Ett problem med kvantfysiken är att den är så gammal, nästan precis 100 år och om man inkluderar Max Planck och Albert Einstein, så får man addera ett kvarts sekel till. Varför är det ett problem? Därför att kvantfysiken är svår att begripa, efter alla dessa år, men ändå fungerar. Numera är den central i vår värld, med tillämpningar inom alla möjliga centrala områden: Tänk bara på datorer för att inte säga kvantdatorer, allehanda elektronik, atombomber och artificiell intelligens.

Albert Einstein hade svårt att komma till rätta med kvantfysiken. En annan gigant i fältet, Ri­chard Feynman som fick Nobelpriset 1965, menade att ingen begriper kvantfysiken (jag använder ordet som ekvivalent med kvant­mekaniken) och ledande kvantfysiker har sagt att om man säger att man förstått kvantfysiken så har man inte förstått den.

”Elektroner kan vara samman­flätade och ’veta’ vad den andra gör omedelbart, även om de befinner sig på mycket stora avstånd från varandra.”

I sin bok Helgoland, som nyligen kommit ut på svenska (Fri tanke), beskriver den italiens­ke kvantfysikern, filosofen och essäisten Carlo Rovelli den märkliga värld som tycks träda fram i kvantfysikens bleka ljus. Hos Rovelli kretsar kvantfysiken kring tre nyckelbegrepp, och dessa utgår i sin tur från Albert Einstein och Niels Bohr. Över allt detta svävar Ernst Machs ande, den österrikiske fysikern och filosofen som vid förra sekelskiftet menade att allt vi ska bry oss om är fenomenen, det som kan observeras – tinget i sig eller vad som nu antas finnas egentligen kan vi lämna ifred.

De tre nyckelbegreppen är:

För det första Werner Heisenbergs idé att kvantfysiken bara beskriver det som är observerbart, man kan lämna metafysiska idéer om en bakomliggande verklighet därhän. Istället kan man formulera matematiska teorier som kan beskriva och förutsäga sådant som samtidigt är antingen vågor och partiklar, beroende på om man observerar dem. Denna idé fick han på den vindpinade ön Helgoland i Nordsjön utanför Tysklands kust, drygt 20-årig. Han lyckades förklara världen på ett nytt sätt, vilket innebar att Newton blev överspelad, åtminstone delvis. Han sysslade inte bara med teoretisk fysik på ön, utan lärde sig även Goethes diktcykel Väst-Östlig divan utantill. Goethe skrev sin diktcykel vid närmare 70, inspirerad av den persiske 1300-talsdiktaren Hafez och var själv naturforskare, faktiskt i samma anda som Heisenberg. I sin Färglära försökte han genom otaliga experiment visa att Newton hade fel om färger, istället skulle man enligt Goethe studera färger som fenomen, hur vi ser dem. Han försökte slå Newton och dennes syn på färger.

Goethe var dessutom monist och ville se världen som en helhet – inte dualist som den mekaniska gamla fysiken tycktes förutsätta. Här finns ytterligare en likhet med kvantfysiken. Goethe beskrev Helgoland som en plats ”som förkroppsligar naturens ändlösa tjusning”. Inte nog med detta, Rovelli citerar mer från Goethe: det är på Helgoland som världsanden kan upplevas! Dess­utom spelades filmklassikern, skräckfilmen Nosferatu av Murnau, in på ön. Goethe hade säkert blivit nöjd i sin himmel om han fått veta att dess blåa färg förklaras av kvantteorin. Här kan man notera att Strindberg, liksom Goethe monist, gifte sig på Helgoland, 1892. Han hade då börjat göra kemiska experiment igen (som inte lyckades) men han hade säkert varit intresserad av kvantfysik, i sina ockulta eskapader, om han blivit lite äldre.

Heisenberg har även namngett obestämbarhetsrelationen: ”Det är inte möjligt att på samma gång bestämma en partikels hastighet (egentligen rörelsemängd) och läge exakt.”

För det andra beskriver kvantfysiken bara ­sannolikheter – varvid de deterministiska natur­lagarna verkar upplösas. I ett klassiskt meningsutbyte sade Einstein: Gud spelar inte tärning. Einstein tycks ha trott på en Gud i Spinozas efterföljd som däremot inte befattar sig med männi­skorna på något speciellt sätt, men som framträder i alltings harmoni. En annan gigant i fältet, Niels Bohr svarade: Sluta tala om för Gud vad han ska göra. Här tycks en öppning finnas för den fria viljan – men å andra sidan, hur tränger den sig in i slumpgeneratorn?

För det tredje världens grynighet. Energi består nämligen av diskreta energipaket, mindre än de finns inte, därav grynigheten. Redan år 1900 hade Max Planck visat att elektromagnetiska vågor beter sig på det viset och formulerat detta matematiskt, med Plancks konstant, som visar förhållandet mellan energipaket och våglängd. Einstein spelade en central roll, han beskrev 1905 hur ljus kommer i paket och fick Nobelpriset för denna förklaring av den så kallade fotoelektriska effekten, inte för relativitetsteorin.

Som bekant har matematik en märklig benägenhet att vara tillämpbar på verkligheten av okända skäl. Den matematiska ekvation som beskriver och förutsäger kvantfenomen är enligt Rovelli kvantfysikens viktigaste bidrag till vetenskapen. Enligt denna ekvation blir resultatet annorlunda om man multiplicerar positionen med hastigheten än om man multiplicerar hastigheten med positionen. ”Dunklet är kompakt”, skriver Rovelli.

Ett sätt att hantera obegripligheten är att som Niels Bohr helt enkelt ge upp ambitionerna som många upplever som självklara i vetenskapen: att förklara hur världen är. ”Det vore fel att hävda att fysikens uppgift är att beskriva hur naturen är. Fysiken intresserar sig bara för det vi kan säga om naturen.” Ett problem med ett sådant synsätt är att man har svårt att välja mellan Ptolemaios och Copernikus, deras olika teorier kunde bägge förutsäga skeenden, vare sig jorden snurrar runt solen eller tvärtom. Bohr sa också: ”Formulera dig aldrig klarare än du tänker.”

Mot denna Bohrska uppgivenheten ställer Rovelli några hypoteser som beskriver hur verkligheten enligt kvantfysiken faktiskt är.

Hur kan man förklara superpositioner, där motsatta egenskaper förekommer samtidigt, ett föremål kan befinna sig både här och där? Men om man mäter, så befinner sig föremålet antingen här eller där. Observationen påverkar verkligheten. Detta är bakgrunden till Schrödingers berömda tankeexperiment där en maskin styrs av kvantfenomen och kan släppa ut direkt dödande gas till en instängd katt i en låda som då är både levande och död samtidigt tills någon tittar.

Ännu egendomligare bland kvantfenomenen är kvantsammanflätning. Elektroner kan vara sammanflätade och ”veta” vad den andra gör omedelbart, även om de befinner sig på mycket stora avstånd från varandra. Själv tycker jag att detta fenomen påminner om tankar: jag kan ju ta mig till big bang omedelbart, genom att tänka på den.

I en tolkning av märkligheterna uppstår hela tiden nya universum, ett där katten är levande, och ett där den är död – samt där jag finns i två versioner som ser en levande respektive en död katt. I en annan postulerar man att det finns en dold fysisk verklighet som förklarar allt men som vi inte kan komma åt. Man kan tänka sig att det finns en fysik som kan förklara saker och ting men den har vi inte upptäckt än.

Om det är så tänker jag mig att problemet inte löses av ett jättelikt konsortium, mängder av forskare samarbetar och leds av några vetenskapliga makthavare, utan av en ensam forskare med penna och papper.

Rovelli landar i vad han kallar en relationell tolkning av kvantfysiken, vilket utgör hans eget forskningsfält. Vem är det som observerar om det inte finns någon oberoende observatör? Svaret är att det är materien som observerar sig själv, materien då tolkad på nytt kvantteoretiskt sätt. Saker finns bara om de interagerar med andra saker och är strängt taget rätt godtyckligt avgränsade. ”Kvantteorin beskriver hur ting framträder inför varandra.” Ting som inte interagerar med andra ting har inga egenskaper. En elektron som inte interagerar med något har varken position eller hastighet. Kvantsammanflätning förklaras av att det behövs ett tredje ting som observerar de två sammanflätade tingen, annars finns de inte.

Populärt

Hederskulturens medlöpare

Första skottet gick in i pannan, det andra i käken. Hon slapp höra hur fadern upprepade ordet ”hora” när han sköt. Obduktionen visade att den första kulan avslutade Fadime Sahindals 26-åriga liv.

Jenny Sonesson Samhälle 2021 7

Som immunologisk forskare kan man betrakta detta märkliga kvantfysiska fält lite från sidan, utan att vara direkt involverad i det – hittills. Trots allt utspelar sig immunologi på en annan skala än kvantfysik eller för den delen kosmologi. Men detta är säkerligen på väg att ändras, inte minst när artificiell intelligens alltmer tränger in i immunologin – och medicinen i dess helhet, och kvantdatorerna på allvar tar sig an det mänskliga genomet.

Det som gör immunologisk och medicinsk forskning så rolig är de ögonblick när man tror sig göra eller verkligen gör upptäckter, ser nya samband och fenomen. Själv har jag nog alltid tänkt mig att jag studerar världen, som obe­roende experimentator och forskare i en dualistisk värld. En insikt från kvantfysiken som nog har kommit för att stanna är att denna dualistiska världsbild inte håller. Spelar detta någon roll för den vanliga immunologin? Samhällsvetenskapen? Humaniora?

Man är själv en del av samma substans eller vad man nu ska kalla det, som det man studerar. Är det då så enkelt som att själen i vanlig bemärkelse helt enkelt inte längre går att ta på allvar, medan kroppen (och hjärnan) är allt som ­betyder något? Om nu själen detroniseras, händer kanske något liknande med kroppen: den finns inte! Åtminstone inte som man tänkt sig mate­rien som små partiklar som rör sig enligt naturlagarnas rekommendationer.

Bakom själen och kroppen finns måhända en substans av något slag som har själ och kropp som manifestationer. Mycket riktigt hamnar kvantfilosofer gärna i mystik, buddism, eller som Rovelli, som fascineras av en indisk filosof, Nagarjuna, från 100-talet, som menade att ting inte har någon existens i sig själva, oberoen­de av något annat. Denne, menar Rovelli, föregriper kvantfysiken.

Man kan notera att information hos Rovelli blir det centrala i den värld som fysiken studerar, och hans beskrivning av hur trevande försök att förklara medvetandet är fascinerande men man måste ändå notera att detta för tankarna till tidigare tolkningar av världen, som hängt samman med den aktuella dominerande teknologin, nu information och AI. Vi kan utgå från att nya världsbilder kommer att ersätta (eller bygga vidare på) denna – och man gör nog klokt i att ta det hela med en nypa salt: vetenskapen med sitt fokus på empiri och experiment går vidare oavsett vad man tror finns bakom fenomenen!

Vetenskapen blir då en oändlig utfrågning. Utan experiment och en fokusering på empiri, ett ständigt ifrågasättande även av modeller och simuleringar, riskerar vetenskapen att fastna i ideologi och dogmatism.