Förnuft och kvantfysik, tankar om verkligheten

Let us admit no more cause of natural things than are both true and sufficient to explain what we see.
The Good Book. A Humanist Bible 2011

Den som anser sig förstå kvantmekaniken har inte förstått vad det handlar om.
Tillskrivet fysikern Richard Feynman
(i Hawking & Mlodinow 2010/2011)

Under 1900-talet fördjupades vår syn på tillvarons minsta beståndsdelar. Fysiker som Erwin Schrödinger (1944), Richard Feynman (1965) och Stephen Hawking (1988/2010) har sökt förklara hur verkligheten egentligen är beskaffad för oss som inte är fysiker. Nya kvantfysikaliska fynd i CERN väcker entusiasm, till exempel när en av fysikern Higgs beräknad partikel nyligen upptäckts – Gudspartikeln – som i kollision med andra partiklar skulle kunna skapa massa och förklara universums uppkomst.¹ I samband med Nobels fysikpris för några år sedan återlanserades tankeexperimentet Schrödingers katt från 1935, som skulle innebära att en svart katt i en låda samtidigt skulle kunna vara både levande och död i enlighet med en teori om supersymmetri mellan parallella universum.

I underhållningsprogram som Vetenskapens värld presenteras nya rön kring kvantfysik och vår värld, inte sällan med en omruskning av tittarna när det gäller hur världen egentligen är beskaffad och hur osäker verkligheten tycks vara. Finns världen överhuvudtaget eller lever vi alla i en illusion? Finns andra och verkligare världar i eller utanför vår egen, endast kända av kvantfysiska forskare?

Några skedar kvantfysik

Stephen Hawking presenterar tillsammans med Leonard Mlodinow en uppdatering av kvantteorierna i boken Den stora planen.² Forskarna menar att filosoferna inte har följt med i utvecklingen inom naturvetenskaper och fysik, av vilket följer att ”filosofin är död”.³ Möjligen har de inte hunnit bekanta sig med John Searles tankar kring naturvetenskap. Och möjligen är filosofi i betydelsen tankeverksamhet lite för tidigt dödförklarad – Hawking och Mlodinow visar som många kvantfysiker prov på fascinerande och fantasirikt filosoferande i Den stora planen.

De varnar inledningsvis för otillförlitligheten hos det sunda förnuftet som bygger på vardagserfarenheter och förordar i stället kvantfysikens avancerade metoder, som gör det möjligt att blicka in i atomens innersta skrymslen och skåda universums barndom.⁴

För att dra undan mattan under våra fötters verklighet upplyser oss Hawking och Mlodinow om att vårt universum kanske inte finns till, eller tvärtom, att ett mycket stort antal universa – multiversa – kan existera och har skapats ur intet, vilket går att härleda ur naturlagarna ”utan besvär”.⁵

Strängteori, multiversa och M-teori

Att kortfattat försöka beskriva kvantteori vore givetvis hybris och absolut inte utan besvär. De nyss nämnda fysikerna Stephen Hawking och Leonard Mlodinow, astronomen och författaren Peter Nilson samt molekylärbiologen Ingemar Ernberg och medarbetare får därför bli våra ciceroner, både till kvantfysikens världar och till den av oss kända verkligheten.

Kvantteori lämnar ett stort utrymme för fantasieggande dualism – i detta sammanhang andra tänkbara världar utöver vår egen. Universum anses inte bara ha en tillvaro eller endast en historia – alla tänkbara versioner av universum existerar samtidigt och varje version med sin grad av sannolikhet.⁶

Hawking och Mlodinow har kommit fram till att rumtiden har tio rumsdimensioner och en tidsdimension enligt M-teorin. Förutom våra tre kända rumsdimensioner och en tidsdimension ligger sju av rumsdimensionerna hoprullade och är så små att vi inte märker dem.⁷ Men M-teorin är frikostigare än så. Eventuellt kan det finnas 10500 olika multiversa, vart och ett med sina egna naturlagar.⁸ Den teoretiske fysikern Ulf Danielsson menar att strängteorin antyder ”de möjliga världarnas rikedom”.⁹

Lite förankrad verklighet

Astronomen Peter Nilson erbjuder något mer jordiska tankar om universums beskaffenhet: ”En världsrymd med tre dimensioner: men varför just tre?[…] Faktum är att det inte kunde ha varit annorlunda. Bara i en rymd med tre dimensioner kan planeter kretsa i någorlunda stabila banor kring en stjärna. Allt som behöver lång tid för att hända – evolutionen, jordens långsamma åldrande, människans tillblivelse – kräver ett rum med tre dimensioner och ingenting annat. Bara i en rymd med ett udda antal dimensioner kan en ljusstråle röra sig med en enda, oföränderlig hastighet: i två, fyra, sex eller åtta dimensioner skulle ljuset tänjas ut under sin färd genom rymden, och alla signaler skulle förstöras, alla budskap bli oläsliga. […] I en tredimensionell rymd, och bara där, kan varelser se varandra med ögon och nå varandra med elektromagnetiska signaler. Bara där kan någon betrakta stjärnorna. Men inte heller vårt nervsystem skulle fungera i ett annat slags rymd. De tre dimensionerna är antagligen den yttersta förutsättningen för liv och känslor, kunskap och intelligens. Ett universum med tänkande och förnimmande varelser kan inte ha annat än tre rumsdimensioner.”¹⁰

Samma ståndpunkt intar faktiskt Hawking och Mlodinow tjugo år efter Peter Nilsson. De framhåller att när vi undersöker vår planet så upptäcker vi att vår livsmiljö motsvarar de villkor som krävs för att vi ska kunna finnas till och att vårt kända universums lagar är som skräddarsydda för oss (även om det nog är precis tvärtom). De påpekar också att den mänskliga hjärnan är som en lins, uppbyggd och inrättad för att genom varseblivning tolka intryck av verkligheten och skapa teorier om den.¹¹

Det vore onekligen underligt om evolutionens många prototypiska försök innan människan skulle ha skapat henne (och djur och växter) för ett annat universum än det hon lever i, något som skulle ha inneburit hennes snara undergång.

Tanken på fem, sju eller tio dimensioner i universum alternativt flera multiversa är onekligen både spännande och sinnesvidgande. Men kan det ändå vara rimligast att betrakta multiversas existens främst som matematiskt möjliga beräkningar och tankarnas språng? Fysikern Paul Davies har lite tillspetsat i en artikel i Nature anmärkt att det är ”nästan omöjligt för en icke-naturvetenskapsman att skilja mellan det som är legitimt konstigt och det som är rena vanvettet”.¹²

Davies är inte ensam om att som fysiker känna en tveksamhet inför de mest spektakulära teorierna. Professor emeritus Bengt E Y Svensson beskriver en skepsis inför ”oändligt många sådana universa, som vi dessutom aldrig kan komma i kontakt med men som antas fylla ett gigantiskt ’multiversum’ någonstans därute” i en recension av en ny bok om kvantfysik och universum av Max Tegmark.¹³ Kanske oavsiktligt blir Tegmark ett stöd för den kristna tanken om återuppståndelse och evigt liv som nästan försvunnit i vår sekulariserade värld. Tegmark framstår här närmast som en förnyad Emanuel Swedenborg, som öppnar dörrar till en andevärld där vi fortsätter existera trots att vi är döda i denna värld.¹⁴

Har kvantfysik betydelse för förståelsen av det vanliga livet?

Hawking och Mlodinow visar sig helt införstådda med gränserna för kvantteoriers tillämpbarhet: ”Även om vardagsföremålens minsta byggstenar lyder under kvantfysiken, så gäller alltså Newtons lagar fortfarande. De utgör en väl fungerande, effektiv teori för hur stora sammansatta strukturer som formar vår vardagsvärld fungerar.”¹⁵ […] ”Det enskilda neuronets reaktioner ger knappast någon fingervisning om hur den mänskliga hjärnan som helhet reagerar, inte heller säger oss kunskapen om en enskild vattenmolekyl något om hur en insjö fungerar.”¹⁶ ”Vi nämnde […] att kvantteorin för det mesta inte är tillämplig i praktiken när man undersöker universums storskaliga struktur. Kvantteori gäller ju främst när man beskriver naturen på elementarpartikelnivå.”¹⁷

I boken Vad är liv i kosmos, i cellen, i människan?¹⁸ av molekylärbiologen Ingemar Ernberg diskuterar fysiker och biologer relationerna mellan kvantfysik och biologi och fortsätter Hawkings och Mlodinows resonemang: När stora molekyler i cellen och deras funktioner granskas, kan forskarna ”i stor utsträckning” lämna de kvantfysiska grunderna och använda den enklare, klassiska beskrivningen av tillvaron.¹⁹ Det konstateras också att enbart från de ingående atomerna går det inte att få ”en klar uppfattning om en viktig molekyl”.²⁰ Lite tillspetsat ställs frågan om man verkligen med hjälp av fysikens principer kan göra ”meningsfulla beräkningar och förutsägelser över biologiska systems aktioner och utveckling”.²¹ Inte heller antas de fysiska naturlagarna kunna hjälpa oss ”att förstå, eller ens analysera, den biologiska evolutionen.”²²

Att vi lever i en värld och ett universum stöds vidare av den fantastiska stabiliteten i den med mänskliga mått synnerligen långsamma förändringen av världen. Eruptioner som jordbävningar och vulkanutbrott påminner om att förändringar pågår, men stabiliteten är ändå det dominerande: luftens sammansättning, våra årstiders växling; vardagsföremålens beständighet; återkommande liv och död för människor sedan minst 6500 generationer. Stabiliteten i planeternas omloppsbanor har nyligen möjliggjort ännu en prestationsfylld landning av explorerande utrustning på planeten Mars efter 9 månaders rymdfärd.

Kvantfysik och framtid

Dessa invändningar till trots är det mycket troligt att kvantfysik kan få stor betydelse utöver spekulativ underhållning. Kanske högre verkningsgrad av energiutvinning ur solen; kanske accelererad tillverkning av ny biologisk vävnad för transplantationer utan organdonation och efterföljande medicinering; kanske individspecifik tillverkning av receptorsökande mediciner med ett minimum av biverkningar. Det innebär ett skapande av något som går att ta på och det blir en del av vårt kända universum.

Tord Bergmark är läkare och skribent.

Källor:
1 Claes Arvidsson. Gudspartikeln en verklig Big Bang (SvD ledare 5/7 2012).
2 Stephen Hawking, Leonard Mlodinov. Den stora planen (2010, Norstedts 2011).
3 Ibid. s. 7.
4 Ibid. s. 8-9.
5 Ibid. s. 11
6 Ibid. s. 55 och 79.
7 Ibid. s. 136.
8 Ibid. s. 114-115.
9 Ulf Danielsson. Utan förmåga att begripa kosmos (Axess 5/2012, s. 50).
10 Peter Nilson. Stjärnvägar (Norstedts 1991, s. 31-32).
11 Hawking & Mlodinow, s. 42.
12 Citerat i Bill Bryson. En kortfattad historik över nästan allting (Fahrenheit 2005, s. 159).
13 Bengt Y E Svensson. Utanför världsalltet (Axess 4/2014 s. 92).
14 Max Tegmark. Vårt matematiska universum. Mitt sökande efter den yttersta verkligheten (Volante 2014).
15 Hawking & Mlodinow. s. 61-62.
16 Ibid. s. 62.
17 Ibid. s. 126.
18 Ingemar Ernberg m.fl. Vad är liv i kosmos, i cellen, i människan? (Karolinska Institutet University Press 2010). (Sammantaget ger de olika kapitlen en god och fördjupad förståelse av livsprocesserna och den pågående evolutionen).
19 Ibid. s. 60.
20 Ibid. s. 181.
21 Ibid. s. 192.
22 Ibid. s. 16.