Jeg bruger den af Dansk Sprognævn
anbefalede kommatering
Husk F5
Arven efter Niels Bohr
– var der mere?
Anerkendelse
af Bohrs første bidrag
I år
fejrer vi 100-året for Niels Bohrs nobelpris. Den fik han for sit arbejde med forståelsen
af stoffets struktur. Dvs. i første omgang forstod man intet,
for modellen for brintatomet fra 1913 modsagde determinisme og kontinuitet som
hidtil havde været et uantasteligt grundlag for vores forståelse af naturen. Nu
stod man pludselig helt på bar bund. Men gradvist i de følgende år havde Bohr
succes med at udvide sin beskrivelse til hele det
periodiske system. På dette sted i udviklingen fik han nobelprisen.
Men metoderne var ad hoc og den færdige
matematiske teori manglede. Den kom i 1927 i form af den fuldstændig mirakuløse
kvantemekanik. Den er et redskab hvormed vi kan forstå verdensmekanikken udefra
og med enestående præcision beskrive den materielle natur fra det mindste til
det største.
Afventende
anerkendelse af Bohrs andet bidrag
Men i begejstringen over hvad
kvantemekanikken kan præstere instrumentelt, har vi været efterladende over for
den filosofiske udfordring kvantemekanikken har budt os. Kvantemekanikken
virker, men fundamentalt forstår vi den ikke. Hør hvad nobelpristager og en af
de mest indflydelsesrige fysikere i det 20. århundrede med uvurderlige bidrag
til teorien for kvanteelektrodynamik, Richard Feynman, siger:
”Jeg
mener jeg med sikkerhed kan sige, at der er ikke nogen der forstår
kvantemekanik… Lad være med at blive ved med at sige til dig selv ”Jamen
hvordan kan det lade sig gøre?” for du bliver trukket ind i en blindgyde
hvorfra ingen endnu er undsluppet. Ingen ved hvordan det kan lade sig gøre”[i]
Lad være med at spørge – en særpræget
videnskabelig doktrin. Men er verden
i grunden uforståelig? Det kommer an på…
Problemer findes ikke i verden.
De opstår i
bevidstheden som følge af dens måde at gå til verden på
Undertegnede i al beskedenhed
Hvad er verden? Hvordan skal vi se på verden?
Vi kan ikke lave om på verden, men vi
kan lave om på bevidstheden om verden. Her ligger løsningsmulighederne. Det er
ved den proces kulturen gennem tiderne har løst fundamentale nyopståede eller
varige, hårdnakkede problemer og ændret verdensbillede gennem fundamentale
paradigmeskift. Det er meget indgribende processer og kvantemekanikkens
fremkomst har da også skabt en endnu huserende polarisation blandt fysikerne.
Legendarisk er striden mellem Bohr og Einstein.
Den startede i 1927 og varede livet ud. Og eksisterer stadig. Mange
tankeeksperimenter blev konstrueret som grundlag for diskussionen mellem dem.
Men der manglede en mulighed for at afgøre sagen med et faktisk eksperiment.
Sådan en mulighed blev i 1964, to år efter Bohrs død, opdaget af John Stewart
Bell. Så manglede der en eksperimentator som kunne gennemføre eksperimentet.
Han kom i 1982 i skikkelse af den franske fysiker Alain Aspect, og for det
eksperiment er han netop tildelt 1/3 nobelpris. Det afgjorde sagen, Bells
betingelse for at verden opførte sig i overensstemmelse med Einsteins og næsten
alle fysikeres forestilling, var ikke opfyldt! Det var voldsomt. Aspect udtalte
at han var stærkt forbløffet, og Bell har jeg oplevet i en videofilm give
udtryk for sin totale afmagt mht. at forstå Aspects forsøgsresultat: ”Jeg har igen og igen læst de steder i Bohrs
tekster hvor jeg mener han forsøger at forklare udfaldet. Det er sort snak for
mig.”
Aspects forsøgsresultat er altså
uforståeligt for traditionelt tænkende fysikere uanset hvor godt de er inde i
kvantemekanikken. Hvor får Bohr sit på tværs af al forventning sejrende
standpunkt fra?
Det kan vi belyse ved at vende tilbage
til de to perioder hvor han i særlig grad fandt vej i et rent kaos.
Vi starter ved de såkaldte Bohr
Festspiele i Göttingen i 1922. Det var år med stor forvirring og usikkerhed.
Men der strømmede spændende rygter fra København om atomernes opbygning, og
Bohr blev inviteret til at holde syv forelæsninger om de forunderlige fremskridt
der var opnået.
Her mødte Heisenberg Bohr første gang.
Han beretter derfra:
For første gang forstod jeg, at Bohrs syn på hans egen teori var meget mere
skeptisk end mange andre fysikeres … og at hans indsigt i teoriens struktur ikke var et resultat af en matematisk analyse af de
grundlæggende antagelser, men snarere af en intens besættelse af de faktiske
fænomener, således at det var muligt for ham at fornemme intuitivt i stedet
for at udlede formelt [fedmet ved mig]. Således
forstod jeg: viden om naturen er primært opnået på denne måde, og kun som det
næste skridt kan man lykkes med at udtrykke sin viden på matematisk
form, og dermed udsætte den for en rationel analyse. Bohr var primært en
filosof, ikke fysiker...”[ii]
Det er meget
betydningsfulde træk ved Bohrs tænkning den unge Heisenberg her med stor
træfsikkerhed sætter ord på. Og det er bemærkelsesværdige ord, for
Heisenberg satte i andre sammenhænge Bohrs fysik meget højt. Heisenberg synes
at udtrykke at Bohr opnåede sine fysiske indsigter i samspil med en særlig
intuition som Heisenberg kalder filosofisk. Det er den vi følger op på her.
I Göttingen præsenterede Bohr et
korrespondensprincip, en metode som lader ny og gammel beskrivelse mødes i det
ydre atom. Her grænser det kvantiserede atom op mod den kontinuerte klassiske
beskrivelse. Derved kunne værdier i det kvantiserede atom bestemmes ud fra den
etablerede klassiske beskrivelse. Det var et ad hoc princip, og det blev kaldt
en tryllestav som kun virkede i København. Når staven var i Bohrs hænder,
fremkom resultaterne. Men foredragene efterlod en sindsoprevet flok fysikere.
Der var rene refusanter, kritiske skeptikere,
positivt nysgerrige og vakte begejstrede, stort set følgende
aldersforfordelingen fra de ældre til de yngre. Max Born fra midtergruppen, som
senere blev en produktiv medarbejder, sagde: ”Det er alt sammen så dybt sært og utroligt, men denne danske fysiker
ligner i den grad et originalt geni, at jeg ikke tør nægte at der kan være
noget i det.”
Det var også om det arbejde Einstein
senere sagde: ”At dette usikre og
modsigelsesfyldte grundlag var nok til at en mand af Bohrs enestående instinkt
og takt kunne opdage de overordnede love … forekom mig at være et mirakel, selv
i dag [1949]. Dette er den højeste
form for musikalitet i tankens sfære”[iii].
I disse år var vi midt i den utvivlsomt
mest intense og fascinerende periode i naturvidenskabens historie. På helt bar
bund skulle en ny fysik formuleres. Det var en tid med grænseløse udfordringer
og uden forhåndsgivne grænser for idéerne og derfor også med mange vildskud.
Men efterhånden fremstod en stor mængde eksperimentelle data med tilhørende
teoretiske udlægninger. Og frem af tågerne trådte efterhånden ansatser til en
samlende teoretisk beskrivelse.
I løbet af efteråret 1926 og de første
måneder af 1927 fandt et gennembrud sted på Bohrs institut i København. Store
forskelle og stor gensidig respekt var brændstoffet der førte Bohr og
Heisenberg stadig dybere ind i de helt nye udfordringer. Heisenberg,
matematikeren, havde sin beskrivelse som var partikelbaseret, og den virkede.
Den mente han derfor de burde kunne enes om. Men det var Bohr slet ikke parat
til. De havde netop haft besøg af Schrödinger som havde en beskrivelse som var
bølgebaseret. Den virkede også! Bohr: ”Selv
ikke den matematiske formalisme hjælper. Jeg må først forstå hvordan naturen
undgår modsætninger”[iv].
Modsætningerne var at naturens grundbestanddele trådte frem både som partikler
og bølger. Den dualisme kunne Heisenberg først ikke acceptere. Men Bohr mente
at den afslørede et afgørende vilkår for vores kontakt med den atomare verden.
Udfordringerne og uoverensstemmelserne gik dem på i en grad så der måtte ske
noget drastisk. Så viste Bohrs særprægede arbejdsmetode(!) sig nok en gang: Han tog helt alene på fire ugers skitur
i Norge, mens Heisenberg var glad for at blive ladt alene hjemme. For Bohr
gjaldt det klar luft og højt til loftet. For Heisenberg var det papir og
blyant. Men de månedlange intense diskussioner havde modnet to afgørende dele
af løsningen hos dem. Med udgangspunkt i kvantemekanikken fandt Heisenberg sine
ubestemthedsrelationer og Bohr vendte hjem med den filosofiske ramme,
komplementaritetsprincippet. De supplerer hinanden perfekt.
Determinismen i den klassiske fysiks
partikeldynamik kræver samtidig og præcis kendskab til en partikels position og
impuls. Ubestemthedsrelationerne siger at det ikke kan opnås. Jo nøjere
kendskab man har til positionen desto mere usikker er impulsen og omvendt.
Ubestemthedsrelationerne var derfor den
endelige afsked med determinismen og partikelopfattelsen af de atomare
objekter.
Komplementaritetsprincippet, som nu vil
blive demonstreret grundigt, åbnede for en ny logik, som tillader vores
bevidsthed at håndtere modstridende erfaringer uden modsigelser(!)
Dobbeltspalteeksperimentet
er den eksemplariske forsøgsopstilling til behandling af de tilsyneladende
modsigelser, og det er også det eksperiment Feynman kommenterer. Til højre vises
resultat af forsøg med fotoner udført af min søn da han gik i 3.g. Det forløber
fuldstændigt ens for fotoner og elektroner. Teksten bruger elektroner, for det
er mere udfordrende, for så kommer man til at tænke på selvstændige partikler -
og så opstår Feynmans dilemma! Her sættes grænsen for hvor detaljeret vi kan
tænke.
En strøm af elektroner sendes fra
venstre på figuren ind mod en dobbeltspalte. Om end de registreres punktvis,
dvs. som partikler på en fotografisk plade (film
på figuren, se nederste forstørrelse), illustreres de som bølger. For
undervejs har de optrådt som bølger. De lander nemlig som resultat af
bølgeinterferens bag spalterne. Elektronerne kan afskydes enkeltvis, så den
enkelte elektron må, helt absurd for ’sund fornuft’, have passeret gennem begge
spalter, for den har tilsyneladende interfereret med sig selv inden den landede
som partikel på den fotografiske plade.
Men: Hvis man prøver at spore elektronen
ved spalterne, og det kan man, så finder man at den som partikel passerer gennem
kun den ene af spalterne, og samtidigt forsvinder bølgeadfærden, altså
striberne. Vi kan ikke på en gang registrere elektronen som partikel og bølge
ved spalterne. Dermed modsiger naturen ikke sig selv. Det er essensen i
komplementaritetsprincippet, og det er en helt ny logisk mulighed.
”Jamen
hvordan kan det lade sig gøre?” Heisenbergs ubestemthedsrelationer er
kvantemekanikkens teoretiske forklaring på denne situation. At registrere
hvilken spalte elektronen går igennem kræver en så nøjagtig bestemmelse af
impulsoverførsel til spalten at dens position bliver så unøjagtig at grundlaget
for interferens forsvinder. Dobbeltspalteforsøget er altså helt i
overensstemmelse med kvantemekanikken. Det er vores vilkår. Det giver derfor
ingen mening at stille Feynmans spørgsmål. Nok en gang: Her sættes grænsen for
hvor detaljeret vi kan tænke.
En elektron er hverken en partikel eller
en bølge. Hvad er den så?
Bohr siger det meget tydeligt.
I kvantefysikken er … en redegørelse for måleinstrumenternes
funktioner uundværlig for definitionen af fænomenerne, og vi må så at sige
drage skillelinjen mellem subjekt og objekt på en måde, der i hvert enkelt
tilfælde sikrer den entydige anvendelse af de i meddelelserne benyttede
elementære fysiske begreber. Langtfra at rumme en mod videnskabens ånd
stridende mystik henviser betegnelsen komplementaritet blot til de med vor
stilling ved beskrivelsen og sammenfatningen af erfaringerne på atomfysikkens
område forbundne erkendelsesvilkår.[v]”
Bohrs snørklede udtryksfacon ”redegørelse
for måleinstrumenternes funktioner [er] uundværlig for definitionen af
fænomenerne,” kan udlægges: I den
udstrækning den atomare verden overhovedet træder frem for os, er vi selv via
vores valg af måleopstilling afgørende for den viden vi får.
Efter 1938 (skærpet i 1947)[vi]
bruger Bohr begrebet fænomen som
udtryk for den irreducible helhed af et atomart signal i den
anvendte makroskopiske opstilling. Her opstår grænsen, den grænse Einstein ikke
ville acceptere som endegyldig.
Vi kan ikke trænge længere ind i verdens
atomare ontologi, men må standse ved den epistemologiske udfordring. En
elektron er ikke noget i sig selv, den er et fænomen. Men det er klart at vores
sprog ikke har let ved at udtrykke denne erfaring.
Et andet sted i samme bog, s. 37 redegør
Bohr for den sproglige udfordring (’fænomen’ har stadig ikke helt fortrængt
’objekt’):
”Vi stilles her overfor et
erkendelsesproblem, der er helt nyt inden for naturvidenskaben, hvor al
beskrivelse af erfaringer hidtil har hvilet på … at det er muligt skarpt at
skelne mellem objekternes opførsel og de midler, hvormed de kan iagttages; en
forudsætning, der jo ikke alene er fuldt berettiget ved alle dagligdags
foreteelser, men tillige danner hele
grundlaget for den klassiske fysik, der netop gennem relativitetsteorien har
fundet så vidunderlig en afrunding.
Så snart vi
imidlertid har at gøre med fænomener som de individuelle atomprocesser [Fedmet af
mig] … tvinges vi derfor til nærmere at undersøge karakteren af de
oplysninger om objekterne, som der overhovedet kan blive tale om at vinde, og
hvorledes disse oplysninger lader sig sammenfatte.”
”Det
er forkert at tro, at det er fysikkens opgave at finde ud af, hvordan naturen
er. Fysik handler om hvad vi kan sige om naturen”. Og ”Vi er ophængt i sproget”.[vii]
Før var skillelinjen mellem den iagttagede
verden og den deraf uafhængige iagttager som således kunne beskrive verden som
den er i sig selv. Nu er skillelinjen mellem helhedsfænomenet hvoraf vi er en
del og vores sproglige redegørelse for vores erfaringer.
Det var så det! Einstein afslutter (sat på
plads med Bohrs fulde anerkendelse!) den klassiske fysik, hvor iagttageren står
udenfor alting og iagttager en verden hvor entydighed og kausalitet gælder. Et
stort flertal af fysikere og filosoffer kan stadig slet ikke forestille sig
denne position anfægtet. Foruden Einstein gælder det Feynman, Bell og Aspect
som her nævnt, og neurofysiologen Libet som vil spille en central rolle i
artiklen om den frie vilje i næste
nummer af Kvant. Men den klassiske position, at stå uden for alting, er i
grunden en umulig position. Den ignorerer den nødvendige selvreference for
overhovedet at komme i kontakt med det iagttagede.
Så når vi spørger om hvor Bohr fik sit
på tværs af al forventning sejrende standpunkt fra, så er det i mine øjne fra
hans forståelse af den uundgåelige selvreference når vi ”iagttager den verden hvoraf vi selv er en
del.” Jeg tror mange opfatter dette diktum som en charmerende kliché som
han i tiltagende omfang bare tilføjer sine skrifter. Men netop fordi det er en
vedholdende tilføjelse, er jeg sikker på at Bohr opfattede
denne indsigt som den afgørende arv efter ham.
Som nysgerrigt selvreflekterende
menneske var Bohr siden sin ungdom inde på erkendelsesteoretiske problemer. Han
var meget optaget af Poul Martin Møllers En
dansk students eventyr hvor licentiaten drukner i selvreflektioner.
Når han vil iagttage sit ’jeg’, opdager han at det må være et andet ’jeg’ der
iagttager det første, og i samme øjeblik må der være et tredje ’jeg’ som
iagttager de to, osv. Dette er et problem som opstår som følge af en
selvreference.
Licentiatens problem berører også det
centrale forhold mellem subjekt og objekt.
Bohr anbefalede nye medarbejdere at læse
den bog som introduktion til institutters særlige filosofiske tilgang til
fysikkens problemstillinger.
I adskillige forord til tekster og
foredrag udtrykker Bohr håb om at forståelse af denne nye erkendelse af vores
iagttagelsesvilkår kan finde anvendelse langt ud over den atomfysiske
sammenhæng hvor de blev afsløret.
I forordet til Atomfysik og menneskelig
erkendelse skriver han, idet jeg fedmer pointerne:
Emnet for
artiklerne er den erkendelsesteoretiske belæring, som atomfysikkens nyere
udvikling har givet os og som kaster lys over vores stilling med hensyn til
beskrivelse og sammenfatning på mange
områder af menneskelig erkendelse.
Dette meget omfattende projekt vender han
tilbage til mange gange over årene efter kvantemekanikken.
I indledningen til samme bog skriver han
Den
undersøgelse af forudsætningerne for entydig anvendelse af vores elementære
begreber, som sammenfatningen af de atomare fænomener har nødvendiggjort, har
derfor bud langt ud over den fysiske
videnskabs egentlige område.
”langt ud over”… Og igen ”uden
for…”:
I
afhandlingerne har man søgt at fremstille de væsentlige sider ved situationen i
kvantefysikken og samtidigt understrege de lighedspunkter som den udviser med
vor stilling på andre kundskabsområder uden
for den mekaniske naturopfattelses rækkevidde.
Og på s. 35:
…den rent
erkendelsesteoretiske belæring, som fysikkens seneste udvikling har givet os,
og den betydning som denne på grund af sin almene karakter måtte kunne få for
vor stillingtagen også til andre
menneskelige spørgsmål.
Ud over at gøre opmærksom på at nye
erfaringer byder på store sproglige udfordringer, så siger Bohr at den
komplementære logik slet ikke behøver være forbeholdt atomare objekter. Bohr
har selv peget på en del sådanne situationer. De omhandler alle glidende
overgange mellem mere af det ene betyder mindre af det andet - som med position
og impuls i Heisenbergs ubestemthedsrelationer. Men i modsætning til disse er
de uden det strenge kvantitative grundlag, og i mine øjne er de ret vage
anvendelser.
En helt kategorisk komplementaritet er bølge-partikel-dualiteten
hvor det er enten/eller. En tilsvarende kategorisk komplementaritet kan løse
den frie viljes problem.
Diskussionen om den frie vilje går på om
mennesket har en fri vilje til selv at vælge sin tilværelse, og dermed være
ansvarlig for sine valg, eller om vi i virkeligheden indgår viljesløst, og
altså uden ansvar, i verdens generelle determinisme.
Oplevelsen af at have
en fri vilje er indiskutabel. Naturens universelle determinisme ligeledes. Den
frie viljes problem har derfor plaget filosofien siden antikken.
En nærmere analyse af problemet afslører
at vores bevidsthed kan rette opmærksomheden indad eller udad hvorved to
disjunkte emnesfærer dukker op for bevidstheden.
En komplementær behandling ligger lige
for. Den komplementære logik fjerner modsigelserne og løser således problemet.
Altså kan vi realisere Bohrs visioner
ved at give den frie viljes problem en grundig komplementær behandling. Det vil
blive gjort i en artikel i næste nummer af Kvant.
[Hertil: 18.356 anslag, godt 7 normalsider.]