Paradigmadest ja nende vahetusest füüsikas

Illustratsioon: Andre Taal Foto: Eero Luuk

Jaak Kikas kirjutab, et füüsika võib ammenduda kahel erineval viisil: me kas saame kõik teada või kaotame huvi.

Paradigmade vahetustele kui teaduse arengu olulistele maamärkidele juhtis tähelepanu Thomas S. Kuhn oma krestomaatilises teoses „Teadusrevolutsioonide struktuur“ (Ilmamaa, 2003). Kuhn nimetab paradigmaks „üldiselt tunnustatud teaduslikke saavutusi, mis teatud ajaks näitavad kasutajate kogukonnale kätte mudelprobleemid ja nende lahendused“. Antud paradigma raames toimiv „normaalne teadus“ ei vaidlusta oma aluseks olevaid põhitõdesid. Paradigma vahetus, teadusrevolutsioon, on kui messias, valge laev. See on vapustus, mis paneb asjad liikuma, võimaldades neil liikuda uuele, avaramate võimalustega tasemele.

Tänane olukord füüsikas erineb oluliselt sellest, mis valitses 20. sajandi künnisel. Eelmisel sajandivahetusel oli füüsika peaaegu „valmis saanud“ – oli jäänud vaid paar üksikut häirivat fakti, mille seletamiseks ei eeldatud mingeid paradigmaatilisi muutusi. Ometi oldi just siis relatiivsusteooria(te) ja kvantmehhaanika sünni lävel. Tänapäeval on olukord suisa vastupidine. Tiit Kändler tõdeb oma artiklis „Teadusrevolutsioonide paradigma elab edasi“ (kogumikus „Teadusluulude jälil“, Ilmamaaa, 2020): „Kui vaatame selja taha, umbes poole sajandi jagu, siis näeme ühte kummalist ja lihtsat asja. Uut paradigmat loodusteadustes ei ole tekkinud. … On selline tunne, et füüsika seisab uue paradigma lävel.“ Kust selline tunne tuleb? Lähtekohti on mitmeid. Esiteks kindlasti asjaolu, ei me ei tea, mis on universumi mateeriabilansis enamust moodustavate tumeaine ja tumeenergia füüsikaline loomus. Teiseks ka see, et eelmises paradigmavahetuses sündinud kvantmehhaanikat ja Einsteini gravitatsiooniteooriat pole õnnestunud ühiselule sundida.

 Paradigma on muidugi eelkõige vaadeldava teadusvaldkonna sisemine asi. Siiski on sellel ja eriti paradigma vahetusel ka laiem sotsiaalne mõõde ja tähendus. Teadusrevolutsioon toob alale üldisemat tähelepanu ja tekitab teadlaste tegemiste vastu uut huvi, nii jõuab sellesse valdkonda lõpuks ka rohkem raha.

Kui me vaatame aga asjadele pisut kaugeleulatuvama pilguga, võime küsida, mitu paradigmamuutust meile füüsikas veel ette on nähtud? Üks eelmise sajandi suuri füüsikuid – Richard Feynman – on oma hiljem raamatuks saanud loengus „Füüsikaseaduse loomus“ põhjendatult arvanud, et neid ei saa olla lõpmatult palju – vähemasti selles osas, mis puudutab fundamentaalseid füüsikaseadusi ja nende avastamist. Feynman nägi ette, et füüsika võib ammenduda kahel erineval viisil: me kas saame kõik teada või muutub asi nii raskeks, et me kaotame huvi. Pessimistid võiksid praegu kahtlustada pigem teist võimalust. Kõrgete energiate füüsika vallas on teooriad ennast eksperimendist lootusetult ette rebinud. Ja eksperimendidki pole pärast Higgsi bosoni avastamist 2012. aastal andnud midagi, mille ümber uus paradigma võiks kristalliseeruma hakata. Higgsi osakene oli pigem kivi osakeste standardmudeli müüri ja toetas sellisena valitsevat paradigmat. Aga lootus sureb viimsena. Teadmine, et on asju, millele hammas pole peale hakanud, on vist siiski lohutavam ja inspireerivam, kui teadmine, et meil polegi enam midagi närida jäänud.

Paradigma on muidugi eelkõige vaadeldava teadusvaldkonna sisemine asi. Siiski on sellel ja eriti paradigma vahetusel ka laiem sotsiaalne mõõde ja tähendus. Teadusrevolutsioon toob alale üldisemat tähelepanu ja tekitab teadlaste tegemiste vastu uut huvi, nii jõuab sellesse valdkonda lõpuks ka rohkem raha.

Füüsikaseadused pole õnneks või kahjuks sotsiaalsed konstruktsioonid, ühiskondlikud kokkulepped. Vähemasti on nad midagi veel. Neil on oma korrelaat materiaalses maailmas ja pole aprioorselt selge, kui suur on selle materiaalse korrelaadi vastupanu meie katsetele seda kirjeldada ja enda jaoks mõistetavaks teha. Meie mõisteline aparatuur on ju kujunenud välja eelkõige selleks, et me tuleksime toime oma vahetus keskkonnas, millest eemaldumisel võib see osutuda kohmakaks, ebatäpseks ja ebapiisavaks. Kas ja kuidas suudame vajadusel sooritada sellise „hüppe üle oma varju“? Aga kui ka „hüppamise“ või mõistmisega on raskusi, ei välista see veel ennustusi võimaldavate matemaatiliste mudelite väljatöötamist. John von Neumanni järgi ongi selliste mudelite konstrueerimine teaduse tegelik eesmärk ja sisu. Või nagu ütles üks professor oma kvantmehhaanika alusprobleemide üle targutavale tudengile: „Lõuad pidada ja edasi rehkendada!“

Aga ehk on siinkohal sobiv ka meelde tuletada Max Plancki arvamust, et "uus teaduslik tõde ei triumfeeri seetõttu, et veenab oma oponente ja paneb neid valgust nägema, vaid pigem seetõttu et selle vastased surevad lõpuks ära ja nende asemel kasvab üles uus põlvkond, kes on uue mõtteviisiga harjunud.“ Paradigma on muidugi eelkõige vaadeldava teadusvaldkonna sisemine asi. Siiski on sellel ja eriti paradigma vahetusel ka laiem sotsiaalne mõõde ja tähendus. Teadusrevolutsioon toob alale üldisemat tähelepanu ja tekitab teadlaste tegemiste vastu uut huvi, nii jõuab sellesse valdkonda lõpuks ka rohkem raha.

Ja lõpuks on veel üks küsimus. Eelmise sajandi esimese poole paradigmaatilised muutused füüsikas – kvantmehhaanika ja isegi relatiivsusteooria(d) on leidnud väga viljakaid tehnoloogilisi rakendusi, mis pole veel siiani end täielikult ammendanud. Toome siin vaid mõned näited. Relativistlikud ajaparandid on vajalikud GPS-i täpseks tööks. Kvantside ja kvantkrüptograafia rajanevad omakorda pikka aega skolastilistena tundunud kvantmehhaanika alustõdedel. Kas me võime loota sarnaseid arenguid ka tulevikus? Kui me oletame, et tumeaine olemuse küsimus lõpuks laheneb, siis paneb see kindlasti asjad paika kosmoloogias. Ent kas sel võib olla mingi tähendus ka meie kohapealsele elule? Kipun arvama, et enamus mu füüsikutest kolleega suhtub viimasesse võimalusse … ütleme, ettevaatlikult. Aga – never say never. See võikski sobida ettevaatlikuks kokkuvõtteks.

Jaak Kikas on füüsik ja Tartu Ülikooli korrastamata süsteemide professor. Ta on AHHAA teadusnõukogu esimees ning juhendanud pikki aastaid Eesti võistkonda rahvusvahelistel füüsikaolümpiaadidel.