Kasvavaan kohinaan kadonnut tieto

Nobel-voittaja Richard Feynman piti kuuluisan puheen ”There is plenty of room at the bottom” Caltechin yliopistossa vuonna 1959. Puheessaan Feynman esitti yksinkertaisen kysymyksen: olisiko Encyclopedia Britannica -tietokirjasarjan 24 osateosta mahdollista kirjoittaa nuppineulan päähän?

Miten fyysikko lähestyy tällaista kysymystä? Hän laskee yhteen osateosten kaikkien sivujen pinta-ala ja havaitsee, että sivujen kokonaispinta-ala on 25 000 kertaa nuppineulan pään pinta-alaa suurempi. Teksti voidaan kirjoittaa nuppineulan päähän pienentämällä fonttikokoa 25 000 osaan alkuperäisestä. Mutta onko tämä mahdollista?

Vuonna 1959 tämä oli teoriassa mahdollista. Fysiikan perusperiaatteet, kuten Feynman puheessaan oikein arvioi, eivät estä aineen muokkausta jopa yksittäisten atomien mittakaavassa. Mutta 1950-luvun teknologialla tämä ei vielä onnistunut. Hän tarjosikin 1 000 dollarin palkkion sille, joka ensimmäisenä toteuttaa sivun tekstiä tässä mittakaavassa.

Stanfordin yliopiston jatko-opiskelija Tom Newman kirjoitti ensimmäisen sivun Charles Dickensin Kaksi kaupunkia -romaanista elektronisuihkulitografialla vuonna 1985, ja Feynman lähetti onnittelunsa yhdessä 1 000 dollarin shekin kanssa Newmanille.

Teknologian kehitys viimeisen 60 vuoden aikana on ollut huimaava. Elektronisuihkulitografiaa käytetään rutiinityökaluna transistorien valmistuksessa, joiden pienimmät yksityiskohdat ovat nykyisin alle 10 nanometriä (noin kymmenestuhannesosa hiuksen paksuudesta,) ja joita pakataan miljardeja sormenpään kokoiselle alueelle modernien älypuhelimien prosessoreissa.

Tämä yhdessä tietoverkkojen kehittymisen kanssa on johtanut verkossa liikkuvan datan eksponentiaaliseen kasvuun: miljoonat päivittäiset twiitit, kuva- ja videopäivitykset, kommentit ja tykkäykset täyttävät sosiaalisen median väsymättömän virran, mistä itselle oleelliset uutiset on vaikea poimia. Luonnontieteilijän termein signaalin suhde taustakohinaan on heikko.

Filosofi Ilkka Niiniluoto arvioi tulevaisuuskirjassaan jo vuonna 1986, että informaation määrä tulee kasvamaan eksponentiaalisesti. Näin on tapahtunut. Mutta kuten Niiniluoto ennakoi, valtaosa tästä informaatiosta on kohinaa ja siten aidon tiedon suhteellinen osuus pienenee. Mitä tästä seuraa?

Tiede – luotettavin näyttöön ja tutkimukseen perustuva tieto – on ahtaalla kiihtyvästi muuttuvassa nykymaailmassa. Nykyisin tietoa on saatavilla enemmän ja helpommin kuin koskaan, mutta luotettavan tiedon löytäminen eksponentiaalisesti kasvaneen kohinan keskeltä on entistä vaikeampaa. Monimutkaisiin kysymyksiin on houkuttelevaa hakea yksinkertaista ja helppoa vastausta – ja usein väärää sellaista.

Maailman suurten ongelmien kuten ilmastonmuutoksen, lajien kuudennen sukupuuttoaallon tai koronapandemian ratkaiseminen tarvitsevat kipeästi tiedettä ja kansainvälistä yhteistyötä. Perustellun argumentoinnin ja faktaperusteisen päätöksenteon hukkuessa kohinaan tilaa saavat kovaääninen retoriikka, ”vaihtoehtoiset faktat” ja salaliittoteoriat. Oikean tiedon erottaminen tekaistusta on entistä vaikeampaa.

Asiantuntijoita, tiedemiehiä, tutkijoita ja journalisteja tarvitaan nyt enemmän kuin koskaan erottelemaan kohinasta kestävä totuus. Tieteellisen tiedon suurimpia vahvuuksia ovat sen itseään korjaava mekanismi, yleispätevyys ja riippumattomuus vallitsevasta poliittisesta tai yhteiskunnallisesta tilanteesta – mikä tulee kantamaan tiedettä myös tulevaisuudessa kiihtyvästi kasvavan kohinan keskellä.

Jarkko J Saarinen
Apulaisprofessori, materiaalikemia

Varovaisuusperiaate: Onko parempi katsoa kuin katua?

Viisivuotias tyttö joutui outojen oireiden takia sairaalaan huhtikuussa 1956 Minamatassa Japanissa ja kaksi päivää myöhemmin hänen nuorempi sisarensa otettiin sairaalaan vastaavien oireiden takia. Lähtölaukaus ympäristökatastrofin selviämiselle oli saatu.

Chisso Corporation valmisti Minamatassa 1930-luvulta lähtien asetaldehydiä, minkä valmistuksessa käytettiin katalyyttina elohopeasulfaattia. Reaktion silloin tuntemattomana sivutuotteena syntyi pieniä määriä erittäin myrkyllistä metyylielohopeaa, jonka yhtiö laski paikalliseen lahteen. Elohopea kertyi lahden kaloihin ja äyriäisiin ja niistä paikallisiin ihmisiin, jotka vuosien saatossa kehittivät ihmisille monenlaisia hermostollisia oireita. Minamatassa yli 2 000 ihmistä kuoli myrkytykseen ja yli 10 000 ihmistä sai lopulta korvauksia yhtiöltä.

YK määritteli vuoden 1992 Rion ympäristökokouksessaan varovaisuusperiaatteen oikeudeksi toimia, vaikka tieteellinen näyttö jostakin ilmiöstä ei ole kiistaton, mikäli ilmiön mahdollinen seuraus on vakava tai peruuttamaton. Varhaiset varoituksen merkit on syytä ottaa vakavasti jo aikaisessa vaiheessa niin ympäristölle ja ihmisille vaarallisten aineiden kuin erilaisten virusten havaitsemisessa.

Kevään koronakriisin hoito Suomessa kuvastaa hyvin varovaisuusperiaatteen toimivuutta: aiemmin tuntemattoman viruksen kanssa oltiin Suomessa ennemmin liian varovaisia toisin kuin Ruotsissa otettiin käyttöön rohkeampi linja. Ainakin tällä hetkellä Suomen valitsema varovainen strategia näyttää johtavan merkittävästi pienempään kuolleisuuteen.

Ajan saatossa ihmisille ja ympäristölle vaaralliseksi osoittautuneiden aineiden lista on pitkä: asbesti, bentseeni, kloorifluorihiilivedyt (freonit) ja lyijy bensiinin lisäaineena. Tämä kuvastaa hyvin materiaalitutkimuksen haasteita, sillä kehitettävien materiaalien haluttu uusi toiminnallisuus aiheuttaa helposti myös odottamattomia ominaisuuksia ympäristöön tai ihmiskehoon päästessään.

Nanomateriaalien tutkimuksessa riskien hallinta korostuu. Nanokokoluokan materiaaleilla voidaan saada aikaan täysin uusia ominaisuuksia merkittävästi vähemmällä ainemäärällä, mikä tukee kestävää kehitystä. Toisaalta nanokokoluokan partikkeleilla voi olla pienhiukkasia suurempi vaikutus ihmiskehossa, sillä nanomateriaalit voivat esimerkiksi siirtyä keuhkoista verenkierron kautta muualle elimistöön, mitä mikroskooppisilla partikkeleilla ei tapahdu.

Vastuullinen nanomateriaalien tutkimus voi avata ihmiskunnalle merkittäviä uusia mahdollisuuksia hillitä ilmastonmuutosta ja parantaa ihmisten elämänlaatua ottaen huomioon ympäristön kantokyvyn. Vähemmällä kulutetulla aine- ja energiamäärällä voidaan tuottaa enemmän hyvinvointia.

Uusia ratkaisuja kehitettäessä on edettävä varovaisuusperiaatetta noudattaen. Kuten Alaskan kaukomaille pienlentokoneilla tavaroita toimittavat puskapilotit tämän hyvin tiivistävät: ”On olemassa huimapäisiä lentäjiä ja vanhoja lentäjiä, muttei huimapäisiä vanhoja lentäjiä.”

Jarkko. J.  Saarinen

Apulaisprofessori, materiaalikemia

 

 

Toivoa ilmastoahdistuksen keskellä

Ilmastoahdistus on viime aikoina noussut toistuvasti esiin mediassa. Kasvava huoli planeetasta ja samea tulevaisuus kuumeisella pallolla saa monet nuoret pohtimaan, voiko tällaiseen maailmaan saada lapsia.  

Ilmastoahdistuksella nykysukupolven kokemuksena ajan päättymisestä on monia yhtäläisyyksiä 1970-luvun kylmän sodan tuomaan maailmanlopun retoriikkaan. Silloin ydintalven riski oli merkittävä; olihan Neuvostoliitto osoittanut tuhovoimaansa jo vuonna 1961, kun se teki Novaja Zemljassa maailman suurimman ydinräjäytyksen, joka vastasi noin 3 800 Hiroshiman ydinpommia. Konkreettisesti maailma kävikin muutaman minuutin päässä täysimittaisesta ydinsodasta, kun Neuvostoliiton tutkat reistailivat 1983. Vain upseeri Stanislav Petrovin looginen päättely esti vastahyökkäyksen Yhdysvaltojen kuvitteelliseen ydiniskuun.  

On tieteellisesti kiistaton tosiasia, että ihmisen toimet lämmittävät planeettaa. Teollinen vallankumous ja nykyinen elämäntapamme pohjautuvat laajasti öljypohjaisiin tuotteisiin. Ilmakehän hiilidioksidin määrä on lisääntynyt noin yhdellä kymmenestuhannesosalla esiteolliseen aikaan verrattuna. Maapallon aikaskaalassa ihmiskunta on kuitenkin silmänräpäyksessä vapauttanut takaisin ilmakehään vuosimiljoonien aikana maaperään sitoutuneen hiileen.   

Mutta onko meillä vielä toivoa ja syytä luottaa tulevaisuuteen nopeasti muuttuvassa maailmassa? Ehdottomasti kyllä.   

Ihmisen suurin nerokkuus on kyvyssä löytää uusia ratkaisuja, etenkin pakon edessä. Fossiiliseen hiileen pohjautuvan talouden korvaaminen uusiutuvalla energialla etenee. Uudet teknologiat myös mahdollistavat sen, että tuotteiden ominaisuuksia on mahdollista parantaa merkittävästi vähemmällä raaka-aineiden kulutuksella.   

Nanoteknologia on yksi tällainen ratkaisu. Vuosi 1997 oli yksi shakin historian merkkipaalu, kun suurmestari Garri Kasparov taipui IBM:n DeepBlue-tietokoneelle. Nykyiset älypuhelimet ovat jo merkittävästi tehokkaampia kuin DeepBlue, ja niiden rakentamiseen tarvitaan alle kymmenestuhannesosa sen tarvitsemasta materiaalista. Tämä osoittaa teknologian voiman  vähemmällä materiaalilla voidaan saada aikaan enemmän. 2020-luvun hyvinvointi ei olisi mahdollista 1980-luvun teknologialla.   

Tulevaisuus on samea, kuten se on ollut kautta historian. Ihmiskunta on aina kyennyt löytämään ratkaisut ongelmiinsa, ja tulee löytämään ratkaisut myös ilmastonmuutoksen edessä.  

Edesmennyt presidentti Koivisto sanoitti tämän hyvin: ”Ellemme varmuudella tiedä, kuinka tulee käymään, olettakaamme, että kaikki käy hyvin”. Tätä viestiä kerron kotona kasvaville 9- ja 11-vuotiaille lapsilleni.   

Jarkko J Saarinen
Apulaisprofessori
materiaalikemia