Humanistisk fysik

2019 besökte jag partikelacceleratorn Cern utanför Genève i Schweiz. I besöksanläggningen betonades att vi idag bara känner till ungefär 5 % av universums materia och vi måste satsa på fysiken för att lära känna resten. Därigenom, påstods det, kan vi finna svaren på frågan om universums ursprung, vad det består av och därmed vilka vi är, var vi kommer från och var vi är på väg. Att dessa frågor framställdes som enbart fysiska irriterade givetvis en humanist som jag. Frågor om det förflutna och framtiden och vad människan är, är i högsta grad tvärvetenskapliga och existentiella, varför även humanistisk expertis krävs.

Paul Gaugin, D'où venons-nous? Que sommes-nous? Où allons-nous? (Var kommer vi från? Vad är vi? Var är vi på väg?) 1897.
Paul Gaugin, D’où venons-nous? Que sommes-nous? Où allons-nous? (Var kommer vi från? Vad är vi? Var är vi på väg?) 1897.

Att närma sig naturvetenskap, och särskilt fysiken, som humanist är dock inte helt lätt. Jag har tidigare under våren gjort vissa närmanden genom att undersöka relationen mellan naturalism och historism och har för kommande nummer av Lychnos recenserat Dipesh Chakrabartys senaste bok som handlar om hur historiografi och humaniora påverkas av jordens inträde i antropocen. Nyligen läste jag en historiker som påstod att om historieämnet för 100 år sedan omformades genom kontakt med samhällsvetenskaperna, så omformas det idag främst genom kontakt med naturvetenskaperna och tekniken (genom digitaliseringen). Detta tror jag är en riktig iakttagelse. Genetiken har öppnat nya sätt att förstå det förflutna och insikten om människans sammanbundenhet med andra arter och planeten som helhet tvingar oss till nya tolkningar av hur vi hamnat där vi är idag, vilket kräver samarbete mellan humanister och exempelvis evolutionsbiologer och jordsystemvetare.

Hur är det då med relationen mellan fysik och humaniora? Fysiken måste vara ett av de fält som är mest uppmärksammade idag. Mängden forskningspengar verkar aldrig sina och mediebevakningen av forskningen kring svarta hål är stor. Med tanke på hur abstrakt och svårförståelig denna forskning är, är det rätt häpnadsväckande, men lockelsen ligger väl i just att fysiken utmanar gränserna för vårt vetande och vår världsbild. Den senaste tiden har jag läst två populärt hållna böcker som dels försöker begripliggöra fysiken för oss ”dummies”, dels försöker föra den närmare humaniora. Böckerna är Världen själv (2020) av Ulf Danielsson, professor i teoretisk fysisk vid Uppsala universitet och vanligt förekommande röst i radion – har du hört en mas förklara fysik så att man faktiskt förstår är det sannolikt Ulf som varit i farten – och Skönhet i kaos (2021) av Julia Ravanis, doktorand i teknikhistoria vid Chalmers tekniska högskola och med en bakgrund inom fysiken. Medan Danielsson har skrivit en bok om humaniora för naturvetare, har Ravanis skrivit en bok om naturvetenskap för humanister.

Danielsson argumenterar emot den dualistiska uppfattningen att vi människor genom vår själ är skilda från den materiella kroppen och världen kring oss. Enligt honom är allt fysik och vi är organiska förkroppsligade varelser som omöjligen kan ställa oss utanför världen som en oberoende observatör. Han insisterar därför på den fenomenologiska insikten att vi måste erfara naturliga objekt för att kunna formulera teorier om dem. Och erfar, det gör vi genom våra sinnen och kroppar och med det från dem oskiljbara medvetandet. Många fysiker skulle nog hålla med om att den Cartesianska synen på själen bör förkastas, men ändå tenderar de, enligt Danielsson, att resonera som om de faktiskt delade just denna föreställning. Det vill säga, fysiker tenderar att anse sig beskriva en objektiv verklighet oberoende av mänskligt perspektiv, men Danielsson menar att vad fysiken gör är att upprätta teoretiska modeller vars utformning är beroende av det mänskliga subjektiva perspektivet. Vi bör bli medvetna om detta för att inte blanda samman modell och verkligheten (”världen själv”).

Som exempel på detta misstag nämner Danielsson sin kollega Max Tegmarks uppfattning att världen är matematik. Jag har länge tänkt att den ståndpunkten är befängd och det känns skönt att höra att det inte bara är min humanistiska ignorans som fått mig att landa i den åsikten. Samma sak gäller naturlagar, som ofta beskrivs som om de existerade ”där ute” och som om de styrde universum, när de i själva verket – precis som matematiken – är något vi människor har skapat för att förstå, förutse och kontrollera världen omkring oss. Eftersom Tegmark anser att fysikens modeller också är verkligheten, tror han på förekomsten av parallella universum, då detta är möjligt enligt teorierna. Danielsson ser snarast teorin om parallella universum, som han förkastar, som ett argument för varför vi inte ska blanda ihop modell och verklighet. Om skälet till att vi begår detta misstag skriver Danielsson:

”Om den mänskliga matematiken på ett avgörande sätt beror av vår biologiska natur och konstruktionen av våra hjärnor och fysiska kroppar, är vi oförmögna att förstå hur matematiken skulle kunna vara annorlunda.”

Fysiken och matematiken föregås alltså av biologin, i och med att de utövas av människor som är biologiska varelser, vars medvetande inte kan skiljas från kroppen.

Ett belysande exempel på skillnaden mellan modell och verklighet är att fysiker tenderar att räkna med det oändliga (∞). Inte för att de tror att oändlighet representerar världen korrekt, utan för att det är en förenkling som fungerar. Av samma skäl antar fysiken existensen av slutna system i sina beräkningar, trots att de inte tror att sådana existerar i verkligheten. Matematikens och fysikens uppgift är inte att representera världen korrekt, utan de är verktyg vi konstruerat för att begripa och kontrollera världen vi lever i. I vissa fall är dessa verktyg mer effektiva och smidiga att använda om de inte försöker efterlikna verkligheten till punkt och pricka.

Vad gäller bakgrunden till dagens fysik förklarar Julia Ravanis denna pedagogiskt. Viktig i sammanhanget är givetvis Albert Einsteins (1879-1955) relativitetsteori. Dess riktighet bekräftades 1915, och den Newtonska fysiken var därmed död. Från den stunden är tid inte längre en radda händelser, utan ”en fysisk dimension i rymden”. Tid och rum är relativa i och med att tiden är beroende av hur fort något rör sig. Därmed skiljer sig tiden åt för olika observatörer. Med Einstein blev tiden en icke-visualiserbar fjärde dimension.

Relativitetsteorin har, som man nästan kan gissa av namnet, relativistiska implikationer. Än mer så blir det när kvantfysiken äntrar scenen. Einsteins universum var deterministiskt, medan kvantfysikens – som Einstein inte trodde på (”Gud spelar inte tärning”) – är osäkert. Detta eftersom universums minsta partiklar, elementarpartiklarna, följer andra lagar än större partiklar. Här måste Werner Heisenbergs (1901-1976) osäkerhetsprincip och Erwin Schrödingers (1887–1961) berömda exempel med katten som är levande och död samtidigt nämnas. Vad gäller Heisenberg visade han att ingen lag kan förutsäga en partikels rörelse med absolut säkerhet, utan bara med grader av sannolikhet. Detta eftersom vi inte kan mäta något utan att påverka det som mäts. Själva experimentets utformning påverkar dess utfall.

I Schrödingers exempel är kattens tillstånd knutet till huruvida en atomkärna sönderfallit eller ej. Först när vi observerar atomkärnan vet vi. Dessförinnan befinner den sig i ett tillstånd av både och, vilket också innebär att katten både lever och är död. Enligt den så kallade ”Köpenhamnstolkningen” av fysiken som företräddes av Niels Bohr (1885-1962) och hans anhängare var detta inte något problem. Så länge matematiken är korrekt behöver vi inte oroa oss för eventuellt absurda implikationer av teorin. Problemet, menar Danielsson, är alltså när vi misstar matematikens absurda implikationer för verkligheten själv.

För att återvända till vad jag inledde med – det faktum bara 5 % av universum består av ”vanlig” materia, så tar Ravanis upp detta som ett skäl för att vi bör bli ödmjuka inför hur lite fysiken faktiskt vet om universum. Vilket dock inte behöver betyda att fysiken är bäst lämpad på att svara på existentiella frågor om varifrån vi kommer och var vi är på väg. Som Danielsson skriver:

”Det är ett utbrett missförstånd att teoretiska fysiker med expertis inom områden som strängteori och kosmologi är de som är bäst skickade att staka ut existensens fundamentala grund.”

Men samtidigt som vi inte ska blanda samman teoretisk modell och verklighet är den förra högst beroende av den senare, menar Danielsson. Matematiken kan, liksom språket, inte förstås enbart inifrån sig självt. Det är först genom att knyta matematiken (eller språket) till verkligheten som den blir begriplig och får mening. Att betrakta ”ren matematik” som ett (natur)vetenskapligt ideal är därför olyckligt, då en sådan vetenskap – om den vore möjlig – skulle bli meningslös.

Både Ravanis och Danielsson menar att fysikens budskap snarast är att vi måste lära oss att leva med det osäkra och förgängliga, oavsett om vi är fysiker eller ej. Matematiken, och därmed fysiken, kommer aldrig att bli fullständig; det kommer alltid att finnas tal vi inte kan räkna ut. Dessutom var det ju det här med att matematiken är en mänsklig konstruktion beroende av våra biologiska kroppar, samt att objektivitet tycks omöjligt inom kvantfysiken i och med att experiments utfall påverkas av observatören.

Båda författarna refererar till hur filosofen Martin Hägglund behandlar existentiella frågor i This Life (som jag skrivit om här). Ravanis nämner att universum skapades ur intet, ur vilket kaos och sedermera ordning följde. Men termodynamikens andra huvudsats gör oss varse att entropin i universum ökar, vilket innebar att allt, mycket sakta, går mot sin undergång, för att åter bli kaos. Den mörka energin tänjer sönder universum som kommer hamna i ett tillstånd som poetiskt kallas ”den stora ensamheten” eller ”den stora kylan”. Med hänvisning till Hägglund menar Ravanis att detta inte bör passivera oss utan snarast leda till att vi med kärlek och omsorg vårdar det vi har, just för att vi kommer förlora det. Utan förgänglighet och lidande hade vi inte haft någon mening i första taget.

Fysikens insikter om perspektivism och universums förgänglighet öppnar en dörr på glänt mellan humanioras fokus på mening, förståelse och existentiella frågor, och naturvetenskapens fokus på förklaring och orsakssamband. Både fysik och exempelvis historiografi är beroende av mänsklig tolkning, analytiska val och avgränsningar. Inget av ämnena representerar verkligheten eller det förflutna som det är/var i full skala. De är båda verktyg vi behöver för orientera oss i tillvaron och fylla den med mening i mellanrummet mellan det förflutnas erfarenhetsrum och framtidens förväntningshorisont. Vi har alla skäl för att verka för en tvärvetenskaplig dialog mellan humanister och naturvetare.