Luonnon vakiot ovat modernin tieteen peruspilareita. Ne määrittävät gravitaation voimakkuuden, valon nopeuden, atomien käyttäytymisen ja radioaktiivisen hajoamisen aikaskaalat. Ilman oletusta vakioiden pysyvyydestä emme voisi rakentaa ennustettavaa tiedettä. Tässä luennossa kysymys ei kuitenkaan ole siitä, ovatko luonnon vakiot “vääriä”, vaan siitä, mitä tarkalleen ottaen tarkoitamme sanalla vakio.

Historiallisesti ajatus ikuisista ja muuttumattomista laeista juontuu antiikin filosofiaan. Pythagoras ja hänen seuraajansa näkivät fyysisen maailman taustalla ikuisen matemaattisen todellisuuden. Platon puhui arkkityyppisestä ideamaailmasta, jonka heijastuksia aistimaailman muodot ovat. Atomistit puolestaan ajattelivat todellisuuden koostuvan ikuisista, jakamattomista perusosista. Näissä kaikissa malleissa oletus pysyvyydestä oli keskeinen.

Tieteellisen vallankumouksen myötä tämä ajatus vahvistui. Isaac Newtonin saavutuksia pidettiin kykynä lukea “Jumalan mieltä”. 1600-luvulla syntyi käsitys, että ihminen voi löytää absoluuttisia totuuksia luonnosta. Tämä maailmankuva oli poikkeuksellisen hedelmällinen, mutta se sisälsi myös oletuksen, jota harvoin kyseenalaistettiin: että luonnon lait ovat ajattomia ja muuttumattomia.

Moderni kosmologia on kuitenkin tuonut tähän kuvaan säröjä. Alkuräjähdysteoria olettaa, että maailmankaikkeus on kehittyvä järjestelmä. Tästä nousee looginen kysymys: jos kaikki muu kehittyy, miksi eivät luonnon lait ja vakiot?Fyysikot ovat kutsuneet tätä ongelmaa joskus nimellä “give us one free miracle” – annetaan alkutilanne, mutta oletetaan sen jälkeen täydellinen pysyvyys.

Luennossa siirrytään konkreettisiin mittauksiin. Radioaktiivisten isotooppien puoliintumisaikoja on pitkään pidetty muuttumattomina. Plutonium-239:n puoliintumisaika on noin 24 000 vuotta ja hiili-14:n 5730 vuotta. Kuitenkin Purdue-yliopiston fyysikot Jere Jenkins ja Ephraim Fischbach julkaisivat vuonna 2008 tutkimuksia, joiden mukaan joidenkin isotooppien hajoamisnopeus näyttää korreloivan Auringon aktiivisuuden ja Maan etäisyyden kanssa.

Esimerkiksi mangaani-54:n puoliintumisaika vaihtelee Auringon aktiivisuuden mukaan, ja pii-32:n sekä radium-226:n hajoamisessa on havaittu vuodenaikaisvaihtelua. Näitä tuloksia ei ole laajasti hyväksytty uutena fysiikkana, mutta ne ovat herättäneet kysymyksen siitä, kuinka absoluuttisia puoliintumisajat todellisuudessa ovat.

Venäläinen tutkija Simon Shnoll vei asian vielä pidemmälle. Hänen tutkimusryhmänsä julkaisi yli 40 vuoden aikana aineistoa, jonka mukaan fysikaalisissa, kemiallisissa ja biologisissa prosesseissa esiintyy hienorakenteista vaihtelua, jota ei voi selittää mittausvirheillä. Tämä haastaa oletuksen puhtaasta satunnaisuudesta luonnossa.

Luennossa käsitellään myös klassisia vakioita. Gravitaatiovakion mittauksissa on havaittu jopa 1,1 prosentin vaihtelua vuosien 1973–2010 välillä. Tutkija John D. Anderson löysi korrelaation Maan pyörimisnopeuden vaihtelun kanssa. Samoin valonnopeuden mittaushistoria osoittaa, että arvo vaihteli merkittävästi ennen kuin metri määriteltiin valonnopeuden avulla – ratkaisuna, joka poisti ongelman määritelmän tasolla.

Tässä kohtaa luento tuo mukaan morfisen resonanssin käsitteen. Biologi Rupert Sheldraken mukaan luonnon järjestelmillä on muistia: kun jokin rakenne, prosessi tai muoto on esiintynyt aiemmin, sen toistuminen helpottuu. Tässä mielessä luonnon vakiot eivät olisi ikuisia sääntöjä, vaan vakiintuneita tapoja.

Sheldraken ajatus ei ole valtavirtaa, mutta se resonoi muiden teoreettisten mallien kanssa. Fyysikko David Bohm esitti käsitteen kvanttipotentiaalista, joka ohjaa hiukkasten käyttäytymistä ei-paikallisesti. Tällöin luonnon järjestys ei ole pelkästään paikallisten voimien summa, vaan syvemmän rakenteen ilmentymä.

Luennossa käsitellään myös faasitransitioita. Kun aine alittaa maailmankaikkeuden taustalämpötilan tai siirtyy äärimmäisiin olosuhteisiin, se menettää klassisen luonteensa ja alkaa noudattaa kvanttimekaniikan lakeja. Tämä osoittaa, että “aineen käyttäytyminen” ei ole yksi asia, vaan riippuu kontekstista.

Lopulta kysymys ei ole siitä, ovatko luonnon vakiot virheellisiä, vaan siitä, ovatko ne perimmäisiä. Ovatko ne todellisuuden syvin taso vai emergenttejä ominaisuuksia, jotka nousevat syvemmästä järjestyksestä? Tiede ei ole vielä vastannut tähän.

Tämä videodokumentti ei pyri kumoamaan fysiikkaa. Sen tarkoitus on muistuttaa, että myös tieteen perustukset ovat historiallisia – ja että juuri näiden perustusten tutkiminen on vienyt tiedettä eteenpäin kautta aikojen.