Monday, October 10, 2016

Nostalgi


Fysikk er ikke bare ligninger og eksperimenter, det er også følelser. Si ordet "kvantemekanikk", og jeg blir umiddelbart nostalgisk. Jeg tenker tilbake til tiden før vi visste at forelesningen var en utdatert undervisningsform og jeg lærte kvantemekanikk av den uforlignelige professor Hallstein Høgåsen. Jeg minnes hvordan han utstrålte kunnskap og entusiasme for faget. At han krydret forelesningene med humor og anekdoter om kvantemekanikkens grunnleggere, og at han i pausene var ute og snakket med oss studenter mens han prøvde å få fyr i pipa si. Jeg følte at fysikk var spennende og viktig, og at jeg nå endelig lærte "ordentlig" kvantemekanikk.

Jeg minnes også oppholdene jeg hadde i København som doktorgradsstudent og postdoc.  Der tråkket jeg rundt i de samme gangene som Bohr og Heisenberg en gang gikk i, og jeg hørte på seminarer i det berømte auditorium A, der så mange diskusjoner om "den nye atomteorien" foregikk på 1920-tallet. Dette auditoriet har forøvrig notorisk ubehagelige seter, så Bohr & co må ha hatt skinker av stål. Ånden fra kvantemekanikkens fødeår hvilte fremdeles over stedet, og det var umulig å ikke bli inspirert av å være der.

Jeg forventer ikke at alle skal ha følelser for kvantemekanikken, men den er så viktig i fysikken og har i så høy grad formet samfunnet vi lever i at alle burde kunne noe om den. Men hvilken bok skal man velge?

Det finnes mange populærvitenskapelige bøker om kvantemekanikk. Noen er skamløse heisaturer a la Kaku gjennom teoriens mer spekulative sider. De skal man selvsagt holde seg unna. For den som vil ha en oppdatert innføring er "The Quantum Universe" av Brian Cox og Jeff Forshaw et godt valg. Men min absolutte favoritt er den noe eldre "The Quantum World" av John Polkinghorne.

Dette er en bemerkelsesverdig bok. På under 100 sider klarer Polkinghorne å forklare hvordan kvantemekanikken fungerer, hvorfor den er så radikalt forskjellig fra klassisk fysikk, og hva diskusjonene om tolkningen av teorien dreier seg om.

Dette klarer han ikke uten å jukse litt: Boka inneholder opptil flere ligninger! Du må være forberedt på å støte på ord som "lineære vektorrom" og "hermiteske operatorer". Men Polkinghorne er svært dyktig til å forklare i rene ord hva ligningene og begrepene betyr. Boka er skrevet i et klokkeklart språk, og den som er villig til å bruke litt tid på å fordøye stoffet, vi sitte igjen med en innsikt i hva kvantemekanikk er som langt overgår den man får fra de fleste andre bøker i sjangeren.

Etter en innføring i kvantemekanikkens formalisme, blir temaer som Schrödingers katt, Wigners venn, og mange verdner-tolkningen (også kjent som Everett-tolkningen)beskrevet uten et snev av sensasjonsmakeriet man kan finne hos en del andre forfattere. Det er verdt å sitere Polkinghorne på dette punktet:

It is enough to make poor William of Occam turn in his grave. Entities are being multiplied with incredible profusion. Such prodigality makes little appeal to professional scientists, whose instincts are to seek for a tight and economic understanding of the world. Very few of them indeed have espoused the Everett interpretation. It has, however, been more popular with what one might call the "Gee-whizz" school of science popularisers, always out to stun the public with the weirdness of what they have to offer. "Are you on an aircraft about to crash?" they ask. "Don't worry, there are other worlds in which the quantum fluctuations have gone along a different path which will prevent the crash. Those carbon copies of yourself which inhabit those worlds will live on." Personally I should find that cold comfort. Reality is not to be trifled with and sliced up in this way. 

Én liten kritisk bemerkning har jeg: I omtalen av EPR-paradokset kunne det kommet klarere fram at sammenfiltrede tilstander er svært skjøre. Utgangspunktet her er to partikler som er preparert i en tilstand der deres totale spinn er lik null. De beveger seg så langt vekk fra hverandre. Det springende punkt her, er at kvantemekanikken sier at selv om de befinner seg på hver sin side av det synlige univers, vil en måling av spinnet til den ene partikkelen umiddelbart bestemme spinntilstanden til den andre. Partiklene ser ut til å vite om hverandre fremdeles. Det betyr imidlertid ikke at slike tilstander er vanlige. Partikler som eventuelt var korrelerte på denne måten tidlig i universets historie har for lengst vekselvirket med andre partikler, slik at minnet om tidligere forhold de inngikk i er vasket vekk for godt. Det burde ha blitt sagt i boka.

En annen innvending kan rettes mot meg for å velge ut en bok fra 1989. Siden den gangen har det skjedd en stor utvikling i teknikkene for å lage og manipulere kvantetilstander som har gjort det mulig å teste kvantemekanikken på måter som ikke fantes for snart 30 år siden. Men den grunnleggende kunnskapen som trengs for å forstå betydningen av de nye eksperimentene er forklart på utmerket vis i Polkinghornes bok, og det finnes et enkelt svar på hvordan man kan oppdatere seg: Les flere bøker! Jeg skal i et senere innlegg komme med noen forslag.

Hvordan kvantemekanikken skal tolkes er like uavklart i dag som det var på Bohrs tid. De fleste fysikere, inkludert undertegnede, følger i praksis "shut up and calculate"-skolen. Vi anvender kvantemekanikken for å løse fysiske problemer uten å bry oss om hva formalismen egentlig sier om den fysiske virkeligheten. Det synes jeg vi på mange måter gjør rett i, for tolkningen er et fysisk problem som neppe kan avgjøres ved eksperimenter. Det hører derfor naturlig hjemme i fagfilosofenes domene. Allikevel er det litt trist at fysikere for det meste har trukket seg tilbake fra diskusjonen. Nostalgien griper meg igjen, og jeg lengter tilbake til en tid da tweedkledde, piperøkende fysikere diskuterte kvantefysikkens betydning som om det gjaldt liv eller død.

1 comment:

  1. Fint valg! Jeg læste selv den bog i gymnasiet. Den blev nævnt i Tor Nørretranders bog om Niels Bohr (Det udelelige).

    ReplyDelete