Syvä aika

Kirjoitin joskus aikaisemmin syvän ajan käsitteestä, mutten nyt saanut kaivettua kyseistä tekstiä. Syvä aika on kielikuva jolla viitataa geologisiin ajanjaksoihin.

Aika on abstraktiona hyvin mielenkiintoinen, ja nytkin minun pitäisi kirjoittaa artikkelia joka käsittelee aikaa, mutta se on toinen kysymys, joka ei tähän liity lainkaan. Nimenomaan abstraktiona, koska voimme tavallaan palauttaa ajan aina vain suhteellisiin määreisiin. Esimerkiksi sekunti SI-järjestelmässä määritellään cesium atomin tietyn isotoopin tiettyjen energiatilojen välillä tapahtuvien värähtelyjen tms kautta (en tunne yksityiskohtia tästä puolesta). Aika on yleensä tapana ymmärtää myös asioiden tapahtumista tietyssä järjestyksessä. Asioiden ajalliseen järjestykseen liittyvää tieteenalaa nimitetää kronologiaksi.  Ihmisen subjektiivisessa kokemuksessa aikaa on hyvin vaikea havainnoida ilman selkeitä ulkopuolisia periodisia tapahtumia, kuten vuodenaikoja, vuorokauden kiertoa, sydämen sykettä jne, jotka eivät edes ole kovin täsmällisiä fysikaalisen ajan mittareita.

Syvän ajan käsitettä voi käyttää myös tulevaisuuteen. Nimitän syväksi tulevaisuudeksi tulevaisuutta, joka on geologisesti merkittävää, eli siis miljoonia vuosia, ja lyhyeksi tulevaisuudeksi sitä tulevaisuutta, jonka aikana materialisoituvia riskejä on pakko hoitaa jotta syvä tulevaisuus edes voi materialisoitua. Lyhyt tulevaisuus ei ole sama asia kuin lähitulevaisuus; vaikka lähitulevaisuus on lyhyttä tulevaisuutta, lyhyt tulevaisuus voi jatkua pitkäänkin jos siihen liittyvät riskit eivät realisoidu. Ero voidaan ymmärtää myös niin, että osa riskeistä voidaan hoitaa lyhytjänteisesti, mutta tällöin ne ovat jatkuvasti erilaisten ad hoc toimenpiteiden kohteena. Esimerkiksi kaikki muut energiantuotantomuodot paitsi aurinkoenergia (ja mahdollisesti fuusioenergia) ovat lyhyen tulevaisuuden ratkaisuja, vaikkeivat lähitulevaisuutta olekaan.

Ihmisen käsityksen rajallisuuden vuoksi tutkailen hieman aikapreferenssiä ensin; se saa toimia pohjustuksena. Aikapreferenssillä viitataan taloustieteessä tuttuun ilmiöön siitä, että tuleva hyöty ja haitta nähdään nykyistä vähäisempinä, koska ihmisellä on taipumus arvostaa  nykyhetkeä enemmän. Aikapreferenssin muodolle on monia erilaisia teoreettisia rakennelmia, joista tavallisin on perinteinen eksponentiaalinen diskonttaus. Eksponentiaalisella diskonttauksella tarkoitetaan juurikin perinteistä "korkoa korolle" ajattelua, jossa meillä on jokin korko, joka kertoo aikapreferenssimme, ja mitä suurempi korko on, sitä enemmän arvostamme nykypäivää. Eksponentiaalinen diskonttaus tarkoittaa, että arvolla on jokin "puoliintumisaika", ja tämä on konsistentti ajan yli. Eksponentiaalinen diskonttaus on dynaamisesti konsistenttia, mikä tarkoittaa että yhden päivän viiveellä on sama suhteellinen vaikutus; tämän ja huomisen välinen ero on suhteellisesti ajatellen aivan sama kuin 365 päivää tulevaisuudessa ja 366 päivää tulevaisuudessa olevien päivien ero.

Hyperbolinen diskonttaus sensijaan vastaa paremmin sitä, miten ihmiset oikeasti kokevat aikapreferenssin. Siinä tulevaisuuden arvo putoaa nopeasti, kun sitä verrataan nykypäivään, mutta suhteellinen pudotus on suurin lähitulevaisuudessa ja mitä pidemmälle tulevaisuuteen tarkastellaan, sitä pienempiä suhteelliset pudotukset ovat. Hyperbolinen diskonttaus kykenee esimerkiksi selittämään sen, miksi ihminen voi yhtä aikaa valita 10 euroa käteen tänään mieluummin kuin 15 euroa huomenna, vaikka yleensä paljon mieluummin ottaisi 15 euroa kahden viikon päästä lauantaina, kuin 10 euroa kahden viikon päästä perjantaina. Tätä voidaan sanoa, jos halutaan, rationaalisuuden puutteeksi, mutta se on joka tapauksessa täysin kiistämätön inhimillinen ominaisuus.

Perinteisen ja hyperbolisen diskonttauksen eroja voi selittää myös erilaisilla riskiaversioilla. Lyhyen aikavälin riskit nähdään suunnitelmissa yleensä dominoivina, ja jos ne ovat samat kahdelle päätökselle, pidemmän aikavälin suunnitelmissa on käytännössä aivan yhtä helppoa varautua 14 päivän kuin 13 päivän päässä oleviin riskeihin. Sensijaan tämä päivä ja huominen ovat riskiprofiililtaan tyystin erilaisia. "Ota rahat ja juokse" on myös evoluution suosima strategia, koska tulevien sitoumusten hahmottaminen vaatii luottamusta tavalla, joka on laadullisesti erilainen välittömiin transaktioihin nähden.

Eksponentiaalinen aikapreferenssifunktio on muotoa e^-rt, kun taas hyperbolinen on muotoa 1/(1+kt). Näemme heti, että yhden aikayksikön viive on eksponentiaalisessa tarkoittaa preferenssin putoamista kertoimella e^-r, kun taas hyperbolisessa kerroin on 1 + (k/(1+kt)), mistä nähdään suoraan että kun t lähestyy ääretöntä, tämä termi lähestyy arvoa 1. Tulkinta on siis, että aikapreferenssi pitää kaukaista tulevaisuutta homogeenisempana ja nykyisyyden lähellä olevaa aika vaikuttaa voimakkaasti. Hyperbolinen diskonttaus näyttää irrationaaliselta lyhyellä aikavälillä, mutta itseasiassa se on matemaattisestikin perusteltua. Esimerkiksi bayesilainen päätöksentekijä, joka arvio tuntemattomia riskejä, päätyy hyperboliseen diskonttaukseen, kun riskeillä on tiettyjä luonnollisille ilmiöille tyypillisiä jakaumia.

Syvän tulevaisuuden tarkastelussa hyperbolinen diskonttaus on käytännössä pakollista, koska millään nykyhetkessä merkityksellisellä korolla perinteinen eksponentiaalinen diskonttaus johtaa siihen, että tulevaisuus on täysin merkityksetön. Jos ajatellaan niitä parametrin arvoja, joilla vuoden aikapreferenssi on sama (otan tässä t:n yksiköksi yhden vuoden), eli jos e^-r = 1/(1+k), niin saamme, että r = ln(1+k), missä ln on luonnollinen logaritmi. Oletetaan, että käytämme hyvin konservatiivista kolmen prosentin korkokantaa, jolloin r = ln(1.031), eli k = 0.031. (Pyöristystä vähän pelissä, muttei niin paljoa että sillä olisi merkitystä tässä kohtaa). Jos tällä korkokannalla tarkastellaan 1000 vuoden päässä olevaa tulevaisuutta, niin eksponentiaalinen aikapreferenssi antaa sille painoarvon 1/(10 biljoonaa). Jotta voisimme välttää 1000 vuoden päästä kokemasta vahingon, jonka suuruus on 10 biljoonaa, kannattaa nykypäivässä käyttää korkeintaan yksi euro. Hyperbolisella diskonttauksella taas 1000 vuoden päässä oleva haitta on 1/31 siitä, mitä se on nykypäivänä. Tämä aikapreferenssiero ei aina tule mieleen.

 Jos tarkastelemme joitain eksistentiaalisia riskejä, joita ihmiskunta joutuu kohtaamaan, niin voidaan perustellusti kysyä, onko rationaalista käyttää eksponentiaalista diskonttausta? Voimme ottaa esimerkeiksi vaikkapa ilmastonmuutoksen ja asteroiditörmäyksen kaltaisia riskejä, joiden mahdollisuus aiheuttaa vahinkoa on joko melko kaukana tulevaisuudessa (ilmastonmuutos) tai pienen todennäköisyyden vuoksi relevantti vasta pitkillä aikaväleillä (asteroidit). Jokainen voi itse vastata tähän omalla tavallaan, en ota tässä kantaa siihen.

Syvä tulevaisuus on kuitenkin merkityksellinen edes jollakin tavalla vain, jos käytämme hyperbolista diskonttausta. Jos ajattelemme ihmiskunnan tulevaisuutta geologisessa mittakaavassa, joudumme lisäksi ottamaan muutamia muita näkökohtia huomioon.

Esimerkiksi, usein näkee esitettävän väitettä että ainoastaan geneettisellä perimällä ja erityisesti yksilön omilla jälkeläisillä on merkitystä. Evoluution kannalta mielekkäässä mittakaavassa henkilön "omilla" jälkeiläisillä on harvoin kovin montaa sellaista alkuperäistä geeniä, joka erottaisi jälkeläisen sellaisista populaation yksilöistä jotka eivät ole jälkeläisä. Tätä voi tietenkin pitää perusteena eksponentiaaliselle diskonttaukselle. "Rationaalinen" kalan kaltainen esi-isämme jossain 600 miljoonan vuoden päässä menneisyydessä ei välittäisi meistä tippaakaan, ainakaan kun ottaa huomioon, että kaikki nisäkkäät,  matelijat ja sammakkoeläimet ovat sen jälkeläisiä. Jos ajattelemme omia syvän tulevaisuuden jälkeläisiämme, 100 miljoonan vuoden kuluttua yksittäisen ihmisen jälkeläisistä ei onnistuneemmissakaan skenaarioissa ole kovin suurta todennäköisyyttä olla hengissä.

Kardashevin skaala

Niinsanottu Kardashevin asteikko on karkea mittari planetaarisen sivilisaation kehitysasteesta. Kyseessä on logaritminen asteikko sivilisaation energiankulutuksesta, ja jonka arvo 1 vastaa suunnilleen maapallon auringosta saamaa energiamäärää.  Ihmiskunta on nyt noin tasolla 0.7. Arvo 2 vastaa kokonaisen aurinkokunnan kokonaisenergiaa, ja 3 kokonaisen galaksin hallintaa. Näkyvän maailmankaikkeuden energian valjastaminen vastaa arvoa 4-5. Tämä asteikko on tietysti vain suuntaa-antava, mutta sen ideana on, että kun lähetymme arvoa 1, resurssinkäytön intensiteetin on lisäännyttävä merkittävästi. Energiapolitiikka on siis, kuten mainitsin, lyhyen tulevaisuuden kysymys. Sillä on tietenkin myös syvän tulevaisuuden kannalta merkitystä.

Syvän tulevaisuuden riskiksi esimerkiksi AGW:stä ei lämpenemisen osalta ole, koska ellei erilaisia venus-skenaarioita oteta huomioon, seuraava jääkausi on tuloillaan joidenkin kymmenien tai satojen tuhansien vuosien aikana. Pikemminkin näen itse hiilidioksidikierron ensimmäisenä Planetary management- projektina. Keskipitkän, ja jopa melko lyhyenkin, aikavälin skenaarioissa nimittäin ihmiset ovat merkittävä pelaaja hiilen, typen, ja monien muiden "makroresurssien" kierrossa. Tällainen managerointi tullaan lyhyen tulevaisuuden skaalassa ottamaan käyttöön, ja sen vastustajien "moraaliset" vastalauseet ovat lähinnä huvittavia. Ne voi nähdä samanlaisena vastalauseina ja ällistyksenä, joita lukutaidottomalla ja maanviljelyksestä mitään tietämättömällä paimentolaisella saattaa olla sen suhteen, ettei hän voi vapaasti viedä vuohiaan syömään toisen pellolle.

Planetaarisen resurssien hallinta ei tietenkään tarkoita väistämättä mitään keskitettyä valtiollista tai kollektiivista ratkaisua, vaan ainoastaan systeemin toiminnan managerointia niin, että se kykenee toimimaan tarkoituksenmukaisesti ja esimerkiksi ylläpitämään elämää. Melko todennäköisesti jossain lyhyestä syvään tulevaisuuteen ulottuvalla aikajänteellä erilaisia ylikalastus- tai saastuttamisskenaarioita pidetään yksinkertaisesti samanlaisena älyttömyytenä kuin vaikka sitä että ihmiset eivät hallinneet maanviljelystä tai lukutaitoa.

Kardashevin skaalalla kipuaminen on tietenkin vain yksi "megatrendi", ja se voi kääntyä. Tarkastelen kuitenkin syvää tulevaisuutta tässä yhteydessä vain kardashevin skaalalla etenevänä Käytän "k-asteikkoa" täysin tietoisena, että se ei missään nimessä ole riittävä, eikä mitenkään väistämättä edes välttämätön ehto, se on pelkästään karkea arvio, jonka avulla ihmiskunnan kehitysastetta voi arvioida.

Futuristi, fyysikko, jne, etc Michio Kaku on esittänyt aikaskaalan, jossa syvä tulevaisuus on edessä vasta kun ihmiskunta saavuttaa tason 3, eli on levittäytynyt koko galaksiin ja ottanut sen resurssit lähes kokonaan haltuunsa. Tällaisen aikajakson on oltava jo jossain määrin syvää aikaa optimistisimmissakin skenaarioissa, ellei valoa nopeampi matkustaminen ole mahdollista, sillä valonnopeudellakin edetessä matka galaksin toiselle puolelle ja takaisin vie 200 000 vuotta.

Listaan tässä muutamia syvän tulevaisuuden haasteita, lista on hyvin lyhyt ja ylimalkainen.

• Jääkaudet ja interglasiaalit, sekä niiden planeetallinen relevanssi. Tason 1 sivilisaatio, tai vähän sen alle, kykenee selviytymään näistä. Nykyihmiskunnalle se on vielä liian iso tehtävä. Veikkaan että tason on oltava noin k > 0.8-0.9. Aikaskaala 10 000 - 100 000 vuotta. Hyvät puolet: melko säännönmukainen vaihtelu. Huonot puolet: säätötehtävänä erittäin haastava.
• "Impact event", eli asteroidin tai komeetan törmäys. Periaatteessa nykyisentasoinen sivilisaatio (k > 0.6) kykenee teknisesti ratkaisemaan tällaisen haasteen. Asteroidien havainnointi on kehittynyt huimasti viimeaikoina. Fossiilitodistusaineiston mukaan näissä aikaskaala on miljoonia - kymmeniä miljoonia vuosia, mutta kyse on tietenkin paljolti sattumasta. Hyvät puolet: tekninen ratkaisu on mahdollinen. Huonot puolet:satunnaisprosessi, periaatteessa seuraavan sukupuuttotason törmäyksen pitäisi piakkoin jo oikeastaan tulla. (Tämä on tosin päättelyvirhe, jos oletamma törmäykset poisson-prosesseiksi)
• Hypernova galaktisessa lähiympäristössä. Seurauksena massiivinen säteilypurkaus, joka tuhoaa ilmakehän tms. Haastetaso on ainakin k > 1, mahdollisesti luokkaa k=2. Aikaskaalasta on mahdoton sanoa, laitan sen tähän väliin. Hyvät puolet: Ei varmoja todisteita siitä, että riski on edes todellinen. Huonot puolet: Voi olla täysin ennustamaton. Mahdollisuus tehdä asialle mitään on olematon.
• Galaktisen syklin vaiheisiin liittyvät mahdolliset riskit. Esimerkiksi aurinkokunta ajautuu pölypilveen, joka himmentää auringon säteilyä, tai ajautuu "törmäyskurssille" neutronitähden tai mustan aukon kanssa. Tällainen haaste on ehkä vähintään k > 1.1-tasoinen, pahimmillaan  k > 2 sivilisaation hallinnassa. Yksi kierros galaksin ympäri kestää 200 miljoonaa vuotta. Hyvät puolet: Aikaskaala on pitkä. Huonot puolet: ennustettavuus voi olla heikko.
• Auringon polttoaineen väheneminen. Aurinko polttaa vetyä heliumiksi ytimessään. Tämän reaktion tuottama kuumuus ja säteily aiheuttavat paineen ulospäin, ja tämä estää aurinkoa luhistumista enempää painovoiman vaikutuksesta. Prosessi on eräänlaisessa tasapainotilassa, mutta ajan myötä tämä tasapainotila ajautuu muuttuu niin, että säteilyintensiteetti kasvaa, kun vetyä on vähemmän suhteessa heliumiin. Jo kauan ennen kuin vety "loppuu" (ja aurinko muuttuu punaiseksi jättiläiseksi), auringon säteilyintensiteetti on kasvanut niin suureksi, että maapallo muuttuu elinkelvottomaksi. Prosessi on melko hidas, ja on teoriassa mahdollista esimerkiksi asteroidien ohilentoja manipuloimalla, nykiä maapalloa kauemmas auringosta ja näin ostaa joitain kymmeniä tai jopa satoja miljoonia vuosia lisäaikaa. Haastetasokin on näissä skenaarioissa melko vaatimaton, ehkä niinkin alhainen kuin k > 0.8. Aikaskaala on satoja miljoonia vuosia.
• Auringon polttoaineen loppuminen. Lopulta polttoaine kuitenkin loppuu. Tässä aikaskaala on kuitenkin miljardeja vuosia. Interstellaarinen exodus on tässä vaiheessa oikeastaan ainoa mahdollisuus.  k > 1-tason haaste, tähtienvälinen matkustus on välttämätöntä.
• Törmäys Andromedan galaksin kanssa. Tämä tapahtuu noin 4-5 miljardin vuoden kuluttua. Riskit ovat itseasiassa melko vähäisiä, ellei sitten ihmiskunta todella ole lähellä k = 3- kehitystasoa. Yksittäisten tähtien törmäystodennäköisyys on mitätön, mutta tähtijärjestelmien ajautuminen tähtisumuihin jne muuttuu yleisemmäksi. Alastair Reynoldsin Revelation Space- sarjassa on yhtenä juonenosasena muinaisen sivilisaation kehittämät koneet, joiden tehtävänä on estää tähtienvälisten sivilisaatioiden kehittyminen, jotta galaktinen törmäys ei aiheuttaisi niin suurta vahinkoa. (Juoni ei ollut kovin uskottava, mutta who cares.) 
• Big Rip-skenaariot ja muut maailmankaikkeuden lopullista kohtaloa koskevat uhat. Aikaskaala tässä on joistakin kymmenistä miljardeista vuosista satoihin miljardeihin. Riittävän kaukaisessa tulevaisuudessa kaikki tähdet ovat käyttäneet kaiken vedyn kaikkialta maailmankaikkeudesta, ja maailmankaikkeus kylmenee. Sitä ennen voi toki käydä niin, että avaruus itse repeää laajentuen "äärettömyyteen" niin, että mikään vuorovaikutus ei ole enää mahdollista. Näihin uhkiin vastaaminen voi hyvinkin olla mahdotonta, mutta arvioin, että tässä puhutaan k > 5- sivilisaatiosta, siis sivilisaatiosta joka kykenee muokkamaan maailmankaikkeuden rakennetta. Tällaisen sivilisaation kehittyminen on mitä ilmeisimmin erittäin epätodennäköistä.