Det har været dybt fascinerende i de seneste år at følge de store fremskridt, der hele tiden gøres inden for den videnskabelige forskning. Det gælder lige fra det mindste til det største. Fra de mindste partiklers fysik til forholdene for universet som helhed, dets oprindelse, dets bestanddele.
Stråling fra galakser, der ligger op til 10 milliarder lysår fra os, stjerners fødsel, planeter omkring andre stjerner end solen, vand på Mars, Higgs-partiklen, neutrinoer og spørgsmålet om liv andre steder i universet. Det har blot været nogle af de vigtige overskrifter fra medierne i det forløbne år. Alt dette må altså give anledning til dyb fascination, men også besindelse på, hvilken indsigt vi som mennesker får.
LÆS OGSÅ: Den dramatiske historie om Bohr og atombomben
For at komme dette nærmere kan et historisk tilbageblik være nyttigt.
Det gjorde stort indtryk på samtiden, da det lykkedes Newton at beskrive såvel materielle legemers bevægelse på Jorden, som Jordens og de øvrige planeters bevægelse om Solen med de samme enkle love. Således kunne for eksempel såvel et æbles fald mod Jorden som sol- og måneformørkelser forudsiges præcist.
Hvis man kendte en partikels sted og hastighed til et givet tidspunkt og endvidere kendte de kræfter, der virkede på den, ja, så kunne hele dens fremtidige forløb bestemmes fuldstændigt (determineres). Man var godt klar over, at der skulle udveksles energi med en partikel, hvis den skulle iagttages. Men denne påvirkning mente man, at man principielt kunne gøre uendelig lille!
Særligt resultaterne i astronomien er en væsentlig baggrund for, at der i oplysningstiden opstod en forventning til naturvidenskaben som grundlag for en almen verdensforklaring. Det blev endvidere gjort gældende, at udviklingen af hele den fysiske verden var bestemt en gang for alle ud fra begyndelsestilstanden af alle enkeltpartikler ligesom for planetsystemet. Nogle filosoffer ville tillige gå skridtet videre og udstrække forudbestemmelsen (determinismen) til alle levende væsener.
Omkring slutningen af 1900-tallet var den almindelige opfattelse, at man var tæt på en fuldstændig beskrivelse for de fysiske systemer. De elektromagnetiske kræfter havde vist sig at kunne inkluderes i en deterministisk beskrivelse, og det var en almindelig mening blandt fysikere, at der blot var nogle enkelte problemer, der snart forventedes løst. Således skrev den amerikanske fysiker A. Michelson: Fysikkens fremtidige sandheder skal søges i sjette decimal!
Men netop i begyndelsen af det 20. århundrede blev det klassiske billede rystet i sin grundvold. Det skete først med Einsteins specielle relativitetsteori, og helt fundamentalt fandt det sted med kvanteteoriens fremkomst. Lige fra dens begyndelse spillede Niels Bohr en helt afgørende rolle. Og hans analyser og bidrag til afklaringen af den nye situation for erkendelsen er stadig her i 50-året for hans død omdrejningspunktet for diskussionerne.
Det er bemærkelsesværdig, at på det trin, hvor fysikken når længst ind i materien, viser der sig nogle træk, der afdækker et principielt vilkår for menneskets muligheder for at beskrive verden.
For Niels Bohr var det af allerstørste betydning, at udviklingen i kvantefysikken satte fokus på et grundvilkår i den menneskelige erkendelse. Nemlig at der altid må sættes et skel mellem iagttager og det, der iagttages. Skellet kan flyttes, men det er altid nødvendigt at sætte det, hvis der skal drives videnskab. Og i den faktiske virkelighed har det nogle afgørende konsekvenser.
Udviklingen i kvantefysikken betød nemlig, at det blev klart, at vekselvirkningen mellem iagttager og det iagttagne ikke engang i princippet kunne gøres uendelig lille. Grænsen blev nemlig sat ved det såkaldte virkningskvantum. Dette repræsenterer en nedre grænse for den uundgåelige vekselvirkning mellem måleinstrument og det iagttagne. Ja, der er altså på dette niveau sat en grænse for, i hvilket omfang det er muligt at gøre iagttagelser uden at forstyrre objektet.
Virkningskvantets eksistens betyder et farvel til den klassiske tanke om en udenforstående iagttager, som på en gang kunne registrere alle relevante data for et system. Og derved skulle kunne forudsige al fremtid. Bohrs analyse viser, at tanken ikke engang formelt lader sig opretholde på det, vi kan kalde mikroniveau.
Det er for eksempel ikke muligt på samme tid at foretage en præcis måling af en elektrons position og dens hastighed. En nøjagtig stedbestemmelse kræver nemlig en sådan vekselvirkning, at enhver samtidig hastighedsbestemmelse bliver tilsvarende ubestemt. Fastlæggelsen af position og hastighed kræver forsøgsomstændigheder, der af Niels Bohr blev karakteriseret som komplementære.
Det klassiske begreb om, at en partikel på bestemte tidspunkter gennemløber en præcis bane, mister derfor her sin betydning. Og det er en konsekvens, at en deterministisk beskrivelse ikke er mulig på mikroniveau. Der kan kun gives statistiske forudsigelser om en partikels sted til et senere tidspunkt, og dette skyldes altså, at det helt principielt er umuligt at holde præcist regnskab med vekselvirkningen mellem instrument og det iagttagne.
Det er spændende at følge diskussionerne særligt i sidste halvdel af 1920erne og det følgende årti mellem Bohr og Einstein om forståelsen af situationen i kvanteteorien. Einsteins indvendinger bliver imidlertid på overbevisende måde tilbagevist af Bohr, og det gør måske især særligt indtryk, når Einsteins egen relativitetsteori bruges som et virksomt værktøj.
Det skal måske også bemærkes, hvordan forskellige forsøg for eksempel i 1980erne netop var designet i forventning om at finde eksperimentel evidens mod Bohr. Mest kendt er vel Aspects forsøg. Men dette og alle efterfølgende gav tværtimod resultater, som var helt i overensstemmelse med de Bohrske forudsigelser.
Bohr understregede stærkt, at umuligheden af at føre et præcist regnskab med vekselvirkningen mellem instrument og det iagttagne skyldes kravet om objektivitet. Det skal være muligt entydigt at meddele andre, hvad man har iagttaget, og hvad man har gjort. Det betyder, at forsøgsopstillingen i sidste ende må være forankret på makroniveau i sidste ende må den kunne beskrives i det sædvanlige daglige sprog. Man kan altså ikke på nogen måde komme bagom.
Det er altså udviklingen inden for den fysiske videnskab selv, der endegyldigt har sat en stopper for ambitionen om at beskrive verden i sig selv. Vor beskrivelse er altid en beskrivelse af verden, som vi iagttager den. Det er ikke muligt på nogen måde at krybe uden om dette, fordi vi altid uundgåeligt vil være både iagttagere og deltagere i den verden, vi vil erkende. Mennesket er på den måde sat i en meget betydningsfuld, men også meget ydmyg rolle! Vi kan ikke nå et Gods eye view, som også videnskabsfilosoffer udtrykker det.
Tiden for såvel gudsbeviser som modbeviser må da vist siges at være omme! Den videnskabelige erkendelse kan derimod overbygges med forskellige tilværelsestydninger. En nutidig kristen tydning kan da på samme tid glæde sig over menneskets evner til at komme langt i udforskningen af vort univers og samtidig kendes ved vor egen placering.
Det er vel også værd at bemærke, hvordan man såvel i kristendommen som i fysikken er henvist til at bruge ufuldstændige billeder, når vi bevæger os ud over dagligdagens velkendte rammer.
Selve den kristne grundtanke, at Gud selv kan vi ikke se, men han giver sig til kende for os i Jesus af Nazaret, er jo også en tydning med vidtrækkende konsekvenser.
Poul Martinsen er lic.scient, fysiker og præst