Maskinskrift

Kvantmekanik är förmodligen det märkligaste och mest fascinerande som mänskligheten överhuvudtaget tänkt ut. Det är den del av fysiken som handlar om det allra minsta – om elementarpartiklarna och deras gåtfulla, dunkla och absurda värld.

Helena Granströms ”versroman” Osäkerhetsrelationen handlar om kvantmekanik. Den handlar också om språket. I romanen möter vi några av kvantmekanikens fäder (den har inga mödrar så vitt jag vet utan tillkom i en slags inverterad jungfrufödsel): Werner Heisenberg – romanens du – samt herrarna N, E, S och B – Niels Bohr, Albert Einstein, Edwin Schrödinger och Max Born. Vi följer Heisenbergs ansträngningar med att förstå det teoribygge som de tillsammans värker fram under första halvan av 1900-talet. Det är verkligen ett paradigmskifte, en helt ny fysik tar form som inte liknar någonting annat i historien. Genom Heisenbergs tankar och samtal med Bohr, Einstein, Schrödinger och Born möter vi frustrationen och de våndor som uppstår när teorierna och formlerna målar upp en bisarr och halvt obegriplig spökvärld som trotsar grundvalarna som själva existensen vilar på. Med Heisenbergs röst formuleras en slags programförklaring i början av romanen: Han vill berätta om de ord han saknar.

Kvantmekanik är ingen metafysik och långt från ovetenskaplig rappakalja. För även om inte ens fysiker förstår kvantmekanik så kan de använda kvantmekanik. De kan med kvantmekanikens satser och formler förutsäga resultatet av experiment. Det rör sig i allra högsta grad om god vetenskap.

Läsningen av Osäkerhetsrelationen fick mig att plocka fram gammal kurslitteratur och finkamma vindsförrådet efter anteckningar från studietiden. Jag har en hyfsat gedigen utbildning i matematik och fysik i bagaget och under läsningen av Granströms bok funderade jag över hur mycket man får ut av Osäkerhetsrelationen om man inte alls känner till något om kvantmekanik. Det finns i alla fall de med uttryckligen begränsade förkunskaper som fascinerats av den, vissa andra recensenter låter sig inte beröras. Inga, eller ringa, förkunskaper leder ofrånkomligen till en annan typ av läsning, men jag inbillar mig att den inte behöver vara mindre intressant för det.

Det är omöjligt att sammanfatta kvantmekaniken på några rader i ett blogginlägg, men låt mig slänga fram ett antal kvantmekaniska påståenden som i olika former uttrycks i boken (det är inte min min mening att avskräcka, de påståenden som följer är svårgreppbara även för världens skarpaste fysiker):

1. Materia – elektroner, atomer och molekyler – uppvisar, precis som ljus, våglika egenskaper som till exempel diffraktion, samtidigt som de är just partiklar. Denna paradoxala egenskap kallas för våg-partikeldualitet och kan visas experimentellt i ett dubbelspaltexperiment. Det är som att naturen retas med oss: den kvantmekaniska partikeln uppträder som våg i experiment som mäter en vågegenskap, och som partikel i experiment som mäter en partikelegenskap.
2. En partikel eller ett partikelsystem ”ackompanjeras” av en vågfunktion. Relationen mellan partiklen och vågfunktionen är oklar, Born säger i boken att vågen leder partikeln vid handen. Vågfunktionens natur är höljd i dunkel. I en vattenvåg är det vattenmassan som svänger upp och ned, i en ljudvåg är det luftens förtunningar och förtätningar som svänger, i en elektromagnetisk våg (till exempel radiovågor) är det de elektriska och magnetiska fälten som oscillerar – men vad är dessa vågor som vågfunktionen beskriver? Ingen fysiker har svaret på den frågan. Max Born formulerade den statistiska tolkningen som säger att kvadraten av vågfunktionen ger sannolikheten att finna partikeln i olika positioner och för olika tider.
3. Heisenbergs osäkerhetsrelation säger att man aldrig med exakthet kan mäta en partikels position och hastighet samtidigt. Ju mer man vet om läget, desto mindre vet man om hastigheten, och vice versa. Den kvantmekaniska världen är i grunden oskarp och dunkel till sin natur.
4. Att mäta eller observera ett kvantmekaniskt system är en ytterst gåtfull tillställning. Själva mätningen gör att partikeln väljer ett av de sannolika tillstånden, till exempel en bestämd position. Före mätningen har partikeln ingen position, den har många olika potentiella positioner. Partikeln både är och inte är på samma gång – ännu en paradoxal egenskap som åskådliggörs i tankeexemplet med Schrödingers katt. Och mätningen sätter punkt för det potentiella och ovissa – man säger att vågfunktionen kollapsar. En kvantmekanisk mätning är, skriver Granström, att försöka titta på det som bara syns när man tittar bort.

Granström klär tappert – oftast i Heisenbergs gestalt – kvantmekanikens egendomligheter i ord. Om våg-partikeldualiteten:

När man tittar på elektronen är den en partikel, klotlik och trofast. När man tittar bort är den havets sjudande, rusande svall. Den färdas i ena ögonblicket längs en tydlig bana, men känner i nästa inga banor.

Om vågfunktionen:

Vågorna färdas inte i det vanliga rummet, de färdas i ett rum av möjligheter. Deras koordinatsystem är mångaxlat: här finns ett väderstreck för varje möjligt utfall. I en värld av ännu inte inträffat färdas de, bärande det som kan komma att ske på ryggen.
[...]
Vågfunktionen är ett sökljus, men inte stroboskopiskt – det är en svajande lanterna över svarta vatten.

Om osäkerhetsrelationen:

Men var och hur snabbt kan aldrig hålla i varandras händer. De lägger benen på varandras ryggar, slår varandra i magen, rider på varandras axlar. De räcker ut varandras tungor.

Och genom Niels Bohr beskrivs mätningars gåtfulla och deltagande natur:

Observationen är en kyss! Med laboratorieutrustningen för vi läpparna mot tillvaron, och skapar därmed resultatet. Mätningen är att sticka tungan i naturens mun!

Einstein kan inte acceptera kvantmekanikens slumpmässiga och osäkra natur. Tvivel och frustration växer och värker i hans mage. Han förfäktar den realistiska ståndpunkten – att partiklar faktiskt har bestämda positioner. Mätningar utgör inget gåtfullt intrång i den kvantmekaniska domänen, menar han. Osäkerhet är inte ett av naturens faktum, det som syns i formlerna är i själva verket skuggspelet av en gömd variabel: teorin är inkomplett. Einstein konstruerar paradoxer för att övertyga sina meningsmotståndare, men paradoxerna vänds mot honom själv. Det är inte teorin det är fel på, menar Bohr, det är frågorna, språkbruket. I Einsteins mage växer rädslan för att det kanske ändå finns en verklighet som tvekar, en verklighet som spelar tärning.

Men Einsteins tvivel och frustration är drömmarens och poetens hopp, en spricka i den mekanistiska och deterministiska världsbilden. Genom denna spricka tränger osäkerheten och outgrundligheten fram. Här hittar man hoppet om den fria viljan och spåret av människans tvekan.

Man kan fråga sig om vi verkligen kommer kvantmekaniken på djupet med eleganta metaforer. Når metaforerna fram till teorins själva kärna, till dess innersta rum? Går det överhuvudtaget att resonera sig fram till förståelse med hjälp av språket? Även detta diskuterar våra tappra protagonister, och den diskussionen är romanens mest intressanta tema.

Niels Bohr förfäktar den ortodoxa ståndpunkten: Partikeln fanns ingenstans före mätningen. Mätningen tvingade partikeln att anta en position och skapade således mätvärdet. Detta är den så kallade Köpenhamnstolkningen som menar att vågfunktionen fullständigt beskriver ett kvantmekaniskt system. Bohr menar att språket och logiken sviktar, att språket förutsätter tudelning: observatören och det observerade. Han säger: ”Att världen ter sig osammanhängande beror på att den hänger samman”.

Heisenberg skissar upp en slags tredje ståndpunkt: Språket räcker inte till. Man måste finna nya sätt att tala. Språket är gjutet i en form av tid och kausalitet som helt enkelt är väsensskild från kvantmekaniken. Men Bohr håller inte med. Språket är allt vi har, säger han, det måste få vara avigt och forma sig efter nya situationer. Mening skapas genom nyttjandet av orden.

Språket är oprecist och tvingar dig att bli poet.

Ludwig Wittgensteins ande svävar genom fysikernas samtal. I den manifestlika, språkfilosofiska avhandlingen Tractatus logico-philosophicus drog han upp gränserna för språket. Avhandlingen, som består av hierarkiskt numrerade punkter, slutar med den sjunde punkten: Det man icke kan tala om därom måste man tiga. Med det tog han avsked av filosofin för en lång period, flyttade till en enslig stuga i Norge. Han ansåg att han med Tractatus hade löst alla filosofins problem. I Osäkerhetsrelationen återkommer Wittgensteins sjunde punkt gång på gång i olika former som en uppgiven insikt om att tanken har bottnat.

Strax före sitt drastiska (och eleganta) avsked öppnar Wittgenstein dock ett fönster på glänt: Tractatus logico-philosophicus, sista sidan, punkt 6.54:

Mina satser förklarar genom att den, som förstår mig, till slut inser dem vara nonsens, när han stigit ut genom dem – på dem – bortom dem. (Han måste så att säga kasta bort stegen, sedan han klättrar upp på den.)

Han måste övervinna dessa satser, då ser han världen riktigt.

Alltså, språket som ett mellanled. Genom att avsäga sig bokstavlighet, diskutera i medvetet vaga termer och i vetskapen om att det man säger är nonsens kan det ändå leda framåt, vidare, bortom språkets begränsningar.

Så småningom återvände Wittgenstein till filosofin och fann nya angreppspunkter med begreppet språkspel. Jag kan väldigt lite om hans sena tänkande, men jag tror att det inte landar allt för långt från Bohrs pragmatiska linje: mening är användningen.

Einstein låter sig dock inte påverkas av språkfilosofiska resonemang. Han säger: ”Det som inte låter sig talas om bör man tänka över igen”.

I sin matematiska form är kvantmekaniken inte fullt så gåtfull. Visst, teorins grundantaganden med våg-partikeldualiteten, vågekvationen och Schrödingers ekvation är egendomliga men dugliga då man med hjälp av dessa kan förutsäga resultaten av experiment. Osäkerhetsrelationen följer matematiskt ur dessa grundantaganden. Kvantmekaniken blir riktigt egendomlig först när man lämnar matematikens domän och övergår till det talade och skrivna språket – till metaforernas domän – och försöker förstå vad teorin betyder. Wittgenstein hade möjligen svarat att frågorna som ställs, förklaringarna som dryftas är meningslösa. De hör hemma i matematikens domän, låt de stanna där och sluta upp med att tala om det som inte låter sig sägas!

Men vi kan inte det, vi måste tala och försöka förstå. I den gamla Newtonska fysiken gick det lätt att gå från matematik till vardagligt språk och tillbaka. Atomer kunde bli till klot på ett biljardbord, interaktionen mellan atomer till stötar mellan biljardkloten. I den mikroskopiska kvantmekaniska världen är en stöt mellan två elektroner något helt väsensskilt från stöten mellan två biljardklot. Osäkerhetsrelationen förvandlar stötögonblicket till en oskarp skuggbild och det är omöjligt att avgöra vilken elektron som var vilken jämfört med före stöten. Granström skriver:

Elektroner är identiska partiklar. På elektroner kan man inte sätta lappar; man kan inte säga de är likadana, men här är nummer ett och här är nummer två. Identisk är för elektronen inte lik eller exakt kopia, det är avsaknaden av identitet. Elektronen är den som den fullständigt liknar; den är alla andra och aldrig sig själv.

Elektroner är således inte bara ovissa och obeslutsamma – de är i grunden oskiljbara. Det är en svindlande tanke. Men kanske är det inte den identitets- och logiktrotsande elektronen som är obegriplig och gåtfull, det kanske bara är språkets kortslutning som sprakar.

Helena Granström har inte svaren, men det kan man inte begära. Osäkerhetsrelationen är en mycket välskriven, modig och tankeväckande bok.

Av alla vetenskaper måste fysik vara den till sitt uttryckssätt mest poetiska. Inte sällan ser man exempel på hur fysiken, eller fysiker, använder språket med konstnärens eller poetens sensibilitet. Nu skulle nog en del invända och bestämt hävda att fysikens språk är matematiken som snarare kan ses som motsatsen till poesins mångbottnade värld. Men matematiken är inte fysikens enda språk, och nog kan matematik vara såväl poetisk som mångbottnad.

När Large Hadron Collider invigdes vid CERN i Geneve förra året så kunde man läsa i media om de farhågor som fanns på sina håll i forskarvärlden. En del fruktade att domedagen kunde vara nära förestående. En av domedagsprofetiorna spekulerar i att mikroskopiska svarta hål skulle kunna uppstå i de extremt energirika kollisionerna av elementarpartiklar. Man menar att det finns en inte obetydlig risk att sådana svarta hål blir stabila och sakta men säkert slukar jorden.

Den mest bisarra teorin rör dock en mystisk hypotetisk partikel som kallas för strangelet. The Story of Strangelets beskriver detta potentiella domedagsscenario med följande ord:

A negatively charged strangelet would have no coulomb barrier against absorption of normal matter, and would in fact attract it. The resulting exothermic reaction would simply produce a larger strangelet. Since the energy per baryon always decreases with A, a negatively charged strangelet on earth would continue to digest all of the matter it came into contact with until the earth itself was entirely strange.

Avslutningen är grandios och lockar med en apokalyps som man inte kunnat drömma om. Redan på första sidan på The Story of Strangelets bjuder författaren på lysande prosa med följande inledningsord:

At the moment, the world is not known to be a very strange place. But the possibility of a strange Universe has not been ruled out. This strangeness could occur at many levels, from forming heavier than usual isotopes of common elements, to larger strange ”nuggets’, to entire stars composed largely of strange matter. I outline the ways in which strangeness may occur, the possible mechanisms for the formation of strange matter, and current searches for the various forms.

Nog finns här en medveten poetisk känsla. Jag är förtjust i just inledande stycken och meningar i noveller och romaner. Där kan man ofta ana hur författaren verkligen ansträngt sig till det yttersta; hur försök efter försök, omskrivning efter omskrivning slutligen resulterat i ett par finpolerade och väl avvägda meningar som sätter tonen för texten. The Story of Strangelets är inte långt efter de stora mästarna.

Inom astronomi är det ofta den akademiska, något torra tydligheten kombinerat med det gränslöst monumentala föremålet för forskningen – rymden – som skapar poetisk kraft. Ett exempel är namngivning.

Det finns många olika internationella astronomiska sammanslutningar. Committee on Small Body Nomenclature har som sitt ansvar att namnge alla himlakroppar i solsystemet. Sitt eget namn har de lyckats väl med. På svenska låter det nästan ännu bättre: Kommittéen för små kroppars nomenklatur. När det gäller namngivning av topografiska objekt på planeter och månar är det Working Group for Planetary System Nomenclature som har sista ordet. Arbetsgruppen för planetsystem-nomenklatur – ett fantastiskt namn.

I New Mexico finns ett stort observatorium för radioastronomi bestående av 27 oberoende antenner. Det heter kort och gott Very Large Array. Lite lakoniskt och nästan nonchalant, men vackert i sin enkelhet.

Fysiken har också gett oss en mängd nya ord och begrepp – många verkligen lyser av formuleringsglädje. Inom den moderna fysiken hittar man till exempel begreppen händelsehorisont och obestämbarhetsprincip. Det sistnämnda är min egen favorit, en något klumpig men snygg självmotsägelse. Det mest svävande och formlösa av ord parat med det strikta och lite stela ordet ”princip”. Alla goda konstnärer, alla goda poeter vet att det intressanta uppstår av just den sortens friktion.

Astronomin var ett tag så pass nere med konsten att man på 70-talet genomförde världens genom tiderna dyraste performance: Voyagerprogrammet. Man satte helt enkelt samman en mixtape, tryckte upp den i två exemplar och skickade de rakt ut i djuprymden. En kommitté ledd av Carl Sagan ansvarade för att ta fram innehållet till mixen. Sagan ville bland annat ha med ”Here Comes the Sun” med The Beatles och fick gruppens godkännande. Skivbolaget EMI satte sig dock på tvären och låten kom aldrig med. Musikindustrin – till skillnad från musiken – saknar helt fysikens poetiska ådra.