millega eluta loodus tema mõistuse proovile paneb. Ent mitteperioodiliste kristallidega võrreldes on nad üsna lihtsad ja igavad. Struktuuri erinevus on samasugune, nagu tapeedimustril, kus üks ja seesama motiiv ikka ja jälle regulaarse perioodilisusega kordub, ja dekoratsiooni meistriteosel, näiteks Raffaeli gobeläänil, kus pole mingit igavat kordust, vaid viimistletud, kooskõlaline ja tähendusrikas kujundus, mille on kavandanud suur meister.
Nimetades perioodilist kristalli füüsiku üheks kõige keerukamaks uurimisobjektiks, pidasin silmas tõelist füüsikut. Orgaaniline keemia, mis uurib üha keerulisemaid molekule, on jõudnud üpris lähedale tollele “aperioodilisele kristallile”, mis minu arvates on elu materiaalne kandja. Ja seepärast on väike ime, et orgaaniline keemia on juba andnud suure ja tähtsa panuse elu probleemi lahendamisse, samal ajal kui füüsik pole teinud peaaegu midagi.
Naiivse füüsiku lähenemine teemale
Pärast eelnevat väga lühidat osutamist meie uurimuse üldisele sihiseadele või pigem ülimale eesmärgile, lubatagu mul kirjeldada edasist toimimisviisi.
Kavatsen kõigepealt lahti kirjutada midagi niisugust, mida võiks nimetada “naiivse füüsiku ettekujutuseks organismidest”, see tähendab, käsitleda mõtteid, mis võiksid tekkida füüsiku peas, kes, olles õppinud füüsikat ning eriti selle teaduse statistilisi aluseid, hakkab mõtlema organismidest ja sellest, kuidas need käituvad ja talitlevad, ning jõuab sinnamaani, et endalt vastutustundlikult küsida, kas tal oleks seniõpitu põhjal võimalik oma suhteliselt lihtsa, selge ja tagasihoidliku teaduse seisukohalt anda olulist panust küsimuse lahendamisse.
Tuleb välja, et on. Järgmise sammuna peab ta võrdlema oma teoreetilisi ootusi bioloogiliste tõikadega. Siis selgub, et kuigi tema ettekujutused näivad üldiselt üsna mõistlikud, vajavad need tunduvat parandamist. Nii läheneme vähe haaval õigele vaateviisile – või tagasihoidlikumalt väljendudes millelegi, mida ma õige vaateviisina välja pakun.
Isegi kui mul on õigus, ei tea ma, kas minu lähenemisviis küsimusele on tõepoolest parim ja lihtsaim. Kuid lühidalt öeldes: selline ta oli. Naiivne füüsik olin ma ise. Ja ma ei leidnud seatud eesmärgi suunas paremat ega selgemat teed kui minu enda kõvertee.
Miks on aatomid nii väikesed?
“Naiivse füüsiku ettekujutuste” esitamisel on hea alustada veidrast, peaaegu naeruväärsest küsimusest: miks on aatomid nii väikesed? Kõigepealt nentigem, et nad on tõepoolest väga väikesed. Iga pisike aineraas, millega me igapäevaelus kokku puutume, sisaldab neid tohutul hulgal. On välja mõeldud rohkesti näiteid, mille abil seda kuulajaskonnani tuua, ent ükski neist pole nii mõjukas kui lord Kelvini kasutatu. Oletame, et te võite märgistada molekulid klaasitäies vees. Valage selle klaasi sisu maailmamerre ja segage viimast põhjalikult, nii et märgitud molekulid selles ühtlaselt jaotuksid. Kui te nüüd võtate klaasitäie vett ükskõik missugusest kohast ookeanis, leiate selles umbes sada teie märgitud molekuli.5
Aatomite tegelikud mõõtmed6 on vahemikus umbes 1/5000 ja 1/2000 kollase valguse lainepikkusest. See võrdlus on tähendusrikas, sest too lainepikkus näitab umbkaudu kõige väiksema kübeme suurust, mida võib veel mikroskoobiga eristada. Nagu edaspidi näeme, sisaldab säärane kübe veel tuhandeid miljoneid aatomeid.
Ent miks on aatomid nii väikesed?
Kahtlemata on see küsimus kõrvalepõige, sest tegelikult ei ole selle eesmärgiks teada saada aatomite mõõtmeid. Meid huvitab organismide suurus, täpsemalt meie enda keha mõõtmed. Tõepoolest, aatom on väike, võrreldes meie igapäevaste mõõtühikutega, nagu jard või meeter. Aatomifüüsikas on tavaks kasutada niinimetatud ongströmi (tähis Å). Ühes meetris on 1010 ongströmi ehk 1 Å = 0,0000000001 m. Aatomite läbimõõdud kõiguvad ühe-kahe ongströmi piires. Ent nood tavaelu pikkusühikud, mille suhtes aatomid on nii väikesed, on seotud meie enda keha mõõtmetega. Pärimus seostab jardi saamislugu ühe Inglise kuninga naljatujuga, kui too vastuseks oma nõunike küsimusele, missugust pikkusühikut valida, sirutanud käe külje suunas välja ning öelnud: “Võtke kaugus minu rinna keskelt kuni sõrmeotsteni, sellest piisab küll.” Olgu see lugu tõene või mitte, kuid kuningas oleks kindlasti osutanud pikkust, mis oli võrreldav tema enda kehaga, teades, et mistahes muu olnuks väga ebasobiv. Hoolimata kogu kiindumusest ongströmisse, eelistab füüsik teada, et tema uueks ülikonnaks on tarvis kuus meetrit, mitte kuuskümmend viis tuhat miljonit ongströmi tviidi.
Oleme niisiis kindlaks teinud, et küsimus on tegelikult kahe suuruse – meie keha ja aatomi mõõtmete suhtest. Ja võttes arvesse, et aatomi sõltumatu olemasolu on kahtlemata varasem, taandub küsimus tegelikult järgmiseks: miks peab meie keha aatomiga võrreldes olema nii suur?
Ma võin kujutleda, et nii mõnigi innukas füüsika- või keemiatudeng on kahetsenud tõsiasja, et meie meeleelundid, mis moodustavad vähem või rohkem olulise osa meie kehast, ja koosnevad nimetatud mõõdusuhte tingimustes loendamatutest aatomitest, on liiga jämedatoimelised, et tajuda üksiku aatomi põrget. Me ei suuda üksikuid aatomeid näha, tunda ega kuulda. Meie hüpoteesid aatomite kohta erinevad suuresti meie jämedate meeleelundite vahendusel saadud tulemustest ja neid ei saa otsese vaatluse teel kontrollida.
Kas nii peabki olema? Kas selleks on mingi loomulik põhjus? Kas me võime selle olukorra taandada mingit liiki algpõhjusele, selleks et kindlaks teha ja mõista, mispärast ükski asi ei ole täpselt ühitatav Looduse enda seadustega?
Aga see on ometi kord probleem, mille füüsik suudab täielikult lahendada. Vastus kõigile neile küsimustele on jaatav.
Organismi toimimine vajab täpseid füüsikaseadusi
Kui ei oleks nõnda, kui oleksime nii tundlikud organismid, et isegi üksikud aatomid võiksid avaldada märgatavat mõju meie meeleelunditele – taevas hoidku, missugune oleks siis elu! Rõhutagem ühte seika: säärast tüüpi organism ei ole kindlasti suuteline korrapäraseks mõttearenduseks [thought], mis, läbinud varasemate astmete pika järjestuse, moodustab lõpuks paljude teiste mõistete hulgas aatomi mõiste.
Kuigi valisime välja selle ühe seiga, kehtivad järgnevad kaalutlused ka ajust ja aistimissüsteemist erinevate elundite kohta. Ent siiski üks ja ainus ülimat huvi pakkuv asi meis enestes on see, et me tunneme, mõtleme ning tajume. Füsioloogilises protsessis, mis vastutab mõtlemise ja aistimise eest, mängivad kõik teised abistavat rolli, vähemalt inimese vaatepunktist, kui mitte puhtobjektiivse bioloogia seisukohalt. Veelgi enam, see hõlbustab oluliselt meie ülesannet valida uurimiseks protsess, mis on tihedalt seotud subjektiivsete sündmustega, isegi kui me ei tunne selle lähedase seose tegelikku olemust. Tõepoolest, minu meelest jääb see väljapoole loodusteaduse ala, ning tõenäoliselt väljapoole inimlikku arusaamisvõimet üldse.
Nõnda siis seisame silmitsi järgmise küsimusega: mispärast peab selline elund nagu meie aju (koos temaga seostuva aistimissüsteemiga) tingimata koosnema tohutust hulgast aatomitest, selleks et tema muutuv füüsiline seisund oleks tihedas ja lähedases vastavuses kõrgesti arenenud mõtlemisega? Mispärast ei ole selle elundi mainitud ülesanne ühendatav olukorraga, kus ta kas tervikuna või mõnes oma perifeerses osas – mis on vahetus vastastikmõjus ümbruskonnaga – oleks piisavalt peen ja tundlik mehhanism, et vastata väljastpoolt tuleva üksiku aatomi põrkele ja seda registreerida?
Põhjus tuleneb sellest, et nähtus, mida me nimetame mõtlemiseks, on 1) ise korrapärane ilming ja 2) seda saab rakendada ainult materjalile, see tähendab, tajudele või läbielamistele, millel on teatud korrapärasuse aste. Sellest võib teha kaks järeldust. Esiteks peab aju füüsiline ülesehitus selleks, et olla mõtlemisprotsessiga kooskõlas (nagu minu aju minu mõtetega), olema väga hästi korrastatud, ning see tähendab, et tema sees aset leidvad sündmused peavad alluma rangetele füüsikaseadustele, mille täpsuseaste peab olema väga kõrge. Teiseks, ilmselt on füüsikalised mõjud, mida teised kehad väljastpoolt niisugusele füüsikaliselt hästikorrastatud süsteemile avaldavad, kooskõlas sellega, kuidas toda füüsilise ülesehitusega kooskõlas