Ajatuksia SI-järjestelmästä, luku 5 SI-järjestelmän omituisuuksia:

"Mitä on aika?"

Quid est ergo tempus? Si nemo ex me quaerat, scio; si quaerenti explicare velim, nescio.
(Mitä siis on aika? Jos kukaan ei minulta [sitä] kysy, tiedän; mutta jos tahtoisin kysyjälle [sen] selittää, en tiedä.)
Augustinus, Confessiones, Liber XI, caput 14

Aika on vaikea käsite sekä filosofisesti että luonnontieteellisesti. Mutta tämän lisäksi aikasuureiden esittäminen on hankalaa sekä fysikaalisista että historiallisista syistä.

Ei ole varmaa, onko ajalla absoluuttinen alkupiste eli voisiko aikaa periaatteessa mitata absoluuttisella asteikolla. Varmaa sen sijaan lienee, ettei se ole mahdollista käytännössä, koska emme voi mitenkään tarkasti määrittää mahdollista alkuhetkeä. Teoriassa olisi tietysti kiehtova sellainen ajatus, että ajan hetket ilmaistaisiin sekunteina maailmankaikkeuden alkuhetkestä laskien. Käytännössä joudumme käyttämään suhteellista asteikkoa. Nykyinen ajanlaskumme on tietysti sikäli kummallinen, että lähtökohtana on tietylle uskonnolle tärkeä historiallinen tapahtuma, joka lisäksi on mitä todennäköisimmin ajoitettu pieleen. Mutta mitään parempaakaan vaihtoehtoa ei liene, koska tuskin ihmiskunta pystyisi sopimaan paremmasta ajanlaskun nollakohdasta. Lähinnä kannattaa siis pohtia kysymystä ajan suhteellisesta mittaamisesta.

Ihmisen kokemusmaailmassa on kaksi keskeistä jaksollista (tai lähes jaksollista) ilmiötä, joista on peräisin kaksi "luonnollista" aikayksikköä: maan pyörimisliike, jonka jakso on vuorokausi, ja maan kiertoliike auringon ympäri, jonka jakso on vuosi. Näiden jaksojen pituudet kerta kaikkiaan ovat sellaiset kuin ovat, eikä niiden suhde toisiinsa ole kokonaisluku saati kiltisti jaollinen kymmenellä, ihmisen sormien määrällä. (Olisi melkoinen kosminen sattuma jos olisi!)

Kuun kiertoliikkeellä maapallon ympäri on nykyihmiselle melko pieni merkitys muutoin, mutta sen jakson neljäsosasta on peräisin viikon käsite, josta tuskin olemme luopumassa. Kalenterimme kuukaudet eivät suinkaan ole tarkkaan kuun kiertoajan mittaisia vaan hankalan erimittaisia historiallisista syistä. Ajan mittayksiköiden ongelmakentässä voidaan viikko- ja kuukausikäsite kuitenkin pääosin unohtaa, koska kyse on enemmänkin ihmiselämän jaksottamisesta kuin ajan mittaamisesta ja ilmaisemisesta fysikaalisena suureena.

Fysiikan kannalta olisi luonnollista, että määritellään yksiselitteinen ajan perusyksikkö ja käytetään sen kerrannaisia SI-järjestelmän yleisten periaatteiden mukaisesti. Kerrannaisia käytetäänkin ilmaistaessa sekuntia lyhyempiä aikoja, mutta sen sijaan käytämme tuskin koskaan yksikköjä kilosekunti, megasekunti jne. Ne olisivat sinänsä melko näppäriä käytännön elämässäkin:

ks 16 min 40 s reilu varttitunti
Ms 11,57 vuorokautta reilut puolitoista viikkoa
Gs 31,71 vuotta suunnilleen sukupolvien välinen ero
Ts 31 710 vuotta
Ps 31,71 miljoonaa vuotta geologisten kausien suuruusluokkaa
Es 31,71 miljardia vuotta noin kaksi kertaa maailmankaikkeuden ikä

Ehkäpä vielä joskus ihmiset sanovat toisilleen "tavataan kilosekunnin päästä", "tämä työ vie ainakin megasekunnin" tai "tervetuloa synttäreilleni - täytän kaksi gigasekuntia".

Ongelmana tietysti on se, että ihmiselle vuorokauden käsite on varsin tärkeä, samoin vuosi, ja niiden pituudet ovat hankalasti 86,4 ks ja noin 31,536 Ms. Mutta tämän lisäksi käytämme yleisesti lisäyksiköitä minuutti ja tunti. Toisaalta niistä aiheutuu usein hankaluuksia: koska olemme muissa asioissa tottuneet kymmenjärjestelmään, niin saatamme huomaamattamme mieltää esim. kellonajan 10:25 (tai 10.25) samaan tapaan kuin desimaaliluvun 10,25.

Vuosi ajan yksikkönä on myös sikäli ongelmallinen, että sille ei ole standardoitua määritelmää eikä tunnusta. Eri aloilla käytetään erilaisia vuoden käsitteitä, kuten sideerinen ja trooppinen vuosi ja kalenterivuosi, ja niiden mukaiset vuoden pituudet vaihtelevat. Standardi SFS-ISO 1000 + A1 ei määrittele vuodelle tunnusta, joskin se mainitsee, että erikoisaloilla on käytössä tunnus "a", siis sama kirjain, joka SI-järjestelmässä on aarin tunnus. Englanninkielisessä tekstissä ja muutoinkin käytetään usein lyhennettä "y", suomenkielisessä taas lyhennettä "v".

Voisimmeko kuvitella luopuvamme ajan ilmaisemisessa minuuteista ja tunneista kokonaan? Entä saman tien kuukausista? Käyttäisimme siis sentapaisia ilmaisuja kuin "hetkellä 28800" (sekunteina vuorokauden alusta laskettuna, siis klo 8 aamulla) ja "(vuoden) 76. päivänä", joka tietysti tarkoittaisi maaliskuun 17. päivää paitsi karkausvuosina 16. päivää. Tarvittaessa tietysti käyttäisimme täydellisiä ajanilmaisuja esittäen vuoden, päivän ja hetken esim. tyyliin 1993:76:28000. Toistaiseksi ajatus on epärealistinen, mutta syynä on se, että olemme niin tottuneet nykyisiin tapoihin, ei se, että tuollaisessa ajan ilmaisemisessa olisi mitään sinänsä epäkäytännöllistä. Päinvastoinhan esim. ajankohtien erotuksen laskeminen olisi paljon helpompaa. Käytännössä ajankohtien ilmaisemiseen kannattaa käyttää ISO 8601 -standardin mukaisia merkintätapoja.

Vielä hurjempaankin ajatuksilla leikittelyä voi harrastaa. Sekunti on oikeastaan varsin omituinen yksikkö. Sillähän ei ole järkevää suhdetta mihinkään jaksolliseen ilmiöön. Ihmisen normaali sydämenlyöntitiheys tosin on suuruusluokkaa kerran sekunnissa mutta vaihtelee yksilöllisesti. Psykologinen nykyhetki on selvästi pitempi kuin sekunti. Sekuntihan on peräisin siitä, että vuorokausi - ihmiselle luonnollinen joskin maailmankaikkeuden kannalta aivan satunnainen jakso - jaettiin 24 tuntiin, tunti 60 minuutti ja minuutti 60 sekuntiin. ("Minuutti" johtuu uuslatinan ilmaisusta "(pars) minuta (horae)" '(tunnin) pienempi (osa)' ja "sekunti" taas ilmaisusta "(pars) secunda" 'toinen (t.s. uuden 60 osaan jakamisen jälkeinen) osa'.) Se, että suhdeluvut ovat 24 ja 60, johtuu osittain siitä, että ympyrä on helppo jakaa kuuteen yhtäsuureen osaan harppia käyttäen. Nykyisin tällä ei ole mitään käytännön merkitystä - paitsi että olemme niin tottuneet tunteihin ja minuutteihin. SI-järjestelmään sopisi paljon paremmin se, että ajan perusyksikkö olisi mahdollisimman lähellä vuorokauden keskipituutta tai sen tuhannesosa. Vuorokauden tuhannesosa olisi 1,44 minuuttia, ja noin puolentoista minuutin tarkkuus riittäisi aikamäärien ja ajankohtien ilmaisemiseen käytännön elämässä varsin hyvin. Esi-isämme eivät ilmaisseet aikoja edes tunnin tarkkuudella, ja jos jokapäiväinen elämämme vaatii millivuorokautta tarkempia ajoituksia, olemme liian kiireisiä.

Vakavampiin asioihin siirtyäkseni: sopii kysyä, miksi esimerkiksi arkeologiassa tai tähtitieteessä aikamääriä ei voisi ilmaista puhtaasti SI-järjestelmän mukaan. Onko esimerkiksi ilmaisu "miljoona vuotta" jotenkin havainnollisempi kuin "30 terasekuntia" vain siksi, että vuosi on ihmiselle havainnollinen käsite? Toki ihmisen on vaikea mieltää sitä, miten suuri on etuliitteen "tera-" ilmaisema kerroin. Mutta kysyä sopinee, moniko meistä todella ymmärtää, miten suuri luku miljoona on ja miten pitkä aika miljoona vuotta on. Olisin sitä mieltä, että kun mennään historian aikaskaalan ulkopuolelle, voitaisiin aivan hyvin käyttää ajan ilmaisemiseen SI-järjestelmän suosittamaa tapaa (sekuntia ja sen kerrannaisia) vuosituhansien, -miljoonien ja -miljardien asemesta. Sama koskee esim. radioaktiivisten aineiden puoliintumisaikoja, jotka vaihtelevat suuresti ja jotka juuri siksi (etenkin vertailujen helpottamiseksi) olisi järkevää esittää aina sekunteina tai sen kerrannaisyksiköillä kilosekunti jne.

Ajan yksikkö esiintyy myös monissa johdetuissa yksiköissä. SI-järjestelmän mukaisesti tulisi tällöin aina käyttää ajan yksikkönä sekuntia, ja mahdollinen kerrannaisuudet liitetään koko johdettuun yksikköön (tai sen ensimmäiseen osaan, miten vain halutaan ajatella). Täten esimerkiksi kilowattitunti (jonka tunnus yleisesti kirjoitetaan "kWh" eikä oikeammin "kW·h") on varsin huono yksikkö. Tosin siitä on virallisesti todettu, että sitä käytetään "sähköenergian kaupallisessa mittaamisessa", mutta siihenkin olisi soveliaampi normaali yksikkö joule (J) kerrannaisineen. (Muunnossääntöhän on tietysti 1 kWh = 3,6 MJ.) Kilowattitunnin käytön ideana lienee se, että on helppo laskea esim., että 1 kilowatin tehoinen kone vie tunnissa energiaa 1 kWh. Mutta sopii kysyä, miksi kuluttaja haluaisi arvioida energiankulutusta juuri sillä tavalla eikä esim. laskea, paljonko maksaa pitää tietyntehoista sähkölaitetta päällä jatkuvasti vaikkapa kuukauden tai vuoden, jolloin joka tapauksessa joudutaan tekemään aikayksikköjen välisiä muunnoksia.

Melko samantapainen ilmiö kuin kWh:n käyttö on vallitseva tapa ilmaista akun varauskyky milliampeeritunteina tai ampeeritunteina, käyttäen tunnusta "mAh" tai "Ah". Taustalla lienee se ajatus, että käytettävät virrat ovat tyypillisesti milliampeeriluokkaa ja ajat tunteja, kun taas SI-järjestelmän mukainen yksikkö coulombi (C) eli ampeerisekunti (A·s) sopisi tilanteisiin, joissa virranvoimakkuudet ovat ampeeriluokkaa ja ajat sekunteja. (Muunnoskaava on tietysti 1 mAh = 3,6 C.)