Kosminen hienosäätö

Kosmisella hienosäädöllä tarkoitetaan sitä havaittua tosiasiaa, että universumin rakenne ja fysiikan lakien rakenne ja erityisesti vakiot on täytynyt säätää todella tarkasti jotta elämä olisi mahdollista. (Erillisessä artikkelissa Kosminen lähiömme on kerrottu maapallon paikan erityisyydestä.) Suunnittelun jälkiä näyttää löytyvän hyvin suurista asioista hyvin pieniin. Näistä esimerkkejä ovat vaikkapa

• Universumin juuri sopiva laajeneminen, massan sopiva tasaisuus, entropia.
• Galaksimme, maapallon, aurinkomme ominaisuudet.
• Elämän usean osan systeemit jotka eivät antaisi valintaetua ennenkuin koko systeemi olisi valmis.
• Elämän ohjelmakoodi, sekä DNA:n ja proteiinien ominaisuudet
• Alkuaineiden ja molekyylien ominaisuudet, erityisesti hiili ja happi
• Hiukkasfysiikan ja kvanttifysiikan lait mahdollistavat alkuaineiden olemassaolon.

Käymme alla läpi joitain näistä.

Hienosäädettyjä parametreja

Vesi

Elämä tarvitsee nesteen. Neste mahdollistaa sen, että elämän rakennusosat voivat liikkua, mutta myös koskea toisiinsa riittävän usein. Alla joitain veden elämän mahdollistavista ominaisuuksista. Nämä ja useat veden muut ominaisuudet tekevät vedestä erittäin poikkeuksellisen nesteen.

• Vesi on universaali liuotin: useimmat aineet liukenevat veteen. Kun elämä käyttää vettä, se voi käyttää useimpia alkuaineita.
• Vesi ei ole liian reaktiivinen, useimmat aineet eivät pala tai syövy veden vaikutuksesta liian nopeasti.
• Vedellä on sopivan pieni viskositeetti (nesteen jähmeys) esimerkiksi verenkiertoon. Veden kapillaari-ilmiö mahdollistaa sen että vesi nousee painovoimaa vastaan kapeissa putkissa mahdollistaen suurten kasvien elämän.
• Vedellä on yksinkertainen rakenne joten vettä on saatavilla

Vesi - pysyminen nesteenä

Elämälle on siis välttämätöntä että vesi pysyy nestemäisenä. Veden omat ominaisuudet auttavat tässä. Jos siis veden ominaisuudet olisit toisenlaiset, emme olisi täällä.^1, 2:

• Korkea lämpökapasiteetti. Vedellä on aineiden joukossa poikkeuksellisen korkea lämpökapasiteetti, joka tarkoittaa sitä että vesi kykenee sitomaan paljon lämpöenergiaa ilman että sen oma lämpötila muuttuu merkittävästi.
• Korkea kiehumispiste. Vedellä on poikkeuksellisen korkea kiehumispiste, se höyrystyy vasta sadassa asteessa.
• Vesi laajenee jäätyessään. Tämä on erittäin poikkeuksellista nesteiden joukossa ja mahdollistaa sen, että jää nestemäistä vettä kevyempänä kelluu. Mikäli jää muodostuisi merien ja järvien pohjaan, jokainen talvi lisäisi jään määrää pohjassa, eikä jää ehtisi sulaa kesän aikana. Tällöin järvet jäätyisivät pohjasta myöden, tappaen suurimman osan vesien elämästä. Jää muodostaa järviä ja meriä liialta jäätymiseltä suojaavan kerroksen koska jäällä on alhainen lämmönjohtavuus ja siinä ei tapahdu konvektiota. Näin suurin osa vedestä ei jäädy.
• Korkea jäätymisen latenttilämpö. Jäätyessään vesi luovuttaa paljon lämpöenergiaa ympäristöönsä näin hidastaen jäätymistä jääkerroksen alarajassa.
• Jään ja lumen alhainen lämmönjohtavuus. Jää muodostaa kylmältä suojaavan kerroksen järvien pinnalle. Näin jäätyminen hidastuu.
• Jään sopivan pieni viskositeetti. Jää on suuremmassa paineessa muovautuvaa, joten jää ei jää maapallon navoille tai vuoristoihin vaan suuret jäämassat leviävät hajoavat reunoilta ja näin kaikki vesi ei jäädy navoille ja vuorien huipuille.

Vesi - lämmönsäätely

Veden ominaisuudet ovat juuri sopivat ihmisen, eläimien ja maapallon lämmönsäätelyyn (Lämmönsäätely ja sille edulliset ominaisuudet ovat osin päällekkäisiä yo. veden nesteenä pysymisen kanssa mutta kyse on eri tavoitteesta.):

• Korkea lämpökapasiteetti. Vesi kykenee sitomaan paljon lämpöenergiaa ilman että sen oma lämpötila muuttuu merkittävästi. Kun ihminen tai eliö siis tekee lihaksillaan tai aineenvaihdunnallaan työtä, josta aina vapautuu lämpöenergiaa, vettä käyttävän eliön oma lämpötila ei muutu merkittävästi. Esimerkiksi (vettä käyttävän) ihmisen lämpötila nousee 10 km juoksun seurauksen 10 astetta (tämäkin olisi tappavaa, mutta keho käyttää veden . Mikäli olisimme suolaa, ruumiinlämpömme nousisi 40 astetta, mikäli lyijyä, 200 astetta. Samoin koko maapallon lämpötilavaihtelut ovat huomattavan pieniä koska suuret vesimassat tasaavat vuorokausi- ja vuodenaikojen lämpötilavaihteluja.
• Korkea kiehumispiste. Vesi ei kiehu eikä haihdu liian helpolla.
• Veden alhainen viskositeetti. Veden juoksevuus mahdollistaa verenkierron. Vesi on jopa ei-Newtonilainen neste, joka tarkoittaa, että kun painetta lisätään, veden viskositeetti laskee (eli juoksevuus kasvaa).
• Korkea ominaislämpö. Vesi pystyy viemään suuria määriä lämpöenergiaa pois kudoksesta. Vesi kykenee siirtämään paljon lämpöenergiaa ja tasaamaan maapallon lämpötilaeroja (merivirrat jne.).
• Lämmönjohtavuus. Veden nesteiden joukossa poikkeuksellisen korkean (nelinkertainen yleisiin nesteisiin verrattuna) lämmönjohtavuuden avulla lämpö siirtyy hiussuonista ympäröivään kudokseen ja päinvastoin. Näin lämpö saadaan kuljetettua iholle.
• Korkea latenttilämpö haihtumisessa. Haihtuessaan vesi kuluttaa paljon lämpöenergiaa. Tämä mahdollistaa tehokkaan jäähdytyksen hikoilemalla.

Vesi - ravinteet

Veden ominaisuudet ovat myös juuri sopivat ravinteiden kiertoon, joka myös on välttämätöntä elämän kannalta. Vesi laajenee jäätyessään, hajottaen kiviä. Vesi liuottaa ravinteita ja kuljettaa niitä käyttöön. Sen viskositeetti on sopiva jokiin. Veden pintajännitys mahdollistaa kapillaari-ilmiön jolla kasvit kuljettavat ravinteita ja vettä juurista ylöspäin painovoimaa vastaan.

Lisäksi useat proteiinien osat ovat vettähylkiviä, eli hydrofobisia, joka mahdollistaa mm. proteiinien sopivan laskostuksen.

Hiili

Hiilen ominaisuudet tekevät siitä juuri sopivan elämän käyttöön¹:

• Hiili kykenee muodostamaan erittäin pitkiä ketjuja. Esimerkiksi usein esitetyn hiilen korvikkeen, piin, pitkät ketjut eivät ole riittävän vakaita.
• Hiilen affiinisuus hyvin erilaisille alkuaineille ei vaihtelu liian paljoa. Tämä on erityisesti tärkeää vedyn, hapen ja typen tapauksissa. Näin hiilen ja näiden aineiden yhdisteiden energiasisältö ei vaihtele paljon. Ne ovat vakaita ja hyvin erilaiset reaktiot ovat käytettävissä. Hiilen reaktiot ovat siis yleensä lieviä ja yhdisteet metastabiileja
• Hiili kykenee muodostamaan monenlaisia sidoksia (vahva kovalentti sidos, heikommat ei-kovalentit sidokset (esim proteiinin 3D muoto)). Esimerkiksi piin kohdalla näin ei ole ja siten piin kemia on paljon köyhempää ja siitä puuttuu monimuotoisuus.
• Hiilen sidokset ovat käyttökelpoisia juuri samalla lämpötila-alueella kuin vesi on nestemäisenä.

Vastaavia 'onnellisia yhteensattumia' nousee esiin useista muistakin alkuaineista joita elämä voi onnekseen käyttää ¹.

DNA-molekyyli

DNA on sopivin molekyyli eliöiden rakennuspiirustusten kantamiseen¹:

• Kemiallisesti sopivan pysyvä vedessä
• Sen rakenne mahdollistaa tarkan ja nopean kopioinnin
• Se on joustava joka mahdollistaa sen, että proteiini tunnistaa oikean kohdan DNA:ssa ja voi lukea tarvittavat ohjeet.
• Sillä on erittäin suuri pakkautuvuus superkiertymisen ansiosta (metrin pätkä kiertyy 0.005 mm palloksi).
• Paras koodaussysteemi:
  • Koodaustapa (kolmella kodonilla 20 aminohappoa) on optimaalinen ³
  • Mahdollisia koodeja on 10⁷⁰ kappaletta. Tämän avaruuden etsintä on täysin mahdotonta.
  • Koodin muuttuminen evoluution aikana olennaisesti edes kerran on erittäin epätodennäköistä valtavien korrelaatioiden takia. (Koodin vaihtaminen vaikuttaisi heti koko perimän lukuun, virheitä tulisi valtavasti.)
  • Nykyinen koodi on virheensiedoltaan parempi kuin miljoona satunnaista koodaussysteemiä, todennäköisesti parhain 10¹⁸ koodin joukossa⁴.
  • Paras koodaussysteemi myös päällekkäisten ohjelmien kannalta.
  • Koska on erittäin epätodennäköistä että koodi voisi kehittyä ja se on silti optimaalinen, tämä on vahva viite suunnittelusta. Riittävän älykäs suunnittelija kykenee päätymään optimiratkaisuun ilman kokeiluja. Kaikkien muiden tunnettujen koodien takana on ollut suunnittelija.

Valo ja elämä

Valo on fotonien aaltoliikettä. Eri värit ovat eri taajuudella värähteleviä fotoneja. Universumissa on valtava skaala erilaista valoa, josta näkyvä valo on vain hyvin pieni ja kapea kaista.

• Aurinko lähettää energialtaan juuri sellaista valoa (näkyvä valo), jota elämän molekyylit voivat käyttää^1, 5
• Ilmakehän molekyylit päästävät juuri meille hyödyllisen aallonpituuden läpi ja pysäyttävät meille vaarallista gamma- röntgen ja UV- säteilyä.
• Myös vesi absorboi meille vaarallista säteilyä ja läpäisee hyödyllistä säteilyä. Tämä mahdollistaa esimerkiksi näköaistien käytön vedessä sekä auringonvalon merkityksen sekä pinta- että pohjakasvustolle.
• Myös eliöiden silmien on mahdollista olla tarkkoja juuri tällä samalla valon aallonpituus-alueella. Suuremmat aallonpituudet vaatisivat liian suuria silmiä ja kuvausvirheitä olisi vaikea hallita. Pienempiä aallonpituuksia on vaikeaa taittaa ja ne vaurioittavat silmiä.

Fysiikan perusvoimat

Fysiikassa on neljä perusvuorovaikutusta: painovoima, sähkömagneettinen voima, sekä heikko ja vahva ydinvoima. Näiden vuorovaikutusten vahvuudet ovat seuraavanlaiset kun painovoima normitetaan vahvuuteen yksi:

Fysiikan perusvuorovaikutusten tulee olla juuri oikeassa suhteessa toisiinsa nähden, jotta mm. alkuaineet ovat vakaita.

• Painovoima, vahvuus 1
• Heikko ydinvoima, vahvuus 10³²
• Sähkömagneettinen voima, vahvuus 10³⁶
• Vahva ydinvoima (värivoima), vahvuus 10³⁸

(Tilanne on oikeastaan hieman tätä monimutkaisempi koska vuorovaikutukset kohdistuvat eri asioihin ja vuorovaikutusten etäisyysriippuvuudet ovat erilaisia. Nämäkin yksityiskohdat ovat välttämättömiä elämän kannalta.)

Vaikka vuorovaikutuksien vahvuuksien vaihteluväli on valtavan suuri, niiden keskinäisten vahvuuksien tulee olla nykyisten kaltaisia jotta elämä olisi mahdollista. Vahvuuksien suhteiden osuminen sopivaan kohtaan sattumalta on siis erittäin epätodennäköistä.

Painovoima

Sähkömagneettisen voiman vahvuuden suhde painovoiman vahvuuteen on 10³⁶ = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000. Jos painovoima olisi 3000 kertaa vahvempi, tähdet eivät olisi pitkäikäisiä. Jos vielä vahvempi, olisi vain miniuniversumeita, lyhytikäisiä tähtiä, metriluokan planeettoja ja vain pienet eliöt voisivat kestää painovoiman. Jos se olisi heikompi, tähdet eivät olisi tarpeeksi kuumia fuusion syttymiseen. 3000 kertainen muutos saattaa vaikuttaa suurelta, mutta vuorovaikutusten vahvuuksien vaihteluvälillä kyseinen muutos on erittäin pieni. Painovoiman vahvuus on siis hienosäädetty tarkkuudella 1:10³⁶. Tämä vastaa sitä, että vastaa tunnetun universumin laajuista liukusäätöä saisi muuttaa vain pari senttiä nykyisestä asetuksesta.

Sähkömagneettinen voima

Sähkömagneettisen vuorovaikutuksen johdosta samanmerkkiset varaukset hylkivät toisiaan ja erimerkkiset vetävät toisiaan puoleensa. Näin esimerkiksi atomia kiertävät negatiiviset elektronit pysyvät positiivisen atomiytimen ympärillä ja alkuaineet ovat mahdollisia (Tähän tarvitaan myös erittäin hieno kvanttifysiikka, jonka seurauksena elektroneilla on vakaita tiloja ytimen ympärillä ja alkuaineilla on kullekin tyypilliset ominaisuudet.)

Atomiytimen positiiviset protonit ovat lähellä toisiaan ja hylkivät siten toisiaan vahvasti. Atomeja koossa pitävä voima siis räjäyttäisi atomiytimen hajalle ilman protonien välistä liimaa, vahvaa ydinvoimaa, joka siis pitää atomin ydintä kasassa. (Vahva ydinvoima on jäännevoima protoneja ja neutroneja koossa pitävästä värivuorovaikutuksesta.) Vahvan ydinvoiman suhde sähkömagneettiseen voimaan on noin 137 ja tästä syystä erilaisia ytimiä ja siten alkuaineita on suurin piirtein tämä määrä. Jos suhde olisi 60, elämälle tärkeät alkuaineet eivät olisi vakaita. Hieman suurempi muutos eliminoisi kaikki alkuaineet paitsi vedyn.

Vahva ydinvoima

Jo 0.5 prosentin muutos vahvan ydinvoiman vahvuudessa lopettaisi hiilen ja hapen tuoton tähdissä.

Heikko ydinvoima

• Heikko vuorovaikutus on riittävän heikko. Jos se olisi vahvempi, sitä käyttävä protoni-protoni fuusio muuttaisi kaiken vedyn heliumiksi, jolloin ei olisi elämää eikä pitkäikäisiä tähtiä.
• Toisaalta jos heikko vuorovaikutus olisi heikompi, neutroneita ja protoneita olisi saman verran ja olisi vain nopeasti palavia helium-tähtiä.

Muita fysiikan suureita

Elektronin massa. Elektroni on noin tuhat kertaa protonia kevyempi. Tämä mahdollistaa sen, että elektronipilvi kiertää paljon raskaampaa ja siten riittävästi paikallaan pysyvää ydintä, joka taas mahdollistaa kemialliset sidokset.

Protonin ja neutronin massat. Neutroni on juuri sopivasti protonia raskaampi:

• Jos neutroni olisi hieman (1/700 -osa) raskaampi, p + p → D reaktiota ei tapahtuisi. Universumissa olisi vain protoneita eikä tähtiä olisi.
• Jos neutroni olisi hieman kevyempi, protoniylimäärää ei olisi, olisi lähinnä heliumia. Helium palaa liian nopeasti.

(Neutronin massasta suurempi osa tulee värivuorovaikutuksen vahvuudesta (kentästä) ja pienempi osa u ja d kvarkkien massoista. Mikäli tilannetta tarkastellaan kvarkkien massojen avulla, vaaditaan tarkempaa hienosäätöä.)

Useiden parametrien samanaikaiset muutokset

Tarkemmassa tarkastelussa elämän asettamat rajoitukset koskevat usein kahta tai useampaa parametria. Tällöin elämän salliva parametrien alue voidaan esittää alana tai tilavuutena kyseisten parametrien avaruudessa. Vain erittäin pieni alue tässä parametri-avaruudessa mahdollistaa elämän (Ks. esimerkiksi Tegmarkin artikkelin⁶ kuvat 4, 5 ja 7)

Koska elämän asettamien vaatimusten määrä on paljon suurempi (140 ⁷) kuin fysikaalisten parametrien määrä (noin tusina), on yllättävää, että edes yksi elämän ehdot täyttävä alue löytyy. Havaitsemamme hienosäädetyn 'parametrisaaren' läheisyydessä voi olla joitain elämän sallivia parametrien yhdistelmiä, 'saaria', mutta niiden määrä on rajallinen⁸ ja niiden kaikkien elämän sallimien alueiden kattama tilavuus on joka tapauksessa tähtitieteellisen pieni verrattuna kuolleeseen parametriavaruuden alueeseen. Hienosäädön tarkastelu usean parametrin funktiona lisää hienosäätö-argumentin vahvuutta.

Ulottuvuuksien määrä

Käytössämme on 3 paikkaulottuvuutta (pituus, leveys ja korkeus) sekä yksi aikaulottuvuus. Elämä on mahdollista vain tässä 3+1 kombinaatiossa. Mikäli paikkaulottuvuuksia olisi vähemmän, verisuonet, hermot tai suolisto halkaisisivat eliön. Mikäli paikkaulottuvuuksia olisi enemmän, planeettojen radat eivät olisi vakaita. Mikäli taas aikaulottuvuuksia olisi enemmän, kausaalisuus kärsisi. (Säieteorioissa on toki enemmän valtavan pieniä 'kompakteja' ulottuvuuksia, mutta tässä olennaista on makroskooppisten ulottuvuuksien määrä.)

Universumiin liittyviä parametreja

Universumin laajeneminen miljardeja vuosia massan jatkuvasti hidastaessa laajenemista vaatii valtavan tarkkaa tasapainoa. Toisaalta, ettei painovoima vedä universumia liian aikaisin kasaan, ja toisaalta, ettei laajeneminen ole niin nopeaa ettei rakenteita pääse muodostumaan⁹. Kosmisen inflaation mallit selittävät laajenemisnopeuden hienösäädön mutta mallien parametreja (inflaatiokentän tyyppi, inflaation alku- ja loppuhetki) ja rakennetta täytyy hienosäätää jotta tämä olisi mahdollista. Inflaatiomallit siis siirtävät hienosäädön omaan rakenteeseensa ja vakioihinsa. Toisaalta tässä tapauksessa hienosäätö ei enää ole niin suurta, ainakaan malliparametrien osalta.

Universumin normaali aine on nykytietämyksen mukaan seurausta alkuräjähdyksen alkuhetkillä tapahtuneesta symmetriarikosta materian ja antimaterian välillä. Tavallista ainetta syntyi hieman enemmän. Ei ole mitään a priori syytä sille miksei symmetriarikko olisi voinut tapahtua myöhemmin tai aiemmin. Onneksi se tapahtui ajallaan, muuten emme olisi tässä¹⁰.

Universumin laajenemista kiihdyttävän 'voiman' arvo (kosmologinen vakio) on erittäin pieni. Onneksi tämä kosmologinen vakio noin 1/10¹²⁰ -osa siitä mitä sen odottaisi olevan (odottaisi mikäli hiukkasten massat olisivat sattuman tulosta), muuten galakseja ja tähtiä ei olisi. Tämä 'voima' laajentaisi avaruuden niin nopeasti, ettei mitään rakenteiden muodostumista ehtisi tapahtua. Kosmologinen vakio vaatii vähintään 1/10⁵³ (mikäli hienosäätöä tarkastellaan massa-, ei energia-akselilla) hienosäädön jotta elämä olisi mahdollista¹¹. Tämä hienösäätö on tarkempaa kuin se, että kuussa oleva tikanheittäjä osuu maapallon pinnan tiettyyn atomiin tikallaan.

Massa on universumissa juuri sopivan tasaisesti: 1/100000 eroja. Jos massa olisi liian tasaisesti jakautunutta, painovoima ei alkaisi kasata tähtiä. Jos se olisi liian epätasaisesti jakautunutta, olisi vain mustia aukkoja.

Universumin entropia täytyy asettaa erittäin epätavalliseen arvoon jotta elämän salliva universumi olisi mahdollista. Entropia kuvaa systeemin tilan todennäköisyyttä. Mustan aukon erittäin suuri entropia voidaan laskea. Suuresta entropiasta seuraa, että mustista aukoista koostuva alkutila on universumille paljon todennäköisempi kuin nykyiseen elämälle sopivaan universumiimme johtanut erittäin järjestäytynyt alkutila. On laskettu¹², että universumin alkutila vaatii hienosäätöä $1/10^{10^{123}}$ tarkkuudella. Tämä todennäköisyys on niin pieni, että lukua ei voida edes kirjoittaa auki tunnetun universumin atomeilla.

Lainauksia

Tunnettujen fyysikkojen lausuntoja hienosäädöstä fysiikassa:

• ”Luonto on ollut meille suosiollisempi kuin mitä meillä oli oikeus odottaa. Kun katsomme universumia ja tunnistamme monet fysiikan ja tähtitieteen yhteensattumat jotka yhdessä toimivat eduksemme, näyttää melkein siltä että universumi on jollain tapaa tiennyt meidän olevan tulossa.” –Freeman Dyson
• "[Fysiikan] lait ... näyttävät olevan erittäin nerokkaan suunnittelun tulosta ... universumilla täytyy olla tarkoitus." -Paul Davies
• ”Kun käymme läpi kaiken todistusaineiston, nousee ajatus, että yliluonnollinen taho – tai siis Taho – täytyy olla mukana. On mahdollista että yhtäkkiä, tahtomattamme, olemme löytäneet tieteellisen Jumalan olemassaolon todistuksen.” -George Greenstein
• “Erittäin älykäs taho on säätänyt fysiikkaa, sekä kemiaa ja biologiaa.” -Fred Hoyle

Tutkittavuus

Lisäpotkua suunnittelu-argumentille tuo se, että olemme monella tavalla parhaassa paikassa tekemään havaintoja maapallosta, aurinkokunnasta, maailmankaikkeudesta ja luonnonlaeista (Gonzales & Richards: The Privileged Planet). Paras paikka elää näyttää myös olevan paras paikka tutkia kosmosta. Mikäli universumi olisi vain sattuman tulosta, ei olisi mitään syytä miksi asuttavuuden ja havaittavuuden välillä olisi korrelaatio. Suunnittelijan olettaisi antavan älykkäimmille tietoisille olennoille mahdollisuudet suunnitellun universumin havainnointiin ja arvostamiseen. Havaittavuuden ja asuttavuuden välisestä onnellisesta samanaikaisuudesta kertovat useat asiat, otamme esimerkiksi kuun ja paikkamme galaksissa:

• Kuu vakauttaa maapallon akselin, joka mahdollistaa sopivat vuodenaikojen lämpötilavaihtelut.
• Kuun vetovoima sekoittaa merien kylmää ja lämmintä vettä ja kierrättää ravinteita.

• Kuu peittää auringon juuri sopivasti mahdollistaen auringon toiminnan ymmärtämisen.
• Myös yleinen suhteellisuusteoria varmistettiin auringonpimennyksen avulla.

Paras paikka elää galaksissa on myös paras paikka tehdä havaintoja:

• Galaksin keskustassa on liikaa säteilyä. Suurenerginen ja runsas säteily tuhoaisi elämän planeeralla ja puhaltaisi ilmakehän avaruuteen. Lisäksi galaksin keskustassa on liikaa tähtiä ja siten törmäyksiä. Galaksin laidalla taas on liian vähän raskaampia alkuaineita (esimerkiksi hiili, happi, fosfori ja metallit). Elämälle paras paikka on siellä missä me olemmekin, eli spiraaligalaksin käsivarsien välissä olevalla tyhjemmällä alueella jossa kuitenkin on riittävästi eri alkuaineita eikä liikaa säteilyä tai lähellä räjähteleviä supernovia.
• Galaksin asuttavin paikka (jossa siis asumme) on myös paras paikka universumimme havainnointiin, sillä galaksin keskustassa on liikaa pölyä ja muita tähtiä joten sieltä ei näe kunnolla muita galakseja, taustasäteilyä tai universumin suuria rakeita. Aivan galaksin reunalta taas ei näe kunnolla galaksimme keskustaan. Paikkamme spiraaligalaksin käsivarsien välissä on myös vähäpölyinen, täältä näkee hyvin joka suuntaan.

Ymmärrettävyys

Miksi ihminen olisi sellainen että kykenee ymmärtämään maailmankaikkeutta? A. Einstein totesi: ”Käsittämättömin asia universumissa on, että se on käsitettävissä.” Luonto näyttää jopa olevan tutorial-muodossa. Meitä lähellä olevat luonnonlait ovat riittävän yksinkertaisia, ne on voitu ymmärtää. Miksi löytämämme matematiikka toimii luonnonlakien kuvaamisessa? E. Wigner :"Matematiikan kielen soveltuvuus fysiikan lakien kuvaamiseen on ihmeellinen lahja, jota emme ymmärrä, emmekä ansaitse."

Elegantit luonnonlait

Luonnonlaeissa on eleganssia, kauneutta, harmoniaa ja nerokkuutta. Eleganttien lakien etsintä on ohjannut tiedettä. Esimerkiksi Dirac on todennut: ”On tärkeämpää että yhtälö on kaunis kuin että se sopii mittauksiin.” ja Einstein: ”Minulla on syvä usko, että universumin perimmäiset lait tulevat olemaan kauniita ja yksinkertaisia.” Miksi kauneuden etsintä tuottaisi teorioita, jotka tekevät tarkkoja ennusteita? Materialismi/naturalismi ei anna syytä miksi luonnonlait olisivat elegantteja ja ymmärrettäviä. Ei ole mikään ihme että Suunnittelija halusi tehdä maailman joka on kaunis ja elegantti perustavalla tasolla.

Hienosäädön selityksiä

• Perustavampi ’kaiken’ teoria: Ei näytä auttavan, perustavampi teoria siirtäisi hienosäädön omiin vakioihinsa tai rakenteeseensa. Esimerkiksi neutronin ja protonin massa seuraa tietysti allaolevista kvarkkien massoista ja QCD-teorian rakenteesta ja kvarkkien massojen hienosäätö on vielä tarkempaa jotta neutronin ja protonin massat saadaan kohdalleen. Hienosäätö voi siis vaikeutua tai helpottua mutta perusargumentti pysyy samana. Lisäksi elämän vaatimien rajaehtojen määrä pysyy joka tapauksessa samana (kymmenistä satoihin), joten pienemmällä määrällä vakioita on yhä vaikeampi löytää niitä täyttävää ratkaisua.
• Monimaailmankaikkeusteoriat ja valintaefekti (emme voisi havaita muuta): Ei paranna ennustetta havaittavuudesta tälle universumille. Tästä aiheesta lisää esimerkiksi jutussa http://www.intelligentdesign.fi/2008/09/03/monimaailmankaikkeus-selityksen-monet-ongelmat/ sekä tekninen käsittely fyysikoiden artikkelipalvelimen artikkelissa arXiv:0802.4013.
• Suunnittelu: Ei muodissa naturalistisen tieteenfilosofian takia, mutta ennustaa havaitsijat parhaiten. Suunnittelusta on myös riippumattomia todisteita.

Suunnittelun ennusteita voidaan perustella usealla tasolla, joista alla esimerkkejä:

1. Jumalan erityisen ilmoituksen perusteella tehdyt ennustukset.
2. Ennusteet Jumalan ja ihmisen samankaltaisuuksiin perustuen. (Analogia on yksi tieteellisen päättelyn yleisimpiä muotoja.)
3. Ennusteet yleisen tietoisen olennon ominaisuuden perusteella.
4. Ennusteet jotka summataan kaikkien tietoisen olennon motiivien yli. Koska tässä todennäköisyysavaruuden dimensio ja tyyppi on erilainen kuin fysikaalisten parametrien avaruus, se kuvautuu ei-tasaisena ennusteena fysikaalisten parametrien avaruuteen. Esimerkiksi, mikäli annamme 50% todennäköisyyden sille, että Suunnittelija (tässä siis Jumala) luo tietoiset havaitsijat mahdollistavan universumin, kutsutaan tätä universumin ominaisutta O, summaamalla O:n ja ei-O:n yli, saamme silti hyvin suuren ennusteen havaitsijat sallivalle universumille fysikaalisten parametrien avaruudessa verrattuna fysikaalisten parametrien avaruuden tasaiseen jakaumaan (tai muuhun ei-informatiiviseen jakaumaan). Esimerkiksi painovoiman voimakkuus on 1, kun kaikkien fysiikan voimien voimakkuudet ovat välillä 1 - 10⁴⁰. Painovoima saa olla korkeintaan 3000-kertainen, jotta elämä on mahdollista. Näin todennäköisyys sille, että Jumala luo maailman, jossa painovoima on välillä 1-3000, on 0.5. Vastaavasti todenäköisyys saada painovoiman arvo elämän sallivalle välille puhtaan sattuman perusteella on noin välin 1-3000 pituus verrattuna koko skaalan pituuteen, eli noin 3000/10⁴⁰=10^-36. Jumala-selitys on siis noin 0.5/10^-36 ~ 5*10³⁵ eli melkein miljoona miljoona miljoona miljoona miljoona miljoonaa kertaa todennäköisempi kuin puhdas sattuma (ja siten teismi on tilapäisesti tämän verran ateismia todennäköisempi jo tämän argumentin perusteella).

Vastaväitteitä

Kosmologi K. Enqvist on esittänyt seuraavaa kritiikkiä kosmiselle hienosäädölle (Kanava 03):

Esimerkiksi kreationistit rakastavat todennäköisyyksien liittämistä geeneihin ja niiden mutaatioihin. Kaikkien mahdollisten geenien permutaatioista saadaan sitten suunnattoman pieniä todennäköisyyksiä, jotka ovat osoittavinaan, että vaikkapa elämän synty sattumalta on ”käytännössä mahdoton”. Mutta nämä tarkastelut ovat mielettömiä jollei niihin liitetä sekunteja ja tilavuuksia: kuinka monta molekyyliä asustaa kuutiosenttimetrissä ja kuinka usein uusia permutaatioita muodostuu sekunnissa.

V: ID ei tietenkään ole kreationismia, mutta kaikissa lukemissani laskuissa joille molekyylien tai solujen määrä on olennaista, se on tietenkin otettu huomioon.

Tämän lisäksi on tiedettävä, mikä on fysikaalisten suureiden mahdollinen vaihteluväli.

V: Toki vaihteluväli vaikuttaa, mutta laskut on tehty pienimmillä järkevillä vaihteluväleillä. Periaatteessahan vaihteluvälit voisivat olla äärettömän suuria, jolloin materialisti joutuisi uskomaan p=0 todennäköisyyksiin.

Kaikkien kompleksisten ilmiöiden esiintymistodennäköisyydet ovat niin mitättömiä että voisimme aina halutessamme kutsua niitä ihmeiksi.

V: Enqvist ei ole ilmeisesti vähääkään tutustunut suunnitteluteoriaan, sillä täsmennyksen kriteeri ratkaisee juuri tämän asian. Toisaalta tämä on lähes triviaali huomio Bayeslaiselle hypoteesitestaukselle: Suunnittelun ennuste on parempi, sillä hyvä.

meidän on liki mahdotonta liittää fysiikan teorioiden parametreihin selkeää lukua, joka kuvaisi niiden havaittujen arvojen todennäköisyyksiä. Tällä hetkellä emme tunne sen paremmin vaihteluväliä kuin tapaakaan, jolla parametrit voivat vaihdella.

V: Tässä Enqvistillä on väärä ja valikoiva todennäköisyyskäsitys: meidän täytyisi tietää kaikki jotta voisimme määrätä todennäköisyyksiä. Mutta tällöin todennäköisyyksiä ei tarvittaisi, tietäisimme tuloksen. Jos esim. tiedämme nopanheitosta kaiken, tiedämme tuloksen. Todennäköisyys kuvaa juuri epävarmuuttamme. Ja sitä käytetään kosmologiassakin juuri näin. Tasaiset todennäköisyysjakaumat varsinkin ovat yleisesti käytössä.

Aukkojen Jumala? Teemmekö aukkojen suunnittelija/Jumala argumentin ID:ssä?

V: Emme, kyse on kilpailevista hypoteeseista parhaaseen selitykseen. Argumentti ei perustu tietämättömyyteen vaan siihen mitä tiedämme suunnittelijoista ja toisaalta siihen mitä tiedämme tunnettujen materialististen prosessien rajoista. ”Aukkojen X”–syytös voitaisiin esittää mille tahansa laajan selitysvoiman omaavalle hypoteesille. Tulevaisuuden tieteellinen edistys ei ole argumentti suunnittelua vastaan: Tulevaisuuden tutkimus voi samoin tukea ID:tä. Meidän pitäisi toipua Galilei-kompleksista. Tieteen historian käyttö hypoteesien arvioimiseen on arveluttavaa ja usein valitettavan valikoivaa. Tieteen historiassa on paljon väärässä olleita materialistisia selityksiä.

Johtopäätöksiä

Veden, hiilen, DNA:n, proteiinien ominaisuudet, ilmakehän valon kaista jne. eivät ole itsestään selviä, vaan ne ovat mahdollisia vain tietyillä fysiikan laeilla ja niiden vakioiden arvoilla. Nämä ovat hienosäädetyt elämää varten. Kun katsoo oikeastaan mitä tahansa ympärillään, on siis hyvä ymmärtää, että niiden olemassaolo ei ole itsestään selvyys vaan fysiikan lait on säädetty tarkoin jotta elämä ja ihmiset ovat mahdollisia. Todennäköisyys sille että lait olisivat oikein sokean sattuman kautta on äärimmäisen pieni. On järkevää ajatella että suunnittelija halusi luoda elämää universumiinsa ja suunnitteli lait elämää varten. Lisäksi luonnossa on paljon monitasoista järjestystä, joka koostuu useista osista ja jonka on vaikea kehittyä. Lisää ID:n tutkijoita (ja rahoitusta) tarvitaan. Vaikka suunnittelua tukevaa tutkimusta ei ole saatu tehdä paljoakaan, löydetyt tosiasiat yhdessä muodostavat voimakkaan kumulatiivisen argumentin suunnittelulle.

Lisäresursseja

• TV7 arkistossa Cafe Raamattu -ohjelman jaksot 99 ja 100 sisältävät viihteellisen keskustelun aiheesta.
• The Veritas Forum -sivustolta voi kuunnella tai ladata G. Gonzalezin, H. Rossin, F. Ranan, F. Schaefer ja J. Richardsin luentoja aiheesta
  • The Fine-Tuning of the Universe Part 1 of 2
• Sivustolta http://theapologiaproject.org/?page_id=5 voi katsella Privileged Planet dokumentin verkon yli. (Kannattaa katsoa tai ostaa myös Unlocking the Mystery of Life).
• H. Ross, 2008, A "Just Right" Universe artikkeli verkossa (ei korvaa kirjaa).

Kirjallisuutta

Suomeksi hienosäätöä on käsitelty kappaleen verran professori T. Puolimatkan kirjassa Usko, tiede ja evoluutio.

• J. Lennox, God's Undertaker, Lion UK, 2007.
• H. Ross, Why the Universe is the Way it is?, Baker Books, 2008.
• J. Barrow, F. Tipler, The Anthropic Cosmological Principle, Clarendon Press, 1986.
• J. Leslie, Universes, Routledge, 1996.
• M. Denton, Nature’s Destiny. Free Press, 2002.
• R. Collins, Evidence for Fine-tuning, in God and Design, ed. N. A. Manson, Routledge, 2001
• G. Gonzalez and J. W. Richards, The Privileged Planet, Regnery Publishing, 2004.
• M. Rees, Just Six Numbers, Phoenix, 2000.
• R. Swinburne, The Existence of God, 2nd ed., Oxford University Press, 2004.
• R. Collins, How to Rigorously Define Fine-tuning, Philosophia Christi, 2005, http://home.messiah.edu/ rcollins/finetune/Defining
• R. Penrose, The Road to Reality, Knopf, 2005.

Todennäköisesti erittäin hyvä kirja asiasta tulee olemaan Robin Collinsin The Well-tempered Universe, kunhan ilmestyy. Tästä hyvä tiivistelmä lienee W. Lane Craigin ja J.P. Morelandin tuoreessa useita argumentteja tiivistävässä kirjassa "The Blackwell Companion to Natural Theology". Lorem.

Viitteet

Artikkelin tägit: hienosäätö, astrobiologia, kosminen, paikka, maapallo, linnunrata, kuu, aurinko, antrooppinen periaate, kosminen hienosäätö, fysiikan lait, dna koodi, proteiinit, vesi, hiili, elämä, entropia, suunnittelu, ID, ihminen