Ikke en nerdebok

At sakprosa om de harde realfagene blir anmeldt i dagspressen er mer sjeldent enn oppholdsvær i Bergen. Nå har imidlertid Carlo Rovellis "Syv korte leksjoner i fysikk" klart bragden å bli omtalt i (minst) to aviser. Den fikk anerkjennende omtale i Aftenposten, og en overveiende positiv vurdering i Klassekampens litteraturmagasin fra min kollega og svirebror Jostein Riiser Kristiansen. Da jeg ble trukket inn som en slags ekstern sensor i en journalists dannelsesprosjekt med boka som utgangspunkt, ble jeg nysgjerrig nok til at jeg bestemte meg for se hva Rovelli har å si.

Boka består av sju kapitler, eller leksjoner om du vil, og er egentlig en samling av avisartikler. Redaktører er en nådeløs art, spesielt når det gjelder den hellige grensen for antall tegn. For skribenten kan det ha den fordelen at man tvinges til å uttrykke seg kortere og klarere enn man ellers ville ha gjort, og at man tenker grundig gjennom hva som er viktig å få sagt. Ulempene er at forbehold ofte må utelates, og det blir vanskelig å forklare mer innviklede begrep. Det må sies med en gang at "Syv  korte leksjoner" bærer noe preg av disse ulempene. Rovelli forkynner mer enn han forklarer. Gitt formatet, kan han vanskelig klandres hardt for dette. Men jeg må gi ham noen drag fra pepperkverna for at betydningen av eksperimenter og observasjoner havner i bakgrunnen.

Dette er spesielt tydelig i den tredje leksjonen, om universets arkitektur. Her skisseres det hvordan våre forestillinger om universet har endret seg gjennom historien. Hele tiden introduseres endringer i verdensbildet med ord som "målinger viste", uten noen opplysninger om hvilke målinger det er snakk om, og hvorfor de viste det. Dette kapitlet er et av de korteste, så jeg tror Rovelli kunne flottet seg med noen ekstra tegn. For eksempel ville noen setninger om vanskelighetene forbundet med avstandsmålinger i astronomi gitt leseren en bedre forståelse av hvorfor det har tatt lang tid å kartlegge universets struktur.

Stilen til Rovelli blir også et problem i leksjonen om kvantefysikk. Her er det viktig å skille mellom formalisme og tolkning. Siden det ikke er plass til formalisme i boka, får vi servert forfatterens tolkning, helt uten forbehold, i setninger som "Et elektron er altså en ansamling av hopp eller interaksjoner mellom ulike tilstander." Det er ikke noe i den matematiske formuleringen av kvantemekanikken som dikterer et slikt synspunkt.

I Aftenposten fikk Rovelli skryt for språket, og han skriver helt klart mer fargerikt enn fysikere flest. Bare les hvordan han forteller om sitt møte med den generelle relativitetsteorien: "Det var magisk - som om en venn hadde hvisket en forbløffende, skjult sannhet i øret mitt, løftet vekk sløret fra virkeligheten og avdekket en enklere, dypere verdensorden." Smak og behag er høyst subjektivt. For en gretten gubbe som har levd lenge nok til å erkjenne at man de fleste morgener våkner opp av at blæra er full, ikke av at fugler kvitrer utenfor soveromsvinduet, kan setninger som den siterte bli litt i meste laget.

Språket kommer faktisk til tider litt i veien for forståelsen. I sjette leksjon forsøker Rovelli til en avveksling å gi noen forklaringer. Problemet er at de har en tendens til å bli unødvendig innfløkte på grunn av hans lyriske trang.

I femte kapittel er det, som Jostein også påpekte i sin anmeldelse, begått en unnlatelsessynd. Her forteller Rovelli om problemene med å forene kvantemekanikk med generell relativitetsteori. Han har selv arbeidet med én av teoriene som forsøker å oppnå dette, kjent på godt norsk som Loop Quantum Gravity, i oversettelsen kalt romsløyfer. Naturlig nok blir denne teorien omtalt i kapitlet. Problemet er at dens største konkurrent, strengteori, ikke blir nevnt med et eneste ord. Man kan mene mye om strengteori, men det er fremdeles slik at den har en stor tilhengerskare, og det er feil å gjøre leseren oppmerksom på at den eksisterer.

Det sjuende kapitlet, "Oss", består av betraktninger om forholdet mellom fysikk, menneskets natur og fri vilje. I og for seg interessant, men det er strengt tatt ikke en leksjon i fysikk.

Mine innvendninger til tross, synes jeg det er mye bra i denne boka. Den er helt klart ikke en bok for nerder. En nerd ønsker seg en lengre bok med flere og grundigere forklaringer, og med et klarere blikk for empiriens betydning. Men ikke alle mennesker er fysikknerder. Det finnes, utrolig nok, folk der ute som har fysikkangst. Det finnes til og med de som ikke liker fysikk. Mennesker som, med Luthers ord, lever som det kjære kveg og de vettløse griser. Er du så uheldig å kjenne en slik person, kan det absolutt være et fornuftig og omsorgsfullt tiltak å gi ham eller henne et eksemplar av "Syv korte leksjoner i fysikk".  

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.

Kopernikos

Alle vet hvem Nikolaus Kopernikus var, og at han satte sola i sentrum eller noe sånt noe, men hvor mange har lest boka hans? Jeg har ikke gjort det. En side ved saken er at jeg, til min store sorg, ikke kan latin. Da jeg kom over en oversettelse til engelsk, gjorde jeg et forsøk, men ga fort opp. Mange av begrepene som brukes og mye av matematikken, er ikke til å kjenne igjen for nåtidens lesere. Skal man forstå "De revolutionibus", må man først sette seg inn i en annen begrepsverden. Det er jeg for lat til å gjøre. For astronomer i dag er det heldigvis få, om noen, faglige grunner til å være fortrolig med det intrikate systemet av deferenter og episykler som Kopernikus konstruerte for å være mer aristotelisk enn Ptolemeus.

Det finnes derimot gode grunner til å lære noe om Kopernikus og den tiden han levde i. Ikke minst for å unngå si ting som er like ko-ko som Kaku om vitenskapshistorie (se forrige innlegg), men først og fremst fordi det er veldig interessant. Særlig når man lærer det fra en forfatter som Owen Gingerich, og en bok som "The Book Nobody Read".

Owen Gingerich tok doktorgrad i astrofysikk, men han har senere jobbet mest med vitenskapshistorie, og er en svært anerkjent ekspert på Kopernikus og Kepler. Bakgrunnen for denne boka er en påstand i Arthur Koestlers "The sleepwalkers". Koestlers bok er høyst lesverdig, men er preget av at han hadde en viss forakt for både Galilei og Kopernikus. Blant annet skrev han at "De revolutionibus" var en bok ingen leste. Under forberedelsene til 500-årsjubilieet for Kopernikus fødsel, fikk Gingerich ideen om å sjekke om denne påstanden var sann. Han bestemte seg for å spore opp og undersøke så mange første- og andreutgaver av boka som mulig.

Hvordan kunne han finne ut om et eksemplar av boka var blitt lest? Grundige lesere hadde den gang, slik de ofte har fremdeles, for vane å notere kommentarer, rettelser og egne ideer i margen. En kommentert bok, er en lest bok.

Prosjektet fylte et stort område i både tid og rom, og ble først fullført på begynnelsen av 2000-tallet. Resultatet ble en grundig gjennomgang for eksperter av alle eksemplarene Gingerich klarte å oppspore, og en mer populært innrettet og personlig beretning om prosjektet i form av "The Book Nobody Read."

Konklusjonen, for å ta den først, ble en helt klar negasjon av bokas tittel. Kopernikus bok var utbredt blant astronomer i hele Europa, og de leste den grundig.

Gingerichs bok er en blanding av vitenskapshistorie og detektivfortelling. For én som bare er interessert i å lære om det førstnevnte, kan blandingen kanskje bli litt forstyrrende. Men den har sine store fordeler. Fortellingen om jakten på gamle bøker, sidespor som dukket opp, og hvordan Gingerich forfulgte dem, er svært spennende lesning. Den gir også innsikt i hvor mye som kreves av en vitenskapshistoriker. Kunnskap om historie, språk, astronomi, håndskrift, trykkekunst, bokbinderi, papir og hvordan det ble laget på ulike steder til ulike tider, er bare noen av verktøyene Gingerich måtte ha i verktøykassa si. Det er imponerende å se hvor mye som kan leses ut av ørsmå detaljer i en bok og måten den er blitt laget på. Og for en fysiker kan det gi sunne korreksjoner til selvbildet å se hvor mye som kreves for å gjøre solid forskning i en annen disiplin.

Hva har boka å si om Kopernikus og kirken? Kopernikus var klar over at hans ideér kunne komme i konflikt med enkelte vers i Bibelen dersom de ble forstått bokstavelig. Han dediserte "De revolitionibus" til pave Paul 3., og i dedikasjonen forsøkte han å imøtegå eventuell kritikk. Men det var ikke frykt for Inkvisisjonen som fikk ham til å vente så lenge med å gi ut boka. Han sirkulerte et manuskript der han beskrev sitt heliosentriske system blant sine nærmeste betrodde allerede i 1514. Johannes Rheticus, lutheraneren som hjalp katolikken Kopernikus med å ferdigstille boka og få den trykt, publiserte et sammendrag av verket et par år før "De revolutionibus" kom ut. Det som holdt Kopernikus tilbake var hans trang til å ha finpusset modellen mest mulig før den ble offentliggjort. Han fryktet å bli ledd ut av astronomene, ikke å bli forfulgt av Vatikanet.

"De revolutionibus" havnet på Vatikanets sensurliste først etter rettsaken mot Galilei, mer enn 70 år etter at Kopernikus var død. Og den ble ikke forbudt, bare sensurert. I 1620 kom de ti endringene som måtte gjøres for at gode katolikker kunne lese den. De dreide seg om avsnitt der Kopernikus kunne leses slik at han mente at hans system var ment som en fysisk beskrivelse av universet, og ikke bare en regnemodell. Som det sistnevnte kunne Vatikanet leve med heliosentrismen.

Artig nok forteller Gingerich at for de eksemplarene som han kan fastslå oppbevaringssted for i 1620, er det slik at to tredjedeler av bøkene i Italia ble rettet etter Inkvisisjonens ordre, men nesten ingen i andre land. Og det inkluderer katolske land som Spania og Frankrike. I den spanske versjonen av listen over sensurerte og forbudte bøker var "De revolutionibus" til og med tillatt i usensurert versjon. Dette forteller vel at Vatikanets makt ikke rakk særlig langt. Det ligger en viss ironi i at endringene er samvittighetsfullt notert i Galileis eksemplar, i hans egen håndskrift.

Svært få astronomer godtok det heliosentriske systemet umiddelbart. Det var noen ting som falt mer naturlig på plass i det kopernikanske systemet, men som et verktøy for å beregne planetposisjoner var det hverken enklere eller mer nøyaktig enn det ptolemeiske. Den rådende forståelsen av bevegelse på den tiden, Aristoteles bevegelseslære, hadde også som konsekvens at jorda måtte være universets ubevegelige midtpunkt. Uten en ny forståelse av bevegelse, ga det heliosentriske systemet ikke så mye mening. Det astronomiske fellesskapet reagerte stort sett akkurat som det gjør i dag på nye ideer: forsiktig og avventende.

Å lese vitenskapshistorie bringer oss nærmere innpå de store navnene og begivenhetene. Vi lærer at at de sjelden var de ensomme geniene vi har en tendens til å tro at de var. Det var flere enn Newton som sto på kjempers skuldre. Søken etter sannhet er aldri enkelt, og hindringene skifter bare form. De har mye med menneskets natur å gjøre, svært lite med religion.

"The Book Nobody Read" er en bok som det er vanskelig å legge fra seg. Det er en bok alle burde lese.