Einsteins univers

 
Der er ingen tvivl om, at Albert Einstein (1879-1955) var en af det 20. århundredes største og mest indflydelsesrige fysikere. Som sådan var han en af de vigtigste af en lang række af banebrydende fysikere, som i løbet af første halvdel af det 20. århundrede vendte op og ned på det naturvidenskabelige verdensbillede.

Einstein skilte sig ud ved en unik og meget karakteristisk filosofisk tilgang til fysikken, som bærer en meget stor del af æren for hans teoriers elegance og gennemslagskraft, og som senere i hans liv måske stillede sig i vejen, da det ikke lykkedes at opstille en samlet teori for elektromagnetisme og gravitation, der kunne tilfredsstille hans egne filosofiske forestillinger og fysiske intuition om, hvordan en sådan teori skulle se ud.

Einsteins filosofiske standpunkt endte i sidste ende ikke med at få "ret" i den forstand, at det blev godtaget af fysikken i almindelighed, men der er ingen tvivl om, at mange af hans ideer var korrekte og indgår som selvfølgelige dele af den moderne fysiks verdensbillede.

Hans teoretiske bidrag er faktisk så store og har haft en så afgørende og fundamental indflydelse på fysikkens og naturfilosofiens udvikling i det 20. århundrede, at det er svært at forestille sig, hvor vi i dag ville have været uden ham. Helge Kragh betegner ligefrem Einstein som "arkitekten bag det 20. århundredes nye verdensbillede, hvor begreber som tid og rum fik en radikalt anden betydning end tidligere", og det er ikke nogen overdrivelse.

Professor i videnskabshistorie Helge Kragh har med sin nye bog Einsteins univers - en fysikers tanker om natur og erkendelse givet os en kortfattet gennemgang netop af Einsteins tankeverden og filosofi. Bogen er struktureret som en biografi, men modsat de fleste andre Einstein-biografier er vægten hverken på hans personlige liv, hans bidrag til fysikken eller hans virke som offentlig og politisk figur, men på hans filosofi og idéhistoriske udvikling.

Efter en kort introduktion gennemgår bogen kapitel for kapitel de vigtigste aspekter af Einsteins tankeverden, og det slipper den for det meste godt fra: Kragh bestræber sig på at gengive netop så meget af teorien som er nødvendig for at forstå de filosofiske overvejelser og det verdenssyn, der ligger bag.

Mange vil nok have gavn af at supplere kapitlerne om den specielle og almene relativitetsteori med en god populærvidenskabelig introduktion til selve teorien, hvilket Kragh da også selv antyder i sit forord.

Jeg kan ikke her give en sammenfatning af Einsteins filosofiske position eller hans bidrag til fysikken og deres konsekvenser - det ville føre alt for vidt. Og her er en vigtig pointe: Jeg kan ikke se, hvordan man skulle kunne give en forsvarlig gengivelse af Einsteins filosofiske position på ret meget mindre end de 154 sider, som Kraghs bog fylder.

Som sådan er bogen vigtig for enhver fysiker med interesse for filosofi, og for enhver lægmand med interesse for videnskabsfilosofi og moderne fysik: Bogen giver den kortest mulige sammenfatning af Einsteins bidrag på forskellige områder og oplyser således læseren om det hele, samtidig med at den righoldige litteraturliste giver god mulighed for at fordybe sig i enkelte emner for den, der måtte have lyst til dét.

Der er således kapitler om den specielle og almene relativitetsteori, om kosmologi, om Einsteins bidrag til og lange polemik mod kvantefysikken, og om hans forhold til videnskabsfilosofi, religion og politik.

Det bedste og mest interessante er for mig at se kapitlet om videnskabsfilosofi, hvor der trækkes interessante perspektiver fra Einsteins unikke og intuitive tilgang til teoridannelsen.

Einstein var nemlig en usædvanligt deduktiv og aksiomatisk indstillet fysiker. Hans arbejdsmetode var ikke at opstille teorier ved at generalisere ud fra de empiriske data, men at opstille nogle vigtige aksiomer eller postulater ud fra fundamentale, fysiske principper og ud fra dem deducere sig frem til, hvordan verden må se ud.

Noget af det, der skilte Einstein ud, var en enestående intuition i valget af postulater og en tilsvarende uforfærdethed i forhold til disse postulaters konsekvenser.

Grundlaget for den specielle relativitetsteori var således Einsteins postulat om, at alle naturlove må være de samme i ethvert system, der bevæger sig med jævn hastighed. I elektromagnetismen var der en konstant, der ifølge dette postulat måtte være den samme for alle, nemlig lysets hastighed i det tomme rum.

Men lysets hastighed kunne kun være den samme for to iagttagere, der bevæger sig i forhold til hinanden, hvis man lavede om på hele definitionen af, hvordan begreberne "afstand" og "samtidighed" skal forstås for systemer i bevægelse. Således kunne Einstein skabe en teori, der løste problemet med lysets hastighed i det tomme rum og forenede den klassiske mekanik og elektromagnetisme - på bekostning af forestillingen om tid og rum som absolutte størrelser.

Kragh refererer Einsteins eget synspunkt på bogens side 102:

[Den] empiriske basis forestillede han sig som en grundlinje, kaldet E. Ganske vist er erfaringen uundværlig, men det vigtige er skabelsen af et system af aksiomer (A), og Einstein understregede, at disse ikke følger af erfaringen på nogen logisk måde. "Psykologisk set hviler A på E; men der er ingen logisk forbindelse, som fører fra E til A, der er kun en intuitiv (psykologisk) forbindelse, som altid er midlertidig".

Det var også Einsteins opfattelse, at teorier ikke er absolut sande, eftersom de altid er udtrykt i begreber, som er opfundet af det menneskelige sind, og forsøger at beskrive en verden, hvor disse begreber ikke hører hjemme.

En fysisk teori som relativitetsteorien blev efter Einsteins opfattelse således ikke opdaget, den blev skabt. Verden er "empirisk underbestemt", så det er altid muligt at skabe mange forskellige teorier, der kan forklare de data, det er muligt at indsamle.

Men vil det sige, at en fysisk teori hverken kan be- eller afkræftes, og den ene derfor næsten kan være lige så god som den anden?

Nej, det mente Einstein bestemt ikke:

[Einstein] forsvarede det synspunkt, at en teori kan testes i en stærk forstand, dvs. at den kan vises at være sand eller falsk. Dette gjaldt især falsifikation. (s. 106)

Ultimativt kan en fysisk teori ikke bevises eksperimentelt, for selvom et eksperiment bekræfter teoriens forudsigelser, giver denne bekræftelse ingen sikkerhed for, at et andet forsøg ikke vil modbevise teorien på et senere tidspunkt:

Eksperimenter eller observationer kan ikke entydigt vise, at en teori er korrekt, men de kan godt vise, at den er forkert. Dette skyldes den logiske struktur af deduktive slutninger, idet en forkert teori meget vel kan føre til sande forudsigelser eller andre konsekvenser; men hvis en teori deduktivt fører til en konsekvens, der viser sig at være forkert, må teorien også være forkert. (s. 108)

Hvis der nu skulle sidde nogen samfundsforskere eller idéhistorikere derude, som synes, at det er noget, de har hørt før, skal jeg ikke skuffe dem - ja, det lyder grangiveligt som Popper, og det er ikke nogen tilfældighed.

Popper var faktisk meget inspireret af Einsteins fysik, og Poppers formulering af kravet om, at en videnskabelig teori må være falsificérbar, tog netop udgangspunkt i Einsteins holdning til muligheden for at afprøve fysiske teorier eksperimentelt. Einstein var på sin side meget begejstret for Poppers Logik der Forschung og bidrog vel med sin begejstring til teoriens udbredelse.

EINSTEINS UNIVERS er altså, som det vil forstås, en kort og letlæst præsentation af Einstein som tænker og filosof, og som sådan burde den være at finde under alle filosofiske gemytters juletræ – især naturligvis, hvis vedkommende ikke i forvejen er bekendt med de filosofiske aspekter af netop Einsteins arbejde.

Men hvad har den af svagheder? Er det bare clean sailing hele vejen igennem? Vel, jeg kender selv den specielle og almene relativitetsteori fra min tid på universitetet, og i det store og hele slipper Kragh godt fra den vanskelige balancegang, som det er at forklare essensen i disse ting uden at gå i detaljer... men jeg vil altså tro, at nogle af læserne falder af et sted eller to.

Jeg er ikke sikker på, at det kan gøres meget bedre uden at bruge urimeligt meget plads, så det bedste man kan gøre er måske at supplere læsningen af denne bogs kapitel to og tre med en god populær introduktion til selve teorien (Einsteins egen "Relativity. The Special and the General Theory" fra 1917 forudsætter fysik ca. på gymnasieniveau og har mange gode forklaringer af begreberne).

Nogle steder forekommer formuleringerne at være løbet lovligt hurtigt ned på papiret, eller også er de bare undsluppet korrekturen. I kapitlet om kosmologi har jeg f.eks. svært ved at få mening i denne sætning:

Med opdagelsen af det ekspanderende univers i slutningen af 1920'erne stod det klart, at Einsteins model var forkert og måtte erstattes med en dynamisk model, hvor krumningsradien (der udtrykker store afstande i universet) vokser med tiden. (s. 65)

Udtrykker krumningsradius "store afstande i universet"? Hvis universet er endeligt svarende til en regelmæssig kugleform (egentlig en tredimensionel "hyperkugle"), kan krumningsradius opfattes som et mål for universets størrelse. Den kan også opfattes som et mål for, hvor store afstandene i universet kan være.

Men det giver ikke mening blot at sige, at den "udtrykker store afstande i universet". Grunden til, at jeg fremhæver det er, at det er sådan en fejl, som det ikke er let for lægmand at gennemskue - faktisk kan jeg ikke rigtig se, hvordan man kan dechifrere parantesen uden at vide, hvad en "krumningsradius" er. Eksemplet understreger måske, hvor vigtig korrekturfasen er for en bog, der er så koncentreret som denne.

I det i øvrigt velskrevne og spændende kapitel om kvanteteorien er der to udsagn, som jeg ikke er enig i.

På side 81 giver Kragh udtryk for, at den amerikanske fysiker David Bohms deterministiske kvanteteori fra 1952 skulle være ved at få en renæssance i de senere år: "Gennem de sidste 20 års tid er den blevet diskuteret af flere fysikere og filosoffer, som anser den for at være et udarbejdet og realistisk alternativ til den traditionelle kvantemekanik."

Det er min opfattelse, at den overvældende konsensus blandt de fysikere, der interesserer sig for disse ting (hvilket bestemt ikke er alle!) er, at der er store konceptuelle problemer med Bohms teori, der fra Bohms side også mere var tænkt som et proof of concept end som en teori, der skulle tages alvorligt i sig selv.

Hermed ikke være sagt, at den ikke har nogen værdi som proof of concept eller som teoretisk stipulation, for det har den, men den har stadig så store konceptuelle problemer, at den ikke kan fungere som et realistisk endsige bæredygtigt alternativ til standardfortolkningen af kvantemekanikken, og det er så vidt jeg ved stadig den dominerende opfattelse (som Einstein i øvrigt delte).

På side 86 skriver Kragh om Bohrs svar på den såkaldte EPR-artikel fra 1935, at der "ikke [var] tale om, at Bohr demonterede EPR-argumentet, snarere at han kritiserede det ud fra forudsætninger, som Einstein ikke delte."

Jeg er ikke af den opfattelse, at dette er et korrekt udsagn; der er ingen tvivl om, at hensigten med Bohrs svar var at gendrive EPRs argument, og der er heller ingen tvivl om, at det efter hans egen og mange samtidige fysikeres opfattelse var netop, hvad han gjorde.

Kort fortalt forsøgte Bohr at vise, at Einstein et als argument om, at nogle bestemte fysiske størrelser måtte tillægges bestemte fysiske værdier i en situation, hvor kvantemekanikken forbød det, ikke holder, hvis man analyserer, hvordan de fysiske størrelser, man gerne vil måle, overhovedet er defineret.

Og således blev argumentet da også modtaget af mange samtidige fysikere. Den russiske fysiker S. V. Illarionov skriver i sit bidrag til bogen Einstein and the philosophical problems of 20th century physics (Progress Publishers, Moskva 1983):

Bohr's arguments were perceived by the world scientific community as an almost ideal triumph of quantum mechanics. In any case, there were no more doubts about the inner completeness and consistency of the theory.
("The Einstein-Bohr controversy", s. 407)

Helge Kragh er professor i videnskabshistorie og kan formodes at vide mindst lige så meget om disse ting som undertegnede, men i dette tilfælde må jeg indrømme, at jeg ikke ved, hvor opfattelsen af Bohrs svar på EPR-artiklen som ikke en demontering af Einsteins argument kommer fra.

(Det ville føre for vidt at referere den ellers meget spændende historie om Einsteins kritik af kvantemekanikken her - interesserede henvises til Kraghs bog og til min artikel om EPR-paradokset.)

Men disse kritikpunkter er, når alt kommer til alt, få og små detaljer.

I det store og hele er det lykkedes Helge Kragh at skrive en letlæst, velskreven og spændende introduktion til en af det 20. århundredes største tænkere og vigtigste offentlige figurer.

I forhold til diskussionen om kvantefysikken og kausaliteten og determinismens betydning i den moderne fysik kan man siges kun at få den "ene side", som det er naturligt i en bog om Einstein; en oplagt idé ville være være at supplere EINSTEINS UNIVERS med en BOHRS VERDEN, der gav en tilsvarende introduktion til Niels Bohrs filosofiske ideer og deres betydning.

Men EINSTEINS UNIVERS indeholder faktisk alt, hvad man med rimelighed kan forvente af en introduktion til Einsteins tanker. Hvis du synes, at noget overhovedet i denne anmeldelse lyder spændende, og du ikke helt har styr på, hvad Einsteins bidrag til fysikken egentlig gik ud på, er denne bog højst sandsynligt noget for dig.

Køb den, lån den på biblioteket eller skim den ved boghandleren og gå på opdagelse i dens litteraturliste.

Helge Kragh: Einsteins univers – en fysikers tanker om natur og erkendelse, Aarhus Universitetsforlag 2008. 154 sider, kr. 198,-

[ agger, Mon 17 Nov, :22:17: /litteratur] - kommentar(er) - link

Kommentarer: