James Clerk Maxwell (1831-1879) on saavutustensa perusteella yksi maailmanhistorian suurimmista fyysikoista. Tässä artikkelissa esitellään joidenkin tutkijoiden näkemyksiä tavoista, joilla hänen teologinen ja filosofinen ajattelunsa oli kytköksissä hänen luonnontieteelliseen työhönsä.

”James Clerk Maxwellin työ muutti maailman lopullisesti.”

– Albert Einstein

”Ei ole epäilystäkään, etteikö Maxwellin sähködynaamisten lakien löytäminen arvioida tulevaisuudessa 1800-luvun suurimmaksi tapahtumaksi. Amerikan sisällissota kalpenee mitättömyydeksi tämän saman vuosikymmenen tärkeän tieteellisen tapahtuman rinnalla.”

– Richard Feynman

Kun suurelta yleisöltä kysytään kaikkien aikojen merkittävimpiä luonnontieteilijöitä, kärkisijat valloittavat yleensä Albert Einstein ja Isaac Newton, joista molemmista on muodostunut vahva mielikuva omintakeisesta tiedemiehestä: edellisen pörrötukkaisen valokuvan tunnistaa lähes jokainen nykyajan ihminen ja koulun oppikirjat kertovat jälkimmäisen keksineen painovoiman, kun omena putosi puusta hänen päähänsä.

Kun samaa kysytään ammattifyysikoilta, kolmen kärkeen kiilaa yleensä vielä Maxwellin nimi. Johtuen ehkä hänen merkittävimmän saavutuksensa – sähkömagneettisten kenttäyhtälöiden – vaikeatajuisuudesta, Maxwell ei ole saavuttanut samanlaista asemaa muualla kuin luonnontieteilijöiden parissa. Ehkä hän ei koskaan keksinyt tämän nasevampaa lentävää lausetta.

Kenttäyhtälöiden lisäksi hän selvitti myös muun muassa Saturnuksen renkaiden rakennetta, kineettistä kaasuteoriaa, laati historian ensimmäisen värivalokuvan ja tutki valoa sekä atomien ja molekyylien rakennetta.

Sokerina pohjalla, Maxwellin myös kerrotaan luonnontieteellisten teorioidensa kehityksessä käyttäneen filosofiaa ja teologiaa hyväkseen. Miten?

Luonnon kirja on yhtenäinen teos

Yksi näistä teologisista tavoista on seuraava. Maxwell seurasi perinteistä luonnollista teologiaa, jonka mukaan Jumala oli antanut ihmiskunnalle kaksi kirjaa: Raamatun ja ”luonnon kirjan”. Viimemainitusta Maxwell ajatteli, että säännönmukainen ja yhtenäinen luonto on nimenomaan johdonmukainen kirja eikä esimerkiksi aikakauslehti erillisine kertomuksineen. Täten tämän luonnon kirjan johdantoluvut auttaisivat ymmärtämään sen myöhempiä lukuja. Maxwell kirjoittaa tätä aihetta käsittelevässä Cambridgen eliittiopiskelijoiden Apostles’ Clubin esitelmässään:

”Ehkä tämä ’kirja’, joksi luontoa on kutsuttu, on sivuiltaan säännönmukaisesti numeroitu. Jos näin on, niin epäilemättä johdanto-osat silloin selittävät seuraavia osia ja metodit, joita ensimmäisissä luvuissa opetetaan, oletetaan selviksi ja niitä käytetään havainnollistajina kurssin edistyneemmissä osissa. Mutta jos luonto ei ole ’kirja’ lainkaan, vaan lehti, mikään ei ole typerämpää kuin olettaa yhden osan valaisevan toista.” (Garnett & Campbelll, s. 124)

Luonto oli kuin askel askelelta järjestetty museo, joka oli suunniteltu opastamaan meidät luomisen perimmäisiin periaatteisiin, kuten Maxwell maalailee Aberdeenin yliopiston virkaanastujaispuheessaan. Tutkija Matthew Stanleyn mukaan luonnonlait olivat Maxwellille kirjaimellisesti kuin ”merkki ylhäältä”, joiden kautta Jumala tahtoi kommunikoida ja lakien yhdenmukaisuus paljasti tämän.

Mutta millä tavalla tämä yhtenäisyys ja säännönmukaisuus sitten tarkalleen ilmeni Maxwellille? Ja miten luontoa tutkiva tiedemies pääsisi näistä yhtenäisistä laeista perille? Niin tärkeä kuin kuva luonnosta juonellisena kirjana sekalaisen sillisalaatin sijaan onkin, se ei ollut 1850-luvulla vielä kovin omaperäisesti sanottu. Maxwell kuitenkin työsti tätä vanhaa kristillistä ilmoitusteologista näkemystä eteenpäin aivan omalla tavallaan aikansa filosofisessa ja luonnontieteellisessä viitekehyksessä.

Analogiat tieteen edistymisen apuna

Keskeiseksi käsitteeksi Maxwellin luonnonfilosofialle muotoutui analogia. 1800-luvun alussa Englannissa yleisesti kehiteltiin koko joukkoa analogisia argumentteja, joilla pyrittiin rakentamaan esimerkiksi moraalista geometriaan verrattavaa järjestelmää. Tässä yhteydessä riittää kuitenkin esitellä, miten Maxwell sovelsi analogisuuden ideaa: minkä kanssa luonto oli analoginen ja miksi?

Maxwell lähti etenemään analogioidensa kanssa kahdella rintamalla samanaikaisesti. Ensimmäinen niistä oli sovellus ”yhtenäinen kirja”-näkemyksestä. Joulukuussa 1855, kolme kuukautta ennen yllä mainittua esitelmää, Maxwell oli julkaissut tunnetun sähkömagnetismia käsittelevän artikkelinsa ”On Faraday’s Lines of Force”. Sen johdannossa hän käy läpi Apostles’ Clubin esitelmän aiheita hyvin samanlaisella terminologialla, mutta keskittyy tällä kertaa tarkemmin luonnontieteeseen.

Maxwell etenee artikkelissa antaen esimerkkejä erilaisista analogioista jo hyvin tunnettujen fysikaalisten ilmiöiden ja Michael Faradayn ehdottamien sähkömagneettisten voimaviivojen välillä ja lähtee rakentamaan yhteyttä sopivimmaksi katsomansa analogian, nesteiden virtausmallien avulla.

Tieteen historioitsija Kevin Lambertin mukaan Maxwell ei kuitenkaan tyytynyt yksinkertaisesti soveltamaan yhden fysikaalisen ilmiön matemaattista ilmiasua toiseen yrittämällä vaikkapa vaihtaa symbolien merkityksiä. Sen sijaan Maxwell kehitteli kenttien malliksi eräänlaisen ideaalinesteen, joka oli kokoelma kuvitteellisia fysikaalisia ominaisuuksia, ja joka erotti ennenkuulumattomalla tavalla Faradayn sähkö- ja magneettikentän voimaviivat konkreettisista objekteista, kuten virtajohtimista.

Tässä oli vallankumouksellista se, että Maxwell käänsi totutun asetelman ympäri: hän otti lähtökohdakseen voimaviivat, ei konkreettisia fyysisiä johtimia tai vaikkapa sähköistä pistevarausta.

Vaikka tällaisella tavalla keksaistu ”neste” oli puhdas abstraktio, se kuitenkin kykeni kuvaamaan sähkömagneettisia ilmiöitä tehokkaasti, kuten sen, että kaksi suljettua virtasilmukkaa suhtautuu toisiinsa samoin kuin kaksi sellaista magneettia, jotka on magnetoitu kohtisuoraan virtojen muodostamaan tasoon nähden.

Lait sijaitsevat luonnossa ja mielessä

Maxwellin tavassa kehittää sähkömagneettisten kenttien matemaattiset lainalaisuudet oli toinenkin rintama, jonka Lambert jäljittää nimenomaan hänen teologiaansa ja filosofiaansa. Se oli uskomus siitä, että tiedemies saa ja hänen tuleekin etsiä sellaisia luonnonlakeja, jotka ovat jo valmiina hänen mielessään.

Ajatus ei välttämättä jälleen kuulosta kovin erikoiselta, mutta Maxwellin aikana toisenlaisiakin tapoja ajatella tieteen etenemistä oli olemassa. Esimerkiksi William Whewell erotti havainnot ja niitä kuvaamaan keksityt lainalaisuudet suhteellisen kauas toisistaan: Whewell painotti induktiota, jossa yksinkertaistaen sanottuna havainnoista suhteellisen suoraviivaisesti “inspiroitujen arvauksien” avulla johdettiin dataan sopivia lakeja. Tällaisessa prosessissa ihminen on aktiivisen etsijän sijaan ennemminkin passiivinen tarkkailija, kun havainnon lähteet vaikuttavat hänen “aistiviin elimiinsä”.

Lambertin mukaan Maxwellin ajattelu poikkesi tästä siten, että fyysisten objektien manipuloinnilla oli mahdollista kaivaa luonnosta esiin “mielen lakeja, jotka aine on valmistanut”. Lait eivät olleet kuitenkaan ilmiselviä, vaan vaativat ihmismielen ilmaisun ennen kuin ne voitiin löytää juuri löytämistä varten rakennetuilla koejärjestelyillä.

Näin oli Maxwellin mukaan siksi, että luonnolla ja mielellä oli yhteinen luoja, joka oli halunnut lakien tulevan löydetyksi ja joka kommunikoi samalla matematiikan kielellä niin luonnossa kuin ihmisen mielessäkin.

Tällaisissa mietteissään Maxwell ei ollut aivan yksin. Lambertin mukaan juuri tuona aikana logiikan lait matematiikan kielellä ilmaisseen – tai löytäneen – George Boolen työ erityisesti rohkaisi Maxwellia etenemään uudenlaisella menetelmällään, jonka mukaan voitiin luottaa siihen, että luonnon luotu yhtenäisyys antoi luvan olettaa muista, valmiimmista tieteenaloista tunnettujen samankaltaisten matemaattisten suhteiden pätevän uuteen ilmiöön, jopa ilman ilmeistä ja suoraa fysikaalista vastinetta.

Tällainen materiaalisen vastineen puute oli Maxwellin mukaan hänen yhtälöidensä etu. Se ei ollut näet mikä tahansa idea, vaan Faradayn kokeellisen manipulaation löytämä idea: puhdas suhde, joka oli olemassa luonnossa ja jonka kokeet paljastivat. Maxwellin ansio oli antaa tälle idealle onnistunut matemaattinen muoto. Siihen esimerkiksi Faraday ei ollut hienostuneen matemaattisen koulutuksen puutteensa vuoksi kyennyt.

Tähän asti olemme tutustuneet siis Maxwellin kolmeen teologisesti motivoituun tieteenfilosofiseen periaatteeseen. Ensiksi, luonnon ilmiöt ovat ”samassa kirjassa” ja siksi keskenään analogiset, jolloin ne muistuttavat toisiaan matemaattisesti. Toiseksi, luonnonlait ovat analogiset ihmismielen kanssa, joka ei tällöin pelkästään yritä tottelevaisesti laatia sääntöä havaitsemastaan ilmiöstä, vaan jolla on lupa aktiivisesti etsiä juuri sellaisia lakeja, joita tuo harjaantuneen tieteentekijän mieli konstruoi.

Kolmas, ja kaikkein mielenkiintoisin osa Maxwellin teologis-filosofista patteristoa, ansaitsee vielä oman otsikkonsa. Samalla tähdennän, että se on ainakin allekirjoittaneelle toistaiseksi jäsentymättömin ja vähiten tutkittu. Se on käsitys suhteesta ja sen olemassaolon tavasta.

Onko suhde luonnonlaissa olemassa itsenäisesti, koska Jumala on kolminainen?

Sähkömagneettisen kentän kuvaavilla laeilla oli Maxwellin mukaan itsenäinen ontologinen status, eli ne olivat olemassa aivan yhtä todellisesti kuin ne materiaaliset objektit, joiden käyttäytymistä ne kuvasivat. Tässä Maxwell ui tieteenfilosofisesti vastavirtaan aikansa konsensukseen nähden, jossa Sir Roger Penrosen mukaan kentät nähtiin ensi sijassa ”matemaattisina lisäosina, jotka eivät olleet missään mielessä ’tosia’” (The Emperor’s New Mind, s.85).

On tutkijoita – kuten skotlantilainen teologi T. F. Torrance – joiden mukaan niinkin keskeinen kristillinen dogma kuin kolminaisuusoppi olisi saattanut vaikuttaa Maxwellin valintaan asettaa juuri suhde sellaiseen korkeaan asemaan kuin se hänen Faradayn voimaviivoista kehittelemässään mallissa oli. Tämä vaatinee hiukan avaamista.

Kristillisen teologian historiassa on monesti sanottu, että Jumalan kolminaisuuden sisäisissä suhteissa Pyhä Henki on se persoonallinen keskinäinen rakkaus, jolla Isä ja Poika toisiaan rakastavat. Lisäksi kolminaisuuden eri piirteiden on nähty heijastuvan luomakunnan eri osissa (esimerkiksi miehen ja vaimon liitossa, koska mies ja nainen yhdessä ovat Jumalan kuva, imago Dei).

Jos nyt vielä Jumalan kolmen yhtä todellisen persoonan katsotaan olevan kaiken olevaisen perusta, niin ei olisi ehkä liian kaukaa haettua ajatella Pyhän Hengen aseman persoonallisena rakkauden suhteena avaavan tietä ajatukselle, että suhde voi luonnossakin olla jotain, joka on olemassa yhtä itsenäisesti kuin vaikkapa ne kappaleet, joiden välissä tuo suhde on.

Tämä sopisi Maxwellin ajatteluun siinä mielessä hyvin, että esimerkiksi kirjeessään Gloucesterin piispalle hän painottaa, että yksittäisten raamatunjakeiden sijaan luonnontieteellä ja teologialla saattaa olla yhteneväisyyttä laajojen, abstraktien filosofisten ja teologisten ajatusten kautta – sellaisten ajatusten, kuten yhtenäisyys, jatkuvuus, symmetria ja järjestys. Ehkä suhdekin?

Tällaiseen ehdotukseen liittyy tietenkin monia kysymyksiä. Päällimmäinen on se, että ajatus vaikuttaisi olevan jonkinlainen konstruktio Maxwellin ajattelun osista ja sellaisen oikeutus on aina jossain määrin epävarmaa ja jonka perusteellinen analyysi ei ole tässä mahdollista. Oma perehtymiseni Maxwellin tuotantoon on toki vielä valitettavan vajavaista, mutta ainakaan mitään yksittäistä kiistatonta lainausta ei Torrancen ehdotuksen todisteeksi ole vielä eteeni muistaakseni tullut.

Vaikka ehdotuksessa olisi perääkin, voidaan edelleen kysyä, että jos kolminaisuusopi vaikuttikin jollain tavalla Maxwelliin, niin oliko se vain yksi sopivasti käsillä ollut ajatusrakennelma dogmien loputtomassa kavalkadissa, josta voi löytyä jälkiviisas ”peruste” mille tahansa luonnontieteen löydölle, kun vain tarpeeksi jaksaa etsiä?

Jos oli, niin kyseisessä menetelmässä kristillisen opin laatikosta voitaisiin poimia mitä vain mihin tahansa konfabulaation tarpeeseen. Toisaalta, kolminaisuus on koko kristinuskon keskeisin oppi kristologian ohella. Jos voi odottaa jonkin teologisen näkemyksen vaikuttavan kristityn tiedemiehen käsitykseen luonnosta, niin juuri se lienee otollisimpia.

Jälleen jos ehdotus olisi tosi, täytyisi silti selvittää, oliko Maxwellilla todellista valinnanvaraa? Tarvitsiko hän ylipäänsä mitään perustetta, jolla korostaa juuri suhdetta, vai oliko tällainen matemaattinen ratkaisu kuin narikan viimeinen takki valomerkin jälkeen: se vain työnnettiin hänelle kouraan, kun tieteelliset kilpakumppanit olivat jo kolunneet muut vaihtoehdot läpi? Jos oli, palaisimme taas post-hoc-selitysten pariin.

Niin mielenkiintoisia kuin nämä kysymykset ovatkin (ja voit itse ehdottaa kommenteissa lisää), perusteellinen selvitys siitä, vaikuttiko sähkömagneettisten yhtälöiden muodostukseen oppi kolminaisuudesta vai ei ja millä ehdoilla sillä on nykyajan ihmisille merkitystä, on kuitenkin jo toisenlaisen kirjoitelman aihe.

Kirjallisuutta:

Maxwell, James Clerk (1855). On Faraday’s Lines of Force.

Campbell, Lewis & Garnett, William (1997). The Life of James Clerk Maxwell, MacMillan and Co., Lontoo. Digitalisoitu kopio Sonnet Software Inc.

Lambert, Kevin (2011). The uses of analogy: James Clerk Maxwell’s ‘On Faraday’s lines of force’ and early Victorian analogical argument. British Journal for the History of Science. 44(1): 61–88.

Stanley, Matthew (2012). By design: James Clerk Maxwell and the evangelical unification of science. British Journal for the History of Science 45(1): 57–73.

Torrance, Thomas (1984). Transformation & Convergence in the Frame of Knowledge. Christian Journals Limited.

Kuva: Windell Oskay@Flickr.com. CC BY 2.0. Rajattu.

Kuva Maxwellista: Wikimedia Commons. PD.

Lisätty/vaihdettu kuvat 24.5.2017.