asuntolainojen lyhennykset on loppusuoralla.

Entä, jos opettajana tosiaan olisi kreationistilehtori. Mitä hän opettaisi? Opetussuunnitelman mukaisesti hän opettaisi evoluutioteoriaa, genetiikkaa, biokemiaa jne. Hän voisi myös rohkaista oppilaitaan tutustumaan yksityiskohtaisesti evoluution todisteisiin ja niiden perusteella tehtyihin kehitysopillisiin johtopäätöksiin. Edelleen hän rohkaisisi oppilaitaan tutkimaan luontoa ja ottamaan oppia siitä, koska biomimetiikka eli luonnosta inspiraationsa saava järjestelmäsuunnittelu on kasvava tieteen ala.


s.217
"Kreationismi kiehtoo minua ennen kaikkea uskontotieteellisenä ääriesimerkkinä kognitiivisesta dissonanssista... mitä tapahtuu kun vankkumaton usko törmää vankkumattomaan todellisuuteen."

Niin, mikä on tämä vankkumaton todellisuus?
Aine on syntynyt tyhjästä ilman mitään syytä. Vain alle 5 % maailmankaikkeuden energiasta on tavallista ainetta, jonka me voimme ainakin periaatteessa havaita. Noin 26 % energiasta on ns. pimeää ainetta, jonka koostumusta ei tunneta. Ja loppuosa eli n. 69 % on vielä pimeää ainettakin oudompaa energiaa. Tämä kaikki sitten 'räjähti' valoa nopeammin inflaatioksi kutsutussa tapahtumassa. Ja me olemme nyt tämän 'räjähdyksen' seurauksia ja enää me voimme vain haaveilla valon nopeuden ylittämisestä.

Aineen ja kaikkien luonnonlakien ominaisuudet ovat sattumalta asettuneet 60 desimaalin tarkkuudella kohdalleen, jotta maailma olisi elämälle kelvollinen. Aine sattui järjestymään informaatiota pursuavaksi elämäksi, koska luonnonlait sattuivat olemaan 'pakottavia'. Vankkumatonta todellisuutta ovat myös elämän suunnaton monimuotoisuus ja monimutkaisuus, mutaatioiden haitat, elämän synnyn ongelmat, fylogeneettiset ristiriidat jne.

Kehitysopin saama laaja kannatus osoittaa, että ei tässä tilanteessa (usko vs. todellisuus) tapahdu mitään erityistä. Ihminen voi aina tulkita kaikki havainnot oman maailmankuvansa mukaisiksi, tai jättää sopivasti ongelmia avoimiksi. Valtaoja tunnustaa hienosäädön olemassaolon, mutta selittää se lopulta sattumalla. Elämän synnyn hän selittää luonnonlakien pakottavuudella. Tämä on ihan loogista. Koska kehitysoppi on totta, niin silloin maailma on olemassa sattumalta ja luonnonlakien on täytynyt pakottaa aine eläväksi.

Olisikin aika kummallista, jos joku ihminen eläisi maailmassa, joka olisi hänelle täysin selittämätön tai järjen vastainen. Kukaan tuskin sietäisi sellaista tilannetta pitkään. Jokaisella on oma maailmanselityksensä. Ja aivan varmasti osalla meistä se on vain uskonvarainen eli se ei perustu "vankkumattomaan todellisuuteen."


s. 221
"Me rontit myös vältämme avointa keskustelua, koska emme ole kinnostuneita väittelemään siitä, onko Maa litteä pelkästään koska Raamatussa niin sanotaan. Mistään muustahan kreationismissa ei loppujen lopuksi ole kyse."

Raamatussa ei sanota, että Maa on litteä, eikä siihen kirkon piirissä ole koskaan uskottu. Se on vain myytti, jota kylläkin ahkerasti viljellään. Tähän myyttiin vetoamalla Valtaoja pyrkii rakentamaan olkiukkoa eli vähättelemään ja vääristelemään vastapuolen argumentteja. Tämä on kummallista, koska hän kuitenkin samaan aikaan myöntää maailmankaikkeuden hienosäädön, joka on eräs kreationistien argumenteista.

Alkuperäkysymys on kuitenkin vaikein älyllinen ongelma, jonka ihminen voi kohdata. Sitä  ei ole helppo käsitellä neutraalisti kaupan kassajonon valinnan tapaan, vaan vastauksen valinta vaikuttaa merkittävästi käsitykseemme todellisuuden perimmäisestä luonteesta ja minäkuvaamme. Valtaojan tapauksessa pelissä on niin suuret panokset, että ainoa mahdollinen vastaus on naturalismi. Vain aine ja energia voi selittää aineen ja energian.

"Nyt minä Esko olen rakastunut sinuun (kehitysoppi)."


torstai 26. helmikuuta 2015

Jättiläismäinen musta aukko hämmästyttää tutkijoita


Varhaisen universumin kirkkaimmasta kvasaarista löydetty suurin tunnettu musta aukko hämmästyttää tutkijoita. Kuinka jotakin niin massiivista ja valovoimaista on voinut syntyä niin varhain maailmankaikkeuden historiassa, vain 900 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen?

Taiteilijan näkemys jättiläismäisestä mustasta aukosta. (Kuva: Zhaoyu Li/ NASA)

Varhaisesta maailmankaikkeudesta löydetty kirkkain kvasaari, SDSS J0100+2802, ja sen sisältämä suurin tunnettu musta aukko hämmentää teoriaa mustien aukkojen kehityksestä. Kvasaari sijaitsee 12,8 miljardin valovuoden päässä Maasta ja sen keskustan mustan aukon massa vastaa 12 miljardin Auringon massaa. Kvasaarin valovoima vastaa 420 triljoonaa Aurinkoa.

"Kuinka niin kirkas kvasaari ja niin suuri musta aukko ovat voineet syntyä niin varhain maailmankaikkeuden historiassa, aikakaudella, jolloin ensimmäiset tähdet ja galaksit ovat juuri syntyneet?", professori Xiaohui Fan kysyy.

Kvasaarin sanotaan olevan peräisin "ionisaatioksi" kutsutun ajanjakson lopulta, jolloin ensimmäisten kvasaarien ja galaksien valon uskotaan päättäneen maailmankaikkeuden pimeän aikakauden. Tähän aikakauteen liittyy kuitenkin vielä paljon epätietoisuutta.

Tämä havainto on kehitysopin epätarkkuusperiaatteen mukainen.


Lähde:

http://uanews.org/story/monster-black-hole-discovered-at-cosmic-dawn

keskiviikko 25. helmikuuta 2015

Termodynamiikka ja evoluutio


Termodynamiikka on eräs alkuperäkeskustelun keskeisistä teemoista. Keskustelijoiden näkemykset termodynamiikan toisen pääsäännön ja evoluution suhteesta poikkeavat usein huomattavasti toisistaan. Näkemyserojen taustalla näyttää olevan maailmankatsomukselliset erot. Tässä kirjoituksessa esitellään termodynamiikan perusteita ja historiaa, alkuperäkeskustelussa esiintyviä virheellisiä väitteitä, sekä pohditaan toisen pääsäännön merkitystä alkuperäkysymyksessä. Lopuksi fysiikan asiantuntijat kertovat henkilökohtaisia näkemyksiään.


Kuva 1: Batman opettaa Robinille termodynamiikan perusteita amerikkalaiseen tapaan (Huom. Tieteen rakkikoira ei suosittele ruumiillista kuritusta ihmisten tai koirien kouluttamisessa ja pitää kuvan antamaa esimerkkiä huonona. Se kuitenkin kuvaa myös alkuperäkeskustelussa ilmeneviä epätoivottavia sävyjä.) Robin pyytää Batmania sulkemaan ikkunan, ettei kylmä pääse sisään. Batman korjaa karkeaan tyyliinsä, että termodynamiikan mukaan se on lämpö, mikä siirtyy (ei siis kylmä).


Mitä termodynamiikka on?

Termodynamiikka-sana antaa jo viitteen sitä, mistä termodynamiikassa on kyse. Termo viittaa lämpöön ja dynamiikka viittaa liikkeeseen. Termodynamiikassa ollaan siis kiinnostuneita lämmön liikkeestä. Koska lämpö  (Q) on eräs energian muoto, niin huomaamme, että kiinnostuksen kohteemme onkin itse asiassa energia ja erityisesti sen muuttuminen muodosta toiseen. Energia liittyy läheisesti työhön ja termodynamiikassa myös työ on keskeinen käsite. Kun lisäämme tähän vielä entropian, systeemin ja prosessin, niin meillä on peruskäsitteet termodynamiikan tarkasteluun.


Kuva 2: Lämmönvaihto avoimessa ikkunassa. Mitä tapahtuu kun pidämme ikkunaa auki kylmänä syyspäivänä? Kuvassa punainen nuoli kuvaa lämpimän huoneilman mukana siirtyvää lämpöä ja sininen nuoli kuvaa kylmän ulkoilman mukana siirtyvää lämpöä. Ulkoa tulevan ilman lämpötila on alhainen ja se tuntuu kylmältä. Ulkoa ei kuitenkaan virtaa "kylmää" sisälle vaan lämpöä, koska myös kylmä ilma sisältää lämpöä. Sen sisältämä lämpömäärä on kuitenkin paljon pienempi kuin sisällä olevan lämpimän ilman. Tämän vuoksi huoneesta poistuva lämpömäärä on suurempi kuin sinne tuleva lämpömäärä (tässä oletetaan, että poistuva ja tuleva ilmamäärä on sama).  Gotham Cityn rosvojen painajainen on siis oikeassa: se on lämpö mikä siirtyy, ei kylmä.


Termodynamiikan historiaa

Termodynamiikan teoria kehitettiin pääosin 1800-luvun puolivälissä. Tämän kehityksen katsotaan käynnistyneen 1800-luvun alussa tarpeesta höyrykoneen hyötysuhteen parantamiseen. Teorian kehittymiseen vaikuttivat mm. Benjamin Thompson, Sadi Carnot, Benoît Clapeyron, Julius von Mayer, James Joule, William Thompson (Lordi Kelvin), Max PlanckHermann von Helmholz, Rudolf Clausius ja Ludwig Boltzmann.

Termodynamiikan teorian kokoajana voidaan pitää entropia-käsitteen keksijää Rudolf Clausiusta. Ludwig Boltzmann puolestaan loi perustan tilastolliselle termodynamiikalle eli tilastolliselle mekaniikalle. (Suntola 2012: 55-56).



Systeemi ja ympäristö

Termodynamiikassa tarkastelun kohdetta kutsutaan systeemiksi. Systeemi on todellisen tai kuvitteellisen kontrollipinnan rajaama avaruuden (sen ei tarvitse olla tähtien välisessä avaruudessa, vaan se voi sijaita vaikkapa naapurin olohuoneessa) osa. Systeemin kontrollipinnan ulkopuolista avaruuden osaa kutsutaan ympäristöksi. Käytännössä esimerkiksi lämmön siirtyminen tapahtuu usein systeemin ja ympäristön välillä.

Systeemi voi olla avoin, suljettu tai eristetty. Avoimen systeemin kontrollipinta  läpäisee lämpöä ja ainetta. Suljetun systeemin kontrollipinnan läpi kulkee vain lämpö. Eristetyllä systeemillä ei ole lämmön tai energian vaihtoa ympäristönsä kanssa. (Ryti 1975: 606).

"Lämmöllä tarkoitetaan johtumalla kontrollipinnan läpi systeemiin tullutta energiaa, yleisimmin sitä osaa tulleesta kokonaisenergiasta, joka ei ole työtä." (Ibid.: 609).

Alla on termodynaamisten systeemien periaatekuvat.

Kuva 3: Avoin systeemi. Lämmön ja aineen virtaus systeemin ja ympäristön välillä on vapaata.


Kuva 4: Suljettu systeemi. Vain lämmön virtaus systeemin ja ympäristön välillä on vapaata.


Kuva 5: Eristetty systeemi. Ei lämpö- eikä ainevirtaa systeemin ja ympäristön välillä.


Systeemin tilaa kuvataan termodynamiikassa ns. tilasuureilla, joita ovat esim. lämpötila, paine, tilavuus ja entropia. Tilasuureet jaetaan intensiivisiin eli systeemin koosta riippumattomiin ja ekstensiivisiin, systeemin koosta riippuviin. Ne ovat matemaattisesti kahden muuttujan funktioita. (Ryti 1975: 607). Edellisiä ovat mm. lämpötila, paine ja kemialliset ominaisuudet, jälkimmäisiä mm. entropia, tilavuus ja sisäenergia. Termodynamikassa ollaan erityisesti kiinnostuneita tilasuureiden muutoksista eli systeemin tilan muutoksesta.



Entropia (S)

Entropia on varmasti termodynamiikan ristiriitaisin suure. Esiintymiskertojensa perusteella sitä voisi pitää hyvin tunnettuna suureena, mutta samalla se on kuitenkin termodynamiikan vaikein suure. Matemaatikko John von Neumann (1903 -1957) on sanonut:
  • Kukaan ei tiedä mitä entropia todella on, joten väittelyssä sinulla on aina etu (jos teeskentelet tietäväsi).

 Entropia-käsitteen keksi Rudolf Clausius v. 1865. Entropian muutos lasketaan kaavalla:

dS =  δQ
T

Ludwig Boltzmannin kaava entropian muutokselle on muotoa:

dS = klnΩ

Clausiuksen ja Boltzmannin kaavat tarkoittavat käytännössä samaa asiaa ja ne voidaan johtaa toisistaan. Entropian yksikkö on J/K (Joule/Kelvin). Joule on energiamäärän yksikkö ja Kelvin on lämpötilan yksikkö. Vaikka emme syvällisesti ymmärtäisi entropian olemusta, niin melkoisella varmuudella voimme todeta sen läheisesti liittyvän lämpöön.

"Entropia on mitta energian (lämmön) siirtymisestä systeemistä (esim. kappale) ympäristöön." (Hämäläinen 2006).



Vapaa energia (G)

Vapaalla energialla tarkoitetaan energiaa, jota voidaan käyttää työn tekoon. Kun systeemi tekee työtä, sen vapaa energia vähenee. Työtä tehtäessä osa käytettävästä energiasta muuttuu entropiaksi erilaisten häviöiden takia.



Luonnollinen prosessi

Luonnollisella prosessilla tarkoitetaan jotain ajan funktiona tapahtuvaa spontaania muutosta systeemissä tai systeemissä ja sen ympäristössä. Kaikki luonnolliset prosessit ovat palautumattomia (irreversiibeleitä) eli niihin liittyy aina häviöitä ja entropian kasvua ja ne voivat edetä vain yhteen suuntaan. Luonnollisen prosessin seurauksena energian laatu (esim. työ muuttuu lämmöksi) heikkenee ja entropian määrä kasvaa siinä ympäristössä, missä prosessi kokonaisuudessaan tapahtuu. Luonnollisen prosessin seurauksena erilaiset potentiaalierot (esim. lämpötila, paine, konsentraatio) pyrkivät tasoittumaan (Hemilä & Utriainen 1989: 78-80; Saari 2007: 4).

Luonnollinen prosessi kasvattaa entropiaa aina siinä järjestelmässä, jossa se kokonaisuudessaan tapahtuu. Esimerkiksi lämmön siirtyminen systeemistä ympäristöön vähentää systeemin entropiaa, mutta lisää ympäristön entropiaa. Tällöin ympäristön entropian kasvu on suurempi kuin systeemin entropian väheneminen eli entropia kasvaa siinä järjestelmässä, jossa lämmönsiirto kokonaisuudessaan (systeemi+ympäristö) tapahtuu.



Pääsäännöt

Termodynamiikan perustan muodostavat kolme pääsääntöä. Ne ovat kokeellisiin havaintoihin perustuvia aksioomeja. Tämä tarkoittaa sitä, että niitä ei voida todistaa oikeiksi. Ne siis vain oletetaan oikeiksi havaintojen perusteella eli niiden uskotaan kuvaavan todellisuutta luotettavasti (Hemilä & Utriainen 1989: 81; Ryti 1975: 606).


I Pääsääntö

Ensimmäinen pääsääntö tunnetaan myös nimellä energiansäilymislaki. Sen mukaan energiaa ei voida luoda eikä hävittää, mutta se voi muuttaa muotoaan. Esimerkiksi työ voidaan muuttaa lämmöksi hankaamalla kahta puukapulaa vastakkain.

Huoneen lämmittämiseen puukapuloiden hankaaminen on melko tehoton ja aivan liian työläs keino. Tässä tapauksessa parempi tapa on käyttää apuna kemiallista reaktiota eli puun yhtymistä happeen. Reaktion korkea lämpötila tekee tästä menetelmästä oivallisen lämmön lähteen.


II Pääsääntö

Termodynamiikan toinen pääsääntö kertoo luonnollisen prosessin etenemissuunnan. Havainnot osoittavat, että luonnollisten prosessien seurauksena erilaiset potentiaalierot (esim. lämpötilat, paineet ja kemialliset konsentraatiot) pyrkivät tasoittumaan. (Hemilä & Utriainen 1989: 80; Saari 2007: 4).

Termodynamiikan toisesta pääsäännöstä on olemassa useita erilaisia muotoiluja, jotka ovat samanarvoisia keskenään eli ne voidaan johtaa toisistaan. Toisen pääsäännön tunnetuimmat muotoilut ovat:
  • Lämpö ei siirry itsestään kylmästä kappaleesta lämpimämpään. (Clausius).
  • Lämpötila ero vaaditaan työn (mekaanisen energian) saamiseksi lämmöstä. (Ryti 1975: 610).
  • Ei voida rakentaa jatkuvasti toimivaa konetta, joka käyttäisi vain yhtä lämpösäiliötä (Kelvin ja Planck).
  • Eristetyn systeemin entropia voi vain kasvaa tai pysyä vakiona (Aittomäki 2007: 15; Lampinen 1997: 103).
Viimeinen muotoilu pätee vain eristetyille systeemeille, mikä on johtanut monet alkuperäkeskusteluun osallistujat tulkitsemaan asian niin, että toinen pääsääntö pätee vain eristetyille systeemeille. Tähän virhetulkintaan palaamme myöhemmin. Termodynamiikan toiselle pääsäännölle on olemassa ainakin 21 erilaista muotoilua (Capek & Sheenan 2005).

Klassinen termodynamiikka ei selitä sitä miksi lämpö siirtyy lämpimästä kylmempään kappaleeseen eli sitä miksi ns. luonnolliset prosessit etenevät aina tiettyyn suuntaan (pyrkimys kohti tasapainoa). Miksi tietty dynaaminen kehityssuunta on erityisasemassa? Tätä havaintoa selitetään tilastollisen mekaniikan avulla, jonka mukaan termodynaamiseen tasapainoon liittyy paljon suurempi määrä mikrotiloja kuin kauempana tasapainosta olevassa makrotilassa. Termodynaaminen tasapainotila on suunnattoman paljon todennäköisempi kuin muut makrotilat. Jälkimmäiset ovat periaatteessa mahdollisia, mutta niin epätodennäköisiä, että niitä ei koskaan havaita. Asiasta on kuitenkin käyty paljon filosofista keskustelua ja voi olla, ongelmaa ei vielä ole lopullisesti ratkaistu.

Mielenkiintoista on se, että tässä asiassa suuri epätodennäköisyys hyväksytään selitykseksi sille, että jotain ei koskaan voi tapahtua. Elämän syntyongelmaan sama selitys ei kelpaa. Eli vaikka kaikki laskelmat osoittaisivat spontaanin elämän synnyn erittäin epätodennäköiseksi, niin silti sitä pidetään ainoana selityksenä elämän olemassaololle. Sitä ei siis pidetä vain mahdollisena selityksenä.

Maailmaa voidaan tarkastella myös toiminnallisena kokonaisuutena. Havaitsemme, että toisen pääsäännön lahjomaton tarkkuus on mielekästä. Mikäli maailma ei tältä osin toimisi täysin ennustettavasti, meillä ei olisi termodynamiikaksi kutsuttua fysiikan alaa. Mehän emme voisi tietää siirtyykö lämpö huomennakin samalla tavalla. Tämän havainnon voisi tulkita kosmisen hienosäädön tavoin viittaavan älykkääseen suunnittelijaan. Me emme siis olisi vain erittäin epätodennäköisen (mutta silti mahdollisen) varassa, vaan eläisimme tarkoituksellisesti mielekkääksi suunnitellussa maailmassa.



III Pääsääntö:

Absoluuttisessa nollapisteessä täydellisen kiteen entropia on nolla (Hemilä & Utriainen 1989: 107).



Systeemin entropian muutos

Systeemin entropian muutokseen vaikuttaa kaksi tekijää: systeemin rajapinnan läpi kulkeva energia (lämpö) [ainevirtaa ei tässä huomioida] ja systeemissä tapahtuvat luonnolliset prosessit. Systeemin rajapinnan läpi kulkevan lämpövirran aiheuttamaa entropianmuutosta merkitsemme tekijällä dSe ja systeemissä tapahtuvista luonnollisista prosesseista aiheutuvaa entropianmuutosta tekijällä dSi. Tällöin systeemin entropian muutos voidaan esittää kaavalla:

dS = dSe + dSi

Koska luonnolliset prosessit ovat palautumattomia, niiden aiheuttama entropian muutos on aina positiivinen eli ne aina kasvattavat entropiaa (dSi > 0). Systeemin rajapinnan läpi kulkeva lämpövirta voi lisätä tai vähentää systeemin entropiaa eli dSe voi olla positiivinen tai negatiivinen (Turns 2006: 541; McQuarrie & Simon 1999: 247; Cengel et al. 2008: 346; Kondepudi & Prigogine 1999: 88). Systeemiin tuleva lämpö lisää systeemin entropiaa ja systeemistä poistuva lämpö vähentää systeemin entropiaa. Lämmön poistuminen on ainoa prosessi, mikä vähentää systeemin entropiaa (Cengel et al. 2008: 301, Van Wylen 1959: 156).

Systeemin entropian muutoksen yksityiskohtainen kaava on muotoa

dS =  δQ + (F - Frev)dX
T


jossa F ja Frev todellisia tai yleistettyjä voimia ja X sitä vastaava todellinen tai yleistetty siirtymä. Tekijä (F - Frev)dX on siis luonnollisen ja ideaalisen (palautuvan eli reversiibelin) prosessin välinen energiaero. Koska (F - Frev) on aina samanmerkkinen kuin dX, nähdään, että eristetyssä systeemissä (tai suljetun systeemin adiabaattisessa prosessissa) entropia suurenee luonnollisissa (F > Frev) prosesseissa ja pysyy vakiona palautuvissa (F = Frev) prosesseissa (Ryti 1975: 610).

Kuva 6: Systeemin entropian muutokseen vaikuttavat tekijät (ainevirtaa ei huomioida). Systeemin entropian muutoksen aiheuttavat systeemissä tapahtuvat luonnolliset prosessit sekä systeemin ja ympäristön lämmönvaihto.

Kuva 6 pätee avoimiin ja suljettuihin systeemeihin, joiden rajapinnan läpi lämpö voi siirtyä. Eristetyn systeemin rajapinnan läpi lämpö ei kulje eli dSe = 0. Tällöin systeemin entropian muutokseen vaikuttaa ainostaan systeemissä tapahtuvat luonnolliset prosessit ja ne voivat vain kasvattaa entropiaa. Tämän vuoksi eristetyn systeemin entropia voi vain kasvaa tai pysyä vakiona. Tasapainotilassa olevan systeemin entropia pysyy vakiona eli dSi = 0.

Miksi eristetyn systeemin entropia ei voi vähetä? Koska lämpöä ei voi poistua systeemistä. Lämmön poistuminen on ainoa prosessi mikä voi vähentää systeemin entropiaa.



Toisen pääsäännön virhetulkintoja

Virhetulkinta 1.


"Toinen pääsääntö pätee vain suljetuille järjestelmille." (Kangas 2014).

Tämä yleinen virhetulkinta johtunee toisen pääsäännön muotoilusta, jonka mukaan "eristetyn systeemin entropia voi vain kasvaa tai pysyä vakiona."

Tämä tulkinta sisältää kaksi virhettä. Siinä selvästi viitataan eristettyyn systeemiin (kuva 5), vaikka sitä virheellisesti kutsutaankin suljetuksi. Tämä on siis terminologiavirhe eikä siten kovin vakava virhe.

Väitteeseen sisältyy kuitenkin myös vakava asiavirhe. Termodynamiikan toinen pääsääntö ei päde vain eristetyille systeemeille, vaan se pätee kaikille systeemeille. Toisen pääsäännön merkittävin ominaisuus on, että se kertoo luonnollisen prosessin suunnan. Luonnollinen prosessi voi edetä vain yhteen suuntaan. Prosessi saadaan etenemään myös päinvastaiseen suuntaan, mutta se vaatii aina työtä (esim. lämpöä voidaan siirtää kylmästä ulkoilmasta huoneenlämpöön lämpöpumpun avulla.)

Vaikka lämpöä voidaan lämpöpumpun avulla siirtää kylmästä ulkoilmasta lämpimään huonetilaan, niin todellisuudessa tässä ei käännetä luonnollisen prosessin suuntaa eli lämpö ei siirron missään vaiheessa virtaa alemmasta lämpötilasta korkeampaan. Lämmön siirtämiseen käytetään erityistä välittäjäainetta, jonka lämpötila vaihtelee siirron eri vaiheissa. Ulkona välittäjäaineen lämpötila on ilman lämpötilaa alhaisempi ja sisällä se on korkeampi. Tällöin lämpö siirtyy aina lämpimämmästä aineesta kylmempään.

Luonnollinen prosessi voi tapahtua missä tahansa systeemissä eikä systeemin kontrollipinnan ominaisuudella ole merkitystä prosessin entropiavaikutukseen. Se aina lisää entropiaa eli dSi > 0 (O'Connell & Haile 2005: 51). Ja tämä ei koske pelkästään koko systeemiä, vaan myös kaikkia sen osasysteemejä (subsystems) (Kondepudi & Prigogine 1999: 336). Kondepudi ja Prigogine kutsuvat tätä määritelmää toisen pääsäännön yleisimmäksi muodoksi ("This is the statement of  The Second Law in its most general form").

Voimme testata toisen pääsäännön sovellusaluetta seuraavilla ajatuskokeilla:
  • Toisen pääsäännön mukaan lämpö ei itsekseen siirry kylmästä kappaleesta lämpimämpään kappaleeseen. Mikäli toinen pääsääntö pätisi vain eristetyille systeemeille, niin tämä lämmön siirtymistä koskeva muotoilu ei siis olisi voimassa suljetussa tai avoimessa systeemissä. Käytännössä tämä tarkoittaisi sitä, että näissä systeemeissä lämpö voisi siirtyä itsekseen kylmästä kappaleesta lämpimämpään. Tätä ei kuitenkaan ole koskaan havaittu eli toinen pääsääntö koskee myös avoimia ja suljettuja systeemejä.
  • Toisen pääsäännön mukaan mekaanisen energian (työn) saaminen lämmöstä vaatii lämpötilaeron. Mikäli toinen pääsääntö pätisi vain eristetyille systeemeille, niin valitsemalla suljettu tai avoin systeemi pitäisi olla mahdollista konstruoida jatkuvasti toimiva lämpövoimakone, joka käyttäisi vain yhtä lämpövarastoa mekaanisen energian tuottamiseen. Kone ei loisi energiaa tyhjästä eli se ei rikkoisi ensimmäistä pääsääntöä. Se olisi kuitenkin yhtä arvokas energian käyttäjille kuin ensimmäisen lajin ikiliikkuja (energian luoja). Systeemin kontrollipinnan valinta ei kuitenkaan tee mahdolliseksi vain yhtä lämpösäiliötä käyttävää konetta, vaan kyseessä on mahdoton kone, jota kutsutaan toisen lajin ikiliikkujaksi (Hemilä & Utriainen 1989: 81). Toinen pääsääntö koskee siis myös suljettuja ja avoimia systeemejä.
Seuraava kuva havainnollistaa entropian muutosta eristetyssä systeemissä, joka sisältää suljettuja osasysteemejä. Osasysteemeissä tapahtuvat luonnolliset prosessit kasvattavat osasysteemien entropiaa ja samalla kokonaissysteemin entropiaa tekijöillä dS1 ja dS2. Kokonaisysteemin entropianmuutos on siis:

dS = dS1 + dS2 

Kuva 7. Kuvan eristetyssä kokonaissysteemissä on kaksi suljettua osasysteemiä, joissa tapahtuvat luonnolliset prosessit kasvattavat entropiaa tekijöillä dS1 ja dS2. Kokonaissysteemin entropianmuutos on siis muotoa dS = dS1 + dS2.

Mikäli osasysteemistä poistuisi lämpöä, se vähentäisi osasysteemin entropiaa (vrt. kuva 6), mutta kasvattaisi kokonaissysteemin entropiaa, koska luonnollinen prosessi aina kasvattaa entropiaa siinä systeemissä, jossa se kokonaisuudessaan tapahtuu. Osasysteemistä poistuva lämpö siirtyy ympäristöön, joka sijaitsee kokonaissysteemin sisällä. Kaikki kokonaissysteemissä tapahtuvat luonnolliset prosessit kasvattavat sen entropiaa.

Meillä voisi olla myös suljettu systeemi, jossa tapahtuu adiabaattinen prosessi (eli lämmön siirtoa systeemin ja ympäristön välillä ei tapahdu, ks. kuva 6). Myös suljetun systeemin adiabaattisissa prosesseissa entropia voi vain kasvaa tai pysyä vakiona (Hemilä & Utriainen 1989: 97).

Termodynamiikassa systeemin kontrollipinta voidaan valita vapaasti ja aina voidaan valita niin suuri systeemi, että saadaan eristetty systeemi (Ryti 1975: 610). Kontrollipinnan valinta eristetyn systeemin saamiseksi tehdään sen vuoksi, että saadaan systeemi, jossa mielenkiinnon kohteena oleva prosessi kokonaisuudessaan tapahtuu. Kts. "Luonnollinen prosessi".

On myös huomattava, että maailmankaikkeutta voidaan pitää eristettynä systeeminä (Prigogine & Stengers 1984: 119; McQuarrie & Simon 1999: 249). Tähän huomioon perustuu myös Rudolf Clausiuksen kuuluisat lauseet (Clausius 1865):

Die Energie der Welt ist constant.
Die Entropie der Welt srebt einem Maximum zu.

Maailman energian määrä on vakio.
Maailman entropia etenee kohti maksimia.



Virhetulkinta 2.

"Termofysiikan pääsäännön mukaan paikallinen ja tilapäinen järjestäytyminen on mahdollista." (Vehkamäki & Allo 2014)

Tämä väite on hyvä esimerkki julkisuudessa käytävän alkuperäkeskustelun yleisestä tieteellisestä tasosta, joka on valitettavasti varsin heikko. Väitettä voi pitää lähinnä anekdoottina ja sillä on sellaisenaan (kulttuuri)historiallista arvoa.

Väitteellä ei ole mitään tekemistä termodynamiikan, fysiikan tai edes luonnontieteen kanssa. Luonnontiede (johon fysiikka(johon termodynamiikka kuuluu) kuuluu) ei tunne käsitettä järjestys tai järjestynyt. Järjestys ei ole fysiikan suure eikä sille näin ollen ole (SI-) yksikköä. Tämän vuoksi luonnontiede ei tunne yhtälöitä, joilla järjestys voitaisiin liittää tunnettuihin fysiikan suureisiin. Ilman yhteyttä tunnettuihin fysiikan suureisiin järjestys jää mielikuvaksi, joka sopii ajatusleikkeihin, mutta ei osaksi tieteellisiä väitteitä.

Vastaavasti voisimme väittää, että "termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan paikallinen ja tilapäinen kauneus on mahdollista." Me voimme varsin helposti havaita kauneutta (esim. naisia, kukkia, mehiläisiä jne.) ympärillämme (tai ainakin vähän kauempana). Kauneuskin on jonkinlainen "järjestyksen" ilmentymä. Mutta tämäkään väite ei kuulu fysiikkaan tai luonnontieteeseen. Kauneus ei ole fysiikan suure eikä sitä voida liittää tunnettuihin fysiikan suureisiin. Me voimme vain ihmetellä kauneuden olemassaoloa, sen suurta määrää, ja todistaa sen katoavaisuutta.

Termodynamiikan toinen pääsääntö ei ota kantaa "tilapäisyyteen." Toisen pääsäännön avulla voidaan mm. ennustaa luonnollisen prosessin suunta, laskea systeemin entropian muutos, määrittää lämpövoimakoneen hyösuhde tai se millä edellytyksillä systeemi voidaan saattaa ympäristöä matalampaan lämpötilaan (Vikstén 1993: 135). Systeemin tilan muutokset ja entropian muutos ilmoitetaan tunnettujen fysiikan suureiden (esim. tilavuus V, lämpömäärä, Q ja lämpötila, T) funktiona. Aika (t) ei kuulu näihin suureisiin eli emme voi laskea kuinka kauan "tilapäinen järjestäytyminen" kestää tai koska se mahdollisesti tapahtuu.

Tarkasteltavan systeemin kontrollipinta voidaan termodynamiikassa valita vapaasti, mutta toinen pääsääntö ei tunne käsitettä "paikallinen." Lause "eristetyn systeemin entropia voi vain kasvaa tai pysyä vakiona" voi viitata ideaaliseen termospulloon tai koko maailmankaikkeuteen. Paikallisuus on aina termodynamiikan soveltajan määrittely.

Systeemin entropia voi vähetä ja termodynamiikan perusteella me tiedämme millä edellytyksillä tämä on mahdollista. Systeemistä poistuva lämpö vähentää systeemin entropiaa. Mikään muu prosessi ei vähennä systeemin entropiaa. Kts. Systeemin entropian muutos.


Virhetulkinta 3.

"Tällaisessa [avoimessa] systeemissä lisäenergia voi tuottaa järjestystä ja aiheuttaa entropian pienenemistä." (Turun yliopiston verkkosivu, http://www.astro.utu.fi/zubi/phys/entropy.htm)

Tässäkin väitteessä viitataan järjestykseen eli väite ei kuulu luonnontieteeseen (kts. virhetulkinta 2). "Järjestystä" ei voida yhdistää energiaan eikä muihinkaan fysiikan suureisiin.

Väitteeseen sisältyy toinenkin virhe. Systeemiin tuotu energia (esim. lämpö) aiheuttaa entropian kasvua eikä pienenemistä (kts. "Systeemin entropian muutos"). Systeemiin tuotu lämpö on suoraan verrannollinen entropian kasvuun (Stowe 2007: 83).

Seuraava kuva havainnollistaa virhetulkintaa 3. Systeemiin tuodaan energiaa (punainen nuoli). Tuodun energian oletetaan tuottavan "järjestystä" jollakin tuntemattomalla prosessilla ja vähentävän systeemin entropiaa. Tämä tuntematon prosessi toimii siis päinvastoin kuin luonnolliset prosessit, jotka aina lisäävät systeemin entropiaa.


Kuva 8. Kaaviokuva väitteestä, jonka mukaan avoimeen (tai suljettuun) systeemiin lisätty energia saa systeemissä aikaan järjestyksen kasvua ja entropian pienenemistä jollakin tuntemattomalla prosessilla..



Järjestyksen kasvu ja avoin systeemi

Onko energian tuonti systeemiin riittävä ehto järjestyksen kasvulle? Voimme lähestyä tätä ongelmaa kahden avoimen esimerkkisysteemin avulla. Ensimmäinen esimerkkisysteemi on kännykkätehdas. Tehtaaseen tuodaan raaka-aineita ja energiaa ympäristöstä. Niiden avulla tehtaassa valmistetaan kännyköitä. Energian tuonti tehtaaseen on välttämätön, mutta ei riittävä ehto järjestyksen syntymiselle. Tässä pidämme kännykkää järjestyksen ilmentymänä. Tehtaassa on tehtävä työtä järjestyksen aikaansaamiseksi. Ilman työtä järjestystä ei synny.

Toisena esimerkkisysteemi on solu. Soluun tuodaan raaka-aineita ja energiaa ympäristöstä. Solukalvossa on erityisiä kanavia aineenvaihduntaa varten. Solussa valmistetaan esimerkiksi proteiineja, joita pidämme tässä järjestyksen ilmentyminä. Energia on välttämätön, mutta ei riittävä ehto järjestyksen syntymiselle. Solussa on tehtävä työtä järjestyksen aikaansaamiseksi. Proteiinien tapauksessa työtä tekee mm. ribosomi, joka käyttää ATP-muodossa olevaa energiaa työn tekoon. Solussa ATP:ta valmistaa pyörintämoottori ATP-syntaasi, joka käyttää voimanlähteenään protonigradienttia. ATP-syntaasi on maailman pienin "sähkömoottori."

Nämä esimerkit nostavat esiin tunnetun fysiikan suureen eli työn (W = FdX). Esimerkkitapauksissamme järjestyksen aikaansaamiseksi on tehtävä työtä. Lisäksi kummassakin tapauksessa järjestys perustuu informaatioon. Kännykkä tarvitsee suunnitelman ja valmistusohjeen. Ja proteiinillakin on DNA:han koodattu suunnitelma ja valmistusohje.

Olemme jo aikaisemmin oppineet, että työtä tarvitaan mikäli haluamme tuottaa prosessin, joka on päinvastainen luonnolliselle prosessille (esim. lämmön siirto kylmästä kappaleesta lämpimään kappaleeseen).

Havaintojemme mukaan työn tekoa vaaditaan useissa tapauksissa järjestyksen lisäämiseksi, mutta voimmeko tämän perusteella päätellä, että järjestyksen lisääminen vaatii aina työtä? Ainakin perheenäidit ovat vahvasti sitä mieltä. Mutta mikäli jätämme huomiotta perheenäitien kokemusperäisen viisauden, niin törmäämme määrittelyongelmaan. Mitä järjestys on? Onko olemassa sellaista järjestystä, jota luonnolliset prosessit voivat tuottaa? Viimekädessä ongelma voidaan ratkaista kokeellisesti. Määritellään ensin järjestys (esim. kännykkä, RNA, ribosomi tms. entiteetti) katsotaan, syntyykö järjestys itsestään. Parasta olisi tietysti, mikäli voisimme määritellä järjestyksen yksiselitteisesti, antaa sille yksikön ja liittää se yhtälöillä tunnettuihin fysiikan suureisiin. Tätä tuskin tulee tapahtumaan ihan lähitulevaisuudessa, joten me edelleen joudumme tyytymään mielikuvamäärittelyihin järjestyksen kohdalla.



Onko termodynamiikan toinen pääsääntö ratkaisu alkuperäongelmaan ?

Jotta me voisimme vastata tähän kysymykseen, meidän on selvitettävä mitä apuvälineitä termodynamiikan toinen pääsääntö meille tarjoaa. Niitä on täsmälleen kaksi kappaletta.

1. Toinen pääsääntö kertoo luonnollisen prosessin suunnan eli että luonnollinen prosessi voi edetä vain yhteen suuntaan (kahdesta mahdollisesta).

2. Toinen pääsääntö osoittaa, että maailmassa olevat erilaiset potentiaalierot pyrkivät tasoittumaan eli systeemit pyrkivät kohti tasapainotilaa. Tähän ilmiöön liittyy vapaan energian väheneminen ja entropian kasvu.


Kuva 9. Kaaviokuva luonnollisesta toiminnasta. Siniset pylväät kuvaavat erilaisia luonnollisia tai keinotekoisia potentiaaleja. Vihreä nuoli osoittaa luonnollisen prosessin suunnan ja punainen nuoli sille vastakkaisen suunnan, johon eteneminen vaatii ohjausta.

Mitä tämä käytännössä tarkoittaa? Meillä on suuri joukko erilaisia luonnollisia prosesseja, jotka etenevät täysin ennustettavasti tiettyyn suuntaan.

Merkittävää on juuri tämä suunta. Jokaisella luonnollisella prosessilla on tietty suunta, johon se voi edetä. Päinvastainenkin suunta on olemassa, mutta siihen eteneminen vaatii työn tekoa eli tietoisen ohjauksen. Lämmön tapauksessa me tiedämme prosessin (lämmön siirtymisen) luonnollisen etenemissuunnan. Osaamme myös siirtää lämpöä päinvastaiseen suuntaan työn avulla.

Mikäli me voisimme kaikissa mahdollisissa tapauksissa määritellä luonnollisen prosessin suunnan, niin silloin me tietäisimme aika paljon maailmasta ja sen toiminnasta. Mikä on luonnollisen prosessin suunta elämän tapauksessa? Onko se kohti elämää vai kohti kuolemaa? Me havaitsemme, että monet elävät etenevät kohti kuolemaa. Voimmeko tämän perusteella päätellä, että luonnollisen prosessin suunta elämän tapauksessa on kohti kuolemaa eikä kohti elämää? Mikäli me voimme näin tehdä, niin silloin kohti elämää on se suunta, joka vaatii työn tekoa eli tietoisen ohjauksen.

Tällöin ainoa mahdollinen johtopäätös, minkä me voimme tehdä on se, että elämä  ei ole syntynyt luonnollisen prosessin seurauksena vaan työn eli tietoisen ohjauksen tuloksena. Tällöin ylitämme kuitenkin luonnontieteen nykyiset rajat. Mutta mikäli me saavutamme tämän johtopäätöksen kokeellisen luonnontieteen keinoin, niin eikö se silloin osoita, että olemme määritelleet luonnontieteen rajat väärin? Jos elämän luoja on olemassa, niin silloin naturalismi on vain todellisuuden osajoukko.



Miten erimielisyydet olisi ratkaistava ?

Tähän kysymykseen on olemassa selvä vastaus. Meidän on otettava oppia termodynamiikan perustan muodostavista aksioomeista.  Kaikki tulkintaerimielisyydet on siis ratkaista kokeellisesti eli luonnontieteen perusperiaatteita noudattaen. Jos kiistan kohteena on kysymys elämän tai "järjestyksen" spontaanista synnystä, niin asia on selvitettävä kokeellisesti. Koetulokset kyllä kertovat vastauksen, eivätkä ne valehtele tai tee tulkintoja.

Ongelmana on vain koetulosten hyväksyminen vastaukseksi esitettyyn ongelmaan. Jos esimerkiksi elämän syntyä selvittävässä kokeessa ei synny elämää, niin hyväksytäänkö koetulos sellaisenaan ja todetaan, että elämää ei synny spontaanisti?! Milloin meidän on hyväksyttävä koetulokset sellaisenaan ja milloin me voimme todeta niiden edustavan vain suppeaa otantaa kaikista mahdollisista tuloksista?

Tähän kysymykseen ei ole olemassa selkeää tai yksimielistä vastausta. Termodynamiikan tapauksessa kokeelliset havainnot hyväksyttiin nopeasti aksioomien perusteiksi, eikä jääty esim. odottamaan havaintoa lämmön siirtymisestä itsekseen kylmästä kappaleesta lämpimään kappeleeseen. Myöhemmin tilastollisen mekaniikan kehittyessä nämä kokeelliset havainnot saivat tuekseen myös todennäköisyyden. Luonnollisen prosessin suuntaa selitetään todennäköisyydellä. Luonnollinen prosessi etenee aina kohti systeemin todennäköisintä tilaa.

Mikäli luonnontieteessä samoja perusperiaatteita voidaan soveltaa laaja-alaisesti, niin silloin näitä samoja periaatteita pitäisi voida soveltaa myös elämän synnyn ongelmaan. Mikäli elämän spontaanin synnyn voidaan osoittaa olevan vähintään yhtä epätodennäköistä kuin lämmön siirtymisen kylmästä kappaleesta kuumaan, niin silloin meidän hyväksyttävä elämän spontaanin synnyn mahdottomuus. Tällöin elämän spontaania syntyä koskeva aksiooma olisi muotoa: elämä ei synny itsekseen kuolleesta materiasta. Tämä aksiooma olisi linjassa jatkuvan alkusynnyn kumoamisen kanssa. Louis Pasteur osoitti kokeellisesti 1860-luvulla, että jatkuvaa alkusyntyä ei tapahdu (Dubos 1966, s. 56-59).

Termodynamiikan antamien kokemusten perusteella saamme kolme tekijää, jotka meidän on otettava huomioon olemassaolon ongelmia ratkaistessa:
  • luonnollisella prosessilla on vain yksi suunta
  • kokeelliset havainnot
  • todennäköisyys



Termodynamiikan asiantuntijoiden lausuntoja toisen pääsäännön ja evoluution suhteesta


Termodynamiikan asiantuntijoiden näkemykset toisen pääsäännön ja evoluution suhteesta poikkeavat vähintään yhtä paljon toisistaan kuin maallikoiden tai alkuperäkysymyksen harrastajien. Tulkintaerojen taustalla näyttää olevan maailmankatsomukselliset erot. Karkeasti voidaan sanoa, että Jumalaan uskovien mielestä toisen pääsäännön ja evoluutio välillä on ristiriita, kun taas ne, joille Jumala on vähemmän merkittävä tekijä olemassaolon selittäjänä eivät näe mitään ristiriitaa. Kaikki asiantuntijat eivät ota suoraan kantaa asiaan. Esimerkiksi Richard Feynman puhuu palautumattomuudesta, jolloin hän kuitenkin viittaa termodynamiikkaan pohtiessaan maailmankaikkeuden syntyä.


Antero Aittomäki, emeritusprofessori, Energia- ja prosessitekniikka, Tampereen teknillinen yliopisto.

Entropiasta on usein vääriä, jopa omituisia ja mystisiä käsityksiä.
Makroskooppisena se on luonteeltaan määritelty apusuure. Entropia ei ole mikään aineen tai systeemin (riittävän suuren molekyylijoukon) fysikaalinen mitattavissa oleva makroskooppinen suure - päinvastoin kuin monet muut, kuten lämpötila, paine, nopeus.  Historiallisesti (Clausiuksen esittämänä) entropia on määritelty systeemiin viedyn tai siitä poistetun lämmön avulla. Tämäkin on fysikaalisesti onneton määrittely, koska mitään lämpöä ei varsinaisesti ole olemassa. Lämmöksi on tapana kutsua aineen atomien tai molekyylien liiketilan energiaa. Lämmön siirtyminen on tämän liike-energia siirtymistä molekyylien välisten voimien välityksellä molekyylistä toiseen. Lämmönsiirto on siis siirtymätilassa olevaa molekyylien liike-energiaa. Siirtyminen lakkaa, kun molekyylijoukon energiatilojen jakautumat ovat samat.

Entropian täsmällisempi sisältö liittyy systeemin mikroskooppisen tilan todennäköisyyteen. Yksinkertainen analogia on punaisten ja valkoisten pallojen sekoitus astian eri puolten välillä sitä ravistelemalla (vastaten lämpöliikettä). Jos alkutilassa pallot ovat eri puolilla ja ravistelua jatketaan riittävästi, sekoittuvat pallot lopulta täysin. Alkutilan palautuminen on hyvin epätodennäköistä, joskaan ei teoriassa täysin mahdotonta. Suureen määrään molekyylejä sovellettuna voidaan sanoa tällaisen jakautuman saavuttaminen mahdottomaksi. Entropia kuvaa tietyn systeemin tilan suurinta todennäköisyyttä, tosin normaalista matemaattisesta todennäköisyydestä poiketen, ns. termodynaamista todennäköisyyttä. Koska molekyylien lämpöliikkeen takia systeemin pyrkii järjestäytyneestä tilasta kohti suurempaan epäjärjestystä, on entropia on siis järjestäytymättömyyden eli epäjärjestyksen mitta. Entropia olisi luontevampaa määritellä alunperin tämän todennäköisyyden pohjalta. Siitä päästään melko helposti myös klassilliseen määrittelyyn siirretyn lämmön ja lämpötilan avulla - kunhan lämpötilan käsite on ensin määritelty.

Sekoittaminen suurentaa yllä kuvatun systeemin todennäköisyyttä, siis kasvattaa sen entropiaa. Lämmön vienti systeemiin siirtää sen molekyylien liike-energioiden jakautumaa suurempiin nopeusluokkiin. Kvanttimekaniikan mukaisestihan kaikki arvot eivät ole sallittuja, joten jakautuma on portaattainen. Samalla energioiden jakautuma levenee, mikä tarkoittaa toisistaan eroavien mikrotilojen lukumäärän lisääntymistä. Tämä kvanttimekaanisesti mahdollisten tilojen lukumäärän kasvu suurentaa termodynaamista todennäköisyyttä eli siis myös entropiaa.

Termodynamiikan toisen pääsäännön sisältö on juuri systeemin pyrkiminen ilman ulkopuolelta tulevaa vaikutusta eli "itsestään" kohti suurimman entropian tilaa.

Kiistaa näyttää herättävän myös se, voiko suljetussa systeemissä järjestys kasvaa energian viennin ansiosta. Molekyylijoukon lämmittäminen lisää molekyylien liikenopeutta ja atomien värähtelyä molekyylissä. Tällöin molekyylit pääsevät "läheisempään kontaktiin" tai sitten hajoavat pienempiin molekyyleihin tai atomeihin mahdollistaen sopivassa "keitoksessa" uusien yhdisteiden syntymisen. Olosuhteista ja reaktioketjusta riippuen voi syntyä hyvinkin mutkikkaita yhdisteitä. Sopivilla katalyyteillä (entsyymeillä) voidaan reaktioita helpottaa siten, että ne tapahtuvat alemmassa lämpötilassa. Voisi siis ajatella, että mutkikkaampien molekyylien syntyminen on järjestyksen lisääntymistä, mikäli tämä tulkitaan järjestykseksi. Syntyvien yhdisteiden entropia onkin pienempi kuin lähtöaineiden yhteinen entropia. Koska kuitenkin systeemiin viety lämpö nostaa aineiden lämpötilaa, on tuloksena systeemin kokonaisentropian suurentuminen. Kun systeemi palautuu alkulämpötilaan, menee tämä lämpö ympäristöön eli "hukkaan". Toista pääsääntöä ei siis rikota.

Toisen pääsäännön soveltaminen koko maailmankaikkeuteen ja sen muuttumiseen on aika rohkeaa. Onhan käsityksemme aineesta ja maailmankaikkeudesta vielä vajavainen. Ei ole selvillä mm. mitä ovat pimeä aine ja pimeä energia, joiden olemassa oloa pidetään kuitenkin tällä hetkellä yleisesti faktana. Myös kaiken alku eli big bang on osittain hämärä.


John M. Cimbala, professori, koneensuunnittelu, Pennsylvania State University.

"Tässä lyhyessä artikkelissa esitän tulkintani termodynamiikan toisesta pääsäännöstä ja miksi uskon sen osoittavan luoja Jumalaan.

Termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan "eristetyssä systeemissä luonnollinen prosessi etenee sellaiseen suuntaan, jossa käyttökelvoton energia (entropia) kasvaa." Eli eristetyssä systeemissä epäjärjestys aina kasvaa ajan kuluessa. Esimerkkinä kuuma kahvikuppi eristetyssä huoneessa. Huoneen kokonaisenergia pysyy vakiona (ensimmäisen pääsäännön mukaan). Kun kahvikuppi jäähtyy käytettävissä olevan energian määrä vähenee ja käyttökelvottoman energian määrä kasvaa. Kun kahvikuppi on jäähtynyt huoneen lämpötilaan, systeemi on kohdannut lämpökuoleman eli kaikki energia on muuttunut käyttökelvottomaan muotoon.

Koko maailmankaikkeutta voidaan pitää eristettynä systeeminä. Tähdet ovat kuumia, kuten kahvikuppi, ja ne jäähtyvät lämmön siirtyessä avaruuteen. Tähdet edustavat kahvikupin tapaan käyttökelpoista energiaa viileämmässä avaruudessa. Toisen pääsäännön mukaan käyttökelpoinen energia muuttuu koko ajan käyttökelvottomaan muotoon. Maailmankaikkeutta voisi verrata vieterikelloon, joka hiljalleen menettää vetoaan. Koska käyttökelppoinen energia koko ajan muuttuu käyttökelvottomaan muotoon, niin jonkun on täytynyt antaa käyttökelpoista energiaa ajan alussa. (Jonkun on täytyy aluksi vetää maailmankaikkeus-kellon vieteri). Kuka tai mikä olisi voinut sen tehdä? Vain sellainen vaikuttaja, jota toinen pääsääntö ei sido. Ainoastaan toisen pääsäännön luoja on voinut luoda käyttökelpoista energiaa.

Koska maailmankaikkeuden käyttökelpoinen energia koko ajan vähenee, niin aikaisemmin sitä oj täytynyt olla enemmän ja kelloanalogian mukaan maailmankaikkeus-kellon vieterin on joskus täytnyt olla täydessä vedossa. Maailmankaikkeus ei siis voi olla äärettömän vanha. Tästä voidaan tehdä vain yksi johtopäätös: maailmankaikkeudella on ollut alku ja tuon alun aiheuttajan on täytynyt olla termodynamiikan laeista riippumaton.

Onko tämä tieteellinen jumalatodistus? Uskon niin.Kehitysopilliset teoriat eivät voi kumota yllä esitettyä jumalatodistusta. Tämänkaltainen todistus auttoi minua vakuuttumaan Jumalan olemassaolosta ja hyväksymään hänen pelastussuunnitelmansa poikansa Jeesuksen Kristuksen kautta." (Lyhennellen suomennettu).


Richard Feynman, professori, teoreettinen fysiikka, Caltech.

"Jotkut ihmiset ovat ehdottaneet, että maailma tuli järjestäytyneeksi seuraavalla tavalla. Alussa koko maailmankaikkeus oli vain yhtä sekasotkua, kuten sekoittunut vesi... Jotkut fyysikot (150 vuotta sitten) ehdottivat, että tämä systeemi koki fluktuaation (systeemin tila siirtyi pois tasapainosta) ja nyt me olemme täällä havainnoimassa kuinka tämä fluktuaatio on palaamassa entiselleen (kohti tasapainoa). Jos maailmankaikkeus ei olisi fluktuoinut tarpeeksi kauas tuottaakseen evoluution ja älykkään ihmisen, me emme olisi täällä havainnoimassa sitä. Mutta minun mielestäni tämä teoria ei ole totta. Pidän sitä naurettavana teoriana... Tieteen havainnot osoittavat, että maailma ei ole syntynyt fluktuaation seurauksena, vaan että se oli alunperin järjestäytyneempi kuin nykyään. Siksi me tarvitsemme uuden fysiikan lain, jonka mukaan maailma oli aikaisemmin järjestyneempi kuin nykyään. Tämä laki tarvitaan, jotta tässä kaikessa olisi järkeä ja jotta me ymmärtäisimme oikein palautumattomuuden (irreversibility)." (Feynman 1965, s.114-116). (Lyhennellen suomennettu).



Kaarle Kurki-Suonio, emeritusprofessori, didaktinen fysiikka, Helsingin yliopisto.

"Biologinen evoluutio (ts. elämän synnyn jakehityksen selittäminen evoluutioteorialla) ei ole ristiriidassa termodynamiikan toisen pääsäännön (tai tunnettujen fysiikan lakien) kanssa."


Markku Lampinen, professori, lämpötekniikka ja koneoppi, Aalto-yliopisto.

"Systeemin ja ympäristön (eli koko universumin) yhteenlaskettu entropia pyrkii kaikissa muutoksissa aina kasvamaan (die Entropy der Welt sterbt einem maximum zu, Clausius). Tällöin on mahdollista että jossain systeemissä (elämää sisältävässä systeemissä) entropia voi pienentyä, mutta sen vastikkeena tämän systeemin ympäristössä entropia kasvaa entistä enemmän, eli evoluutio tapahtuu "toisten systeemien kustannuksella"." (Lampinen 2013).



Andy McIntosh, vieraileva professori, termodynamiikka ja polttotekniikka, kemian ja prosessitekniikan laitos, Leedsin yliopisto. Professorina 2002 - 2012.

"Urani matematiikan ja tieteen parissa on saanut minut vakuuttumaan siitä, että luonnossa ja maailmankaikkeudessa on selviä suunnittelun todisteita. Elävissä organismeissa oleva informaatio, jonka ei havaita syntyvän materiasta itsestään, osoittaa spontaanin elämän synnyn (abiogeneesi) myytiksi. Lisäksi havainnot osoittavat, että pelkkä energian virtaus avoimeen systeemiin ei koskaan tuota uutta informaatiota eikä elämälle tyypilliset molekyylikoneet ole voineet syntyä sattumaan perustuvan prosessin tuloksena. Uutta informaatota sisältäviä eliöitä ei ole voinut kehittyä alkukantaisista esi-isistään."

Maapallolla olevat korkealaatuista hiiltä sisältävät sedimenttikerrostumat viittaavat kastastrofaaliseen syntyprosessiin. Tietyissä paikoissa on suuri määrä hyvin säilyneitä fossiileja, mikä vahvasti viittaa maailmanlaajuiseen tulvaan (vedenpaisumus). En epäile Raamatun luomiskertomuksen ja vedenpaisumuskertomuksen todenperäisyytta." (McIntosh 2014)


Jukka Tulkki, professori, lääketieteellisen tekniikan ja laskennallisen tieteen laitos, Aalto-yliopisto.

"Juju on siinä, että sen osan ainetta, joka järjestäytyy "eläväksi" molekyyliksi mikrotilojen määrä pienenee, mutta samalla sen osan ainetta, joka ei muodosta elävää organismia mikrotilamäärä kasvaa enemmän kuin ensinmainitun aineen pienenee. Siis evoluution seurauksena entropian kokonaismäärä jatkaa kasvuaan. Asia voitaisiin osoittaa helpohkosti tietokonesimulaatioin." (Tulkki 2009).



Gordon J. Van Wylen, professori, konetekniikka, Michiganin yliopisto.

"Esiin nousee kysymys kuinka maailmankaikkeus saavutti alhaisen entropian tilansa, koska kaikki tunnetut luonnolliset prosessit kasvattavat entropiaa? Onko olemassa tuntemattomia prosesseja, kuten "jatkuva luominen", joka vähentäisi entropiaa ja toimisi siten vastavoimana entropiaa kasvattaville prosesseille, jotka me tunnemme? Toisaalta asteikon toisessa päässä on kysymys maailmankaikkeuden kohtalosta. Odottaako sitä lämpökuolema, jolloin elämä päättyy? Ilmeisesti me emme voi antaa lopullisia vastauksia näihin kysymyksiin toisen pääsäännön perusteella, mutta sillä on kuitenkin filosofista merkistystä. Toinen pääsääntö lisää kirjoittajan vakuuttuneisuutta siitä, että on olemassa Luoja, jolla on vastaus ihmisen ja maailmankaikkeuden tulevaan kohtaloon." (Van Wylen, 1959).


Lainauksista on korjattu kirjoitusvirheitä ja niihin on saatettu lisätä selittäviä osia muuttamatta vastaajan alkuperäistä ajatusta. Suomennokset Tieteen rakkikoira. Kuvat Tieteen rakkikoira ellei muuta mainita.


Lähteet:

Aittomäki, Antero (2007): Teknillinen termodynamiikka. Prosessit ja energian muutokset, luentomonisteita, Tampereen teknillinen korkeakoulu

Capek, Vladislav & Sheenan, Daniel P. (2005): Challenges to the Second Law of  Thermodynamics, Theory and Experiment, Springer, Dordrecht

Cengel, Yunus A.; Turner, Robert H.; Cimbala, John M. (2008): Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences, 3rd edition, McGraw-Hill, New York

Dubos, René (1966): Pasteur ja uudenaikainen tiede, WSOY, Porvoo

Feynman, Richard (1965): The Charcater of  Physical Law, Penguin Books, London

Hemilä, Simo & Utriainen, Juha (1989): Lämpöoppi, Suomen Fyysikkoseuran julkaisuja 3, Gummerus Kirjapaino Oy, Jyväskylä

Hämäläinen, Marko (2006): Laskennallisen termodynamiikan perusteet, Luento 2, kevät 2006, Teknillinen korkeakoulu, Espoo

Kangas, Lauri (2014): Maapallo ei ole suljettu järjestelmä, HS Mielipide 30.10.2014

Kondepudi Dilip & Prigogine, Ilya (1999): Modern Thermodynamics From Heat Engines to Dissipative Structures, John Wiley & Sons, New York

Lampinen, Markku J. (1997): Termodynamiikan Perusteet, Otatieto Oy, Tampere

Lampinen, Markku J. (2013): Kirjeenvaihto Markku Lampinen - Raimo Lonka

McIntosh, Andy (2014): Kirjeenvaihto Andy McIntosh - Raimo Lonka

McQuarrie, Donald A.; Simon, John D. (1999): Molecular Thermodynamics, University Science Books, Sausalito

O'Connell, John Paul & Haile, J.M. (2005): Thermodynamics: fundamentals for applications, Cambridge University Press

Prigogine, Ilya & Stengers, Isabell  (1984): Order out of Chaos, Flamingo

Saari (2007): Teknillinen termodynamiikka, luentomoniste osoitteessa www2.lut.fi/~saari/TTD/Luennot/2perL1.html

Suntola, Tuomo (2012): Tieteen lyhyt historia - vai pitkä tie luonnonfilosofian ja empirismin kohtaamiseen, Physics Foundations Society

Ryti, Henrik (1975): Termodynamiikka, kirjassa Tekniikan käsikirja 2, K.J. Gummerus Osakeyhtiö, Jyväskylä

Stowe, Keith (2007): An Introduction to Thermodynamics and Statistical Mechanics, 2nd edition, Cambridge University Press

Tulkki, Jukka (2009): Kirjeenvaihto Jukka Tulkki - Raimo Lonka

Turns, Stephen R. (2006): Thermal-fluid sciences An Integrated Approach, Cambridge University Press, New York

Van Wylen, Gordon J. (1959): Thermodynamics, John Wiley&Sons, Inc., New York

Vehkamäki Hanna & Allo, Mai (2014): Termofysiikan lait eivät horju, HS Mielipide 31.10.2014

Vikstén, Ralf (1993): Lämpövoimaprosessit, Luentomoniste, Teknillinen korkeakoulu, Espoo

tiistai 24. helmikuuta 2015

Tutkijat löysivät vahvimman luonnonmateriaalin


Portsmouthin yliopiston tutkijat ovat havainneet, että maljakotiloiden hampaat ovat ilmeisesti vahvinta luonnonmateriaalia.

Maljakotiloiden hampailla kelpaa pureskella kovempiakin eineksiä.

Tutkimuksen johtaja professori Asa Barber kertoo: "Luonto on mahtava inspiraation lähde erityisrakenteille, joilla on loistavat tekniset ominaisuudet. Kaikki havaitsemamme materiaalit... ovat kehittyneet erinomaisiksi siihen mitä ne tekevät."

"Tähän asti olemme pitäneet hämähäkin seittiä vahvimpana luonnonmateriaalina, mutta maljakotiloiden hampaiden lujuus näyttää olevan korkeampi."

Professori Barber havaitsi, että maljakotiloiden hampaat sisältävät götiittiä, joka on kova mineraali.

"Maljakotilot tarvitsevat kestävät hampaat, joilla ne voivat kaapia levää  kivien pinnoilta. Havaitsimme, että götiittikuidut ovat juuri oikeankokoisia kestävän komposiittirakenteen muodostamiseksi."

Maljakotiloiden hampaiden rakennetta jäljittelemällä myös insinöörit voivat oppia valmistamaan lujia rakenteita. Onneksi meillä on jäljittelemisen arvoinen luonto, josta maailmankatsomuksestamme riippuen saamme kiittää joko sattumaa tai Luojaa.

Myös sirkkaäyriäinen käyttää lujaa komposiittirakennetta nuijassaan.


Lähde:

http://www.port.ac.uk/uopnews/2015/02/18/scientists-find-strongest-natural-material/

perjantai 20. helmikuuta 2015

Rautaisannos kehitysoppia


Biosynteesi tarjoaa rautaisannoksen kehitysoppia toukokuussa Helsingin yliopistolla järjestettävässä 20 v. juhlasymposiossa "Biologinen ihmiskuva." Symposio käsittää useita yleisölle avoimia luentoja.


Symposiossa on tunnettuja luennoitsijoita tieteen eri aloilta. Heistä nimekkäin on professori Richard Leakey, joka on vuosikymmenien ajan etsinyt itäisestä Afrikasta fossiileja oletetuista ihmisen esi-isistä. Hänen luentonsa otsikko on "50 years of African origins as both researcher and observer."

Rakkikoiruli suosittelee Biosynteesin symposiota kaikille kehitysopista kiinnostuneille, koska se tarjoaa varsin kattavan luotauksen kehitysopin laaja-alaisesta ja syvälle ihmisen ajatteluun ulottuvasta vaikutuksesta.

Evoluutio suosii teini-isiä


Cambridgen yliopistossa tehdyn tutkimuksen mukaan teini-ikäisten miesten siittiöissä on enemmän mutaatioita kuin nuorten aikuisikäisten miesten siittiöissä. 

Teini-ikäisten miesten siittiöissä on enemmän mutaatioita. (Kuva: www.dailymail.co.uk)

Teini-ikäisillä miehillä ja keski-ikäisillä (40-50 v) miehillä on n. 30 % enemmän mutaatioita siittiöissään kuin nuorilla aikuisikäisillä (20-30 v) miehillä. Lisäksi teini-ikäisten miesten siittiöiden mutaatiomäärä on n. kuusi kertaa suurempi kuin samanikäisten naisten munasolujen mutaatiomäärä. Tutkimuksen mukaan korkeampi mutaatiomäärä lisää perinnöllisten sairauksien riskiä.

Vanhempien miesten siittiöiden korkeampi mutaatiomäärä on ollut tiedossa, mutta tähän asti on uskottu, että mutaatoiden määrä sitä alhaisempi mitä nuorempi mies on.

Mutaatiot eivät ole pelkästään sairauksien taustalla, vaan ne muodostavat myös evoluution perustan. Tämän vuoksi kehitysoppiin uskovien ja/tai ihmisen evoluutiota suosivien äitikokelaiden kannattaisi valita lapsen isäksi hyvin nuori tai mahdollisimman vanha mies. Tällöin hän takaisi luonnonvalinnalle mahdollisimman paljon raaka-ainetta. Vastaavasti luomiseen uskovan ja/tai lääketieteellistä näkemystä korostavan äitikokelaan kannattaisi valita lapsensa isäksi nuori aikuisikäinen mies.



Lähde:

http://www.cam.ac.uk/research/news/study-finds-increased-dna-mutations-in-children-of-teenage-fathers

keskiviikko 18. helmikuuta 2015

Typensidonta aikaistui miljardilla vuodella


Washingtonin yliopistossa tehdyn tutkimuksen mukaan typensidontaan (typen fiksaatio) kykeneviä organismeja oli olemassa jo 3,2 miljardia vuotta sitten. Tämä havainto aikaistaa typensidontaa n. miljardilla vuodella.

Australian koillisosasssa on sedimenttikiviä, joiden uskotaan olevan 3,2 miljardin vuoden ikäisiä. Niistä on löydetty jälkiä mikrobien aikaansaamasta typen fiksaatiosta. (Kuva: R Buick / UW) 

Tähän asti typensidonnan on uskottu kehittyneen n. 2 miljardia vuotta. Typensidontaan osallistuvien entsyymien geenisekvenssien kehitysopillinen analyysi on antanut niiden iäksi 1,5 - 2,2 miljardia vuotta. Geenisekvensseihin perustuva ajoitus on siten räikeässä ristiriidassa sedimenttikivistä tehdyn ajoituksen kanssa.

"Ihmiset ovat aina uskoneet, että muinainen biosfääri pysyi nipinnapin hengissä vihamielisellä planeetalla ja että vasta typensidonnan ilmaantuminen räjäytti biofäärin monimuotoisuuteen ja kestävyyteen," professori Roger Buick kertoo. "Meidän työmme osoittaa, että typen puute ei ollut ongelma varhaisella maapallolla ja siksi se on voinut ylläpitää melko laajaa ja monimuotoista biosfääriä."

"On kiehtovaa ajatella, että tämä todella monimutkainen prosessi on niin vanha ja että se on säilynyt muuttumattomana niin kauan," toteaa tutkimuksen johtava kirjoittaja Eva Stüeken.

Typpi on elintärkeä alkuaine kasveille. Klorofylli on fotosynteesin tärkein pigmentti ja typpi on sen merkittävin komponentti. Typpeä on myös aminohapoissa, joista proteiinit rakentuvat. Sitä on myös muissa keskeisissä biomolekyyleissä, kuten ATP:ssä ja nukleiinihapoissa. Vaikka typpeä on paljon kaasuna (N2) ilmakehässä, niin kasvit voivat käyttää sitä vain pelkistyneessä muodossa. Erikoistuneet mikro-organismit kykenevät pelkistämään typpeä prosessissa, jota kutsutaan typensidonnaksi (typen fiksaatio).

Typensidonta on monimutkainen prosessi ja se vaatii paljon energiaa. Sitä suorittavat mikro-organismit tarvitsevat 16 moolia ATP:ta yhden typpimoolin pelkistykseen. Typpimolekyyli koostuu kahdesta typpiatomista, joita yhdistää erittäin vanha kolminkertainen kovalenttinen sidos. Tämä vahva sidos tekee typestä inertin eli vaikeasti reagoivan kaasun. Mikro-organismit käyttävät nitrogenaasientsyymiä typpiatomien välisen sidoksen rikkomiseen ja kolmen vetyatomin liittämiseen kumpaankin typpiatomiin.

Yleisin nitrogenaasientsyymi perustuu molybdeeniin ja tutkijat havaitsivat sedimenttikivissä jälkiä tämän entsyymin käytöstä. Molybdeeniä on nykyään helposti saatavilla, koska sitä irtoaa kivistä ilmakehän hapen vaikutuksesta. Molybdeenin lähde muinaisen ja hapettomaksi oletetun ilmakehän aikaan on kuitenkin mysteeri. Tutkijat arvelevat, että tuolloin maan päällä on ollut yksisoluisia organismeja, jotka ovat tuottaneet hiukan happea molybdeenin vapauttamiseksi.

Tässäkin tapauksessa evoluutio on kehittänyt heti alkuvaiheessa monimutkaisen järjestelmän - typensidonnan - ja sitten sitä onkin käytetty sellaisenaan yli 3 miljardia vuotta. Hyvin suunniteltua ei tarvitse muuttaa. Ja jos sattuu uskomaan siihen, että biosfääri on luotu kerralla toimivaksi kokonaisuudeksi, niin molybdeenin alkuperäongelmakin häviää.



Lähteet:

http://www.washington.edu/news/2015/02/16/ancient-rocks-show-life-could-have-flourished-on-earth-3-2-billion-years-ago/

http://www.nature.com/scitable/knowledge/library/biological-nitrogen-fixation-23570419

sunnuntai 15. helmikuuta 2015

Darwinin sirkkujen nokan evoluutio


Princetonin ja Uppsalan yliopiston tutkijat ovat tunnistaneet geenin, joka vaikuttaa Darwinin sirkkujen nokan muotoon ja jonka uskotaan vaikuttaneen lintujen evoluutioon yhteisestä esi-isästä.

Isomaasirkku (Geospiza magnirostris). (Wikipedia).

Galápagossaarilla elävät Darwinin sirkut ovat eräs kehitysopin lempilapsista ja niiden avulla on luonnonvalintaa voitu seurata luonnollisessa ympäristössä reaaliajassa. Sirkkupopulaation nokan koon on havaittu muuttuvan saatavilla olevan ravinnon mukaan. Välillä saatavilla oleva ravinto suosii suurempaa nokkaa ja välillä pienempää nokkaa. Tämä havainto osoittaa, että evoluutio kykenee tekemään ympyräliikettä eli palamaan lähtöpisteeseensä. Kehitysopin kannattajat uskovat lisäksi, että evoluutio kykynee etenemään pitkään myös suoraviivaisesti, jolloin joku eliön rakenne muuttuu kokonaan toisenlaiseksi rakenteeksi. Esim. liskon suomu muuttuu linnun höyheneksi tai kalan evä muuttuu jalaksi.

Uuden Nature-tiedelehdessä julkaistun tutkimuksen kerrotaan valaisevan evoluution perustaa, johon kuuluu geenien vaihto ja geenin eri muotojen vaikutus uusien lajien syntyyn.

Princetonin yliopiston eläintieteen emeritusprofessori Peter Grant, joka on vaimonsa Rosemary Grantin kanssa tutkinut Darwinin sirkkuja 40 vuoden ajan Galápagossaarilla, pitää tätä evoluution geneettisen perustan havaitsemista hyvin jännittävänä.

Tutkijat tunnistivat geenin (ALX1), joka vaikuttaa Darwinin sirkkujen nokan muotoon. Sama geeni on löydetty myös hiirestä ja ihmisestä ja sen on todettu vaikuttavan kasvonpiirteiden muotoon. Mutaatiot, jotka sammuttavat tämän geenin, aiheuttavat vakavia epämuodostumia ihmisessä.

"Tämä on mielenkiintoinen esimerkki normaalille kehitykselle tärkeästä geenistä, jonka lievät muutokset (mutaatiot) johtavat havaittavaan evolutiiviseen muutokseen," sanoo genetiikan professori Leif Andersson Uppsalan ja Texas A&M yliopistoista. Mielenkiintoisimpana havaintona hän piti kuitenkin sitä, että lajin sisälläkin geenistä oli olemassa erilaisia muotoja (alleeleja).

Peter Grant pitää tätä havaintoa merkittävänä, koska se osoittaa kuinka evoluutio toimii. Sopiva nokka auttaa lajia selviytymään ja siirtämään perimäänsä jälkeläisilleen. "Tämä on geneettistä muuntelua, jonka pohjalta luonnonvalinta voi toimia."

Tutkimuksen kerrotaan myös lisänneen tietoamme geenien leviämisestä eri lajien välillä. Darwinin sirkkulajien havaittiin saavan lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä keskenään, jolloin niiden geenit levisivät lajista toiseen. Tämän prosessi johtaa Princetonin yliopiston uutisen mukaan uusien lajien syntyyn.

Leif Anderssonin mukaan kehitykselle tärkeän geenin lievät mutaatiot (mild mutations) johtavat havaittavaan evoluutioon eli fenotyypin muutokseen. Kuinka suuret evolutiiviset muutokset ovat mahdollisia, koska huomattavat mutaatiot estävät normaalin kehityksen ja johtavat kehityshäiriöihin?

Uutistekstin mukaan geenien leviäminen lajien välillä johtaa uusien lajien syntyyn. Johtaako lajista toiseen siirtyvä geeni siis kolmannen lajin syntyyn? Kuinka suuren evolutiivisen muutoksen siirtyvä geeni voi aiheuttaa? Olemassa olevan geenin hyppy ei lisää geneettistä informaatiota tai monimuotoisuutta. Toinen laji saa ominaisuuden, joka on ollut olemassa. Jos laji saa lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä toisen lajin kanssa, niin onko silloin kyseessä kaksi eri lajia?

Näyttää siltä, että tässäkin uutisoinnissa evoluutiohypetys on ollut pääosassa eikä uutisen taustalla olevissa havainnoissa ei ole mitään mikä osoittaisi makroevoluution (uusien rakenteiden ja toimintojen kehittymisen) mahdolliseksi.


Lähde:

http://www.princeton.edu/main/news/archive/S42/36/79O60/index.xml?section=topstories