maanantai 15. maaliskuuta 2021

Mitä tarkoittaa "Evolutionary Creation" ?

Francis Collins
(Wikimedia)
"Evolutionary Creation" on BioLogos-järjestön käyttämä termi, joka voitaisiin suomentaa vaikkapa "evolutiivinen luominen". Käsite kertoo siitä, että he näkevät evoluution Jumalan luomistyönä. Järjestön tarkoituksena on edistää näkemystä, jonka mukaan kristillinen usko ja tiede ovat sopusoinnussa keskenään. Mukana olevat tiedemiehet ja -naiset ovat aivan tavallisia tieteen harjoittajia sillä täsmennyksellä, että heillä on kristillinen elämän­katsomus. Kyse ei siis ole mistään 'erilaista tiedettä' harjoittavien tai puolustavien henkilöiden yhdistyksestä ja evoluutio­tutkimuksessakin he arvostavat ihan normitieteen menetelmiä ja tuloksia. Järjestön toimintaan osallistuu luonnontieteilijöiden lisäksi myös mm. teologeja, filosofeja ja historian asiantuntijoita.

Järjestön perustaja Francis Collins on yhdysvaltalainen lääkäri ja geneetikko. Hän on toiminut Human Genome Projektin johdossa ja on vuodesta 2009 alkaen ollut Yhdysvaltain terveysviraston (National Institutes of Health) pääjohtajan virassa.

Francis Collins käytti termiä BioLogos vaihtoehtona termille teistinen evoluutio vuonna 2006 julkaistussa kirjassaan The Language of God. Lopulta termistä BioLogos tuli kuitenkin nimi järjestölle ja he käyttävät nyt termiä Evolutionary Creation kuvaamaan näkemystään Jumalan luomistyöstä.

Esittelen seuraavassa tiivistetysti, miten he määrittelevät tämän näkemyksen ja uskonsa. Nämä ovat peräisin heidän sivuiltaan löytyvästä tekstistä "What is evolutionary creation?", johon löytyy linkki lopusta. Käytän lyhennettä EC, kuten heidänkin sivuillaan usein tehdään. Käännökset eivät ole sanatarkkoja (esim. eivät ole 'me' muodossa), mutta yritin olla muuttamatta ajatusta. Ensin perusasiat: 

Jumala on luonut kaiken ja ylläpitää kaikkea. Jumalalla on luomisessa tarkoituksensa, aivan kuin meidän elämässämmekin. Jumala on kolmiyhteinen, Jeesus täysi ihminen ja Jumala ja Jeesus on noussut kuolleista. Ihminen on luotu Jumalan kuvaksi ja kaikki ihmiset ovat luonnolliselta olemukseltaan syntisiä. Ihminen pelastuu Jumalan armosta yksin uskon kautta Kristukseen.

Sitten evoluutiosta:

EC-näkemyksen mukaan evoluutioteoria on paras tieteellinen selitys sille, miten elämä maapallolla on muuttunut aikojen kuluessa. Biologiassa evoluutiolla tarkoitetaan lajien polveutumista toisistaan vähittäisen muuttumisen kautta. Siihen sisältyy ajatus, että kaikki lajit ovat polveutuneet yhteisestä esi-isästä. Siksi EC-näkemyksessäkin hyväksytään tieteellinen todistusaineisto siitä, että kaikki elämä maapallolla on sukua toisilleen, myös ihmiset. Tämä näkemys ei kuitenkaan mitätöi Raamatun opetusta meissä olevasta Jumalan kuvasta. 

Miksi BioLogos järjestö ei sitten käytä termiä "teistinen evoluutio"? Sitä he selittävät tällaisilla perusteluilla:

He haluavat korostaa ensinnäkin olevansa perimmmiltään kreationisteja [oikein ymmärrettynä, suom. huom.]. Jumala loi kaiken. Sana 'evolutionary' on vain luomista kuvaileva määre, jossa samalla ilmaistaan evoluutioteorian hyväksyminen parhaana tieteellisenä selityksenä elämän moninaisuudella ja yhteisille piirteille. 

Toisekseen termi "teistinen evoluutio" on heidän mielestään eräässä mielessä hiukan ongelmallinen. Eihän puhuta "teistisestä kemiasta" tai "teistisestä fysiikasta". Tuontapaiset termit voisivat viitata jonkinlaiseen erityiseen versioon tieteellisistä tosiasioista. BioLogos-järjestössä hyväksytään se, että tieteen menetelmät Jumalan luomistyön tutkimisessa ovat tehokkaita. Mutta kun katsellaan tieteen paljastamia asioita uskon silmälasien läpi, voidaan saada vielä täydellisempi kuva todellisuudesta.

Kolmanneksi monet ovat syyttäneet teistisen evoluution kannattajia deismistä. Sehän on näkemys, jonka mukaan Jumala loi maailman ja luonnonlait, mutta ei enää toimi aktiivisesti luomakunnassa sitä halliten. Tällainen on hyvin kaukana BioLogos-järjestön näkemyksistä. He hyväksyvät raamatulliset ihmeet, joista ylösnousemus on keskeisin, uskovat rukousvastauksiin ja ihmeiden lisäksi siihen, että Jumala käyttää luonnollisia prosesseja tarkoitustensa toteuttamiseksi.

Silti EC tietenkin tarkoittaa tietynlaista teististä evoluutionäkemystä ja olen heidän sivuiltaan löytänyt myös sellaisia määrittelytapoja. 

BioLogos-järjestössäkään ei luonnollisesti ajatella kaikista asioista samalla tavalla. Tällaisia kysymyksiä ovat esim. se, mitä tarkoitetaan "Jumalan kuvalla" meissä. Myös on erilaisia näkemyksiä siitä, miten olisi tulkittava Raamatun kertomus Adamista ja Eevasta - olivatko he historiallisia henkilöitä vai edustavatko vertauskuvallisesti koko ihmiskuntaa jne. 

Tieteellisissä näkemyksissäkin on eroja järjestön sisällä. Kaikki hyväksyvät polveutumisen yhteisistä esivanhemmista, mutta siitä, mitkä biologiset mekanismit vievät evoluutiota eteenpäin, on erilaisia mielipiteitä. Elämän synnyn jotkut näkevät tapahtuneen yliluonnolisen ihmeen kautta, toiset taas ajattelevat erilaisia luonnollisia selityksiä, kuitenkin Jumalan kaitselmuksen alla.

Miten EC-näkemys sitten eroaa ID-näkemyksestä (Intelligent Design), jonka mukaan luonnosta löytyy paljon sellaista, joka viittaa "älykkään suunnittelijan" ihmeenomaisiin tekoihin, suoraan puuttumiseen normaaleihin prosesseihin? Sitä yritetään ID-liikkeessä todistaakin luonnosta löytyvillä yksityiskohdilla. Siihen löytyy vastaus mm. tekstissä "How is Evolutionary Creation different from Evolutionism, Intelligent Design, and Creationism?", johon myös linkki lopussa. Vapaana suomennoksena siitä lainaus:

BioLogoksessa uskomme, että älykäs Jumalamme suunnitteli maailmankaikkeuden, mutta emme näe tieteellisiä emmekä raamatullisia syitä luopua luonnonmukaisten selitysten etsimisestä luonnonilmiöille. Ne ovat tapoja, joilla Jumala hallitsee ja ohjaa luomaansa maailmaa. Uskomme, että tieteelliset selitykset täydentävät teologista käsitystä Jumalasta maailmankaikkeuden suunnittelijana, luojana ja ylläpitäjänä.

_________


Minusta ylläkerrottu tapa, jolla EC-näkemyksen edustajat vetävät rajan ID-linjan suuntaan, kuulostaa hyvältä. Ei sanota liiallisella varmuudella, että kaikelle varmasti löytyy luonnollinen selitys, mutta nähdään tieteen mahdollisuudet edistyä ja täyttää tietämyksessä olevia aukkoja. ID-linjalla taas pyritään paremminkin löytämään kohtia, joissa evoluutioteoria voidaan osoittaa toimimattomaksi tai riittämättömäksi. Jotkut heistä tosin katsovat olevansa teistisen evoluution edustajia - siinä tapauksessa "teistinen" sisältää nuo puuttumiset luonnonmukaisiin prosesseihin. BioLogos-järjestö määrittelee oman linjansa, mutta he haluavat edistää rakentavaa keskustelua eri tavalla ajattelevien kristittyjen kesken. Näihin pyrkimyksiin on helppo yhtyä.
 

Lähteitä :


torstai 25. helmikuuta 2021

Tuli ilta ja tuli aamu

Jumala sanoi: "Viliskööt vedet eläviä olentoja ja lennelkööt linnut ilmassa taivaankannen alla". Niin Jumala loi suuret meripedot ja kaikki muut elävät olennot, joita vedet vilisevät, sekä kaikki siivekkäiden lajit. Jumala näki, että niin oli hyvä. Hän siunasi ne sanoen: "Olkaa hedelmälliset ja lisääntykää ja täyttäkää meren vedet, ja linnut lisääntykööt maan päällä." Tuli ilta ja tuli aamu, näin meni viides päivä.

Maapallolla on tapahtunut jotain, jota voisi verrata Raamatun viidennen ja kuudennen luomispäivän väliseen yöhön. Tarkoitan n. 66 mvs tapahtunutta katastrofia tai silloin alkaneita katastrofeja ja muutoksia, jotka erotttavat nykyisen maailmankauden edellisestä. 

Kuitenkin vain vertaan, sillä Raamattu ei ole tiedekirja, vaan kertoo luomisesta omalla tavallaan. Tavassa, jolla Raamattu kertoo kuudesta luomispäivästä ja aina niiden jälkeen tulleesta illasta ja aamusta on silti jotain samankaltaista, kuin maapallolla vallinneissa erilaisissa aikakausissa, jotka usein päättyvät jonkinlaiseen murrosvaiheeseen ja sitä seuraavaan uuteen alkuun. Niinpä haluan tässä artikkelissa myös hiukan rinnastaa viidettä ja kuudetta luomispäivää kahteen viimeisimpään maailmankauteen samalla kun tarkastelen tiedemiesten tutkimustuloksia erityisesti niiden rajalta. Ihan vaan pitääkseni mukana sitäkin näkökulmaa, että Jumala on kaiken luoja. Raamatun luomispäivien ja geologisten aikakausien vertailu on kuitenkin todellisuudessa kuin runon ja kuivan asiatekstin vertailua. Ei niitä voi kohta kohdalta sovittaa toisiinsa, koska esitystapa on niin erilainen.

Elämän keskiaika

Mesotsooinen maailmankausi eli elämän keskiaika oli geologinen ajanjakso noin 252–66 miljoonaa vuotta sitten.  

Maailmankausi tunnetaan dinosaurusten ja muiden matelijoiden valtakautena. Vedet kuhisivat kaloja ja loppupuolella linnutkin jo lentelivät (lentoliskojen ohella). Suuria meripetojakin oli. Dinosauruksista ja matelijoista Raamattu ei puhu, mutta muuten tilannetta voisi verrata viidenteen luomispäivään. 

Kauden päätti suuri joukkotuho. Dinosaurukset ja lentoliskot hävisivät silloin, mutta osa muiden pääryhmien lajeista selviytyi. Joukkotuhon syyt ja siitä kerrostumiin jääneet merkit ovat hyvin kiinnostava aihe, siitä seuraavassa enemmän.

Yö aikakausien rajalla


Taiteilijan näkemys asteroidin iskeytymisestä
Jukatanin niemimaalle (kuva Wikimedia)

66 miljoonaa vuotta sitten suuri asteroidi iskeytyi Mesoamerikassa sijaitsevalle Jukatanin niemimaalle synnyttäen 150 km leveän ja 20 km syvän kraatterin. Kraatterin keskus on merellä, lähellä Chicxulub nimistä kaupunkia ja se ulottuu kaupungin alle. Siksi puhutaan Chicxulubin kraaterista.

Kraatterin synnyttänyt asteroidi oli laskelmien mukaan läpimitaltaan 11–81 kilometriä. Asteroidi synnytti törmätessään maanjäristyksiä, tulipaloja ja tsunameita. Ilmakehään joutuneet ainekset pimensivät auringon pitkäksi aikaa. Ilmasto muuttui koko maapallolla, lämpötilat laskivat. Meristä hävisi yhteyttävä plankton, mikä sai monet planktonia syövät eläimet menehtymään. Maakasvit kuolivat laajoilla alueilla, mikä sai kasvissyöjät ja edelleen niistä riippuvaiset petoeläimet kuolemaan nälkään.

Pidetään todennäköisenä, että juuri tämä törmäys aiheutti dinosaurusten tuhon. Muitakin syitä on tosin etsitty. Toisen teorian mukaan samoihin aikoihin maapallolle iskeytyi useita muitakin asteroideja ja kyse oli yhteisvaikutuksesta. Muita, mutta pienempiä, kraatereita samalta ajalta onkin löydetty. On myös ehdotettu, että muualla maapallolla samoihin aikoihin tapahtuneet vulkaaniset ilmiöt olisivat olleet osatekijöinä. Deccanin ylängöllä Intiassa tapahtui välillä 63-67 mvs valtavia laavapurkauksia, joissa laavaa tuli kahden kilometrin paksuudelta 500 000 kmalueelle.

Jäljet kerrostumissa


Vaalea kerrostuma K/Pg-rajalla Coloradossa, USA:ssa.
Credit: Kirk Johnson, Denver Museum of Nature & Science

Suuret muutokset jättävät yleensä jäljet geologisiin kerrostumiin. Mesotsooisen maailmankauden lopun muutokset näkyvät niissä harvinaisen selvästi monella puolella maailmaa. Puhutaan K/Pg-rajasta, vanhalta nimeltään K/T-rajasta. Raja on monin paikoin selvästi nähtävissä muillekin, kuin kaivauksia tekeville ammattilaisille. Esimerkiksi kuvan paljastuma sijaitsee valtatien Interstate 25 varrella lähellä Coloradon ja New Mexicon rajaa.

[ K viittaa mesotsooisen maailmankauden viimeiseen ajanjaksoon, liitukauteen, liitua tarkoittavan saksankielisen sanan 'kreide' kautta. Pg taas viittaa paleogeeniin, seuraavan maailmankauden ensimmäiseen ajanjaksoon. T tulee sanasta 'tertiääri', joka on vanha nimitys, joka tarkoittaa suurinta osaa uudesta maailmankaudesta. ]

Vuonna 1980 tutkijat huomasivat, että K/Pg-rajan kerrostumat sisältävät useita kymmeniä kertoja normaalia suuremman määrän iridiumia. Iridium on hyvin harvinainen alkuaine maankuoressa, mutta asteroideissa ja komeetoissa sitä on runsaasti. Se viittaasi asteroiditörmäykseen. Kun lisäksi Meksikonlahden rannoilla huomattiin jälkiä suuresta tsunamista, alettiin etsiä merkkejä iskeytymiskohdasta lähialueilta. Jo aiemmin öljynetsinnän yhteydessä huomattua Chicxulubin kraatteria tutkittiin tarkemmin vuonna 1990 ja saatiin todisteita, että se oli nimenomaan asteroiditörmäyksen aiheuttama. Näin iridiumin todennäköinen lähde oli löydetty.

K/Pg-raja on ajoitettu radiometrisesti. Tämäntyyppisiin kerrostumiin yleisesti käytettyä argon-argon menetelmää on 2000-luvulla saatu tarkennettua muiden radiometristen menetelmien avulla, mm. uraani-lyijy -menetelmällä. Nykyinen laskelma antaa tälle aikakausien rajalle iän 65.95 miljoonaa vuotta, +/- 40 000 vuotta.

K/Pg-raja on selvästi erotettavissa ja dinosaurukset löytyvät järjestään sen alapuolella olevista kerrostumista. Tämä puhuu hyvin vakuuttavaa kieltä siitä, milloin dinosaurukset elivät ja milloin ne hävisivät. Erään dinosauruksen fossiloituneita jäännöksiä on tosin löydetty Hell Creek -muodostumasta USA:sta hieman rajan yläpuolella olevista kerrostumista, ajallisesti vastaten noin 40 000 vuotta. New Mexicon ja läheisen Coloradon alueen tietyistä muodostumista on löytynyt myös dinosaurusjäänteitä, jotka on ajoitettu K/Pg-rajan uudemmalle puolelle, paleogeenikauden alkuun. Yleinen mielipide on kuitenkin, että fossiilit ovat voineet joutua eroosion paljastamiksi ja peittyneet myöhemmin uudempiin kerrostumiin. Mutta vaikka nämä poikkeukselliset ajoitukset saataisiinkin vahvistettua, se ei vaikuta kokonaiskuvaan ratkaisevasti. 

Elämän uusi aika

Mesotsooisen maailmankauden jälkeen alkoi kenotsooinen maailmankausi eli elämän uusi aika, joka jatkuu edelleen.

Jumala sanoi: "Tuottakoon maa kaikenlaisia eläviä olentoja, kaikki karjaeläinten, pikkueläinten ja villieläinten lajit." Ja niin tapahtui. Jumala teki villieläimet, karjaeläimet ja erilaiset pikkueläimet, kaikki eläinten lajit. Ja Jumala näki, että niin oli hyvä.  

Mesotsooisen maailmankauden päättäneen suuren joukkotuhon jälkeen elämä alkoi taas ihmeellisesti elpyä, "maa tuotti" eläviä olentoja. Jäljelle jääneet, siihen asti vielä melko pienikokoiset nisäkkäät alkoivat täyttää dinosauruksilta jäänyttä ekologista aukkoa. Niiden koko kasvoi nopeasti ja uusia lajeja syntyi. Istukalliset nisäkkäät, joita mm. "karjaeläimet" ja yleensäkin enemmistö nykyisistä nisäkkäistä ovat, saivat ilmeisesti alkunsa alkaneella uudella aikakaudella, ainakaan toistaiseksi niistä ei ole löydetty todisteita dinosaurusten ajalta.  

Jääkautista eläimistöä (Kuva Wikimedia)

Elämän kehitys ja uusiutumiskyky herättää ihmetystä ja kunnioitusta. Tiede on selvittänyt paljonkin elämän historian erilaisista vaiheista, mutta ei anna kuitenkaan perimmäistä vastausta siihen, miten tämä kaikki voi olla mahdollista. Raamatun alkulehdiltä löydämme toisen kuvauksen, joka ohjaa meitä antamaan kunnian kaiken Luojalle.

Lähteitä:

Wikipedia, Chicxulub crater



perjantai 19. helmikuuta 2021

Dinosaurusten ajan nisäkkäät

Ensimmäiset dinosaurukset elivät jo triaskauden lopulla, noin 230 mvs, mutta niiden varsinainen kukoistuskausi oli jurakaudella (206 - 144 mvs) ja liitukaudella (144 - 66 mvs).

Jo jurakauden alun kerrostumista löytyy nisäkkäitä muistuttavien eläinten fossiileja, jopa triaskauden lopultakin. Ne ja monet myöhemmät jurakautiset löydöt ovat usein luokittelu­mielessä rajatapauksia, hyvin lähellä nisäkäitä, mutta eivät kuitenkaan niihin luettuja. Seassa on sitten varsinaisiksi nisäkkäiksi katsottuja lajeja, jotka yleistyvät liitukaudella. Tarkka erottaminen on usein vaikeaa, monessa tapauksessa luokitteluja on korjailtu ensimmäisistä arvioista jompaan kumpaan suuntaan.

Keräsin tähän artikkeliin kuvia ja tietoja joistain nisäkkäille läheisistä lajeista ja varsinaisista nisäkkäistä, jotka kaikki elivät dinosaurusten hallitsemassa maailmassa. Nämä voidaan yhdistää luokittelun  Mammaliaformes, "nisäkkäiden muotoiset", alle.

Nisäkkäille läheisiä lajeja

Morganucodon watsoni (Kuva Wikimedia)

Morganucodon oli noin hiiren kokoinen, todennäköisesti karvapeitteinen eläin. Tähän sukuun kuuluvia fossiileja on löytynyt runsaasti Walesista ja muualtakin Euroopasta sekä Kiinasta ja Pohjois-Amerikasta. Vanhimmat fossiilit ovat noin ajalta 205 mvs ja niitä on löytynyt vielä jurakauden puolivälin paikkeiltakin. Ne olivat siis varsin menestyksekkäitä. Ruokavalion arvellaan koostuneen hyönteisistä. Poikasilla on ollut hampaaton vaihe "maitohampaiden" ja pysyvien hampaiden välissä ja uudet hampaat ovat kasvaneet nuorelle eläimelle nopeasti. Tästä nisäkäsmäisestä piirteestä on päätelty, että Morganucodon todennäköisesti imetti poikasiaan. 


Megazostrodon-malli.
Natural History Museum, Lontoo. (Kuva Wikimedia)

Megazostrodon -sukuun luokiteltujen eläinten fossiileja on löytynyt Etelä-Afrikasta ja Lesothosta jurakauden alun kerrostumista. Ranskasta on löytynyt samaan sukuun luokiteltu toinen laji, joka on ajoitettu triaskauden loppuun. Megazostrodon oli kooltaan 10-12 cm. Ravinnokseen sen arvellaan käyttäneen hyönteisiä ja pieniä matelijoita.


Castorocauda (kuva Wikimedia)

Vuonna 2006 löydettiin Koillis-Kiinasta n. 164 mv ikäiseksi ajoitettu merkittävä fossiili, joka muutti käsityksiä nisäkkäille läheisten lajien evoluutiosta. Tälle lajille on annettu nimi Castorocauda lutrasimilis. Nimi voitaisiin suomentaa "majavahäntäinen saukonkaltainen". Se osoitti, että jurakauden puolivälissä oli alkanut uusien ekologisten lokeroiden valloitus, nisäkkäille läheiset lajit eivät enää olleet pelkästään pieniä maalla eläviä hyönteissyöjiä.

Tämä laji oli ensinnäkin huomattavan kookas, vähintään 42.5 cm ja painoltaan 500 - 800 gr. Sillä oli useita vedessä liikkumiseen liittyviä sopeutumia, kuten majavamainen, litteä ja suomuinen häntä. Toiset kuvaavat häntää kuin litteäksi saukon hännäksi. Fossiilissa on säilynyt myös todisteet turkista päällyskarvoineen ja aluskarvoineen. Hampaisto oli sopiva kalojen ja selkärangattomien vesieläinten käyttämiseen ravintona. Lisäksi sillä oli kaivamiseen soveltuvia piirteitä.

Elintavoiltaan  Castorocauda todennäköisesti muistutti nykyistä vesinokkaeläintä. Se luultavasti eli jokien ja järvien rannoilla, uiskenteli ravintoa etsiessään ja kaivoi tunneleita pesäkseen.


Shenshou (Kuva Wikimedia)

Myös oravaa ulkoisesti muistuttava Shenshou löydettiin Koillis-Kiinasta. Samalla löytyi kaksi muuta samantapaista lajia, jotka luokiteltiin omaan Xianshou sukuunsa. Fossililöydöt tulivat julkisuuteen vuonna 2014 ja ne oli ajoitettu noin 160 mv ikäisiksi. Shenshoun katsotaan eläneen paljolti puissa, koska sillä oli pitkä, taipuisa häntä ja tarttumiseen sopivat käpälät. Sen on arvioitu painaneen n. 300 gr. Etuhampaat olivat oravamaisen isot ja takahampaat nystyiset, mikä viittaa kaikkiruokaisuuteen. Shenshouta ei kuitenkaan pidetä oravan suoranaisena esi-isänä, vaan yhteisten piirteiden katsotaan olevan sopeutumia samanlaiseen elinympäristöön. 

Korvan rakenteen perusteella Shenshoun oletettiin ensin olevan nisäkäs, mutta myöhemmin katsottiin kuitenkin kyseessä olevan erillinen kehityslinja, jossa korvaluut olivat kehittyneet samaan tapaan.  


Docofossor brachydactylus (Kuva Wikimedia)

Docofossor oli vähintään 9 cm pituinen maamyyrää muistuttava eläin. Erään kiinalaisen maanviljelijän löytämä fossiili on ajoitettu n. 160 mv ikäiseksi. Laji nimettiin ja kuvailtiin Science-lehdessä julkaistussa artikkelissa vuonna 2015.

Docofossorilla oli kaivamiseen soveltuvat lapiomaiset varpaat eturaajoissaan ja etujalkojen rakenteessa oli muitakin piirteitä, jotka viittaavat kaivamiseen. Takajalat olivat lyhyet ja pienet. Yläleuan poskihampaat olivat lyhyet ja leveät kuten sellaisilla nykyisillä nisäkkäillä, jotka hankkivat ruokansa maan alla.

Nisäkkäiksi luokiteltuja


Gobiconodon (Kuva Wikimedia)

Gobiconodon-sukuun kuuluvista lajeista on löytynyt useita fossiileja jura- ja liitukauden vaihteesta liitukauden jälkipuoliskolle asti. Ainakin yksi kolmesta poskihampaasta koostuva löytö on vanhempikin, n. 166 mv. Löytöjä on tehty varsin monesta paikasta, kuten Venäjältä, Mongoliasta, Kiinasta, Marokosta, Englannista ja USA:sta.

Gobiconodon oli lihansyöjä. Se painoi 4.5 - 5.4 kg ja pituus oli väliltä 46 - 51 cm. Lihansyönnistä kertoo poskihampaiden leikkaamiseen soveltuva muoto ja koiramaiset etuhampaat. Etujalkojen voimakas lihaksisto viittaa siihen, että se pyydysti selkärankaisia eläimiä saaliikseen. Se on voinut olla myös raadonsyöjä.



Fruitafossor (Kuva Wikimedia)

Fruitafossor oli maaoravan kokoinen termiittejä syövä eläin. Tiedot siitä perustuvat kokonaiseen fossiloituneeseen luurankoon, joka löytyi vuonna 2005 Fruitasta, Coloradosta. Fossiili on ajoitetettu 150 mv ikäiseksi, eli jurakauden loppupuolelle.

Fruitafossorin hampaisto oli hyvin samankaltainen kuin nykyisillä yhdyskuntahyönteisiä syövillä eläimillä, kuten maasioilla. Koska muurahaisia ei vielä ollut, ravinnon on päätelty koostuneen silloin jo yleisistä termiiteistä sekä torakoista. Eturaajat olivat vahvat, kaivamiseen sopivat. 
 

Repenomamus robustus (Kuva Wikimedia)

Repenomamus-suvusta tunnetaan kaksi lajia: Repenomamus robustus ja Repenomamus giganticus. Niiden fossiileja on löydetty Kiinasta ja ne on ajoitettu n. 125-123 mv ikäisiksi eli liitukauden alkupuolelle. Samoista kerrostumista on löydetty hyvin säilyneitä höyhenpeitteisten dinosaurusten fossiileja.

R. robustus oli noin kissan kokoinen ja painoi noin 4- 6 kg. Kuvassa sen hampaissa on pieni dinosaurus. Onkin hyviä todisteita sille, että se on voinut käyttää tällaistakin ravintoa. Nimittäin erään fossiilin perusteella kuolleen R. robustuksen vatsassa on ollut sulamaton pienen dinosauruslajin poikanen. Tieteellinen kuvaus lajista julkaistiin vuonna 2000.

R. giganticus oli dinosaurusten ajan suurimpia nisäkkäitä, noin metrin pituinen ja painoltaan 12 - 14 kg välissä. Sen tieteellinen kuvaus julkaistiin vuonna 2005.

Hampaiston ja leuan rakenne kertovat myös näiden lajien olleen lihansyöjiä.


Yanoconodon (Kuva Wikimedia)

Vuonna 2007 Kiinasta löytyi niin hyvin säilynyt fossiili, Yanoconodon, että sen välikorvan luiden rakennetta on voitu tutkia. Kuuloluiden rakenteen todettiin muistuttavan nykyisten nisäkkäiden kuuloluita, vaikka eivät olleet aivan samanlaiset. Löytö on ollut hyvin tärkeä nisäkkäiden evoluution tutkijoille. Saatiin vahvistusta teorialle siitä, miten nisäkkäiden kuuloluiden katsotaan kehittyneen tietyistä leukaluista.

Kerrostuma, jossa fossiili sijaitsi, on arvioitu noin 122 - 125 mv ikäiseksi, kyseessä on siis liitukauden alkupuoli. Kooltaan tämä eläin oli noin 13 cm pituinen, selkä oli suhteellisen pitkä, jalat lyhyet. 


Liaoconodon hui (Kuva Wikimedia)

Vuonna 2011 tuli julkisuuteen toinen samankaltainen löydös Kiinasta lähes samalta ajalta. Tämä hieman kookkaampi (kyseinen fossiili n. 36 cm) laji on saanut nimen Liaoconodon hui. Tässä fossiilissa kuuloluut olivat säilyneet vielä paremmin kuin Yanoconodonin fosiilissa ja kertoivat samaa. 

Liaoconodon oli rakenteesta päätellen vesielämään sopeutunut saukon tapaan: pitkä vartalo ja räpylämäiset käpälät.

Kuuloluiden kehityksestä enemmän artikkelissa Matelijoiden leukaluista nisäkkäiden kuuloluiksi.


Eomaia (Kuva Wikimedia)

Eomaia oli pieni, noin 10 cm pituinen nisäkäs, jonka ainoa, mutta hyvin säilynyt Kiinasta löytynyt fossiili on ajoitettu varhaiselle liitukaudelle, noin 125 mv ikäiseksi. Löydöstä uutisoitiin vuonna 2002 mm. Nature-lehdessä.

Fossiilissa on selvästi erotettavissa jälkiä karvapeitteestä. Rakenteessa on piirteitä, jotka viittaavat sen kiipeilleen ja kyenneen liikkumaan puissa. Tällä lajilla oli myös istukallisille nisäkkäille tyypillisiä piirteitä, mutta siltä toisaalta puuttui joitain vaadittuja ominaisuuksia. Toistaiseksi istukallisista nisäkkäistä on löytynyt todisteita vasta dinosaurusten häviämisen jälkeiseltä ajalta.



Didelphodon vorax (Kuva Wikimedia)

Didelphodon on hampaista päätellen ollut petoeläin. Leuat olivat lyhyet ja vankkatekoiset, osa hampaista oli teräväkärkisiä ja leikkaamiseen sopivia, osa taas erittäin jykeviä ja murskaamiseen soveltuvia. Puruvoima oli kallon rakenteen perusteella ilmeisesti hyvin suuri suhteessa ruumiin kokoon. Vartalo oli pitkänomainen, kokonaispituus yli metrin. Elintavoissa on mahdollisesti ollut yhteisiä piirteitä saukon kanssa, sillä eräs melko hyvin säilynyt fossiili löytyi muinaisella joenpenkalla olleesta pesäkolosta.

Fossiilieita tähän sukuun kuuluvista lajeista on löytynyt useasta paikasta Pohjois-Amerikasta ja ne on ajoitettu liitukauden loppuun, välille 73 - 66 mvs.

Didelphodon luokitellaan ryhmään Marsupialiaformes, johon luetaan pussieläinten lisäksi niille lähisukuisia nisäkäslajeja.
____________

Dinosaurusten aikakausi päättyi valtavaan joukkosukupuuttoon, jonka laukaisijana pidetään suuren meteoriitin iskeytymistä Jukatanin niemimaalle 66 mvs. 50 -75 %  eläin- ja kasvilajeista kuoli silloin sukupuuttoon, mukaan luettuna kaikki dinosaurukset. 

Nisäkkäistäkin suuri osa tuhoutui, mutta osa selviytyi. Kun elämä alkoi katastrofin jälkeen toipua, nisäkkäät alkoivat nopeasti täyttää dinosauruksilta jäänyttä aukkoa ekosysteemissä...

Linkkejä:

Wikipedia, Mammaliaformes

perjantai 22. tammikuuta 2021

Suhteellisuusteoria ja GPS

Suhteellisuusteorialla on yllättävän paljon vaikutusta aivan jokapäiväiseen elämäämme. Nimittäin kännyköidemme navigaattorit ja muut GPS-paikannusta käyttävät sovellukset eivät toimisi kunnolla, ellei Einsteinin oivalluksia otettaisi huomioon.

Kuva NASA, Public domain, lähde Wikimedia Commons 
GPS-satelliitit kiertävät noin 20 000 km korkeudella maasta ja niiden ratanopeus on noin 14 000 km tunnissa. Suppean l. erityisen suhteellisuusteorian mukaan liikkeessä olevan kohteen aika hidastuu tietyssä suhteessa nopeuteen. Satelliitin kello kävisi siis hitaammin kuin maapallon pinnalla olevat kellot. Vaikutus on noin 7 mikrosekuntia vuorokaudessa (mikro = miljoonasosa).

Tässä ei kuitenkaan ole vielä kaikki. Yleisessä suhteellisuusteoriassa Einstein otti liikkeen vaikutuksen lisäksi huomioon myös painovoiman. Myös painovoima vaikuttaa ajan kulkuun, satelliittien tapauksessa päinvastaisesti. Nimittäin aika hidastuu sitä enemmän, mitä voimakkaammassa painovoimakentässä ollaan. Satelliitit ovat korkealla, missä painovoima on jo pienempi. Tämän asian vaikutus on, että satelliittien kellot edistäisivät 45 mikrosekuntia vuorokaudessa maan pinnalla oleviin nähden.

Yhteisvaikutus on, että ellei suhteellisuusteoriaa olisi otettu huomioon niin GPS-satelliittien kellot edistäisivät maahan nähden 38 mikrosekuntia vuorokaudessa. Ei kuulosta kovin suurelta, mutta vaikutus on silti merkittävä. Paikannus heittäisi jo 10 km yhdessä vuorokaudessa (kumuloituen jatkuvasti) ja koko systeemi olisi hyvin nopeasti käyttökelvoton!

Lähteet:
Richard W. Pogge, Real-World Relativity: The GPS Navigation System
Clifford M. Will, Einstein's Relativity and Everyday Life

maanantai 11. tammikuuta 2021

Suhteellisuusteoria ja kaksosparadoksi

"...yksi päivä on Herran edessä niinkuin tuhat vuotta ja tuhat vuotta niinkuin yksi päivä" (2. Piet.3:8)

Albert Einstein julkaisi erityisen suhteellisuusteorian ( = suppea suhteellisuusteoria) vuonna 1905. Hän esitteli siinä uudenlaiset käsitykset avaruudesta ja ajasta. Tätä teoriaa sanotaan 'suppeaksi', koska  Einstein julkaisi myöhemmin laajemman yleisen suhteellisuusteorian, joka käsittelee myös gravitaatiota. 

Einsteinin esittämät perusväittämät ovat:
  • Suhteellisuusperiaate, jonka mukaan fysiikan lait ovat samat kaikissa inertiaalijärjestelmissä eli tasaisessa liikkeessä olevissa koordinaatistoissa, toisin sanoen tasaisessa liikkeessä oleville havaitsijoille. Periaatteen mukaan millään kokeella ei voida osoittaa, onko havaitsija levossa vai tasaisessa liikkeessä.
  • Valon (tai muun sähkömagneettisen säteilyn) tyhjiönopeus on sama kaikissa inertiaalikoordinaatistossa, eikä riipu valon lähteen ja havaitsijan keskinäisestä nopeudesta.
Perusväittämistä seuraa useita käytännön järjelle outoja asioita, kuten
  • Ajankulku on suhteellista ja suhteellisesti liikkuvan aika kuluu hitaammin (aikadilataatio).
  • Tarkkailijan suhteen liikkuva kohde 'litistyy' liikesuunnassa. Myöskin etäisyydet kutistuvat, siten esim. avaruusraketin kannalta sen kulkema matka on lyhempi kuin maasta mitattuna (pituuskontraktio).
  • Samanaikaisuuden suhteellisuus: Vastaus kysymykseen, ovatko kaksi eri paikoissa tapahtuvaa tapahtumaa samanaikaisia vai ei, riippuu havaitsijan liiketilasta.

Suhteellisuusperiaatteen mukaan on siis niin, että jos A  liikkuu B.n suhteen, niin asiaa voidaan katsoa niinkin, että B liikkuuu A:n suhteen. Molemmat voivat odottaa samanlaisia seurauksia mittaustuloksiin, esim. ajan hidastumiseen.

Ajan hidastuminen voi kuitenkin olla myös epäsymmetristä. Siitä esimerkki on tunnettu kaksosparadoksi. Siinä kaksosista toinen lähtee avaruusmatkalle hyvin suurella nopeudella vaikkapa kaukaiseen tähteen ja palaa sitten maapallolle. No niin kummallista asiaa ei tässä tilanteessa huomata, että molempien aika olisi kulunut hitaammin, kun verrataan kelloja maapallolla matkan jälkeen, mikä olisikin tietysti mahdotonta. Mutta kummallinen on sekin havainto, että huomataan avaruusmatkan tehneen kaksosen ajan kuluneen hitaammin. Hän ei ole siis vanhentunut yhtä paljon. Miksi tapahtuu näin, vaikka asiaa voitaisiin tarkastella niinkin, että maapallo ja siellä ollut kaksonen ( + tähti) liikkui avaruusmatkaajan suhteen ja ajan olisi silloin pitänyt kulkea suhteellisesti hitaammin maapallolla... Tästä pähkinä on saanut nimen kaksosparadoksi (t. kelloparadoksi). Kyseessä ei kuitenkaan ole todellinen ristiriita suhteellisuusteorian kanssa. 

Piirros: Ester T. 2021
Aikadilataatio on havaittu kokeellisesti esim. lennätettäessä äärimmäisen tarkkoja kelloja ja verrattaessa niitä maan pinnalla pysyneisiin kelloihin. Myöskin GPS-satelliiteissa aikadilataatio täytyy ottaa huomioon - sekä liikkeestä syntyvä suppean suhteellisuusteorian piiriin kuuluva, että gravitaation aiheuttama, joka kuuluu yleisen suhteellisuusteorian puolelle.

Käydessäni läpi asiaa käsitteleviä artikkeleita huomasin, että tämä kaksosjuttu on siitä hyvä tapaus, että samalla tulee käydyksi läpi useita suheellisuusteorian perusasioita. En ole itse mikään tiedemies enkä fyysikko, joten koitan pitäytyä asiasisällön suhteen lähteisiin mahdollisimman hyvin. Mutta koulussakin asiat piti aina selittää 'omin sanoin', siitä on kyse. Siinähän sitten paljastuu, onko ymmärtänyt vai eikö. Eipä silti, kyllä tämä jätti ja herätti monenlaisia kysymyksiä ...

Lorentz-kerroin


Lorentz-kertoimen kaava on hyvä ottaa esille, ennen kuin mennään esimerkkiin. Aikadilataatio ja pituuskontraktio saadaan jakamalla "paikallaan" olevan koordinaatiston aika tai pituus tällä tekijällä. Kaava on yksi seuraus Hendrik Antoon Lorentzin sähkömagneettisia kenttiä koskevista tutkimuksista ja oleellinen osa suhteellisuusteoriaa. Lorentz-kerrointa merkitään usein merkillä γ (gamma). Se on aina >= 1 ja lähenee ääretöntä nopeuden (v) kasvaessa hyvin lähelle valon nopeutta (c).


Seuraavissa tarkasteluissa on kohtia, joissa ei tarkkaan ottaen selvitä ilman hiukan monimutkaisempia kaavoja, Lorentz-muunnoksia - etenkin kun puhutaan samanaikaisuuden suhteellisuudesta. Mutta en ota niitä esille, ettei menisi liian matemaattiseksi. Lorentz-kertoimella pötkii jo aika pitkälle.

Avaruusmatka


Tutkitaan esimerkkinä seuraavanlaista versiota "kaksosista": Maahan jäävän (Matti) mielestä tähteen on matkaa 3 vv, nopeudella 3/5 c se kestää 5 vuotta. Matkaaja (Aava) huomaa liikkeelle lähdettyään kuitenkin, että hänen mitatessaan matka on 2.4 vv ja kestää 4 vuotta, molemmat arvot pienentyvät Lorentz-kertoimen määräämällä tavalla.  Lorentz-kerroin γ on tässä tapauksessa 5/4, desimaalilukuna 1.25. Matkaajan kello hidastuu tekijällä 1/γ = 4/5.  

Piirsin kaavion, ns. Minkowski-diagrammin. Liikutaan helppouden vuoksi kaksiulotteisessa aika-avaruudessa, jossa on vain aika-akseli pystyakselina ja etäisyyttä kuvaava x-akseli vaaka-akselina. Valitaan mittayksiköiksi vaaka-akselille valovuosi ja pystyakselille vuosi yhtä pitkin jakovälein. Maahan jäävä kaksonen liikkuu ainoastaan pystyakselilla (aika kuluu), avaruusmatkaaja myös x-akselin suuntaisesti. Tällaisella kaaviolla on sekin ominaisuus, että siihen piirretyn valonsäteen reitti on aina pystyakseliin nähden +/- 45 asteen kulmassa oleva suora, valohan etenee vuodessa yhden valovuoden.

Koordinaatiston pystyakselilta näkyy, että edestakainen matka vie Matin mielestä 10 vuotta. Vaaka-akseli kertoo, että tähteen on Matin mielestä matkaa 3 valovuotta. Aavan edestakainen avaruusmatka näkyy kahtena mustalla piirrettynä vinona suorana, jossa matka tähteen on merkitty 4 vuoden kestoiseksi, samoin paluu, yhteensä 8 vuotta. (Sitä, että Aavan mielestä etäisyys tähteen on 2.4 vv, ei ole merkitty).

Himmeän harmaina vaakaviivoina on merkitty "samanaikaisuus" Matin mielestä. Ne saadaan suoraan Lorentz-kertoimella - esim. Matin vuotta 2 vastaa Aavan vuosi 2/1.25 = 1.6.  Matin mielestä Aavan aika kuluu koko ajan hitaammin kuin hänellä.

Mutta Aava voi suhteellisuusperiaatteen mukaan nähdä asian niinkin, että Matti on se, joka liikkuu ja Matin kellon tulisi hidastua. Aava voisi laskea samaan tapaan Lorentz-kertoimella ja sanoa heti lonkalta, että kun hänellä on kulunut 2,5 vuotta, Matilla on kulunut 2 vuotta. Kun kuitenkin matkan lopputulos on se, että Aavan päivyrissä on kulunut kaksi vuotta vähemmän, tämä voisi herättää jossakussa vaikkapa hienoisia epäilyksiä. Onko Aavalla mitään väitteensä tueksi ja miten tämä homma oikein kokonaisuudessaan menee?

Asiaa voidaan tutkia valon nopeudella etenevien viestien vaihdolla: 

Aava lähettää Matille viestin matkustettuaan oman kellonsa mukaan tasan puoli vuotta (sininen nuoli). Valon nopeudella etenevä viesti saapuu Matille, kun Matin kellossa on kulunut 1 vuosi (voidaan laskea Lorentz-muunnoksella). Matti lähettää välittömästi Aavalle viestin: "Sain viestisi tasan vuonna 1" (punainen nuoli). Kuittaus saavuttaa Aavan, kun Aavan kellossa on kulunut kaksi vuotta. Koska Aava voi pitää Mattia liikkeellä olevana osapuolena ja kuittaus lähti heti takaisin, Aava järkeilee seuraavasti: Viesti lähti Aavan vuonna 0.5 ja kuittaus tuli Aavan vuonna 2, joten ihan yksinkertaisella matematiikalla Aava laskee, että Matti oli lähettänyt kuittauksen näiden puolivälissä Aavan kellosta katsoen, eli (0.5 + 2)/2 = 1.25 Aavan aikaa. Mutta Matin viestissä luki "Sain viestisi tasan vuonna 1". Siis Aava sai mittaustuloksen, että Matin aika on hidastunut. Ja hidastuminen täsmää vieläpä Lorentzin kertoimen antamaan tulokseen (1.25/γ = 1.25/1.25 = 1). Samanaikaisuutta (Aavan kannalta) 1.25 - 1 on kuvattu mustalla katkoviivalla.

Samalla tavalla käy Aavan vuonna yksi lähettämälle viestille. Matti saa sen omana vuonnaan 2 ja kuittaus tulee perille Aavan vuonna 4. Aava laskee (1+4)/2 =2.5, mutta Matin ilmoittama aika oli 2 vuotta. Sama suhde taas. Tosiaan siis ainakin alkumatkasta Aava saa  tällaista tukea väitteelle, että Matin aika hidastui häneen nähden. Samanaikaisuutta (Aavan kannalta) 2.5 - 2 on kuvattu mustalla katkoviivalla.

Mutta seuraavalla kerralla tuleekin mielenkiintoinen tulos. Aava lähettää viestin juuri lähtiessään paluumatkalle, oman kellonsa mukaan vuonna 4. Viesti tulee perille Matin vuonna 8. Matin kuittaus tulee perille Aavan vuonna 7, sisältäen taas "Sain viestisi vuonna 8". Aava laskee (4+7)/2 = 5.5. Nyt Matin kello onkin kummasti "kirinyt" ja mennyt jopa ohi. Matin vuotta 8 vastaa Aavan ajankohta 5.5 v. Matin kello on 2.5 vuotta edellä!

Mutta tästä eteenpäin loppumatkalla Aava huomaa, että ero tasoittuu hieman. Aavan vuonna 6 lähettämä viesti tulee Matille tämän vuonna 9 ja kuittaus perillä Aavan vuonna 7.5. Vastaavuudeksi tulee: Matti 9, Aava 6.75, joten ero on nyt enää 2.25 vuotta. Ja lopulta, kun Aava on takaisin maassa, ero on tasan 2 vuotta

Siis yhteenvetona: Alkumatkalla ja loppumatkalla Aava voi tosiaan mitata, että Matin kello hidastuu ihan suhteellisuusteorian ennustamalla tavalla. Kuitenkin siinä välissä Matin kellossa kuluu huomattavasti enemmän aikaa kuin hänen kellossaan. Ja näin molemmat kaksoset saavat saman tuloksen loppujen lopuksi, matkaajan kellossa on kulunut vähemmän aikaa kuin maapallolle jääneen kaksosen. 
 
Ei siis saada ristiriitaisia lopputuloksia, vaikka matkan varrella näkökulma onkin aika erilainen ja mittaukset antavat aika mielenkiintoisia tuloksia. 

Jos piirretään suhteellisuusteorian mukaiset, Lorentz-kertoimella lasketut, samanaikaisuuslinjat jokaiselta matkavuodelta Aavan kannalta katsottuna, saadaan seuraavanlainen kuva. Menomatkalta lasketut vastaavuudet punaisella, paluumatkan vastaavuudet sinisellä. Seassa on mustilla katkoviivoilla samanaikaisuudet, jotka Aava ja Matti saivat aikaan "keskustelumenetelmällä". Kaikki on aivan yhtäpitävää, arvot on vain laskettu hiukan eri kohdasta matkaa.

Aavan ja Matin menelmää ei kuitenkaan voi käyttää, jos Aavan viesti lähtee menomatkalla ja hän saa vastauksen vasta paluumatkalla. 2.5 vuoden jälkeiselle ajalle hän ei saa mitattua samanaikaisuuksia tällä menetelmällä ennen kuin vasta vuodelle 5.5. He voisivat tosin viestejä vaihdella väliajallakin ja niistä huomattaisiin, että maapallolla kello tuntuu oudosti alkavan 'nopeutumaan'. Tulokset eivät tällä väliajalla kuitenkaan olisi yhtäpitäviä Lorentz-kertoimella (tai Lorentz-muunnoksilla) saatuihin. Jotta Aava saisi esim. menomatkalle enemmän oikeita kokeellisia tuloksia näin, hänen olisi jätettävä suunnanmuutokset väliin, jatkettava matkaa tähden ohi ja vastaanotettava viestit siellä. 

Menetelmä antaa kuitenkin konkretiaa peliin. Siltä osin, kuin Aava ja Matti pystyivät tutkimaan samanaikaisuutta kokeellisesti, se oli ihan yhtäpitävää teorian kanssa. Heidän tosin piti tehdä se suhteellisuusteorian mukainen perusolettamus, että he voivat pitää itseään "paikallaan" olevana ja katsoa asiaa niin, että maapallo oli liikkeessä oleva osapuoli. 

Kuvassa on erityisesti yksi kohta, joka kiinnittää huomiota. Matkavuoden 4 kohdalta lähtee kaksi samanaikaisuuslinjaa, toinen piirretty menomatkan lopun kannalta (punainen) päätyen aikaan 3.2 vuotta maapallon aikaa ja toinen paluumatkan alun kannalta (sininen) päätyen aikaan 6.8 vuotta. Aika merkillistä kyllä, että samanaikaisuus lasketaan yht'äkkiä noin erilaiseksi, vaikka ollaan käytännössä samassa paikassa ja ajassa matkan kannalta. Samanaikaisuus on suhteellista, on kyse kahdessa eri liiketilassa olevan matkaajan erilaisista, laskemalla saaduista, näkökulmista. Samanaikaisuus ei tarkemmin ajatellen ole itsestään selvä käsite, kun ollaan kaukana toisistaan, vaikka ei ajateltaisi edes suhteellisuusteoriaa. Sen määrittely vaatii aina jotain viestien taikka signaalien lähettämistä ja laskemista. Tämä saman­aikai­suuden äkillinen hyppääminen on kyllä aiheuttanut monenlaisia pohdintoja ja keskusteluja, joissa on helppo saada päänsä lopullisesti sekaisin.

Mitä kaksoset näkevät?


Näkeminen on eri asia kuin mittaukset ja laskelmat. Kuvitellaan, että Matti ottaa joka vuosi ajanottolaitteestaan digikuvan ja lähettää sen valon nopeudella etenevän viestin mukana Aavalle. Samoin Aava Matille. Miltä tilanne silloin näyttää kaksosten mielestä?

Siinä käy niin, että menomatkalla Aava saa vain kaksi digikuvaa, vuodelta 1 ja 2. Aika näyttäisi kuluvan maassa puolta hitaammin. Mutta Aava tietysti ymmärtää, että jopa valolla kestää aikansa näin pitkien välimatkojen taittamiseen, eikä tee sellaista johtopäätöstä. 

Paluumatkalla Aava saa kaikki loput kahdeksan digikuvaa puolen vuoden välein, yhteensä kymmenen.

Matti saa ensimmäiset neljä viestiä myös harvakseen, kahden vuoden välein. Loput neljä tulevat puolen vuoden välein, yhteensä kahdeksan. 

Matkaajan ajan hidastuminen tulee tällä tavalla konkreettisesti esiin. Matti saa Aavalta vain kahdeksan viestiä, mutta Aava Matilta kymmenen. Doppler-ilmiön johdosta menomatkan aikana viestit tulevat 'harventuneesti', paluumatkan aikana 'tihentyneesti'. Tarkkaan ottaen tässä yhteydessä puhutaan suhteellisuusteoreettisesta Doppler-ilmiöstä, jossa on mukana aikadilataatio.

Digikuvien sijasta voisi kuvitella niinkin, että kaksosilla on valtavan tehokkaat kaukoputket, joilla he katsovat aika-ajoin toistensa kelloja. Esim. kun Aava ottaisi vuonna kaksi kaukoputkensa ja katsoisi Matin ajanottolaitetta, hän näkisi sen juuri pyörähtävän kohtaan "yksi vuosi". Paluumatkalla hän huomaisi, että vuodet vaihtuisivat tuplasti nopeammin kuin hänen omassa kalenterissaan.

Tämäkin on mielenkiintoista, kun suorittaa vertailuja edellisiin kaavioihin... Kaukoputkihavainnoissa ei näy mitään äkillistä kellon hyppäystä, ainoastaan (suhteellisuusteoreettinen) doppler-ilmiö. 

Miksi siis?


Mutta miksi siis tilanne on epäsymmetrinen, miksi matkaajan kellossa todellakin kuluu vähemmän aikaa, eikä toisinpäin?  

Syyksi voidaan antaa juuri se, että Aava vaihtoi inertiaalikoordinaatistoa matkan aikana. Itse asiassa jo alussa. Silloin ei ollakaan siinä perustilanteessa, josta erityinen suhteellisuusteoria lähtee liikkeelle. Entäpä se vastaväite, että voitaisiinhan tämä esimerkki tulkita maapallon ja tähden edestakaiseksi matkaksi, ja ainakin piirtää vastaava diagrammi, missä maapallo ikäänkuin vaihtaa inertiaalikoordinaatistoa? Tähän voidaan sanoa, että maapallo ei kuitenkaan todellisuudessa vastustanut jatkavuuden lakia kuten raketti teki liikkeelle lähtiessään ja vaihtaessaan liikesuuntaa. Maapallo ei oikeasti vaihtanut inertiaalikoordinaatistoa. Asian oikeasta laidasta olisi  kyllä jo saatu viitteitä matkan aikana, jos olisi mietitty kiihtyvyyksien aikaansaamia vaikutuksia, G-voimia. Esitetyissä laskelmissa asia kuitenkin paljastuu parhaiten juuri paluumatkalle kääntymisen takia. Ilman sitä Aava olisi voinut lähettää ja vastaanottaa viestejä alussa esitetyllä periaatteella ja olisi voinut loputtomiin laskeskella, että maapallolla aika tosiaan kuluu koko ajan hitaammin. Nyt sensijaan jo esim. ensimmäinen paluumatkan alussa lähetetty viesti ja siihen saatu vastaus paljastavat, että lopputulos ei taidakaan olla senkaltainen.

Einsteinin kellot


Yksinkertaisimmillaan (ja toisaalta ehkä vielä vaikeatajuisempana) kaksosparadoksi, josta käytetään myös nimeä kelloparadoksi, löytyy Einsteinin vuonna 1905 julkaisemasta tieteellisestä artikkelista, jossa hän esittelee suppean suhteellisuusteorian (suomennos minun):
Jos koordinaattijärjestelmän K pisteissä A ja B on kellot, jotka ovat synkronissa [samassa ajassa] tässä paikallaan olevassa järjestelmässä; ja jos kello A siirtyy nopeudella V A:n ja B:n välistä suoraa pitkin kohtaan B, niin kun se tulee perille, nämä kaksi kelloa eivät enää ole synkronissa, vaan A:sta B:hen liikkunut kello on jäljessä siitä kellosta, joka pysyi kohdassa B.
Tästä herää heti kysymys: Mihin häviää "se toinen" aikadilataatio? Se, että B:n ajan olisi pitänyt kulua hitaammin, jos asiaa tarkasteltaisiin siltä kannalta, että B liikkui A:n luo. Einstein ei käsittele asiaa tästä näkökulmasta artikkelissaan. 

Tilanne on kuitenkin periaatteessa sama, kuin kaksosparadoksin paluumatkalla. Kellojen synkronointi tapahtuu tosin kellojen ollessa erillään. Se on mahdollista, koska ne ovat alkutilanteessa toisiinsa nähden paikoillaan.

Selitys menee näin: kun kello A lähtee liikkeelle, sen uudesta liikkuvasta koordinaatistosta katsoen kello B on mennyt edelle (samanaikaisuuden suhteellisuus, aikaero saadaan laskettua käyttämällä Lorentz-muunnoksia). Kellon A liikkuessa (oikeastaan siis kellon B lähetessä) kello B käy sen kannalta hitaammin, mutta ei kuitenkaan niin hitaasti, että kellon B etumatka täysin häviäisi. Lopussa kello A on siis vielä jäljessä.  

Lopputulos kaikesta tästä taitaa kuitenkin olla, että tietää hieman enemmän siitä, mitä ei ymmärrä!

Mainittakoon vielä, että Einstein itse selitti kaksos-/kelloparadoksia yleisen suhteellisuusteorian avulla myöhemmässä vaiheessa, vuonna 1918. Monet tutkijat katsovat kuitenkin suppean suhteellisuusteorian riittävän.

Lähteitä ja linkkejä:

Professori (emer.) Kari Enqvist, Paluu kaksosten paradoksiin 
Professor Emeritus of Physics A. John Mallinckrodt, The so-called "Twin Paradox"
Robert L. Shuler Jr. NASA Johnson Space Center, The Twins Clock Paradox History and Perspectives  (PDF) 

sunnuntai 2. elokuuta 2020

Ensimmäiset maaeläimet

Tämän hetken vanhimpana maaeläimen fossiilina pidetään Skotlantiin kuuluvalta Kerreran saarelta löytynyttä tuhatjalkaisen fossiilia. Se on ajoitettu uraani-lyijy-menetelmällä zirkonikiteistä noin 425 mv ikäiseksi eli siluurikaudelle (444 - 419 mvs). Tutkimuksista julkaistiin artikkeli Historical Biology -lehdessä toukokuussa 2020 ja myöhemmin myös monet muut julkaisut kirjoittivat siitä. Mm. Nature-lehden artikkelissa on kuva tämän n. 2.5 cm pituisen eläimen fossiilista.  Ensimmäiset tämän Kampecaris obanensis -lajin fossiilit löydettiin jo vuonna 1899, mutta nyt tutkijat katsovat edistyneensä ajoituksessa.

Varhaisemmistakin maaeläimistä on viitteitä, mutta vain jälkien perusteella.

Vielä joitain vuosia sitten vanhimpana maaeläimen fossiilina pidettiin silloin 428 mv ikäiseksi ajoitettua Pneumodesmus newmanii -fosiilia, mutta se on nyt ajoitettu hieman nuoremmaksi, devonikauden (419 - 359 mvs) alkuun. Pieniä viilauksia ajoituksiin voi siis aina tulla.

Nämä molemmat lajit luokitellaan kaksoisjalkaisiin.

Nykyajan kaksoisjalkainen
Trigoniulus corallinus (Kuva Wikimedia)
Kaksoisjalkaiset ovat tuhatjalkaisten alajaksoon ja niveljalkaisten pääjaksoon kuuluva luokka. Ne elävät kosteassa maaperässä tai karikkeen  joukossa ja käyttävät ravinnokseen pääasiassa kuollutta tai kuolevaa kasvimateriaalia. Niiden useista jaokkeista muodostuva ruumis on lieriömäinen tai litistynyt ja useimmissa jaokkeissa on kaksi paria lyhyitä raajoja. Liikkeiltään ne ovat verkkaisia.

Palaeotarbus jerami (Wikimedia)
Jo aiemmin oli löydetty devonikauden alun kerrostumista niveljalkaisten fossiileja. Löydöt oli tehty Shropshiren alueella Englannissa ja ne julkaistiin vuonna 1990. Ne olivat tuolloin vanhimpia maaeläinten fossiileita, 414 mv ikäisiä. Fossiileja tutkittaessa saatiin selville, että kyseessä oli ainakin kaksi juoksujalkaislajia ja trigonotarbida ryhmään kuuluva hämähäkkieläin, jotka olivat kaikki petoeläimiä.

Trigonotarbida-tyyppiset hämähäkkieläimet ovat kuolleet sukupuuttoon. Ne muistuttivat ulkoisesti hämähäkkejä, mutta eivät esim. kyenneet tuottamaan seittiä ja useita muitakin eroja oli. Kuvan Palaeotarbus jerami on ilmeisesti saanut nimensä Machesterin yliopiston tutkijan Andrew  J. Jeramin mukaan, joka oli yksi fossiileja analysoineista tutkijoista.

Juoksujalkaisiin kuuluva kivijuoksiainen nykyajalta (Wikimedia)
Juoksujalkaiset kuuluvat myös tuhatjalkaisiin kuten kaksoisjalkaisetkin, mutta niiden jaokkeissa on vain yksi raajapari. Ne ovat nopealiikkeisiä petoja.

Siluurikauden vaihtuessa devonikauteen maanpäällisen ekosysteemin muodostuminen oli jo hyvässä vauhdissa. Kasveja oli ollut maan pinnalla pitkään, jo ainakin siluurikautta edeltäneellä ordovikikaudella. Oli kasvillisuudesta eläviä ja myös saalistavia niveljalkaisia.

Selkärankaisia ei kuitenkaan vielä näkynyt noissa maisemissa. Kalat olivat kehittyneet ordoviki- ja siluurikaudella vesissä ja vasta devonikauden loppupuolelta tunnetaan osittain maalla liikkumiseen sopeutuneitä selkärankaisia. Näistä ensimmäisiä oli vielä varsieväkalaksi katsottu Tiktaalik (n. 375 mvs), joka rakenteesta päätellen eli matalassa vedessä mutta pystyi tarvittaessa liikkumaan lyhyitä matkoja kuivalla maalla.

Kivihiilikaudella (359 - 299 mvs) selkärankaiset sitten pääsivät valloittamaan maankamaran toden teolla. Tästä esim. artikkelissa "Katsaus kivihiilikauteen". Elämän siirtymistä maalle liippaavat myös mm. artikkelit: "Kaloista alkusammakoihin", "Ensimmäiset maakasvit" ja "Hiilikautinen tallustelija".

Lähteitä ja luettavaa: 
Nature: Daily briefing: The oldest land animal ever found
Science Alert, This May Have Been Earth's First-Ever Land Animal 
Wikipedia, Silurian
Wikipedia, Devonian
Science, Land Animals in the Silurian: Arachnids and Myriapods from Shropshire, England  (Pdf-linkki)

keskiviikko 20. toukokuuta 2020

Tieteiden lahja - piispojen puheenvuoro

Kansikuva: Steve Halama / Unsplash
Suomen evankelis-luterilaisen kirkon piispat puolustavat tieteellisen tutkimuksen tärkeyttä 7.11.2019 julkaistussa puheenvuorossaan. Kannanoton mukaan kristittyjen ei pidä suhtautua tieteeseen kielteisesti tai edes neutraalisti eikä käyttää tieteen merkitystä vähättelevää puhetapaa. Piispojen mukaan tieteet tarjoavat apua luomakunnan viljelemisen ja varjelemisen tehtävässä ja oikein käytettynä ovat hyväksi ihmiskunnalle.

Tällaista julkista kannanottoa onkin tarvittu. Lainaan seuraavassa joitain hyviä kohtia, lopussa on linkki julkaisuun pdf-muodossa.

Alkupuolella johdatellaan asiaan tällä tavalla:
Vaikka jumalallinen ilmoitus on tärkein tiedon perusta ihmisen ja luomakunnan pelastusta ja uudistumista koskevista asioista, nykyaikainen tiede on osoittautunut luotettavaksi ihmisen ja luomakunnan ilmiöiden selittämistä koskevissa asioissa. Kirkko näkee tieteen liittolaisenaan, ei kilpailijanaan.
Puheenvuorossa esitetään tiivistelmänä sen neljä keskeistä väitettä:
1. Kristillinen teologia haluaa olla avointa tieteen tuloksille. Siksi sen tulee jatkuvasti arvioida kriittisesti omia, vanhoista maailmankuvista periytyneitä traditioita nykytieteen valossa. Sokea usko on epäuskon serkku. Ilman jatkuvaa vuoropuhelua uusimman tutkimuksen kanssa usko on vaarassa vääristyä. Parhaimmillaan tiede voi myös auttaa tulkitsemaan ilmoitusta tuoreella tavalla. 
2. Teologia puolustaa tieteellisen tiedonhankinnan riippumattomuutta ja itsenäisyyttä. Tieteiden tulee edetä omia polkujaan eikä sitä tule alistaa poliittisten tai uskonnollisten instituutioiden kontrolliin. 
3. Tieteen ja teknologian tulee palvella elämän säilymistä, ei sen tuhoutumista. Vaikka tieteenharjoitusta voidaan pitää teologiasta erillisenä toimintana, tiedeinstituutio ja sen mahdollistama teknologia ovat osa inhimillistä yhteisöä. Niiden tehtävänä on palvella ihmisen ja koko luomakunnan yhteistä hyvää. 
4. Inhimilliseen viisauteen kuuluu tieteen rajojen tunnustaminen. Tiede on yksi luotettavimpia tiedon hankkimisen tapoja, mutta se ei vastaa kaikkiin ihmiselämän perimmäisiin kysymyksiin. Siksi tieteestä ei pidä tehdä uskonnon korviketta. Tiedeusko eli skientismi perustuu ei-tieteellisiin lähtökohtiin ja siten virheelliseen käsitykseen sekä tieteestä että uskosta.
Evoluutioteoriasta ja kosmologiasta todetaan mm. seuraavaa (kristillisillä kirkoilla tarkoitetaan useita suuria kirkkokuntia):
On keskusteltu paljon evoluutioteorian ja nykyaikaisen kosmologian suhteesta jumalauskoon – erityisesti ajatukseen luomisesta. Tätä akateemisen teologian keskustelua tukee kristillisten kirkkojen virallinen linja: niiden mukaan nykyiset käsitykset evoluutiosta ja kosmologiasta ovat periaatteessa yhteensopivia teologian ydinkohtien, myös luomisen, kanssa.
 ja evoluutioteoriasta erityisesti:
Kristillisten kirkkojen sisällä esitetään edelleen monia eri käsityksiä evoluutiosta. Teologia ei ole sitoutunut mihinkään yhteen tieteelliseen teoriaan tai malliin siitä, miten evoluutio ja luomisnäkemys tarkalleen suhteutuvat toisiinsa. Monet nykyajattelijat katsovat, että Jumala on luonut prosessin ennakkoedellytykset ja asettanut evoluution alussa kulkemaan tiettyjä uomia antaen prosessille kuitenkin myös vapautta. Toiset puolestaan ajattelevat, että Jumala on ohjannut evoluution kulkua näkymättömästi esimerkiksi vaikuttamalla siihen, millaisia mutaatioita ratkaisevissa kehityslinjoissa tapahtuu.
Edelläolevaa tarkennetaan vielä alaviittauksessa näin:
Kristillisille käsityksille on kuitenkin yhteistä se, että ajatus evoluution tarkoituksettomuudesta hylätään tieteen ulkopuolisena katsomuksellisena tulkintana. Samoin myös katolisen kirkon kannanotossa Communion and Stewardship: Human Persons Created in the Image of God (2002) todetaan, että väitteet evoluution tarkoituksettomuudesta menevät tieteen rajojen ulkopuolelle ja unohtavat sen, että myös luotuun todellisuuteen sisältyvä satunnaisuus on osa Jumalan tarkoitusta.
Seuraava kohta oli minusta erityisen hyvä:
Kristillisessä teologiassa on usein korostettu älyllisten ja moraalisten hyveiden yhteyttä. Henkinen ja moraalinen kasvu on myös älyllistä kasvua. Älyllisten hyveiden, luovan ajattelun ja tiedonjanoisen hämmästelyn vastakohtina ovat niin tieteessä kuin uskonnoissa erilaiset dogmatismin ja fundamentalismin muodot. 
Uskonnon piirissä nämä johtavat monesti asenteeseen, jonka mukaan koko totuuden rikkauden katsotaan juuri nyt olevan yksilön tai yhteisön hallussa. Tällöin torjutaan avoimuus, itsekritiikki ja luovuus. Pahimmillaan tuloksena on älyllisesti sulkeutunut uskonnollisen ajattelun järjestelmä, jossa uskottava yhteys todellisuuteen on katkennut. 
Myös tieteen piirissä voi esiintyä vastaava asenne: dogmaattinen luottamus jonkin tietyn alan tuloksiin tai teorioihin sekä näiden maailman­katsomuksellisiin tulkintoihin. Vahvat tiedeuskon muodot voivat kantaa mukanaan tällaisia asenteita. Näitä vastaan täytyy teologian, filosofian ja tieteen varustautua älyllisellä hyveellisyydellä sekä asiaankuuluvalla nöyryydellä. Dogmatismi on tieteellisen menetelmän vastainen: tiede pyrkii aina kriittisesti tarkastelemaan tuloksiaan ja menetelmiään uuden tiedon valossa.
Tieteen merkityksestä yleisesti:
Tieteellä ja teknologialla on Jumalan antama tehtävä. Ihmisyhteisö on luotu Jumalan kuvaksi ja kumppaniksi pitämään huolta toisista ja koko maailmasta. Ihmiselle on annettu erityistehtävä osallistua Jumalan työhön rakastamalla lähimmäisiä, harjoittamalla tieteitä ja varjelemalla elämää. Juuri tätä tarkoittaa se, että ihminen on Jumalan kuva (lat. imago Dei): hän on arvokas ja hänellä on tehtävä maailmassa. Tämän tehtävän toteuttaminen ei onnistu ilman ihmisen omaa aktiivisuutta ja siihen sopivia työkaluja. Jotkut teologit ovatkin esittäneet, että Homo sapiens on luonnostaan työkalujen käyttäjä ja soveltaja. Ihmislajin evoluutio on tapahtunut työkalujen ja välineiden täyttämässä ympäristössä. Ihminen on tehnyt maailman kodikseen muokkaamalla sitä kekseliäästi ja luovasti ja parantanut näin omia elinolosuhteitaan. Näin ihmisen luova toiminta työkalujen välityksellä on osa ihmisenä olemisen tehtävää. Luovuus on välttämätön osa ihmisyyttä. Tieteenharjoitus ja teknologia ovat tässä mielessä ihmisluonnon ydintä: ne ovat velvollisuuksia Jumalan luomakunnan viljelemiseksi ja varjelemiseksi, eivät pelkästään yksi mahdollinen vaihtoehto ihmisyyden toteuttamiseksi.
Allekirjoittajina ovat ev.lut. kirkon kaikki kymmenen piispaa: Tapio Luoma (Turun ja Suomen arkkipiispa), Simo Peura (Lapuan piispa), Matti Repo (Tampereen piispa), Seppo Häkkinen (Mikkelin piispa), Kaarlo Kalliala (Turun piispa), Jari Jolkkonen (Kuopion piispa), Teemu Laajasalo (Helsingin piispa), Jukka Keskitalo (Oulun piispa), Kaisamari Hintikka (Espoon piispa) ja Bo-Göran Åstrand (Biskop i Borgå).

Jos siis piispojen mielipidettä kuuntelee, niin nykypäivän koululaisen tai kenenkään muunkaan ei tarvitse ajatella, että uskoon tullakseen on hylättävä koko tieteellinen maailmankuva.

Julkilausuma kannattaa lukea kokonaisuudessaan, ao. linkistä pääsee pdf-dokumenttiin:

Tieteiden lahja - Piispojen puheenvuoro tieteiden arvosta ja tehtävästä Jumalan luomakunnassa.