Den förste kvantmekanikern

Under 1600-talet gjordes oerhörda framsteg inom fysiken. Genom förhållningsvis enkla ekvationer, framtagna av Isaac Newton, kunde allt från himlakroppars till kanonkulors rörelser beräknas. I princip blev allt förutsägbart. Ekvationerna är deterministiska.    

Resonemanget går att tillämpa på både det minsta som det största, inklusive på oss själva. Vi består ju alla av atomer, små mikroskopiska partiklar, som förenar sig med varandra till molekyler. Dessa molekyler kan vara enkla som vatten eller komplicerade som proteiner och DNA.  

Atomer och molekyler krockar i sin tur med varandra, frigör energi, ger upphov till elektriska signaler, olika signalsubstanser och så vidare. Kombinationer av molekyler bygger sedan upp celler, och i slutändan hela våra kroppar. Vårt jag, vårt medvetande, känslor, tankar och kroppar utgörs och byggs i grunden upp av dessa atomer och deras rörelse och interaktioner. Dessa, krockar och rörelser, är lika lagbundna – tänkte man – som himlakropparna eller kanonkulorna. I denna deterministiska värld blir alltså allt förutbestämt. En av de första som formulerade detta var matematikern och fysikern Simon Laplace.  

”Vi kan betrakta universums nuvarande tillstånd som effekten av dess förflutna och orsaken till dess framtid. Ett intellekt som i ett givet ögonblick skulle ha kännedom om alla krafter som sätter naturen i rörelse, och samtliga positioner på varenda föremål av vilka naturen är skapad, om detta intellekt också var omfattande nog så att det kunde överlämna alla data till analys, skulle det i en enkel formel omfamna rörelserna hos universums största kroppar och minsta atomer;för ett sådant intellekt skulle ingenting vara osäkert, och framtiden, precis som det förflutna skulle kunna vara närvarande för dess ögon”, skrev han.   

Det intellekt som skulle kunna genomföra dessa beräkningar kom senare att kallas för Laplace demon. I en sådan värld, där framtiden bestäms av partiklarnas nuvarande position och rörelse, finns inget utrymme för någon frihet eller fri vilja. Allt är redan förutbestämt. Det är en trist, för att inte säga, deprimerande tanke.  

Låt oss göra en abrupt vändning och introducera Poggio Bracciolini. Han verkade högt i den påvliga byråkratin på 1400-talet, bland annat som påvens sekreterare, men han var också en ledande manuskript- och bokletare. Det här var i begynnelsen av renässansen, och Europa sökte sitt arv efter antiken.  

Efter Västroms fall sjönk läskunnigheten till mycket låga nivåer, och böcker och manuskript fanns huvudsakligen bevarade i klostren. Där överlevde de genom att munkar kopierade dem – om och om igen.  

År 1417 fann Poggio ett exemplar av ”Om Tingens Natur” (De Rerum Natura) i ett tyskt kloster skrivet av den romerska författaren Lucretius (99 - 55 f kr). Verket handlar om den grekiske filosofen Epikuros lära (han levde två århundraden före Lucretius, 341- 271 f kr). Epikuros var en av de första moderna filosoferna som ägnade sig åt att förstå både hur världen fungerade samt hur vi bör leva i den. Vi, ja allt i världen, bestod av atomer och ett tomrum i vilken atomerna kunde röra sig, menade han, och allt som händer sker genom att olika atomer krockar med varandra.  

Hans materialistiska världsbild innebar också att han avfärdade såväl tron på gudar som griper in i skeendet som tron på odödliga själar. Då vi byggs upp av atomer innebär döden bara att materian rör sig vidare till andra ställen i universum. Det finns därmed inga skäl till att vara rädd för döden.  

Men inte nog med det, Epikuros funderade också över hur frihet – och fri vilja – kunde uppstå i en sådan materialistisk värld. Om allt styrs av atomer som krockar, så fanns det ju inget utrymme för den mänskliga viljan. För att göra detta möjligt införde han en slumpmässighet i atomernas rörelser. De kunde, resonerade han, när som helst, och utan någon orsak, avvika lite grann från sin rörelse. Det engelska begreppet för denna avvikelse i rörelse är ”swerve”. Avvikelsen må vara minimal, men den är ändå tillräckligt stor för att rädda oss från determinismens tyranni.  

Epikuros erbjuder därmed ett försök till svar på frågan om den determinism exempelvis Laplace brottades med, fast svaret kom cirka 2000 år innan Laplace ställde frågan. Epikuros tankar föregår också – på ett fascinerande sätt – kvantmekanikens grundläggande syn på hur världen fungerar.   

Men först ett par ord om att Epikuros lära inte bara handlar inte om världens beskaffenhet, utan också om hur man bör leva sitt liv. Han argumenterade för att söka nöjen och ett så behagligt liv som möjligt. Men han var långt ifrån en hedonist, som en del vill framställa honom som. Vi bör ägna oss åt njutningar – fast med måtta. Det ultimata målet är att finna inre frid (ataraxia).  

På grund av hans materialistiska världsbild (inklusive förnekandet av odödliga själar) samt hans bejakande av livsnjutning (i motsats till religiösa asketiska ideal), kom den framväxande kyrkan att måla upp honom och epikuréerna som fiender. På 1500-talet kunde italienska furstar hålla brandtal mot Epikuros och atomläran inför stora mängder åhörare.  

Men Epikuros blev också mycket viktig för ett stort antal tunga europeiska tänkare, inklusive Montaigne och Shakespeare. Marx skrev sin avhandling om skillnaderna mellan den grekiske filosofen Demokritos (460-370 f. kr.) och Epikuros materialism. 

USA:s president Thomas Jefferson skrev I too am an Epicurean i privat korrespondens att och i hans bokhylla fanns, sägs det, fem exemplar av Lucretius bok om Epikuros. Kanske är det ekon från Epikuros vi hör i den amerikanska frihetsdeklarationens formuleringar om life, liberty and the pursuit of happiness?  

Om man är intresserad av både den europeiska renässanstiden, hur antika böcker överlevde till våra dagar, samt Epikuros filosofi rekommenderas varmt The Swerve – how the world became modern av den amerikanske författaren Stephen Greenblatt.  

Pocketupplagan har som undertitel How the renaissance began, för boken handlar verkligen lika mycket om hur världen blev modern som om renässansens framväxt. Boken kom ut 2011 och belönades med både Pulitzer-priset och US National Book Award. 

Låt oss åter göra en skarp gir i berättelsen. Under 1900-talets början revolutionerades fysiken. Kvantmekaniken var en de två stora teorier som växte fram och som (delvis) gav andra svar än den klassiska fysiken från Newtons tid.  

Ett av kvantfysikens mest centrala resultat var att det finns ett slags inbyggd osäkerhet i tillvaron. En atomkärna kan exempelvis sönderfalla i mindre beståndsdelar, utan att det finns någon orsak till det. Här finns skäl att stanna upp och låta detta sjunka in. En av de grundläggande föreställningarna vi har om vår värld är ju att allt som sker har en orsak. Men i kvantmekaniken gör man alltså upp med den föreställningen. Saker och ting kan hända – utan att de triggas av något annat.  

Och, om vi återgår till den sönderfallande atomen, det går därmed inte heller att förutsäga när det kommer att ske. Kvantmekaniken kan bara beräkna sannolikheten för att det ska ske.  

Ytterligare ett exempel: Enligt Heisenbergs osäkerhetsrelation går det inte med hundraprocentig säkerhet att bestämma en partikel, säg protonens, position och hastighet samtidigt. Detta brukas förklaras med att vi – när vi försöker mäta position (eller hastighet) måste störa den, knuffa den ur dess läge.  

Men det hela går djupare än så. Det är inte bara så att det inte går att mäta positionen och hastigheten samtidigt, utan det ligger så att säga i protonens väsen. Den har ingen exakt hastighet och position samtidigt. 

Albert Einstein protesterade mot den dominerande tolkningen av kvantfysiken. Han utropade ”Gud spelar inte tärning”. Med det gav han inte uttryck för en invändning mot kvantmekanikens beräkningar och resultat, utan snarare om hur man skulle förstå universums sanna natur. Han menade att i universum finns inte utrymme för genuin slump. Allt som sker har en orsak, tänkte han, det är bara vi som inte kan nå kunskap om den.  

Den danske fysikern Niels Bohr svarade, retoriskt elegant måste man säga, att det inte är upp till oss att avgöra om Gud spelar tärning. Nu, ett sekel senare, efter intensiva diskussioner mellan den moderna fysikens giganter, står Bohr som segrare. Enligt den moderna fysiken är osäkerheten genuin, och slumpen spelar en central roll i atomernas – och därmed vår – värld.  

Det gör att Epikuros tankar, som han ju inte kunde bevisa empiriskt, ligger ganska nära den nuvarande centrala tolkningen av kvantmekaniken. Inte illa för en filosof som levde i det antika Grekland. I både Epikuros och i kvantmekaniken ger man nämligen upp en av de mest centrala dogmerna i hur vi förstår världen: nämligen att allt som sker har en orsak. Slumpen ersätter deterministiska lagar.  

Vad får det här konsekvenser för diskussionen om den fria viljan? Först drar man kanske en suck av lättnad: om allt som sker inte är deterministiskt, om till och med atomerna besitter viss frihet, så finns det ju utrymme för fri vilja. Men ganska snart inser man att det inte är så enkelt. Om vi nu ersätter deterministiska lagar med slump, så kvarstår ju frågan: på vilket sätt skulle det rädda den fria viljan?  

Jag har genom åren funderat på dessa frågor och aldrig blivit riktigt klok. Det enda rimliga är väl att anamma ett slags pragmatiskt hållning. Vi måste leva som om vi har fri vilja, som att vi har den fria vilja vi upplever att vi har, annars blir allt absurt.

Toppbild: Illustration av filosofen Epikuros

***

Läs även: Kärnkraften i solen

Läs även: Mars är nära nu