Eräs viime vuoden puhutuimmista ja palkituimmista elokuvista oli fyysikko Stephen Hawkingista kertonut ”Kaiken teoria”. Elokuvassa kuvattiin Hawkingin opiskelu- ja tutkijanuraa Oxfordissa ja Cambridgessa ja hänen taivaltaan kohti tieteellisiä läpimurtoja (vaikka itse tiede varsin pieneen sivuosaan jäikin).

Eräs Hawkingin – ja monen muun fyysikon, muiden muassa Albert Einsteinin – tavoittelema ja toistaiseksi saavuttamatta jäänyt tieteellinen unelma on elokuvan nimen mukainen kaiken teoria. Mutta mitä kaiken teorialla oikeastaan tarkoitetaan, ja mitä sen saavuttaminen merkitsisi?

Kaiken teoria fysiikassa

Fysiikassa kaiken teorialla tarkoitetaan yleensä teoriaa, joka kattaisi kaikki neljä alkeishiukkasten välillä vaikuttavaa perusvuorovaikutusta: vahvan vuorovaikutuksen, heikon vuorovaikutuksen, sähkömagneettisen vuorovaikutuksen ja gravitaation. Tällaisen teorian puitteissa pystyttäisiin oletettavasti kuvaamaan kaikki fysikaalisen maailman ilmiöt yhtenäisesti ja johdonmukaisesti.

Hiukkasfysiikan standardimalliin on jo onnistuttu yhdistämään kolme ensin mainittua perusvuorovaikutusta sekä kaikki tunnetut alkeishiukkaset, mutta suhteellisuusteoriaan pohjautuvaa gravitaatiota ei toistaiseksi ole saatu mahdutettua mukaan tähän kvanttikenttäteoriaan nojaavaan pakettiin. Toki standardimalliin liittyy muitakin ongelmia (muun muassa hiukkasten massan ennustamiseen ja pimeään aineeseen liittyviä), ja harva fyysikko pitää sitä lopullisena teoriana.

Vuonna 1980 Cambridgen yliopistossa pitämässään virkaanastujaispuheessa Hawking ennusti, että yhtenäisteoria, joka selittäisi ”kaikki mahdolliset havainnot” saatettaisiin saada aikaan jopa ennen vuosituhannen vaihdetta. Samassa yhteydessä hän tosin muistutti, että tällaisten ennustusten kanssa on oltava erittäin varovainen – ja oli näin jälkeenpäin katsottuna varovaisuudessaan oikeassa. Kaikki viittaa siihen, että lopullisen kaiken teorian saavuttamiseen on vielä matkaa.

Useita alustavia ehdokkaita on kyllä ilmaantunut. Eräitä vahvimmista kandidaateista ovat niin sanotut supersäieteoriat, jotka perustuvat ajatukselle, että alkeishiukkaset eivät olisikaan pistemäisiä vaan mikroskooppisen pieniä, yksiulotteisia säikeitä – niin pieniä, että ne vaikuttavat pisteiltä. Nämä säikeet värähtelisivät eri taajuuksilla useassa eri ulottuvuudessa, selittäen näin havaitsemiemme ilmiöiden moninaisuuden.

Supersäieteorioiden ongelmana on, että niiden antamia ennusteita ei pystytä varmentamaan kokeellisesti, sillä suurin osa teorian kuvaamista 10 ulottuvuudesta on empiiristen havaintojen ulottumattomissa, käpertyneenä kokoon äärimmäisen pieniksi avaruuksiksi. Sama hankaluus koskee uudempia säieteorioita, 11-ulotteista M-teoriaa ja 12-ulotteista F-teoriaa. Myös Hawking totesi vuonna 2002 siirtyneensä skeptikkojen leiriin ja uskovansa, ettei kaiken teoriaa tulla koskaan löytämään.

Kaiken teorian haasteita

Jos kuitenkin kävisi niin, että fyysikot onnistuisivat jonakin päivänä muotoilemaan teorian, joka yhdistäisi kaikki perusvuorovaikutukset ja kaikki fysikaaliset ilmiöt, olisiko se kuitenkaan todella kaiken teoria? Selittäisikö se kaiken, mitä maailmassa on? Filosofian näkökulmasta (samaan päätelmään tosin päästään ihan maalaisjärkeä käyttämällä) katsottuna vastaus on selkeä ”ei”, muutamasta syystä.

Ensimmäinen ongelma on käytännöllinen. Toistaiseksi esitetyt kandidaatit kaiken teoriaksi ovat varsin monimutkaisia rakennelmia eikä niitä ole mahdollista ymmärtää ilman perusteellista fysiikan tuntemusta. Siksi on syytä olettaa, että vaikka tulevaisuudessa onnistuttaisiin muotoilemaan teoria, joka olisi fysiikan mielessä kaiken teoria, tuloksena olisi vain jokin äärimmäisen vaikeaselkoinen yhtälöryhmä, josta suurin osa ihmisistä ei ymmärtäisi hölkäsen pöläystä. Voisiko tällaista teoriaa, joka ei hetkauttaisi tavallisen tallaajan elämää millään lailla, todella kutsua maailmankaikkeuden salaisuudet paljastavaksi kaiken teoriaksi?

Hawkingkin on myöntänyt tämän ongelman. Hänen mukaansa todellisen kaiken teorian olisi oltava selkeä ja ymmärrettävä – vähintäänkin yleisellä tasolla – kaikille, ei vain muutamille asiaan perehtyneille fyysikoille. Tällöin jokainen voisi osallistua keskusteluun maailmankaikkeuden perimmäisestä tarkoituksesta. Hawkingin mukaan nimenomaan sen selvittäminen, miksi mitään ylipäätään on olemassa, olisi ihmisjärjen suurin saavutus. Hän vertaa tätä kaikkeuden arvoituksen ratkaisemista ”Jumalan mielen” tuntemaan oppimiseen.

Hawking lienee oikeassa siinä, että mahdollisen kaiken teorian, kuten fysiikan teorioiden yleensäkin, olisi syytä olla mahdollisimman elegantti ja selkeä. Kauneinkin fysiikan teoria on kuitenkin loppujen lopuksi vain fysiikan teoria. Tämä johtaa toiseen kaiken teoriaa koskevaan ongelmaan. On vaikea nähdä, kuinka matematiikasta tai fysiikasta voitaisiin mitenkään edetä kysymyksiin kuten ”Miksi maailmankaikkeus on olemassa?”, ”Miksi kykenemme ymmärtämään todellisuutta?” tai ”Mikä on elämän tarkoitus?” Nämä ovat kysymyksiä, jotka eivät ratkea matemaattisten kaavojen avulla.

Kolmas kaiken teoriaan liittyvä hankaluus on, että vaikka fyysikot onnistuisivatkin jonain päivänä muotoilemaan teorian, joka yhdistäisi kaikki tuona hetkenä tunnetut vuorovaikutukset, emme silti voisi olla varmoja, olisiko tämä ”kaiken teoria” todella teoria kaikesta – edes kaikesta fysiikasta.  On nimittäin mahdollista, että myöhemmin vuorovaikutuksia havaitaan lisää ja koko homma menee uusiksi. Tämä onkin eräs kaikenlaisten kaiken teorioiden ongelma: minkään teorian on itse äärimmäisen vaikeaa todistaa, että mitään sen ulkopuolista ei ole olemassa.

Lisäksi on huomattava, että ajatus niin sanotusta vahvasta reduktionismista, jonka mukaan kaikki maailmassa tapahtuva voidaan lopulta pelkistää fysiikan kuvaamiin vuorovaikutuksiin tai ilmaista fysikaalisen kaiken teorian avulla, on hyvin kyseenalainen. On esitetty, että todellisuus olisi itse asiassa monitasoinen rakennelma, jossa ylempien tasojen (esimerkiksi biologian) toimintaa ei voi täysin ennustaa alempien tasojen (fysiikan) perusteella. Ylemmät tasot voivat vaikuttaa alempiin tai toisiinsa. Todellisen kaiken teorian tulisikin ottaa huomioon todellisuuden kaikki tasot.

Kaiken teoria ja teologia

Lopullinen totuus näyttäisi siis joka tapauksessa olevan luonnontieteiden saavuttamattomissa. Ratkeaisiko kaikkeuden arvoitus kenties jotenkin filosofian tai teologian avulla? Oletus lienee, että teologialla ja uskonnoilla on ainakin jotain sanottavaa elämän tarkoituksesta ja maailmankaikkeuden alkuperästä. Kuinka teologia voisi auttaa kaiken teorian metsästäjiä ”Jumalan mielen” tavoittamisessa?

On toki huomautettava, että Hawking ei käsitä ”Jumalan mieltä” kovin kirjaimellisesti vaan pitää sitä pikemminkin vain yhtenä nimityksenä olemassaolomme syylle. Olin syksyllä 2010 kuuntelemassa Hawkingin luentoa Lontoossa, tuoreeltaan hänen kirjansa The Grand Design julkaisun jälkeen. Kirjassaan Hawking oli todennut, ettei Jumalalle modernin fysiikan aikakaudella ole enää tarvetta, sillä fysiikka itsessään selittää kaiken. Heti luennon aluksi tilaisuutta isännöinyt fyysikko Jim Al-Khalili teki kuitenkin selväksi, ettei Hawking ole kiinnostunut ottamaan kantaa Jumalan olemassaoloon suuntaan tai toiseen. Hawkingille, aivan kuten matemaatikko Pierre-Simon de Laplacelle vuosisatoja aiemmin, Jumala on siis tarpeeton hypoteesi.

Klassisen kristillisen teologian näkökulmasta katsottuna tilanne on täysin päinvastainen: Jumalan olemassaolo on itsestään selvä tutkimuksen lähtökohta, johon kaikki muu suhteutetaan (tai ehkä olisi parempi puhua klassisen kristinuskon näkökulmasta; teologian tekeminenhän ei välttämättä vaadi olettamaan Jumalasta mitään). Kristillisessä teologiassa mikään teoria, joka ei ota Jumalaa huomioon, ei voi olla kaiken teoria – vaikka se yhdistäisi miljoona fysikaalista vuorovaikutusta. Kaiken teorian on selitettävä kaikki. Sen on siis erityisesti selitettävä Jumala, joka kristillisen opin mukaan on kaikki, ”A ja O, alku ja loppu” (Ilm. 1:8).

Lisäksi, koska ainoastaan Jumala on kaikkitietävä, voidaan perustellusti väittää, että minkäänlaista teoriaa, joka selittäisi kaiken, ei ole koskaan mahdollista saavuttaa ihmisvoimin, ”sillä tietomme on vajavaista” (1. Kor. 13:9) ja toistaiseksi ”näemme kuin kuvastimessa, arvoituksen tavoin” (1. Kor. 13:12). Arvoitus ratkeaa ja todellinen kaiken teoria paljastuu vasta aikojen lopulla, kun näemme kaikkitietävän Jumalan ”kasvoista kasvoihin”. Onko Jumala sitten itse ”kaiken teoria”, kaiken perimmäinen selitys?

Filosofi Nicholas Rescher on listannut viisi ominaisuutta, jotka kaiken teorian on täytettävä: 1) riittävän syyn periaate (jokaisella tosiasialla on selitys), 2) kattavuus (teoria selittää kaikki tosiasiat), 3) lopullisuus (teoriaa ei selitä mikään toinen teoria vaan se selittää itse itsensä), ja 4) ei-kehällisyys (mikään tosiasia ei voi selittää itseään). Rescher huomauttaa, että selittäminen on tässä ymmärrettävä teoriasta seuraavana selitysvoimana, ei suorana syy–seuraus-ketjuna, sillä muuten ei-kehällisyyden periaate olisi ristiriidassa kattavuuden ja lopullisuuden periaatteiden kanssa (teoria olisi yhtäältä itsensä selitys, mutta ei toisaalta saisi olla itsensä selitys).

Nähdäkseni klassisen kristillisen teologian kuvaama Jumala täyttää Rescherin asettamat ehdot. Jumala on kaikkien tosiasioiden perimmäinen syy. Hänen olemassaolonsa selittää kaiken. Silti teorian yksityiskohdat näyttävät toistaiseksi jäävän meiltä hämärän peittoon, sillä ihmisjärki on kykenemätön tavoittamaan Jumalan ääretöntä mieltä. Tällainen ajattelu on toki altis ”Jumala selittää kaiken mahdollisen eikä siksi mitään” -tyyppisille vasta-argumenteille, ainakin jos Jumala pyritään näkemään teorioiden kanssa kilpailevana selityksenä. Toisaalta kristinusko ei koskaan olekaan käsittänytkään Jumalaa tieteellisenä teoriana vaan jonakin paljon kokonaisvaltaisempana maailmanselityksenä, kaiken ”alkuna ja loppuna”. Tästä lähtökohdasta Jumala voidaan nähdä kaiken teoriana.

Kristillisen teologian piirissä Jumalaa kaiken olevaisen perimmäisenä syynä on puolustanut esimerkiksi Richard Swinburne. Hän ei puhu suoraan kaiken teoriasta, mutta pyrkii kumulatiivisen Jumala-argumenttinsa avulla osoittamaan, että Jumala on kaiken olevaisen todennäköisin selitys. Swinburnen mukaan Jumala-hypoteesi peittoaa esimerkiksi puhtaan tieteellisen selityksen siksi, että tiede ei kykene selittämään universumimme alkua eikä luonnonlakien syntyä vaan joutuu ottamaan ne annettuna. Jumala sen sijaan selittää kaiken, ja etenkin kristillinen teismi on yksinkertaisuutensa ja selitysvoimansa ansiosta ylivertainen.

Onko kaiken teorian metsästys siis turhaa? Luultavasti, jos tavoitteena on selittää aivan kaikki. Jos taas haetaan selitystä vain fysikaalisen maailman ilmiöille, metsästys voi tuottaa saalistakin. Äärimmäisen mielenkiintoista asian pohtiminen joka tapauksessa on.

Kirjallisuutta

Barrow, John D. New Theories of Everything. Oxford: Oxford University Press 2007.

Hawking, Stephen. Black Holes and Baby Universes and Other Essays. New York: Bantam Books 1993.

Hawking, Stephen. The Theory of Everything. The Origin and Fate of the Universe. New York: New Millennium Press 2002.

Hawking, Stephen. ”Gödel and the End of Physics”. Dirac Lecture, University of Cambridge 20.7.2002.

Oerter, Robert, The Theory of Almost Everything. The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. New York: Pi Press 2005.

Rescher, Nicholas. “The Price of an Ultimate Theory”. Teoksessa Studies in Metaphilosophy. Collected Papers IX. Heusenstamm: Ontos Verlag 2006. 65–84.

Weinberg, Steven. Dreams of a Final Theory. The Scientist’s Search for the Ultimate Laws of Nature. New York: Vintage Books 1993.

White, Alan. Toward a Philosophical Theory of Everything. Contributions to the Structural-Systematic Philosophy. London: Bloomsbury Academic 2014.

Kuva: Disney | ABC Television Group@Flickr.com. CC BY-ND 2.0.