Miten kvanttimekaniikka voi selittää ihmisten päätöksentekoa?

Kuvittele tilanne, jossa valaisimella ammutaan valonsäteitä kahden raon läpi. Miten kuvittelisit valon käyttäytyvän? Perinteisessä maailmassa, jossa esineet käyttäytyvät kuten kivet tai jalkapallon kokoiset objektit, odottaisit kenties näkeväsi kaksi punaista viivaa toisen seinän pinnalle, jotka olisivat linjassa ensimmäisen raon kanssa. Mutta jos sama kokeilu tehdään veden aaltoliikkeellä, kuvio muuttuu merkittävästi. Veden aalto jakautuu, kun se kohtaa kaksi rakoa, ja nämä kaksi aaltoa vaikuttavat toisiinsa synnyttäen interferenssikuvion. Tämä on aaltojen perusluonne: aaltojen vuorovaikutus voi vahvistaa tai heikentää toisiaan. Samanlainen interferenssikuvio syntyy myös valon kanssa, kuten Thomas Youngin kokeessa vuonna 1801, jossa valo kulki kahden raon läpi ja synnytti interferenssin. Tämä paljasti, että valo ei ole vain hiukkasia, vaan se voi käyttäytyä myös aallon tavoin.

Kvanttimekaniikassa asiat menevät vieläkin oudommaksi. Kuvitellaan, että sen sijaan että lähetämme valonsäteitä, ammutaan elektroneja – alkeishiukkasia, jotka ovat moninkertaisesti pienempiä kuin jalkapallon kokoiset objektit. Kun elektronit ammutaan seinää kohti, jossa on vain yksi rako, syntyy perinteinen kaistale, aivan kuten isommilla esineillä. Mutta kun kokeeseen lisätään toinen rako, tilanne muuttuu. Emme näe kahta yksinkertaista kaistaletta, kuten voisi odottaa. Sen sijaan syntyy jälleen interferenssikuvio, aivan kuten aalloilla vedessä.

Tämä ilmiö herättää kysymyksiä siitä, kuinka tavat, joilla havainnoimme maailmaa, voivat vaikuttaa siihen, miten asiat itse asiassa käyttäytyvät. Klassinen logiikka ei pysty selittämään tätä käyttäytymistä, mutta kvanttimekaniikka tekee sen. Elektroni voi olla tietyssä paikassa, mutta sen tarkka sijainti ei ole koskaan täysin varma ennen kuin se mitataan. Sitä ennen se käyttäytyy todennäköisyyksien aaltona, eikä fyysisenä hiukkasena. Ainoastaan mittaaminen määrittää sen tarkan paikan.

Tätä ilmiötä on alettu soveltaa myös kognitiotieteessä. Kvanttikognitiolla tarkoitetaan sitä, että kvanttimekaniikan periaatteet voidaan liittää ihmisten päätöksentekoon. Kuten kvanttimaailma perustuu epävarmuuteen, myös ihmisten päätöksentekoprosessit voivat olla epäselviä ja epävarmoja. Esimerkiksi kun tutkitaan, kuinka ihmiset tekevät päätöksiä riskitilanteissa, voidaan havaita, että heidän käyttäytymisensä ei aina noudata klassista rationaalista ajattelua. Eräässä kokeessa, jossa osallistujille esitettiin kysymykset eri järjestyksessä, perinteiset kognitiiviset mallit ennustivat, että vastausten pitäisi olla samoja riippumatta järjestyksestä. Kuitenkin kvanttikognitiikka ennusti 10 prosentin eron, joka todellisuudessa ilmeni. Tämän kaltaiset poikkeamat ennustuksista voidaan myös havaita monissa muissa kokeissa, joissa osallistujat tekevät poliittisia tai henkilökohtaisia päätöksiä.

Kvanttikognitiikka onkin saanut merkittävää huomiota, koska se tarjoaa tavan tehdä tarkkoja ennusteita ihmisten käyttäytymisestä. Perinteiset kognitiiviset mallit eivät pysty samanlaisiin ennusteisiin, koska ihmisten päätökset ovat usein liian monimutkaisia ennustettaviksi. Kvanttikognitiikka tuo kuitenkin esiin mielenkiintoisia tuloksia, jotka voisivat muuttaa käsityksemme siitä, kuinka ihmiset tekevät päätöksiä ja miten he suhtautuvat epävarmuuteen.

Tämä ajatusmalli tuo esiin tärkeän ymmärryksen siitä, että kvanttimekaniikan perusilmiöitä ei tarvitse rajoittaa pelkästään mikroskooppisiin hiukkasiin. Kvanttiprosessit voivat olla läsnä myös makroskooppisessa maailmassamme ja jopa kognitiivisessa toiminnassamme. Älä siis aliarvioi epävarmuuden roolia arjessasi. Sen sijaan, että yrittäisit hallita sitä täysin, opettele hyväksymään, että monissa tapauksissa epävarmuus ei ole ongelma, vaan osa todellisuutta. Tämä oivallus voi auttaa sinua tekemään parempia päätöksiä, jopa niissä tilanteissa, joissa et voi olla täysin varma lopputuloksista.

Miten Newtonin ja Laplacen teoriat muovasivat maailmankuvaamme ja ajattelutapojamme

Totuus on, että kuten monilla nuorilla teini-ikäisillä, minulla oli muuta mielessä. Olin ahdistunut, epävarma ensimmäisen polven intialainen nuori, joka kasvoi pohjoislontoolaisessa esikaupungissa. Kävin arvostetussa mutta erittäin kilpailullisessa yksityiskoulussa, jossa minulla ei ollut monta ystävää, ja sosiaalisten suhteiden monimutkaisuudet tuntuivat käsittämättömiltä. Olin enemmän kiinnostunut ymmärtämään suosion salaisuuksia kuin fysiikkaa. Maailma tuntui kaoottiselta ja synkältä. Mutta 15-vuotispäivänäni kaikki alkoi muuttua. Vanhempani, jotka pyrkivät innostamaan minua lukemaan enemmän, ostivat minulle Douglas Adamsin koomisen tieteisromaanin "Linnunradan käsikirja liftareille". Yhdistyin heti Arthur Dentiin, hahmoon, joka oli kuin vahingossa joutunut suurten voimien pyörteeseen, mutta joka ei antanut periksi, vaan yritti elää elämäänsä. Mutta enemmän kuin tämä, minua kiehtoi ajatus yhdestä "vastauksesta elämän, maailmankaikkeuden ja kaiken kysymykseen". Ajatus sellaisesta vastauksesta oli minulle paitsi viihdyttävä, myös lohdullinen. Tajusin toki, että tämä ajatus oli vain vitsi. Adams pilkkasi ajatusta yhdestä lopullisesta vastauksesta tekemällä siitä naurettavan. Kuuluisasti selvisi, että elämän, maailmankaikkeuden ja kaiken kysymyksen vastaus on luku 42. Mutta yksinäisenä teinipoikana olin lumoutunut mahdollisuudesta löytää yksi kehys, joka voisi auttaa selittämään maailman ympärilläni. Halusin löytää tämän kehysversiosta todellisen, ja fysiikka – tieteen perusta, joka tutkii aineen luonteen – tuntui polulta, joka voisi johdattaa minut siihen.

Newtonin toinen laki ilmenee yhtälönä: F = m × a. Voima on massan ja kiihtyvyyden tulo. Toisin sanoen: mitä raskaampi raketti, sitä voimakkaampia moottoreita tarvitaan, jotta se saavuttaa tarpeeksi suuren nopeuden päästääkseen Maan vetovoiman ulottumattomiin. Newton myös huomasi, että jokaiselle voimalle on vastakkainen ja yhtä suuri reaktio. Tämä periaate tuli hänen kolmanneksi laikseen, vaikutuksen ja vastavaikutuksen laiksi. Tämä laki mahdollisti rakettien toiminnan, sillä suihkutusvoima yhteen suuntaan saa raketin liikkumaan toiseen.

Näiden kolmen lain avulla Newton pystyi kehittämään myös yleisen gravitaatioteorian, joka sanoo, että kaikki maailmankaikkeuden kappaleet vetävät toisiaan puoleensa voimalla, joka on verrannollinen niiden massojen tuloon ja kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön. Toisin sanoen: mitä suurempi kappaleen massa, sitä suurempi sen vetovoima (siksi Maalla on voimakkaampi gravitaatio kuin pienemmällä Kuulla), ja mitä kauemmas kaksi kappaletta menevät, sitä heikommaksi niiden vetovoima heikkenee (siksi Auringon vetovoima, jonka Maa kokee, on vahvempi kuin etäämmillä planeetoilla).

Newtonin elegantti lauseke loi perustan meidän ymmärryksellemme maailmankaikkeudesta satojen vuosien ajaksi. Se edusti ennustettavaa, järjestäytynyttä ja varmaa maailmankaikkeutta, ja se inspiroi lukemattomien muiden tiedemiesten työtä. Yksi näistä tiedemiehistä oli Pierre-Simon Laplace. 1800-luvulla Laplace teki keskeisiä oivalluksia planeettojen liikkeen ymmärtämisessä soveltamalla Newtonin gravitaatioteoriaa koko aurinkokuntaan. Mutta Laplacen todellinen kunnianhimo ulottui paljon pidemmälle kuin pelkkä fysiikka. Hän oli syvästi halukas kehittämään teorian, joka ei vain ennustaisi planeettojen liikkeitä, vaan joka olisi kaikenkattava maailmankuvateoria – teoriaksi kaikesta.

Laplace julkaisi kirjoituksen, joka nähdään yhtenä ensimmäisistä hahmotelmista ajatuksesta, jota kutsutaan determinismiksi. Hän uskoi, että jos joku voisi tietää kaiken maailmankaikkeudesta tietyllä hetkellä – kaikki vaikuttavat voimat, kaikkien esineiden sijainnit – täydellisellä tarkkuudella, silloin he voisivat periaatteessa "kääntää kellon eteenpäin" ja tietää tulevaisuuden täydellisesti. Hän kirjoitti: "He omaksuisivat yhdellä kaavalla maailmankaikkeuden suurimpien ruumiiden liikkeet ja pienimmän atomin liikkeet; tällaiselle älylle mikään ei olisi epävarmaa ja tulevaisuus, kuten menneisyys, olisi läsnä sen silmien edessä."

Laplacen vaikutus ulottui fysiikan ulkopuolelle. Hän oli Napoléon Bonaparten aikakumppani, ja vaikka heidän maailmansa – sota ja tiede – olivat hyvin erilaiset, Laplacen deterministinen filosofia resonoi Napoléonin hallinnan ja strategisen tarkkuuden halun kanssa. Napoléon halusi ymmärtää taistelukentän samalla tavalla kuin Laplace ymmärsi maailmankaikkeuden, laskemalla tarkasti joukkojen liikkeet, maaston hyödyt ja jopa käyttämällä tähtitieteilijöitä tykistön tarkan kohdistamisen hyväksi. Napoléon oli nähnyt armeijat kuin taivaankappaleet, joita liikuttivat painovoiman kaltaiset strategiset vetovoimat.

Miksi Talouden Kasvu Ei Voisi Olla Loppumaton: Termodynamiikka ja Talouspolitiikka

Yhdysvalloissa julkaistiin aiemmin raportti, joka tunnetaan lempinimellä Cheney-raportti, varapresidentti Dick Cheneyn mukaan. Tämä politiikkadokumentti ehdotti, että Yhdysvaltojen talouden terveyden ylläpitämiseksi olisi välttämätöntä lisätä huomattavasti hiilen, öljyn ja maakaasun tuotantoa ja kulutusta. Tohtori Ayres, joka tarkasteli tätä raporttia, huomautti, että se edusti taloustieteilijöiden kyvyttömyyttä ottaa huomioon termodynamiikan lait. Ayres korosti kolmea oleellista virheellistä oletusta, jotka raporteissa toistuvat.

Ensinnäkin raportti oletettiin, että kaikki investointipäätökset olisivat aina optimaalisia, koska yritykset automaattisesti maksimoivat voitot ja kuluttajat maksimoivat hyötynsä. Tämän vuoksi ei tarvita energiansäästöä, koska mitään energiaa ei käytetä hukkaan. Mutta maailmantalouden historia on täynnä esimerkkejä siitä, kuinka investoinnit eivät aina tuota odotettuja tuloksia. Esimerkiksi subprime-lainojen romahdus ja sitä seurannut maailmanlaajuinen lama osoittavat, että investoinnit eivät ole aina optimaalisia.

Raportin toinen oletus oli, että energia ei koskaan ole niukkaa. Talouskasvun myötä lisääntyvä energiantarve täytettäisiin jatkuvalla tarjonnalla, ilman hintojen nousua. Tämä oletus ei kestä tarkempaa tarkastelua. Jos kaadetaan yksi puu jokaista kaadettua kahta kohden, päädytään tilanteeseen, jossa puita ei ole riittävästi. Maailman öljyvarat, joita kulutamme ahmimalla, ovat syntyneet miljoonien vuosien aikana, ja niiden täydentäminen luonnon prosesseilla vie miljoonia vuosia. Jos resursseja ei voida uusiutua samalla nopeudella kuin niitä kulutetaan, ne loppuvat aikanaan.

Kolmas virheellinen oletus raportissa oli se, että talous kasvaisi tasaisesti ja vakaasti, noin 2,5–3 prosenttia vuodessa. Ayresin mielestä tämä on mahdoton ajatus, sillä talous ei voi koskaan olla tasapainossa; järjestys heikkenee aina. Talous on aina alttiina entropialle. Tämä tarkoittaa sitä, että kasvun ei voida olettaa olevan tasaista ja vakaa. Pitkäaikainen kasvu ja kestävä kehitys vaativat radikaaleja ja häiritseviä innovaatioita, jotka tuovat uusia tuotteita ja palveluja markkinoille.

Ayresin mukaan talouskasvu on aina ollut riippuvainen innovaatioista, jotka ovat vaatineet halvemman ja halvemman energian käyttöä. Tämä ei tarkoita, että energian arvo olisi linjassa taloudellisten prosessien kanssa. Se, miten talous ja energia kietoutuvat toisiinsa, on monimutkainen kaksisuuntainen prosessi. Kasvava kysyntä autoille on saanut aikaan kysyntää asfaltointikoneille, liikennevalot, henkilökohtaisille lakimiehille ja jopa Gulf-sodan aseille. Tämä on esimerkki taloudellisen kasvun positiivisesta palautesilmukasta, jossa tuotanto ja investoinnit saavat aikaan lisää kysyntää ja sitä kautta luovat uusia tuotteita ja palveluja.

Tässä kehityksessä on tärkeää huomata, että investoinnit eivät aina maksa itseään takaisin. Esimerkiksi Englannin kanavaverkoston kehittäminen 1700-luvulla oli suuri investointi, mutta verkosto oli pian vanhentunut, kun tavarankuljetukset siirtyivät rautateille. Talouden muutokset, kuten höyryvoiman ja sähkön vallankumoukset, ovat aina olleet ennakoimattomia ja saaneet aikaan suuria mullistuksia. Innovaatiot johtavat usein suurempaan tehokkuuteen uusien prosessien ja teknologioiden myötä, mutta tehokkuuden parantaminen ei yksin riitä talouskasvun moottoriksi.

Esimerkiksi auto, jossa on ohjaustehostin, ilmastointi ja elektroninen ajoitus, voi olla innovatiivisempi kuin saman aikakauden auto, mutta sen valmistusprosessit voivat olla monella tapaa hukkapainotteisia ja ympäristölle haitallisia. Innovaatioiden pitää johtaa merkittäviin vähennyksiin raaka-aineiden ja energian kulutuksessa sekä parannuksiin jätteen käsittelyssä, jotta ne olisivat todellisia taloudellisia parannuksia.

Ayresin mukaan talouspolitiikan on myös otettava huomioon ympäristönäkökohdat ja jätteen hallinta, sillä pelkästään energiatehokkuuden parantaminen ei riitä. Esimerkiksi sähköautojen valmistaminen on erittäin energiaintensiivistä ja tuottaa merkittäviä hiilidioksidipäästöjä. 2018 tehty tutkimus IVL Ruotsin ympäristötutkimuslaitokselta osoitti, että sähköauton akun valmistaminen voi aiheuttaa 61–106 kilogrammaa CO2-päästöjä kilowattituntia kohden. Tämä tarkoittaa, että 100 kWh akku voi tuottaa yli kuusi tonnia CO2-päästöjä vain sen valmistuksesta – saman verran kuin bensiiniauto ajaisi yli vuoden ajan.

Tämä ei tarkoita sitä, että teknologia ei olisi kehittynyt, vaan pikemminkin sitä, että kehitys on keskittynyt prosessien alkuun, kuten fossiilisten polttoaineiden polttamiseen tai sähköenergian tuottamiseen, mutta hukkalämmön menetykset eivät ole muuttuneet. Innovaation on oltava radikaalia: se on löydettävä prosesseista, jotka vähentävät raaka-aineiden ja energian kulutusta ja parantavat jätteen ja päästöjen käsittelyä niin, että se voidaan hyödyntää uudelleen.

Ayresin ajatukset viittaavat siihen, että Kioton protokolla, joka syntyi talouspolitiikan valtavirran mukaisesti, oli ehkä tuomittu epäonnistumaan alun perin. Kioto perustui taloustieteilijöiden käsitykseen energiasta välineellisesti tuotettavana hyödykkeenä eikä osana koko talouden keskeistä rakennetta. Termodynamiikka opettaa meille, että energia on elintärkeää; se ei ole luotava tai tuhoutuva inhimillisen toiminnan seurauksena, vaan vain muutettavissa. Ympäristöystävällisistä energianlähteistä ei ole hyötyä, jos ne pohjautuvat samoihin virheellisiin taloudellisiin olettamuksiin, jotka johtavat hukkaan ja päästöihin.

Ainoa tapa varmistaa kestävä talous ja tulevaisuuden hyvinvointi on ottaa energia keskeiseksi tekijäksi kaikessa politiikassa ja ilmastonmuutossopimuksissa. On ymmärrettävä, että miten me tuotamme ja käytämme energiaa on tärkeämpää kuin se, kuinka paljon sitä kulutamme. Talous ei voi olla terve, jos sen tuotteet ja palvelut tuottavat valtavan määrän jätettä ja päästöjä.