Læsetid: 6 min.

Hvorfor spiller Vorherre terninger?

6. april 1998

Yakir Aharonov søger efter revnerne i kvantefysikken. Den israelske professor mener at vi både er påvirket af fortiden og fremtiden, og at vi derfor må ændre begrebet om den frie vilje
kvantelære

Den israelske professor i fysik, Yakir Aharonov kan ikke bruge en computer, han har ingen telefax, og Internettet interesserer ham ikke. Svarene på de fysiske og filosofiske spørgsmål, der beskæftiger ham - svar, der har beriget den moderne fysiske tankegang og gjort ham fortjent til adskillige videnskabelige udmærkelser - finder han på sine gåture med hunden, i sofaen, mens han bakker på sin pibe, eller før han falder i søvn om aftenen. Om nødvendigt haler han papir og blyant frem af lommen.
Fra barnsben har Aharonov været optaget af eksistentielle spørgsmål og meningen med livet. I begyndelsen troede han, at han kunne finde svarene i religionen, men blev skuffet. Han gik videre til orientalsk og vesterlandsk filosofi, men opdagede ret hurtigt, at filosofferne er mere optaget af at stille spørgsmål end af at besvare dem. Et par bøger i det lokale bibliotek vakte hans interesse for fysikken: Einstein og Infelds Den moderne fysiks udvikling og Edingtons Den materielle verdens natur.
"De to bøger optog mig enormt," fortæller Aharonov, "for de rørte ved de eksistentielle spørgsmål, der så længe havde optaget mig, og tog konkret stilling til dem ud fra fysikkens begreber. De gav mig den ide at studere fysik, et fag der aldrig før havde interesseret mig. I den samme periode spillede jeg violin, og jeg havde lagt mærke til, at jeg fik den bedste resonans i køkkenet og i badeværelset. Til min overraskelse læste jeg i en bog om Einstein, at han også spillede violin og havde gjort den samme iagttagelse. Det slog hovedet på sømmet, og siden har fysikken været min tilværelses midtpunkt."

En anden verden
Allerede i de første studieår i Haifa kom Aharonov ind på kvantefysikken.
"Kvantefysikkens mange gåder sætter fantasien i sving og udfordrer ens trang til at søge forklaringer," siger han.
Før kvantefysikken udvikledes i 20'erne, var den klassiske fysik fra Newtons tid god tone. Ifølge den klassiske fysiks love kan man præcist beregne, hvordan et stof vil reagere, når det påvirkes af ydre kræfter. Med andre ord: Ifølge den klassiske fysik er verden årsagsbegrundet og helt igennem forudsigelig.
I kvantefysikkens verden ser tingene anderledes ud. De enkelte partikler opfører sig på en måde, der strider mod al hidtil kendt fornuft. Alligevel er kvanteteorien til dags dato ikke blevet modbevist. Problemet med kvantelæren er ifølge Aharonov ikke bare vanskeligheden ved at forstå den intuitivt; også de konkrete forklaringer mangler endnu meget i at være udtømmende.

Ingen endelig løsning
Kvantefysikken beskæftiger sig med de enkelte partiklers opførsel og viser, at naturen ikke opfører sig klart årsagsbestemt, men uberegneligt. To ens partikler reagerer f.eks. ikke ens på påvirkning af præcis de samme kræfter. Derfor beskriver kvantelæren heller ikke, hvordan partiklerne vil opføre sig under givne omstændigheder, men kalkulerer med den statistiske sandsynlighed for at de vil opføre sig på en bestemt måde.
"Konflikten mellem den synlige verdens logiske, deterministiske opførsel og elementet af statistisk sandsynlighed for at de mikroskopiske partikler vil opføre sig på en bestemt måde stiller fysikken over for problemer, der endnu ikke er løst," siger Aharonov, og fortsætter:
"Niels Bohr hævdede, at kvantelæren aldrig kunne blive fuldkommen, og at der altid vil være noget, der undviger vores forklaring. I dag er det en udbredt opfattelse, at kvanteteorien kan forklare verden endegyldigt, og at opnåelsen af de sidste svar kun er et spørgsmål om tekniske fremskridt. Det tror jeg ikke er tilfældet."

Fremtiden spiller ind
"Et af de spørgsmål, der har optaget mig, er, hvorfor naturen 'vælger' at være kapriciøs (lunefuld, red.). Einstein sagde, at han ikke kunne acceptere, at det skulle være den endegyldige sandhed - eller med hans egne berømte ord: "Jeg nægter at tro, at Vorherre spiller terninger..." (for at bestemme den tilsyneladende ubegrundede forskel i to ens partiklers reaktion på samme påvirkning). Jeg vil udtrykke det lidt anderledes: Hvorfor spiller Vorherre terninger? Hvad vinder naturen ved at være kapriciøs? Der må ligge et eller andet positivt i det," mener Aharonov.
I sin søgen efter svar forstod han, at hvis to ens partikler vil opføre sig forskelligt i fremtiden, selv om der hidtil ikke har været nogen forskel i deres opførsel - så må det være, fordi fremtiden spiller en rolle i det komplette billede af nutiden.
"Hvis det er rigtigt, kan man formulere et nyt udtryk for kvantelæren, som i ethvert givet øjeblik beskriver stoffets tilstand ved hjælp af to variable størrelser - en der virker fra tiden før på nutiden, og en der virker fra fremtiden på nutiden," forklarer han.

Stor effekt
Som 23-årig traf Aharonov professor David Böhm, der havde skrevet en bog om kvantelæren. Den unge student delagtiggjorde ham i nogle af sine egne overvejelser på det område. Böhm var begejstret, og da han et par år senere rejste til England, foreslog han Aharonov at tage med og arbejde på sit doktorat hos ham. I 1959 offentliggjorde de sammen Aharonov-Böhm-effekten, som giver udtryk for endnu et aspekt i kvanteteorien.
Aharonov-Böhm-effekten rører bl.a. ved et grundlæggende emne i kvantelæren: De kræfter, der påvirker stoffets mindste partikler. Indtil Aharonov og Böhms nyerkendelse havde det været en vedtaget opfattelse, at kræfterne kun indvirkede lokalt på partiklerne, dvs. at partiklen skulle være i kræfternes spillerum for at blive påvirket af dem. De to fysikere påviste, at en ladet partikel, der bevæger sig i et rum, hvor magnetismen er sat ud af spil, trods alt vil variere sin cirkulær-bevægelse. Det skyldes, at små partikler under visse omstændigheder har bølgekarakter.
Denne opdagelse har påvirket udviklingen i fysikken i de sidste 30 år på mange områder som f.eks. optik, kernefysik, molekularfysik, gravitations-læren, kosmologi, læren om faste stoffer og kvantemekanikken. Aharonov-Böhm-effekten har også banet vej for et helt nyt område i fysikken: mesoskopien, der beskæftiger sig med vekselvirkningen mellem det mikroskopiske og det, der kan iagttages med det blotte øje. Mesoskopien giver bl.a. udsigt til nye åbninger inden for et felt som meget små elektroniske installationer.

Revolution i fysikken
Aharonov er for længst på vej videre i sine bestræbelser på at skaffe dybere indsigt i kvantelæren. I dag taler han om en nært forestående revolution i fysikken, der vil bane vej for en dybere forståelse af os selv i det fysiske rum.
"De to store revolutioner i fysikken i århundredets begyndelse blev forvarslet af, at der begyndte at gå revner i den klassiske fysik. Hvad jeg søger, er 'revnerne' i kvantelæren."
"Et af de væsentligste problemer er opfattelsen af tid. Jeg har påvist, at ifølge kvantelæren kan atomet beskrives som påvirket af både fortiden og fremtiden. Min tanke er, at man kan beskrive en slags strømning i to tidsretninger, som begge er relevante for det nuværende øjeblik. Hvis den teori er rigtig - og det tror jeg - så vil den grundlæggende ændre mange ting, som vi er vant til at mene om os selv på grundlag af de hidtil givne fysiske begreber. Hvad er f.eks. den frie vilje? Hvis en del af handlingsforløbet også påvirkes af fremtiden, så blandes jo årsag og virkning på en ny måde. Hvis vi får et nyt syn på tidsbegrebet, vil det indvirke på enhver beslutning og på følgerne af den," mener Aharonov.

Tæt på forståelsen
Kan vi nogensinde fuldt forstå den verden, der omgiver os, ved hjælp af fysiske begreber? Eller kommer vi aldrig så vidt, på grund af vore sansers og vores forstands begrænsninger? Aharonov er overbevist om, at i det mindste alt, hvad vore sanser kan opfatte, må kunne forklares fysisk, inklusive spørgsmålet om os selv og vores plads i den håndgribelige verden. Derimod er indre, følelsesmæssige oplevelser ikke målelige, og de vil derfor aldrig kunne forklares af fysikken som videnskab.
Er Aharonov nærmere end alle andre ved den intuitive, endelige forståelse af kvantelæren? Det mener han selv, og de kommende år vil vise, om han får ret.

Oversat af Anna Poulsen Schier
Marit Salvin er journalist ved Ha Aretz, Tel-Aviv

Følg disse emner på mail

Vores abonnenter kalder os kritisk,
seriøs og troværdig.

Få ubegrænset adgang med et digitalt abonnement.
Prøv en måned gratis.

Prøv nu

Er du abonnent? Log ind her