Insikter om 1900-talets tre stora genombrott inom fysiken.

En sammanfattning. Vår fysiklärare i gymnasiet uppmuntrade mitt intresse för fysik genom att låta mig hålla en av lektionerna i ämnet. Kursen i matematik var så rudimentär att även om jag såg ett samband mellan fysik och filosofi gavs inget stöd för ett djupare studium. Läraren i filosofi i teol.-fil.-examen prof. Konrad Marc Wogau var inriktad mot logik. De kunskaper som han förmedlade gav en formell ram att samla det som jag dittills inhämtat inom. Bland erbjudna ämnen för studentuppsatsen. valde jag att skriva om "Kants lära om rum och tid". Redan vid den tidpunkten var Einsteins speciella och allmänna relativitetsteorier rätt väl kända utanför Fjellstedtska skolans väggar. Men inte innanför denna helklassiska läroanstalt med artonhundratalsprägel. Atombomben hade fällts men gryende insikter i kvantmekanikens trolska värld förblev i princip okända.

Först vill jag göra en kort sammanfattning av föregångare till 20:e århundradets fysikteorier och då väljer jag att börja hos pythagoréerna som fanns från 6:e årh. f. Kr. i Syditalien. De menade att allt är matematiska tal och kan förstås genom tal. De var så övertygade om att naturliga tal inte bara är aritmetiska enheter utan även fysiska atomer, att de försökte hemlighålla upptäckten att kvadratroten ur 2 är ett irrationellt tal. De noterade att varje tonhöjd på lyrans sträng är knuten till en bestämd längd på strängen och att detta förhållande kan uttryckas matematiskt. Eratosthenes kunde på 200-talet f. Kr. vid uppdrag i Egypten som lärare åt Ptolemaios III:s kronprins och chef för det stora biblioteket i Alexandria beräkna jordens omkrets.

Platon med teorin om idévärlden menar att idéerna är tingens orsak. Dennes elev Aristoteles utformade den logiska syllogistiken,som genom en adekvat definition fångar den bestämda naturen hos saker och ting. Vid Fjellstedtska skolan övade vi syllogismer ännu 1951 i logikundervisningen för att efter studentexamen möta den analytiska logiken i prof. Konrad Marc-Wogaus kurser i modern formell logik. Koncentriska himlasfärer med himlakroppar utgör enl. Aristoteles av ”etern”, som är oförstörbar och oföränderlig. Aristoteles geocentriska världsbild var faktiskt ifrågasatt. Han håller fast vid läran om fyra element (jord, vatten, luft och eld) och avvisar tanken på atomer. Han förstod inte matematikens betydelse för naturvetenskap och menade att varje ting var sammansatt av form och materia. Materia står för Aristoteles inte i motsats till form. Alla naturskeenden har ytterst sin grund i en ”orörlig rörare” eftersom all förändring förutsätter ett upphov men någon skapare finns inte hos Aristoteles. Hans universum har alltid existerat med samma allmänna struktur men formerna är immanenta i de enskilda tingen i vår värld, samtidigt som de ingår i ett transcendent högsta väsen och är föremål för dess tänkande.

Snabbt går vi till al-Khwarizmi vars beskrivning av nollan 825 e. Kr blev känd i väster. Den hade då sedan länge använts i bl a. Indien. Tillgången till nollan gjorde matematiska beräkningar mer lätthanterliga.

Men det var främst vid och efter renässansen som studiet av naturen liksom mycket annat fick en förnyad kraft. Personer som Kopernikus, Galilei, Tyko Brahe och Kepler befäste slutgiltigt den heliocentriska världsbilden. Filosofer som Descartes, Spinoza, Leibnitz och Kant bearbetade frågorna om existens, materia och världsbild. Descartes söker fäste för sin kunskap i sin egen existens: ”cogito, ergo sum”. Genom en dualistisk hållning bejakade han både katolsk människosyn (han blev drottning Christinas lärare) och den mekanistiska uppfattningen om världen som ett maskineri. Spinoza uppfattade den enda övergripande ”Substansen”så att den innefattar hela universum. Den enda världen är den möjliga världen. Tänkande och utsträckning är aspekter av samma verklighet. Leibnitz huvudtes är att ”monader”, något som påminner om grekerna Leukippos´och Demokritos´ atomer, utgör tillvarons substans. Monaderna kan inte bli till eller förstöras utan endast skapas. De är inte materiella men speglar hela universum. Monaderna kan inte inverka på varandra eftersom de inte har några ”fönster”. Rummet som en ”orumslig ordning” av ting som har möjlighet att existera samtidigt. Tidens flöde möjliggör ting som inte kan existera parallellt.

Ett försök att förstå Universum leder in i 1900-talets tre fysikteorier

Min mamma, född 1895, brukade sammanfatta allt hon fått se växa fram: bilen, flyget, telefonen, TV, och allt annat fram till hösten 1980 då hon dog en vecka efter min 50 årsdag. Nu sammanfattar jag redan på ett likadant men ändå annorlunda sätt vad jag sett växa fram under min livstid. När jag fått leva under de sju senare tiondedelarna av det århundrade, då tre grundläggande fysikteorier sett dagens ljus, kan inget hindra mig från att ta reda på vad de rör sig om. Newton gav gravitationen ett ansikte i form av ett äpple, men denna kan inte rymmas i en förening mellan Einsteins relativitetsteori(er) och kvantmekaniken. Ändå kan man matematiskt konstatera att den har en förmedlarpartikel (gravitonen) som liksom andra förmedlarpartiklar kan beskrivas som både vågrörelse och partikel. Du som kan visa upp gravitonen har med stor säkerhet ett Nobelpris på lut.

Insikten i Hubbles teorier om universums utvidgning och kärnreaktionen inuti varje stjärna sporrade min önskan att förstå vad man anser om universum, dess ålder och vad som sker i vårt eget solsystem samt på djupet i universum. Här ska inte alla tänkbara teorier och veteskapliga framsteg redovisas. Om relativitetsteorin och kvantmekaniken kan man läsa i NE, men supersträngteorin är så ny att man bör gå exempelvis till en bok av Brian Greene Ett utsökt universum (finns i Pocket), som i febr.-mars 2004 varit underlag för tre avsnitt av TV-programmet Vetenskapens värld och repriserats under sommaren 2004.

1. Einsteins relativitetsteori. Att läsa Einsteins egen text från 1917 i Daidalos utgåva "Den speciella och den allmänna relativitetsteorin" är en utmaning som jag längtat att få ta tag i ända sedan jag glimtvis hört att inte bara tiden utan även rummet påverkas av rörelse. Plötsligt kopplas tiden som en fjärde dimension till rummets gamla välkända tre dimensioner och Einstein talar om rumtiden. Den speciella relativitetsteorin visar att uppfattningen om rörelse i rumtiden blir meningsfull först om den knyts (relateras) till en referenskropp.Du kommer att inse att ljusfarten är konstant (c:a 300 000 km/s) i vacuum, vad tidsdilation och längdkontraktion är, att formeln E=mc² visar hur energi och massa samspelar. Möjligen får du en sugande lust att söka ett svar på påståendet av B. Greene att "Einstein hävdade att alla föremål i universum alltid rör sig genom rumtiden med konstant fart, ljusfarten".

Till skillnad från den speciella relativitetsteorin behandlar den allmänna relativitetsteorin rörelse i rumstiden under påverkan av acceleration vilken visar sig kunna uppfattas som gravitation. Rumtiden kröks och tänjes som som om den vore en elastisk duk där himlakropparna följer en bana liknande en fördjupning av duken ungefär som en bil hålls kvar i en snäv kurva om vägen är rätt doserad. Just gravitationen är vad som står i centrum i den allmänna relativitetsteorin.

2. Kvantmekaniken. I jämförelse med kvantmekanikens sällsamma värld bleknade science fiction till en futtighet. Nu är inte gravitationen ensam. En ny kraft, elektromagnetismen, var känd redan vid 1900-talets början. Men ytterligare två upptäcktes genom kvantmekaniken, nämligen den starka och den svaga kärnkraften. När man lyckats se sambandet mellan elektromagnetism och den svaga kärnkraften samt etablerade teorin om gluoner som förmedlarpartiklar till den starka kärnkraften var Standardmodellen född. Men ekvationerna gav nonsens-svar om man ville sammanföra denna med gravitationen. Heisenbergs obestämbarhetsprincip kom att förändra fysikernas syn på vår verklighet. Elektronens väg är inte en enda eller helt förutsägbar. Neutrinos passerar inte bara genom tjocka väggar av bly utan kontinuerligt rakt genom våra kroppar. Fällor i underjorden registrerar dem. Förmedlarpartikeln för ljuset, fotonen, kan beskrivas som både ett vågfenomen och en (punkt-)partikel. Atomkärnans protoner och neutroner visar sig bestå av kvarkar med olika egenskaper. Dessa i sin tur påverkas av ännu mindre partiklar. Partiklarnas antal ökar till ett förvånande stort antal. Men var gömmer sig Higgs partikel som ev. kan kasta ljus över frågan om massa? Och när de första signalerna om en strängteori, som ingen tycktes kunna förklara, dök upp blev bilden ännu mera bisarr.

Gå till valfri sida: