Читать книгу Kvantefilosofi - Jan Faye - Страница 5

Vi kender det så godt, vi der har prøvet at stige i land fra en lille båd. Den forsvinder væk fra os, og hvis det hele går lidt for langsomt, ender vi med at skræve fra båd til land. Og når vi derefter uvægerligt mister fodfæste, så ved vi, hvad der sker. Alt det kan forklares med henvisning til den klassiske fysik.

Den fysik, vi kender som den klassiske fysik, består hovedsagelig af Isaac Newtons mekanik, James Clerk Maxwells elektrodynamik og Rudolf Clausius’ termodynamik. Eksempelvis er det muligt ud fra kendskabet til Newtons love at definere ethvert mekanisk systems fremtidige tilstand, når blot man kender til systemets begyndelsestilstand bestående af dets sted, impuls og rotationstilstand, samt kender til de ydre kræfter, der indvirker på systemet. Med Newtons mekanik blev verden mere forudsigelig. Det var himmelfænomenerne til dels, før Newton udgav sit skelsættende værk Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Naturfilosofiens matematiske principper), fordi astronomerne længe havde været i stand til nøjagtigt at forudsige solformørkelse, måneformørkelse og planeternes bevægelse over himmelbuen. Sådanne fremskrivninger er kun mulige, såfremt Solen, Månen og planeterne fra naturens hånd bevæger sig ensartet og regelmæssigt af sted. Målet for Newton var at finde ud af, hvorfor Månen bevæger sig rundt om Jorden, og Jorden og planeterne om Solen.

Newton forklarede det med, at der findes en universel kraft, som alle legemer tiltrækker hinanden med, og denne kraft får de mindre tunge legemer til at ændre deres bane i forhold til en ret linje. Jorden bevæger sig rundt om Solen af helt samme grund, som æblet falder til jorden. For at forklare disse forskellige bevægelser opstillede han tre bevægelseslove, som han brugte til at beskrive ikke blot solsystemets bevægelser, men tidevandet, pendulet, det frie fald, skråplanet og mange andre ting.

Viden om begyndelsestilstanden opnås ved iagttagelse af systemets sted og impuls til det tidspunkt, som udvælges som begyndelsestidspunktet. Og så er det sådan, at vor iagttagelse normalt antages ikke at påvirke systemets fremtidige adfærd eller, hvis vor iagttagelse alligevel opdages at influere herpå, at det altid er muligt at indregne denne påvirkning i fastlæggelsen af systemets fremtidige tilstande. Tilsvarende gælder for andre dele af den klassiske fysik.

Det karakteristiske ved den klassiske fysik er bl.a., at vi uhindret kan drage en skarp adskillelse mellem forsøgsinstrumentet og det fysiske system, der studeres. Normalt har instrumenter og apparaturer ingen indflydelse på de ting, som de bruges til at iagttage. Og i de tilfælde, hvor de har, kan man præcist redegøre for hvordan og hvor meget. Den viden, fysikerne har opnået om naturen igennem udviklingen af den klassiske fysik, er bragt til veje ved, at de efterhånden har udført eksperimenter og igennem en stadig tilnærmelse opnået en overensstemmelse mellem vore antagelser og erfaringer, uden at beskrivelsen af den grund påvirkes af de aktuelle eksperimentelle betingelser eller på anden måde af vor umiddelbare iagttagelsessituation. Så selvom betingelserne for beskrivelsen af et systems adfærd inden for den klassiske mekanik er delvis bestemt af en iagttagelse af systemets begyndelsestilstand, så er beskrivelsen objektiv, fordi definitionen af systemets mulige, fremtidige tilstande hverken afhænger af de aktuelle eksperimentelle betingelser eller den umiddelbare iagttagelsessituation. Eller sagt på en anden måde: Beskrivelsen er sand uafhængigt af, om vi rent faktisk efterforsker, om den er sand. Dvs. de definerede værdier for de enkelte fysiske størrelser kan tillægges systemet, uanset om de ledsages eller ikke ledsages af en iagttagelse. Men samtidig rækker betingelserne for en objektiv beskrivelse ikke ud over vilkårene for vor erkendelse, som er forbundet til, hvad der i princippet kan iagttages.

Men den klassiske fysik er ikke bare Newtons og Maxwells love. En vigtig indsigt i videnskaben er at forstå, at teorier udarbejdes under visse metafysiske forudsætninger. Der er tale om principper, der angiver virkelighedens grundlæggende strukturer og fundamentale beskaffenhed. De er ofte usynlige for den udøvende videnskabsmand, men de udgør en del af det paradigme, som styrer hans arbejde, som påpeget af den amerikanske videnskabsfilosof Thomas S. Kuhn (1922-1996) i bogen The Structure of Scientific Revolutions fra 1962. Et paradigme dækker over mere end blot en videnskabelig teori. Et paradigme er ikke blot en række antagelser formuleret i et matematisk sprog. Et paradigme består af metafysiske antagelser (ontologiske principper), symbolske generalisationer (love og teorier), eksemplarer (standardmodeller) og værdier og standarder. Paradigmebegrebet hjælper os til at forstå, at videnskab består af andet og mere end blot matematiske teorier, skønt man ikke behøver at dele Kuhns tankegang, at paradigmer, der i videnskabshistorien afløser hinanden, er indbyrdes inkommensurable.⁴

Fysikerne arbejder inden for et paradigme. For eksempel den klassiske mekanik. De koncentrerer sig om at anvende de mekaniske love på udvalgte modeller til at belyse nye fænomener eller forklare træk ved allerede kendte fænomener. For at forstå et fænomen, eksempelvis Mars’ retrograde bevægelse (dvs. når den synes at bevæge sig i modsat retning af den sædvanlige), konstruerer astronomerne først en model af det konkrete system, som fænomenet er en del af, og det gør de ved i modellen at tilskrive systemet egenskaber, som Newtons love netop kan anvendes på. En model af Mars’ bevægelse over himlen vil placere Solen i det ene brændpunkt af Mars’ bane rundt om den. I modellen tilskrives Solen og Mars masse og hastighed. Men da Newtons love kun kan bruges på punktformige masser, vil modellen være nødt til at idealisere Solens og Mars’ masser til at være koncentreret i et punkt. Når Newtons love så anvendes på denne model, og hvis modellen dermed giver korrekte forudsigelser i overensstemmelse med observationerne af Mars’ positioner, sætter det astronomerne i stand til at forklare, hvorfor Mars nogle gange bevæger sig retrograd.⁵ Men hvad der ikke interesserer astronomerne, er spørgsmål som, hvorfor Solen vedbliver med at være Solen og Mars med at være Mars. Det hører til blandt paradigmets forudsætninger, at disse ting ikke skifter identitet undervejs.

Filosofferne interesserer sig derimod for sådanne metafysiske forudsætninger, som de fysiske teorier stiltiende går ud fra, og som teorierne derfor ikke udtaler sig om. Dem er fysikerne ofte ligeglade med, når bare paradigmerne virker.

Det er et iøjefaldende træk ved verden, at ting er det, de er. Det hører til tings eksistens, at de er identiske med sig selv. En ting kan ikke eksistere som en bestemt ting, uden at den eksisterer som sig selv. Et egetræ er ikke både et egetræ og en påfugl, og rytterstatuen af Marcus Aurelius på Capitol i Rom er forskellig fra Michelangelos marmorstatue David i Firenze. Der må være noget, som gør egetræet til et egetræ, og som samtidig gør det forskelligt fra en påfugl. Og ganske tilsvarende må der være noget, som gør Marcus Aurelius-statuen identisk med rytterstatuen på Capitol, men forskellig fra Michelangelos David-statue i Firenze.

Nu vil nogen måske tro, at det er træk ved sproget og ikke verden, at en ting er identisk med sig selv og forskellig fra andre ting. Men intet kan være mere forkert. Der er ikke blot tale om, at det er et logisk udsagn, men at det er et ontologisk udsagn, som siger noget om, hvordan verden grundlæggende er beskaffen. Hvis man ikke er idealist og mener, at bevidstheden eller sproget fastlægger, hvordan verden er, vil man som realist sige, at logikken afspejler ontologien, at sproget og matematikken er dannet under fornuftens indtryk af, hvordan verden er, og hvordan det hele hænger sammen. Hverken logik eller sprog skaber verden, men har efterhånden udviklet sig, for at vi kunne tale om, hvordan den er.

Et andet iøjefaldende træk ved verden er, at ting konstant forandres, uden at de dermed mister deres identitet. Om sommeren har egetræet en tæt grøn bladkrone, om efteråret forvandles farven til en blanding af gul og brun, og gennem vinteren står det helt nøgent, til foråret får bladknopperne til at briste. Oprindeligt var træet et spædt skud, der efterhånden voksede sig stort og blev til et tusindårigt kroget egetræ. En ting kan helt forvandles og samtidig bevare evnen til at være sig selv. Hvad er det ved en ting, som gør, at den både er identisk med sig selv og forskellig fra anden væren? Den slags spørgsmål stilledes allerede i oldtidens Grækenland, og man generaliserede sine svar til almene ontologiske principper.

Aristoteles og atomisterne gav hver deres svar på, hvad der gør egetræer til egetræer. Den første udviklede sin substansteori, der nøje forklarede, hvordan egetræer forbliver egetræer og adskiller sig fra bøgetræer, mens de sidste var langt mindre klare i mælet, men lighederne og forskellene herimellem måtte findes i atomernes form, størrelse og sammensætning. Substansteorien og atomteorien søger på hver sin måde at besvare, hvilken slags tingene er, men de giver ikke nødvendigvis svar på, hvad der gør en bestemt ting til netop sig selv. Hvad gør ting individuelle, hvis de ellers er ens? Substansteorien kunne altid tilskrive hver ting en individuel essens, atomteorien tillod derimod ikke den slags væsensegenskaber. Men da atomerne blot er bittesmå ting, kunne atomisterne henvise til de måder, man i hverdagslivet identificerer og skelner store ting fra hinanden. Man kunne sige, at måden, vi identificerer og skelner ens ting på, afspejler måden, virkeligheden er på. I vor praktiske orientering og naturlige omgang med omgivelserne genfindes nogle af de ontologiske principper, som atomteorien hvilede på, og som senere skulle blive principperne for den klassiske mekanik.

Hvad er det så for principper? Det første kunne man kalde for princippet om identitet ved rumligt og tidsligt sammenfald. Det drejer sig om, hvornår to ting af samme slags er identiske. Der findes ikke to ting af samme slags, der kan indtage samme plads i rum og tid. Hadrians gravmæle og Castel Sant’Angelo er begge navne på et bygningsværk i Rom. Begge navne udpeger et monument, der inden for samme tidsrum ligger på samme sted. Der er derfor tale om et og samme monument.

Princippet om forskellighed ved rumlig og tidslig adskillelse angiver, når to ting af samme slags er forskellige. Tænk på to eksemplarer af samme type stol, eksempelvis Hans J. Wegners berømte The Chair. To stole er nok ens, men ikke identiske. De eksisterer som hver deres, fordi de er rumligt adskilte. Vi kan sætte navne og tal på dem. Forskellige fysiske genstande eksisterer adskilt i rum og tid, og det er den rumlige og tidslige skilsmisse, der gør, at ting kan lokaliseres, identificeres og optælles. Følgelig kan en og samme ting heller ikke befinde sig to forskellige steder på samme tidspunkt. Solen og Mars eksisterer hver for sig, fordi de indtager forskellige positioner på himlen.

Egenskabsprincippet siger, at to ens ting, som er adskilte i tid og rum, har selvstændige, numerisk forskellige egenskaber. Det indebærer, at hvis en stol forandrer sine iboende egenskaber, sin form eksempelvis, så påvirker det ikke andre stoles form. Solens iboende egenskaber bevares, uanset om Mars’ måtte ændres. Solens masse er forskellig fra Mars’, fordi deres masse er selvstændige fysiske egenskaber, om end de kan udøve en gensidig tiltrækning på hinanden. Uden en sådan selvstændighed kunne Newtons tyngdelov ikke bruges til at beskrive massernes tiltrækning.

Det samme kan ikke siges om relationelle egenskaber. Sådanne er ikke selvstændige. En far kan på et tidspunkt være større end sin søn og senere mindre. Blot ved at sønnen er vokset. En ting kan godt forandre sine relationelle egenskaber alene ved, at den anden ting, som den står i relation til, forandrer sig.

Værdibestemthedsprincippet drejer sig om, at den størrelse, som en ting har, normalt ikke er overladt til tilfældigheder. Enhver fysisk egenskab, dvs. enhver kvantitativ egenskab, der måles og vejes, har altid en bestemt størrelse eller værdi. Det er ikke sådan, at den har en ganske bestemt størrelse til et tidspunkt og en helt ubestemt størrelse til et andet. Vejer et lod 1 kg på et tidspunkt, vejer loddet det samme på et andet tidspunkt, medmindre nogen har pillet ved det. Solen og Mars har deres bestemte masser, og størrelserne deraf ændrer sig ikke, uden at de indtager en ny men bestemt værdi.

Et femte princip er årsagsprincippet. Det går ud på, at enhver hændelse, forandring eller begivenhed har sin årsag. Intet kommer af intet. Naturen er hverken lunefuld, magisk eller okkult. Alt indtræffer, fordi der er noget, der får det til at indtræffe. Et nyt fænomen popper ikke blot op ved den første den bedste lejlighed. En billardkugle begynder først at rulle, når den rammes af en kø eller en anden bal. Enhver tilstandsændring af et fysisk system er forårsaget af en anden tilstandsændring, der igen er forårsaget af en yderligere tilstandsændring osv.

Determinismeprincippet angiver, at en senere fysisk tilstand bestemmes fuldt og helt af en tidligere fysisk tilstand. En tilstand repræsenterer et systems kvantitative egenskaber. Man taler også om, at systemet opfører sig deterministisk. Naturlovene fastlægger et systems udvikling på en måde, så en forudgående tilstand, allerede i det øjeblik den optræder, helt og aldeles fikserer den efterfølgende tilstand. Det er på grund af kendskabet til dette princip, at vi i den klassiske fysik kan forudsige fysiske systemers nøjagtige bevægelse, hvis vi kender deres tilstand og de naturlove, der gælder for dem.

Det sker ikke sjældent, at determinisme og forudsigelighed sammenblandes. Men det er uheldigt. Forudsigelighed har nemlig at gøre med vort kendskab til et fysisk system, hvorimod determinisme har at gøre med systemet selv. Forskellen kommer klarest frem i forbindelse med kaotiske systemer. Disse opfører sig deterministisk, men deres udvikling kan ikke forudsiges, fordi det er umuligt at få tilstrækkelig præcis viden om deres øjeblikkelige tilstand, så begyndelsesbetingelserne kan bestemmes med fornøden nøjagtighed. Forudsigelighed forudsætter determinisme, men ikke omvendt.

Til sidst har vi kontinuitetsprincippet. Det siger, at enhver fysisk proces udvikler sig sammenhængende. Ethvert fysisk system, der skifter tilstand, vil også på skift befinde sig i enhver mellemliggende tilstand. Accelererer en bil fra 0 til 100 km i timen på 10 sekunder, kører den i dette tidsrum med enhver hastighed mellem 0 og 100 km. Den springer ikke nogen hastighed over. Og en bil, der passerer en strækning på 20 km, må gennemkøre hver eneste kilometer, hver eneste meter og hver eneste centimeter, før den har tilbagelagt samtlige 20 km. Og tager kørslen 10 minutter, så befinder bilen sig til ethvert tidspunkt i tidsrummet et bestemt sted og har en bestemt hastighed (inkl. evt. 0). En tilstandsudvikling sammenkæder en begyndelsestilstand og en sluttilstand med alle de mellemliggende tilstande og skaber en kontinuerlig proces.

Ingen ved deres fulde fem vil betvivle, at virkeligheden er, som principperne foregiver. Igennem sansningen og vore handlinger er menneskets bevidsthed langsomt blevet præget af vores omgivelser, så virkelighedens beskaffenhed er blevet indlejret som en del af tænkningens grundlæggende strukturer. De omtalte principper viser sig i måden, vi orienterer os på, og i måden, vi skelner og opdeler tingene på. På intet tidspunkt er mennesket i dets biologiske og kognitive udvikling stødt på eksempler, der brød afgørende med disse ontologiske principper. Når menneskers tankegang sommetider alligevel tilsidesatte dem, blev det til ideer om magi og okkultisme. Så længe tankegangen støttede sig til dem, fastholdtes den på erfaringens smalle sti og lagde grunden til en videnskabelig forståelse af verden. Først som praktisk fysik, siden som teoretisk videnskab.

Alt dette medførte en brat opvågning, da man omkring 1900 begyndte at studere atomet og dets opførsel. Det viste sig hurtigt, at de ontologiske principper, som hviler på hverdagslivets praktiske omgang med verden, og som lægger grunden for den klassiske fysik, ikke kunne genfindes blandt atomerne. Derfor er det ikke mærkeligt, at kvantemekanikken mødte skepsis og modstand fra fysikere og filosoffer.