En bok kan få bra ting til å skje, selv om den er mindre god. Jeg tenker ikke her på Jonas Gahr Støres "I bevegelse: veivalg for det 21. århundre" (den har såvidt meg bekjent ikke fått noen konsekvenser), men på Stephen Hawkings "A brief history of time" fra 1988.
Stephen Hawking er den eneste nålevende fysiker som kan sies å være en verdenskjendis. Det skyldes en kombinasjon av at han har gitt viktige bidrag til kosmologi og teorien for svarte hull, hans modige kamp med sykdommen amyotrofisk lateral sklerose, og, i en ganske høy grad, denne boka.
Hawking blir av og til fremstilt som en ny Einstein. Det er nok en sannhet med modifikasjoner. Han er ikke i nærheten av å ha gjort noe like stort som det Einstein gjorde, men det er det heller ingen andre av samtidens fysikere som har gjort. Når det er sagt, så ville jeg ha vært svært fornøyd om jeg hadde oppnådd en brøkdel av det Hawking har fått til. Jeg ville ikke ha solgt moren min for det, men en svigermor eller to kunne jeg ha ofret med lett hjerte.
Et noe overdrevet rykte til tross, er Hawkings kjendisstatus velfortjent og positiv. I en verden der man kan bli superkjendis ved å være god til å sparke til en ball eller være flink til å bli tatt bilde av i bikini, er det godt å se at i hvert fall én person har blitt det ved å være god i teoretisk fysikk. Det er én av de positive konsekvensene av "A brief history of time". Den gjorde Hawking til stjerne og skaffet dermed også faget omtale. Den økte interessen for fysikk blant lesere og forleggere.
Men, som sagt, boka som fenomen er etter min mening bedre enn boka som bok. Det er tre hovedproblemer med den: Den er for kort, den skiller ikke klart nok mellom etablert vitenskap og spekulasjon, og den inneholder for mange filosofiske og historiske sleivspark.
Temaene i boka er hentet fra Hawkings egen forskning på svarte hull og kosmologi. Hans mest berømte resultat er at når man tar hensyn til kvantefysikk, vil gravitasjonsfeltet til et svart hull får rommet rundt det til å stråle. Dermed er ikke svarte hull helt svarte, og i det ekstremt lange løp vil de alle fordampe og forsvinne. Hawking viste dette ved å gjøre en tilnærming der strålingen ble behandlet kvantefysisk, mens gravitasjonsfeltet ble regnet som klassisk. Allikevel regner de fleste som har greie på det med at dette resultatet vil overleve i en fullstendig kvantegravitasjonsteori, og den såkalte Hawkingstrålingen spiller derfor en viktig rolle i teoretiske tankeeksperimenter.
Bokas forsøk på å gi en populærvitenskapelig forklaring av Hawkingstråling fyller omtrent én side og gjør bruk av virtuelle partikler og negativ energi. Det er ikke enkelt å henge med i svingene om man ikke er kjent med begrepene fra før. Fenomenet er ikke lett å forklare, det stammer dypest sett fra at en akselerert observatør og en observatør i ro vil være uenige om hva vakuumtilstanden er, men det hadde utvilsomt hjulpet om det hadde blitt påspandert et par sider ekstra.
Mangelfullt skille mellom etablert fysikk og spekulasjoner kommer klarest fram i kapitlet om universets begynnelse og skjebne. Her beskrives Hawkings kjepphest i kosmologien, det som på godt norsk er kjent som "the no boundary proposal." Ved de tidligste tidspunkter, nær den såkalte plancktiden, bryter Big Bang-modellen sammen. For å beskrive de første øyeblikkene av den kosmiske historien, trenger vi nemlig en kvantegravitasjonsteori. Hvordan en slik skal se ut er et ennå uløst problem. Sammen med James Hartle lanserte Hawking på begynnelsen av 1980-tallet en gjetning på hva konsekvensene av kvantisert gravitasjon vil være i kosmologien.
Hartle og Hawking fulgte Richard Feynmans formulering av kvantefysikken. I hans versjon finnes sannsynligheten for at en partikkel skal bevege seg fra A til B ved å summere bidrag fra alle veier partikkelen kan bevege seg i tid og rom mellom de to punktene, der hver vei vektes på en bestemt måte. Summen kalles ofte for et veiintegral, og matematisk sett er det ganske hårete greier. Når metoden anvendes på hele universet, blir det man regner ut sannsynligheten for at universet skal utvikle seg fra én angitt konfigurasjon til en annen, og det man summerer over blir alle historier (alle tidrom) som kan gi de to konfigurasjonene.
Dette er temmelig abstrakt, og det blir ikke bedre av at man i dette tilfellet, som ofte ellers når man diller med veiintegraler, må benytte seg av et matematisk triks for å gjøre beregningen: Man lar tiden bli et imaginært tall, det vil si av typen √-1. Dette er grunnen til at Hawking snakker om imaginær tid. Forvirringen oppstår når boka gir inntrykk av at tiden virkelig blir imaginær nær universets begynnelse. Det er umulig å se for seg, og det er også unødvendig å prøve. Fysiske størrelser er alltid vanlige, reelle tall, og imaginær tid er bare en matematisk tryllekunst.
"The no boundary proposal" består videre i en restriksjon på hvilke tidrom som skal tas med i summen. Når tiden gjøres imaginær vil tidsdimensjonen opptre i ligningene på nøyaktig samme måte som de tre romlige. Det man summerer over blir dermed ulike firedimensjonale rom. Hartle og Hawking foreslo at bare begrensede rom, som firedimensjonale kuleflater, skal tas med i summen. Akkurat som sin laveredimensjonale slektning, jordoverflaten, har slike rom ingen punkter som er spesielle, ingen begynnelse eller slutt. Dermed får universet ingen klar begynnelse i (imaginær) tid, og behovet for å angi hvordan universet begynte forsvinner.
Her er det mye som burde vært gjort tydeligere for leseren. For det første, så avskaffes ikke behovet for initialbetingelser fullstendig. På samme måte som man ellers kunne ha spurt om hvorfor universet begynte på nettopp den måten den gjorde, kan man spørre om hvorfor man bare skal ta med akkurat den type tidrom i summen som Hawking og Hartle velger. For det andre er matematikken omdiskutert. Trikset med imaginær tid krever at noen betingelser er oppfylt for at det skal fungere, og det er uavklart om det fungerer i dette tilfellet.
For det tredje er det en rekke begrepsmessige problemer forbundet med å anvende kvantefysikk på hele universet. Det man i praksis gjør da, er å sette opp universets bølgefunksjon. Bølgefunksjonen angir hvilke resultater målinger kan gi. Si at jeg ønsker å måle posisjonen til en partikkel. Før jeg faktisk gjør målingen, vil bølgefunksjonen typisk være en miks av alle mulige posisjoner, og elektronet kan ikke sies å ha noen bestemt posisjon. Spørsmålet "hvor er elektronet" er meningsløst da. Dette er vanskelig nok å forstå, og den vanlige strategien til den typiske fysiker er å la være å prøve. Men overføres tankegangen til hele universet, blir det virkelig underlig. En måling består jo i en eller annen form for vekselvirkning. For å bestemme posisjonen til et elektron, må elektronet vekselvirke med noe som ikke er elektronet selv, for eksempel en detektor. Men hva er det universet kan vekselvirke med? Det er jo alt som fins! Hva bølgefunksjonen til universet betyr, og om den i det hele tatt har noen mening, er et vrient spørsmål som har ledet enkelte til å inngi seg med uhyrligheter som mange verdner-tolkningen av kvantemekanikken. Dette burde vært nevnt i boka.
Etter å ha brukt så mye plass på å klage, skal jeg fare med harelabb over det siste irritasjonsmomentet. Boka inneholder en del flåsete slengbemerkninger når den berører filosofi og vitenskapshistorie. Et eksempel på det siste er at Hawking antyder at Kopernikus utsatte å publisere sitt heliosentriske system av frykt for å bli anklaget for kjetteri. Sannheten er at han var redd for å dumme seg ut for den lærde eliten og brukte lang tid på forsøke å samle observasjonell støtte for ideene sine. Et eksempel på det første er når han sier at hans kvanteversjon av universets historie ikke etterlater noen rolle å spille for en gud. Det er en konklusjon som det er umulig å trekke uten å i tillegg gjøre en rekke metafysiske antakelser, og det bør overlates til filosofer som liker sånt.
Til sist må jeg nevne kapitlet med tittelen "The unification of physics" fordi det er så rørende og trist å lese det i etterpåklokskapens klare lys. Her fortelles det at vi er nær å ha en enhetlig kvanteteori for alle de fire naturkreftene. Dette er fysikkens hellige gral, den sagnomsuste Teorien om Alt. I følge boka, som altså er fra 1988, skulle den ha vært på plass rundt årtusenskiftet. Den spådommen har ikke helt slått til, for å si det mildt. Det er egentlig nedslående hvor lite vi har nærmet oss. Jovisst har det skjedd ting på teorifronten, og flertallets favorittkandidat til tittelen Teorien om Alt, strengteori, er bedre forstått nå enn den var for tretti år siden. Dessverre er en av tingene man har forstått at den er løs i fisken at den aldri kan forklare hvorfor universet er som det er.
Det er heller ikke kommet så mye nytt fra eksperimenter og observasjoner som kan lede oss på veien. Så langt har resultatene fra LHC bare bekreftet partikkelfysikkens Standardmodell. Mørk materie var et velkjent problem i 1988, og det eneste som har skjedd senere er at vi har lært mer om hva den ikke kan være. Mørk energi er egentlig bare problemet med den kosmologiske konstanten i ny drakt, et problem som har vært kjent helt siden Yakov Zeldovich i 1967 forsøkte å regne ut den kvantemekaniske vakuumenergien og fant ut at den var sjokkerende høy. Vi har funnet ut at nøytrinoer ikke er masseløse, men det krever ikke voldsomme endringer å få massive nøytrinoer inn i Standardmodellen, og det hjelper lite i jakten på Teorien om Alt. Det mest spennende som har skjedd nylig er en mulig oppdagelse av en femte kraft, men en femte kraft er blitt oppdaget og senere motbevist opptil flere ganger tidligere, og om den blir stående denne gangen, er det ikke sikkert at den forteller så mye om veien videre mot en forent teori for alle kreftene. I Hawkings ånd vil jeg komme med min egen spådom: Teorien om Alt vil ikke bli funnet i min levetid, selv ikke om jeg slutter å røyke.
No comments:
Post a Comment