utils prefix normal JERNESALT - Hawkings univers

ARTIKEL FRA JERNESALT - 23.6.02


Hawkings univers - et forsøg på afmystificering

Den britiske matematiker og fysiker Stephen Hawking fra Cambridge har indtil for få år siden været i stand til at vække fortsat erkendelsesmæssig uro fra sin kørestol med den indbyggede talesynthesizer. Hans ideer om 'sorte huller', 'imaginær tid' og 'store forenede teori' er endnu så nye og ufordøjede, at læserne af hans to populære skrifter er i vildrede. Hans 'Kosmiske tanker' fik i Politiken astrofysikeren Henry Nørgaard til lige ud at erklære, at han ikke forstod teorien om imaginær tid (19.12.93.), og filosoffen Ole Thyssen betragtede nærmest bogen som kosmisk poesi - omend på højt plan (3.4.94.). Lægfolk lades altså i stikken af danske fagfolk - også i DR-TV, der viste en introduktionsudsendelse til udsendelsen om Hawkings person og teorier.

Og grunden er måske Hawkings humor. Han er faktisk en vittig mand i ordets bedste forstand og tåler sammenligning med den russisk-fødte teoretiske fysiker, George Gamow, der studerede hos Bohr i København i 1928-29 og hos Rutherford i Cambridge 1929-30, og som har udgivet særdeles læseværdige bøger om relativitetsteorierne og kvantemekanikken. Begge boltrer sig i leg med vanskelige begreber, men gør det på baggrund af solid forskningserfaring, og således at almindelige læsere både kan følge med, more sig og få indblik i, hvad der foregår på den teoretiske fysiks forreste linier.

Det der har fængslet Hawking er de store spørgsmål om, hvor universet kommer fra, om det har haft en begyndelse og vil få en ende, og om alt i universets udvikling og dermed i jordklodens udvikling og menneskelivet er fastlagt fra starten.

Han synes at være dybt optaget af deterministen Einsteins berømte ord til Niels Bohr, om kvantemekanikerne virkelig troede, at Gud rafler ("ob der liebe Gott würfelt"). Og da han, Hawking, fuldtud tilslutter sig kvantemekanikken og dens ubestemthedsprincip, der indfører tilfældighed og sandsynlighed som et fundamentalt træk ved naturen, så kommer han til det resultat, at Gud ikke alene rafler, men er en uforbederlig spiller, der ikke forsømmer nogen lejlighed til at tage terningerne frem. Men ikke nok med det, nej, Gud kaster undertiden terningerne, så vi ikke kan læse dem; de havner nemlig i de såkaldt 'sorte huller', sammenfaldne stjerner, hvis masse er så tæt og lille, og hvis tyngdekraft derfor er så stor, at intet lys og ingen signaler undslipper dem.

Hawking røber ikke, hvordan hans gudsforhold egentligt er, men han arbejder med det metafysiske spørgsmål, om der fra universets begyndelse, er fastsat love - og det vil sige matematiske love - for dets videre udvikling. Han kommer til den slutning, at det må der være, og at man derfor godt kan forestille sig et ophav til disse love, altså en transcendent, uden for universet stående gud, men denne skabers opgave har da blot været at sætte det hele i gang. På grund af kvantemekanikkens ubestemthedsprincip, der må have gjort sig gældende næsten lige fra universets start, må denne - på fysikkens velvilje - tænkte skaber siges at have haft visse valgmuligheder for begyndelsesbetingelserne, men de har været uendelig små, fordi vi fra kaos-teorierne ved, at der netop er stor følsomhed for begyndelsesbetingelser.

Og med hensyn til om alt er fastlagt på forhånd ud fra de matematiske love for universet, svarer Hawking ja, men tilføjer, at dette ikke hjælper os til at forudsige, hvad der vil ske i fremtiden, for vi kender ikke begyndelsesbetingelserne eksakt, og de ligninger vi måtte løse, hvis vi fx ville forudsige menneskers adfærd, er så indviklede, at de ikke kan løses. Så den frie vilje er - igen med fysikkens velvilje - reddet som eneste effektive teori for menneskelig adfærd.

Men tilbage står problemet om universets begyndelse. Den kan som bekendt føres ca. 15 mia år tilbage ud fra de ekstrapolationer bagud i tid som Hubbles banebrydende konstatering i 1929 af universets ekspansion er basis for. Vi taler om et Big Bang, hvor hele universet var så tæt og lille, at al energi så at sige var samlet i et nulpunkt. Dette måtte eksplodere - og man forestiller sig, at det skete med en enorm udvidelse de første sekunder og taler i denne forbindelse om 'inflation'. Da menneskene, inklusive fysikere og videnskabsjournalister, elsker at lege med paradokser, har man også talt om, at det hele er kommet af ingenting; universet er kun et 'opblæst nul'. Og det på trods af, at vi alle ved, hvad Piet Hein har formuleret klarest, at det eneste der kommer af ingenting er lommeuld!

Men Big Bang kunne jo være Guds skaberværk. Det var faktisk, hvad paven gjorde gældende på en kosmologi-konference i Vatikanet i 1982, hvor Hawking var med. Og dette skaberværk måtte man ikke røre ved (hvad Hawking allerede var begyndt på i tankerne). Religionshistorisk set er det urkomisk, at paven kerer sig om Big Bang og dermed om de matematiske forklaringsmodeller på universets oprindelse, for de religiøse skabelsesberetninger går på noget helt andet, nemlig hvor meningsfuldheden kommer fra. Og det er et eksistensspørgsmål, som naturvidenskaben ikke kan besvare. Her gælder det ikke værdifrie, mentale abstraktioner, men værdiladet, følelsesmæssig intensitet. - Hawking indrømmer det selv, for han ved ikke, hvorfor universet gider eksistere!

Og der er i det hele taget et problem ved at tale om Gud i forbindelse med naturvidenskab, og det er, at denne søger årsagsforklaringer og derfor aldrig kan stille sig tilfreds med at få stukket Gud ud som forklaring. For hvor kommer han fra? Gud er jo ingen forklaring, men allerhøjest en besværgelsesformular om, at vi ikke kan spørge længere.

Derfor gjorde Niels Bohr det helt rigtige, da Einstein på Solvay-konferencen i Bruxelles 1927 afviste kvantemekanikkens ubestemthedsprincip med påstanden om, at Gud ikke rafler. Bohr svarede nemlig på sin stilfærdige facon ved at henvise til, at allerede oldtidens tænkere havde manet til forsigtighed med at tilskrive forsynet attributter fra dagligsproget. Denne påmindelse må Hawking have glemt, hvis han nogensinde har læst den (Bohr synes ikke at have hans interesse). Og derfor fremturer han med metafysik på områder, hvor den ikke hører hjemme.

Men problemet stikker dybere, for det generer åbenbart Hawking, at vi overhovedet skal tale om en begyndelse (og dermed en modsvarende ende) for universets udvikling.

For det første er vi i så fald nødt til at tale om en 'singularitet', dvs en unik fysisk-matematisk tilstand, hvor centrale begreber som tid og rum bryder definitivt sammen. Efter Einsteins specielle relativitetsteori fra 1905 er tid og rum gjort til relative begreber, der er snævert knyttet til vort univers. Det er sprogligt meningsløst at tale om tid og rum før og uden for universet. Det fortsætter mange ikke destomindre med at gøre, ligesom mange fortsat forsøger sig med at opfinde evighedsmaskiner, selvom det er 200 år siden det blev bevist, at det ikke kan lade sig gøre. Mange kender ikke det filosoffen Johs. Witt-Hansen kalder de erkendelsesteoretiske 'afmagtspostulater'.

For det andet er der den alvorlige hage ved ekstrapolationen af universets masse tilbage til et nulpunkt, at et sådant strider fundamentalt mod ubestemthedsprincippet, som siger, at man ikke både kan bestemme et tyngdefelts position og dets hastighed. Men i nulpunktet er begge dele nul og dermed eksakt bestemt. Det viser sig med andre ord ved denne ekstrapolation, at relativitetsteorien og kvanteteorien er inkonsistente.

Fysikernes store drøm er derfor en stor forenet teori, en Grand Unified Theory (GUT), der forener disse to fundamentale fysisk-matematiske teorier i en fælles 'kvanteteori for tyngden'.

Det kunne ske ved at antage, at der aldrig har været et absolut nulpunkt ved universets begyndelse, men at det kompakte start-univers nok har været meget, meget lille, men aldrig 'uendeligt' lille, og aldrig mindre end at ubestemthedsprincippet har kunnet gøre sig gældende. Der har, forestiller man sig, i starten været visse 'kvantefluktuationer'.

Og her er det Hawkings idé om 'imaginær tid' kommer ind i billedet. Han forestiller sig, at ekstrapolationen bagud på den vandrette tidsakse ikke går helt tilbage til et nulpunkt, men forinden støder på en anden tidsfaktor lodret på den almindelige tidsakse. Universet ville på denne tænkte måde være krænget ind i sig selv eller om på sin egen bagside. Der ville således hverken være en begyndelse eller en ende, ligesom der hverken er begyndelse eller ende på en kugle. Opdelingen mellem rum og tid ville forsvinde fuldstændigt, hævder han. Universet ville hverken skulle skabes eller til sin tid ødelægges. Det ville bare være til, og en 'skaber' ville være helt overflødig.

Hvad der støder mange ved denne idé er selve begrebet 'imaginær tid', for slår man op i en ordbog, ser man, at imaginær betyder noget i retning af indbildt. Og hvad stiller naturvidenskaben op med indbildt tid? Er det ikke ren og skær spekulation og metafysik?

Hawking er selv med til at forvirre begreberne, når han antyder muligheden af, at den såkaldte imaginærtid i realiteten er den virkelig tid, og at det vi kalder den virkelige tid kun er et fantasifoster: en forestilling som vi opfinder til at hjælpe os med at beskrive, hvordan vi tror universet er. For her blander han - for sjovs skyld ganske vist - metafysiske (ontologiske) begreber sammen med naturvidenskabelige, og den går ikke. Det er den fejl både fysikere og filosoffer begår, når de bedømmer Hawking, og hvad han just selv bebrejder dem!

Sagen er, at 'imaginær tid' ikke er spor 'indbildt', men et matematisk hjælpemiddel, hvor man blot måler tiden i 'imaginære' enheder i stedet for i 'reelle' enheder. Og i matematikken er disse såkaldte 'imaginære' enheder, som symboliseres med et lille 'i', forlængst gjort lige så objektive som de såkaldt reelle. Det er simpelthen terminologien der er komplet vildledende for ukyndige, fordi den går tilbage til Descartes og en tid, hvor man ikke forbandt og ikke kunne forbinde nogetsomhelst konkret med disse sære størrelser som fx 'kvadratroden af minus en'.

Ifølge matematikeren Tobias Dantzig var det en norsk landmåler der var først på banen med en løsning. Han hed Caspar Wessel og var broder til Johan Herman, og han forelagde faktisk en løsning for det nye danske Videnskabernes Selskab i 1797, men ingen forstod noget. Så det blev en tysk matematiker ved navn Gauss, som forelagde den endelige løsning i 1831. Han forbandt her de imaginære enheder og de komplekse tal med det cartesianske koordinatsystem og opstillede præcise regler for dem. En af dem lyder, at multiplikation med 'i' er ensbetydende med at dreje vektoren (liniestykke med retning) en ret vinkel (90 ) mod uret i koordinatsystemet.

Og det er lige præcis dette Hawking gør, når han taler om, at den imaginære tid i hans model for universets begyndelse i tid står vinkelret på den almindelige tidsakse. Altså keine Hexerei, nur Mathematik. Men det er vel at mærke ikke en matematik eller et 'matematisk trick', som Hawking er alene om. Hele kvantemekanikken med dens matrixregning hviler på den udvidelse af de matematiske begreber, som reglerne for de imaginære og komplekse tal - og dermed deres konkretisering - indebærer.

Tvivlere og fordømmere af Hawkings ideer glemmer, at ikke alene hans teorier, men overhovedet alle teorier inden for teoretisk fysik og astrofysik er matematisk formuleret. Som Hawking selv skriver, så er en naturvidenskabelig teori "kun en matematisk model til beskrivelse af vores observationer: den findes kun i vore tanker. Så det er meningsløst at spørge: Hvad er virkeligt, den 'virkelige tid' eller den 'imaginære tid'. Det drejer sig simpelthen om, hvilken beskrivelse der er den mest nyttige".

Ikke destomindre kalder Ole Thyssen Hawking naiv, men hvis det er naivt at hævde, at en teori for universet eller en begrænset del af det bare er en model der forbinder størrelser i modellen med de observationer vi gør, så var også Einstein og Bohr naive, og det er da i grunden uforståeligt, at deres teorier fik så stor indflydelse. Noget andet er, at en teori skal have tid til at blive alment forstået og accepteret. Einsteins almene relativitetsteori fra 1915 var årtier om at slå igennem.

Ligesom Einstein og Bohr er Hawking fuldstændigt på det rene med, hvad der kræves af en god videnskabelig teori, nemlig at den skal

1) være konsistent (sammenhængende og modsigelsesfri),
2) beskrive en stor klasse observationer
    ud fra få vilkårligt valgte elementer, og
3) gøre konkrete forudsigelser vedr. resultater af
    fremtidige observationer.

Om Hawkings forslag om en forenet teori på grundlag af den 'imaginære tid' eller bedre den 'matematiske tid' tilfredsstiller alle disse tre krav, vil kun fremtiden vise. Jeg er ikke fagligt kompetent til at dømme eller blot skønne herom, da jeg hverken er matematiker eller fysiker.

Men filosofisk set kan der efter min mening ikke siges fra på forhånd, for teorier af den art har gang på gang i videnskabens historie vist sig at føre videre - enten til bekræftelse eller nytænkning.

Og hvad specielt udvidelsen af den matematiske begrebsramme angår, så er det en fastslået kendsgerning, at udvidelsen eller den fortsatte 'generalisation' har været basis for hele det 20. århundredes fysik - og derfor må formodes at ville være det en rum tid fremover. Det støder umiddelbart den almindelige tænkning, der helst vil tænke i anskuelige baner, og vil altså kræve betydelig tilvænning. Men det er ikke noget nyt. En af forudsætningerne er dog, at man lader være med at mystificere matematikken.


(Artiklen trykt som kronik i Politiken 29.12.94)


Link til artiklen: Astrofysikeren Stephen Hawking er død, 76 år gammel  (18.3.18.)


Litteraturhenvisninger:

Stephen Hawking: Hawkings Univers. 1988.
- - : Kosmiske tanker. 1994.
George Gamow: Tredive år, der rystede fysikken. 1968.
Tobias Dantzig: Tallet. Videnskabens sprog. 1964.
Johs. Witt-Hansen: Filosofien i det 20. årh. 1985.
- - - : Om generalisation og generalisationsproblemer i de matematiske og historiske videnskaber. 1963.

Til toppen   Til forsiden   Printversion  

utils postfix clean
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
utils postfix normal