A New Kind of Science (Stephen Wolfram; Wolfram Media, Inc., 2002)

Wolframin teos 'A New Kind of Science' on itsekeskeinen, jaaritteleva ja spekulatiivinen. Tästä huolimatta se on painonsa ja reilun 1200 sivun arvoinen. Teos tuo tieteelliseen kirjallisuuteen sekä tuoreita näkemyksiä että omaperäisen tavan argumentoida.

Wolfram kirjoitti teostaan kymmenen vuotta. Eräs keskeisimmistä perusteluista mammuttimaiselle teokselle on se, että yksittäiset tieteelliset artikkelit eivät tuo esille kirjoittajan ajatusten koko laajuutta ja painoarvoa.

Wolfram esittelee lukuisia tutkimusalueita, joille hän toivoo ideoidensa antavan uusia lähestymistapoja ja näkökulmia. Wolfram kyseenalaistaa teoksessa mm. fysiikan ja biotieteiden perusoletuksia. Poikkitieteellinen teos käsittelee myös matematiikan, tietojenkäsittelytieteen ja taloustieteen tutkimusta.

Teos on suunnattu laajalle lukijakunnalle tutkijoista maallikkoihin. Wolfram ei juuri käytä matemaattista ja tieteellistä notaatiota. Esitys perustuu pitkälti kuviin, kaavioihin ja tekstimuotoisiin selityksiin. Tässä mielessä teos on kuin menneiltä vuosituhansilta.

Matemaattisen analyysin välttämiseen Wolframilla on perustelut. Hänen mukaansa perinteinen matemaattinen mallintaminen johtaa malleihin, joissa on vaikeaa erottaa, mikä osa mallista tuottaa minkäkin osan havaittua käyttäytymistä. Wolframin oma tutkimus tähtää mahdollisimman yksinkertaisiin malleihin, joissa silti esiintyy mielenkiintoisia monimutkaisia ilmiöitä, esimerkiksi satunnaisuutta ja laskennallista kompleksisuutta.

Kirjan keskeinen teema on se, että äärimmäisen yksinkertaisilla ohjelmakoodeilla on mahdollista tuottaa hyvin monimutkaista käyttäytymistä. Tällaisia yksinkertaisia järjestelmiä ovat esimerkiksi niin sanotut soluautomaatit. Vaikka soluautomaatit ovat periaatteiltaan yksinkertaisia, niiden käyttäytyminen voi olla niin monimutkaista, ettei matemaattisesta analyysista ole juuri apua käyttäytymisen kuvaamiseen. Ainoa tapa kuvata systeemiä on simuloida sen toteuttavaa ohjelmakoodia.

Melkeinpä yksinkertaisin mahdollisin soluautomaatti voi toimia universaalitietokoneena, siis simuloida mitä tahansa muuta tietokonetta. Tämä tosiasia antaa teokselle jämäkkyyttä, joka paikoitellen tosin katoaa puhtaan spekulaation sekaan.

Yksi Wolframin argumenteista perustuu satunnaisuuden esiintymiseen luonnossa. Monesti ajatellaan, että satunnaisuuden ilmeneminen vaatii joko hyvin monimutkaista systeemiä tai alkutilassa ilmenevää satunnaisuutta. Wolfram esittää, että satunnaisuus johtuu järjestelmän rakenteesta.

Elävän olennon alkionkehitys tai seepran karvapeitteen värijuovat eivät ole osoitus luonnon monimutkaisesta optimoinnista kohti täydellisyyttä. Kyse on yksinkertaisen järjestelmän automaattisesti tuottamasta kompleksisuudesta. Sama yksinkertaisuuden ajatus pätee Wolframin mukaan esimerkiksi pörssikurssien satunnaisvaihteluun tai virtausten turbulenssiin. Satunnaisuuden selittämiseen ei välttämättä tarvita monimutkaista ympäristöä tai kaoottista dynamiikkaa.

Wolfram esittää visioita myös fysiikan lopullisesta kaiken teoriasta. Fysiikan tutkimus lähtee liikkeelle väärästä päästä: monimutkaisuuden selittämisestä sääntöjen avulla. Paremminkin kannattaisi lähteä liikkeelle yksinkertaisista ohjelmakoodeista, joiden simulointi luo fysikaalisessa todellisuudessa havaitut ilmiöt.

Wolframin mukaan maailmankaikkeuden rakenteet ja peruslait selittävän 'ohjelmakoodin' ei tarvitse olla monimutkainen, vaikkakaan koodin sisältö ei todennäköisesti juuri muistuta tämänhetkistä käsitystä todellisuudestamme. Makroskaalan ilmiöt muodostuvat ohjelman laajan mittakaavan ominaisuuksista. Ainakin tämä ajatus on riittävän kunnianhimoinen tehdäkseen selväksi, että teoksen nimi ei ole mikään kevyt heitto.

Itselleni Wolframin kirja oli positiivinen yllätys. Tein reilu kymmenen vuotta sitten diplomityöni soluautomaattisimuloinnista. Organisoin samalla kansainvälisen kokouksen, jossa aihepiiriä pohdittiin alan tutkijoiden voimin. Päättelin lopulta, että soluautomaatit ovat kiinnostava erikoisuus, mutta vailla syvällisempää tieteellistä merkitystä, paitsi aivan poikkeustapauksissa. Wolframin kirja osoittaa, että olin ainakin osittain väärässä.

Tämän massiivisen teoksen taustalla lienee revanssihenkeä, halua osoittaa, että yksinkertaisilla soluautomaateilla ja niiden kaltaisilla systeemeillä on tieteessä muutakin kuin kuriositeettiarvoa. Ehkä teoksen tärkein anti on kriittisempi asenne tieteen vallitseviin perusteisiin ja käsityksiin. Wolfram on kerännyt kirjaan vaikuttavan määrän näkökulmia ja argumentteja.

Tutkimuksen käytännön apuna Wolframilla on ollut perustamansa Wolfram Research -yhtiön kehittämä ja markkinoima Mathematica-ohjelmisto. Wolfram aloitti tutkijanuransa fyysikkona ennen Mathematica-ohjelmiston kehittämistä. Ohjelmiston kehittäminen ja myynti on tehnyt Wolframista yhden harvoista taloudellisessa mielessä riippumattomista tiedemiehistä.

Wolfram tavoittelee teoksellaan samanlaista tieteellisen ajattelijan asemaa kuin Newtonilla. Tämä käy ilmi lukuisista teoksen merkitystä korostavista kommenteista ("Kuten tämä teos osoittaa, ...'). Vaikka monet ideat ovat lainattuja, Wolfram esittää argumenttinsa omissa nimissään, minä-muodossa.

Teoksen erikoislaatuisuutta kuvaa se, että siinä ei ole kirjallisuusluetteloa. Perusteluna tälle on Wolframin mukaan se, että kattavan kirjallisuusluettelon tekeminen olisi näin laajamittaisessa ja monitieteellisessä teoksessa ollut toivoton urakka.

Teoksessa on laaja muistiinpano-osuus. Kahteen palstaan pienellä painetuissa muistiinpanoissa on enemmän tekstiä kuin teoksen varsinaisissa luvuissa. (Muistiinpanot ovat saatavissa myös erillisenä kirjana isommalla kirjasimella ladottuna.) Muistiinpanoissa on paitsi lukujen taustaa valaisevaa tekstiä myös Mathematica-ohjelmistolla toteutettuja esimerkkejä, jotka soveltuvat asioiden oma-aloitteiseen tutkimiseen.

Kirjallisuusluettelon puute tekee vaikeaksi arvioida, miten paljon teoksen ideoissa on Wolframin omaa työtä, miten paljon muualta lainattua. Osa soluautomaatteja käsittelevästä materiaalista on tuttua jo reilun vuosikymmenen takaa, mutta Wolfram on kyennyt luomaan myös uusia havainnollistuksia ja tuloksia.

Kuvia ei ole numeroitu. Hakemisto teoksesta kaikeksi onneksi löytyy. Tiedekirjallisuudessa erikoislaatuisia ovat myös teoksen copyright-sivulla annetut perusteelliset ja ankarat kiellot teoksen ideoiden ja kuvituksen luvattomaan käyttämiseen.