Читать книгу Viden uden grAenser - Kristian Hvidtfelt Nielsen - Страница 25

Til trods for at Bohr havde fået nobelprisen for sit arbejde, og trods Hevesy og Costers eksperimentelle bekræftelse af Bohrs teori, bestod teorien i begyndelsen af 1920’erne fortsat af en indførelse af kvantebegrebet i klassisk fysik og var således en uensartet blanding af gammelt og nyt. Man var bundet til det, vi i dag kalder »den gamle kvanteteori«, og man ledte fortsat efter en helt ny kvantefysik, der fuldstændig kunne erstatte de halvklassiske teorier. Kampen for at forstå de gamle begreber i lys af den nye fysik fik et ekstremt udslag i et arbejde, der udgik fra Bohrs institut i 1924. Den unge amerikanske fysiker John Slater, der besøgte instituttet for IEB-midler, kom med en ide, der blev taget op af Bohr og Kramers, som fortsat arbejdede som Bohrs assistent. I den resulterende publikation, der er blevet kendt som »BKS-arbejdet«, foreslog Bohr, Kramers og Slater, at energi- og impulsbevarelse ikke gjaldt absolut, men blot statistisk.¹³ Dette brud med den klassiske fysik var så radikalt, at selv Bohrs nærmeste kollegaer ikke kunne acceptere det. Forslaget er et udtryk både for den herskende usikkerhed omkring grundlaget for fysikken og for Bohrs mod til at gå helt nye veje. Den radikale artikel blev dog snart overhalet af den videre udvikling, som Bohr og hans institut også i høj grad tog del i. I denne udvikling skulle Heisenberg blive den helt centrale person.

Efter at de havde mødt hinanden i Göttingen, inviterede Bohr Heisenberg til København, hvor han kom til at befinde sig i længere perioder, først som regulær gæst, og – efter at Kramers havde fået ansættelse i Holland – som Bohrs assistent med ansvar bl.a. for fysikforelæsninger på dansk. I den første del af perioden udviklede Heisenberg den såkaldte kvantemekanik på et abstrakt matematisk grundlag, en teori der gjorde kvantefysikken til en komplet teori uafhængig af den klassiske fysik, og som af mange anses for at være den største bedrift inden for den teoretiske fysik i det tyvende århundrede, måske ved siden af relativitetsteorien. Kvantemekanikken gav et sikkert udgangspunkt for kvantefysiske betragtninger, hvorefter foreløbige bidrag, som BKS-arbejdet nævnt ovenfor, blev irrelevante.

Men selv om det formelle grundlag nu var i orden, voldte den fysiske fortolkning af teorien problemer, og gør det fortsat. Kort tid efter udgivelsen af Heisenbergs banebrydende arbejde i 1925 formulerede den østrigske fysiker Erwin Schrödinger en alternativ teori baseret på et traditionelt matematisk grundlag, der var lettere forståelig for de fleste fysikere. Schrödinger anså kontinuert bølgebevægelse som grundlæggende i fysikken, mens Heisenberg stod for et synspunkt baseret på partikler og diskontinuerte processer. Ikke desto mindre viste Schrödinger og andre hurtigt, at de to teorier var matematisk ækvivalente. Dette forhold forstærkede problemet med tolkningen af den nye fysik.

3.5 Den tyske fysiker Werner Heisenberg, der især er kendt som en af de absolutte hovedpersoner i udviklingen af kvantemekanikken, opholdt sig ved Niels Bohrs institut fra september 1924 til april 1925 og derefter som universitetslektor fra maj 1926 til juni 1927, hvor han accepterede et professorat i Leipzig. Senere besøgte han instituttet i kortere eller længere perioder. Her er han fotograferet sammen med Niels Bohr i instituttets frokoststue i midten af 1930’erne.

Mens Heisenbergs udvikling af kvantemekanikken var sket relativt uafhængigt af Bohr og hans institut, arbejdede han efterfølgende tæt sammen med Bohr for at klargøre fortolkningen af sin teori. På baggrund af de grundlæggende usikkerhedsrelationer mellem impuls og position, som Heisenberg udledte i København, bearbejdede Bohr og Heisenberg væsentlige uoverensstemmelser og kom frem til det, der i eftertid er blevet kaldt »Københavnerfortolkningen«, som siden har domineret mange fysikeres verdensbillede.

Københavnerfortolkningen kan ses som et kompromis mellem Schrödingers bølge- og Heisenbergs partikel-billede på baggrund af Bohrs komplementaritetsbegreb, der indebærer, at et fysisk fænomen kan optræde på forskellige måder, afhængig af den valgte eksperimentelle opstilling. Således optræder lys udelukkende som bølger ved én opstilling og udelukkende som partikler ved en anden. Begge opstillinger er nødvendige for at opnå en fuldstændig beskrivelse af lysfænomenet. Bohr præsenterede sit synspunkt i 1927 på en konference i Como, Italien og senere samme år på Solvay-kongressen i Bruxelles. De fleste fysikere havde dog brug for tid til at fordøje det nye synspunkt, og de blev først gradvist klar over, at det udelukker en traditionel kausal naturbeskrivelse. Einstein, derimod, fangede hurtigt dette subjektive element, der faldt ham særdeles tungt for brystet. Diskussionerne mellem Bohr og Einstein på Solvay-kongresserne i 1927 og 1930 har siden hen opnået heroisk status inden for den moderne fysik. Selv om Bohr var i stand til at tilbagevise Einsteins indvendinger, blev de to fysikere, til Bohrs store fortrydelse, aldrig enige.¹⁴ Bohr og Einstein baserede deres diskussioner på tankeeksperimenter, som man først i de senere år er blevet i stand til at udføre i praksis.