Det som aldrig sker

För den vars naturvetenskapliga studier stannade vid högstadie­klassrummets skenbart ändlösa prövningar, är det kanske inte alldeles lätt att uppfatta själva fysiken som sådan som särskilt intressant och filosofiskt upphetsande. Den som tillräckligt många gånger blivit ombedd att beräkna normalkraften på ett objekt med massan m på ett plan med lutningen v kan helt enkelt inte klandras för att den har tappat tron på ämnet som en vidsträckt outforskad kontinent som rikt ska belöna den modige som vågar anträda färden. Lådan gled, kulan rullade och tåget bromsade in – men så länge jag faktiskt inte bryr mig det minsta om hur snabbt eller vid vilken tidpunkt detta ägde rum, framstår dessa beräkningar i bästa fall som relevanta bara för en tekniskt intresserad ingenjör.

Den som söker den andra sidan av fysiken – den sida som inte bara står i förbindelse med existensens gåtor, utan som faktiskt även genomsyras av dessa – får för det mesta, beklagligt nog, leta någon annanstans än i grundskolans undervisningsmaterial. Men har man väl funnit denna andra fysik, kan den hålla en sysselsatt en livstid. Den där gravitationen som stumt har passerat förbi i räkneexemplen som ett menlöst g = 9,82, är i själva verket en ännu inte fullt ut förstådd kraft som av allt att döma är central för att skapa det vi talar om som tid och rum. Den beskrivs av en mycket exakt teori som i sig är oförenlig med en annan mycket exakt teori som omfattar allt utom gravitation, trots att de båda representerar samma verklighet. En upptäcktsresande skulle med andra ord inte kunna ha en bättre utgångspunkt för en dödsföraktande expedition.

Men frågan är förstås vilka medel som ska användas. Strängteori, loopkvantgravitation eller någonting annat? När den italienska fysikern Chiara Marletto besvarar frågan i nyutkomna The Science of Can and Can’t är svaret ännu radikalare än alla dessa förslag. Vad fysiken behöver är, menar Marletto, inte i första hand nya teorier, utan en ny idé om vad som ska menas med teori.

För att kunna ta till sig innebörden av Marlettos i flera avseenden genomgripande program krävs till att börja med en förståelse av hur fysikens teorier är formulerade idag. Kvantmekanik, newtonsk fysik och allmän relativitetsteori kan sinsemellan te sig mycket olika, men de har en central sak gemensam, nämligen att de beskriver verkligheten genom att förutspå hur fysikaliska system utvecklas över tid. Givet tillståndet hos ett objekt – det kan vara en planet, om klassisk mekanik och relativitetsteori ska vara giltiga, eller kanske en elektron, om vi vill tillämpa det kvantmekaniska maskineriet – förser oss dessa teorier med information om vilket tillstånd som kommer att råda vid en senare tidpunkt. Newtons lagar, Einsteins ekvationer och Schrödingerekvationen fungerar alla i grunden likadant: de är så kallade rörelselagar som gör det möjligt för oss att förutspå utvecklingen inom ett system över tid med utgångspunkt i det vi känner till om systemet idag.

”Att skilja det djupa och det triviala åt är inte alltid helt lätt, och den nya insikt som efter fullbordat faktum känns som en icke-insikt är ibland den mest fundamentala.”

Det är en naturlig tanke att vi därmed faktiskt får reda på allt som är värt att veta om verkligheten: Om vi utifrån vår kunskap om nuet kan säga allt om vad som kommer att ske i framtiden, tycks det knappast finnas så särskilt mycket att tillägga. Men stämmer det? Marletto svarar oss med ett emfatiskt nej.

Låt oss, föreslår författaren – som ut­över sin skolning som fysiker också kan titulera sig litteraturforskare – ta en titt på en gammal grekisk myt, nämligen den om Theseus, son till Aegeus, kungen av Aten. Theseus ska ge sig av för att slåss mot Minotaurus, men innan han avreser träffar han en överenskommelse med sin far: Om han lyckas besegra odjuret, ska skeppet gå för vita segel när det återvänder till hamnen. Om han har dött i striden, ska seglen vara svarta. Så lämnar Theseus sitt hemland, möter Minotaurus och besegrar den. Men under hemresan glömmer han att be besättningen reva de svarta seglen och hissa de vita. Aegeus ser de svarta seglen på fartyget som närmar sig hamnen, tror att sonen stupat och kastar sig i havet – det som numera kallas det Aegeiska – för att dränka sig av sorg.

Detta, betonar Marletto, är en historia som vore omöjlig att återge enbart med hjälp av fysikens vanliga tillvägagångssätt, det vill säga: genom att bara berätta vad som händer. Lika viktigt som det som händer är i myten nämligen vad som hade kunnat hända: det kontrafaktiska. Och den slutsats som hon därmed leder läsaren fram till är inte bara att det kontrafaktiska är en central komponent i mänskligt meningsskapande, utan faktiskt också i förståelsen av verkligheten i stort.

Ett bärande inslag i den tragiska hi­storien om Aegeus och dennes son är nämligen skeppets segel, som kunde vara antingen svarta eller vita, och att deras färg i sin tur kunde överföras till Aegeus medvetande och där översättas i termer av sin förutbestämda mening – på samma sätt som en elektrons två spinntillstånd längs en viss axel kan göra det, eller en trafiksignals, eller en databits värde av antingen ett eller noll. Det kontrafaktiska – inte bara i bemärkelsen vilket/vilka tillstånd som förverkligas inom ett visst system vid en viss tidpunkt, utan även de tillstånd som skulle kunna göra det – visar sig med andra ord helt vara avgörande för att förstå ett så grundläggande begrepp som information, som under de senaste decennierna kommit att inta en allt viktigare plats inom flera vetenskapliga områden. En lampa som är trasig och en lampa som är släckt men skulle kunna tändas befinner sig i samma tillstånd – de lyser inte – men där den förra inte kan bära på någon information, helt enkelt därför att den bara har ett möjligt tillstånd, är den fungerande lampan förmögen att göra det.

Och i och med denna manöver har Marletto lyckats med någonting gans­ka storartat, nämligen att på ett naturligt sätt förankra informationsbegreppet – ett begrepp som kan verka flyktigt och abstrakt – i egenskaper hos konkreta fysikaliska system. Lika framgångsrikt visar sig det kontrafaktiska angreppssättet vara i andra sammanhang, till exempel när det gäller att formulera termodynamikens andra huvudsats, en naturlag vars innebörd i många andra formuleringar är nästan lika undanglidande som den tycks fundamental.

Stärkt av dessa och andra framgångar när det gäller att binda samman olika fysikområden och uttrycka dess grundsatser, kan Marletto med viss trovärdighet lyfta fram sin ambition: att finna en formulering av fysiken i vilken ”kontrafaktiska förhållanden tas som utgångspunkt, och rörelselagar och initial­tillstånd följer.” Med en sådan ansats skulle det också, menar författaren, bli möjligt att på ett vetenskapligt vederhäftigt sätt närma sig fenomen som tidigare har framstått som för diffusa för att utgöra grund för seriös forskning.

Ta ett begrepp som ”kunskap”, svårgripbart just eftersom det verkar förutsätta ett subjekt som besitter den. Marletto ger, med hjälp av sin kontrafaktiska approach, en definition av detta begrepp som ”information som har förmågan att upprätthålla sin egen existens”, och tack vare att även informationsbegreppet i hennes tappning alltså kan ges en konkret fysikalisk tolkning, verkar någonting tidigare svårfångat ha reducerats till ett möjligt föremål för handfast vetenskap. Men har det verkligen det? Marletto övertygar mig om att kunskap enligt hennes definition är en storhet möjlig att utforska inom naturvetenskapens ramar – men bara för att vi väljer att använda samma ord är jag inte säker på att vi därmed kommer så mycket närmare att ringa in det vi normalt menar när vi säger kunskap.

Ändå står nog så mycket klart att det kontrafaktiska tillvägagångssättet i somliga avgörande fall verkligen har förmågan att skänka en ökad stringens åt svårdefinierade fenomen, och därmed i viss mening också ge den fortsatta undersökningen av dem en ökad grad av vetenskaplighet. Vilket i sig är intressant, eftersom många av de kontrafaktiska resonemang jag kan påminna mig om att ha stött på i den moderna fysiken snarare har haft en tendens att ligga strax utanför det verifier­baras gränser.

Ett exempel är de resonemang som förs kring naturkonstanternas värden, och som inte sällan leder fram till resonemang av så kallat antropisk karaktär: Eftersom värdet på fundamentala krafter och partikelmassor i vårt universum i princip hade kunnat vara vad som helst, måste vi hitta en förklaring till varför de ligger i det mycket snäva spann där utvecklingen av liv är möjlig. Den antropiska förklaringen till detta blir att de kanske har helt andra värden i något annat universum, men eftersom det bara är i en värld där de antar dessa speciella värden som liv kan uppstå, är det inte så konstigt att det är just i en sådan vi sitter och frågar oss hur vi har kunnat ha en sådan tur. Det är en förklaringsmodell som lutar sig tungt mot det kontrafaktiska, och som i många avseenden är rimlig – men som mött stark kritik just av skälet att den tycks avsäga sig vetenskapens krav på att enbart framlägga hypoteser som åtminstone i princip är möjliga att pröva mot experiment.

Under läsning av The Science of Can and Can’t inser jag emellertid att det kontrafaktiska sättet att resonera redan nu är av betydelse för en mängd områden av den etablerade fysiken, på mer eller mind­re subtila sätt. Centrala principer som den om energins bevarande lutar sig mot det, och inte heller Newtons lagar saknar kontrafaktiska inslag. Författarens projekt kan kanske därmed bäst beskrivas som ett försök att uppvärdera de kontrafaktiska resonemangens status och formalisera dem på ett sätt som gör det möjlighet att utvinna största möjliga nytta ur dem.

Marletto har med andra ord skrivit en bok som befinner sig nära kärnpunkten av frågan om hur fysiken ska gå vidare med sin strävan att förena sina stora teorier, och på så vis kunna ge en bättre och mer rättvisande bild av universum. I denna mening är den läsvärd – ändå upplever jag att den inte håller måttet som litterärt verk betraktat. De vetenskapliga resonemangen är så fulla av upprepningar och omtag att det ibland skymmer det centrala budskapet snarare än tvärtom – men mest tveksam gör mig de skönlitterära partier som författaren låter interfoliera de tekniska kapitlen, tänkta, om jag förstår det rätt, som lekfulla och fantasieggande illustrationer av materialet. Det är ett grepp som faller platt: Dessa stycken känns i bästa fall poänglösa, i sämsta fall faktiskt enbart genanta.

En annan möjlig invändning som kan riktas mot boken, inser jag emellertid, är det kanske mest uppskattande man kan säga om den, nämligen att det som den förkunnar ibland känns helt självklart. Men, och detta är själva poängen: Det är det inte. Att skilja det djupa och det trivial­a åt är inte alltid helt lätt, och den nya insikt som efter fullbordat faktum känns som en icke-insikt är ibland den mest fundamentala. Informations­begreppet kan uttryckas i termer av möjliga tillstånd hos konkreta fysikaliska sy­stem. Ja, såklart. Så måste det vara förstås. Har inte det varit uppenbart hela tiden?