Hjem Op

Opgør med Bohr

Ib Ravn

Den filosofiske arv efter Niels Bohr rummer et tabu mod at prøve at forstå, hvordan
den kvantefysiske virkelighed ser ud. Det er på tide vi lægger dette billedforbud bag os. Videnskabshistorikeren Mara Beller finder årsagen til Niels Bohrs succes i effektiv retorik snarere end overlegen videnskab.

Trykt som kronik (desværre under titlen ”Opgøret med Bohr”)
i Politiken 18. august 2002

Den Niels Bohr fremstilles som regel som en af hovedmændene bag den videnskabelige udvikling af kvantefysikken i 1920'erne og 30'erne. Talrige biografier har portrætteret ham som den fremsynede forkæmper for den nye fysik og dens filosofiske konsekvenser for vores syn på virkeligheden.

Videnskabshistorikeren Mara Beller ridser i dette pæne billede i en bog om kvanterevolutionen, Quantum Dialogue: The Making of a Revolution. For en gangs skyld skrives historien om den nye fysik ikke fra vindernes perspektiv, men med et meget kritisk blik på det filosofiske overherredømme, som Bohr fik etableret og som betød en komplet udelukkelse af alternative fortolkninger af den paradoksale kvantefysik.

Mara Bellers fortæller historien om kvantefysikkens dannelse som en intens dialog mellem mange stridende parter, der forsøger at overbevise hinanden, og hvor én af parterne lige akkurat vinder kampen om kvantefysikken: Niels Bohr og hans københavnerskole. En lille del af hendes bog er en særdeles karsk skildring af Bohr som fysikfortolker og filosof – noget ganske andet end det helgenbillede, danske læsere er vant til at få præsenteret.

Det er velkendt at Bohrs rolle fra 1925, hvor den kvantefysiske omvæltning gik i gang for alvor, ikke primært var fysik-videnskabelig, men filosofisk-fortolkende. Bohr er desuden kendt i rollen som mentor og sponsor for sine videnskabeligt produktive unge kolleger fra hele Europa. Den ny fysiks matematik var indeholdt i den såkaldte kvantemekanik, en uhyre abstrakt og meget krævende teori, men unge forskere som Werner Heisenberg på 24 og Wolfgang Pauli på 25 svømmede som fisk i den. Bohr var 40 i 1925, en alder hvor de fleste fysikere er ude over deres mest kreative år og ikke orker at lære nye hundekunster.

Bohr interesserede sig ikke synderligt for kvantefysikkens matematiske grundlag. Dertil sandsynliggør Beller med talrige citater fra Bohr og hans fagfæller, at han havde vanskeligheder med at forstå det i dybden. Hans noter om kvantefilosofi til adskillige forelæsninger indeholder ingen matematik, kun tegninger af klassiske genstande som fjedre, bolte osv., som han brugte til tankeeksperimenter. Alle skriftlige vidnesbyrd peger på, at han aldrig udviklede noget matematisk grundlag herfor. Det simple matematiske indhold i Bohrs gennembrudsartikel fra 1913 hjalp hans lillebror Harald ham med, og ifølge fysikeren Oskar Klein blev al matematikken i hans vigtige artikel om atomteorien fra 1918 udarbejdet af hans assistent Hendrik Kramers.

Fysikeren John Slater fortæller om sit møde med Bohr: "Før jeg kom til København, formodede jeg, at selv om Bohrs artikler lød som almindeligheder, så dækkede de over en mængde matematik og omhyggelig tænkning, der gemte sig nedenunder. Efter en måneds tid blev jeg overbevist om, at der ingenting var nedenunder." Fysikerne på Bohrs institut i 1930'erne spøgte med Bohrs utålmodighed med matematik og sagde, at han kun brugte tre matematiske symboler: Meget mindre end, meget mere end, og omtrent lig med.

Hans manglende matematiske færdigheder fremstilles som regel som et charmerende træk, der mere end rigeligt kompenseres for af en påstået overmenneskelig intuition, med hvilken han kunne nærme sig naturens sandheder direkte, uden om de besværlige matematiske ræsonnementer, som andre fysikere var henvist til at betjene sig af.

For Beller er det indlysende, at når Bohr forstod så lidt af den matematisk sofistikerede kvantemekanik kunne han heller ikke godt udlede en virkelighedsbeskrivelse af den, og han afstod derfor fra at forsøge. I stedet udviklede han sit kendte komplementaritetsprincip, ifølge hvilken virkeligheden i visse sammenhænge kan opfattes som bestående af partikler, og i andre som bestående af bølger. Noget entydigt svar om hvordan virkeligheden er skruet sammen kan man ikke give, sagde Bohr – begge beskrivelser er nødvendige.

Talrige er de forskere, filosoffer og biografer, der har forsøgt at udlægge Bohrs vage associationer om naturens komplementære aspekter, så de fremstår som en sammenhængende filosofi. En af dem, den respekterede fysiker Abner Shimony, skriver i 1985: "Jeg må indrømme at efter 25 års opmærksom – og endog ærbødig – læsning af Bohr har jeg ikke fundet en konsistent og omfattende fortolkningsramme for kvantemekanikken." Beller bemærker, at hvem andre end et sandt idol ville få en sådan velvilje, at der skal 25 års læsning til for at afsløre vedkommendes filosofi som utilfredsstillende?

Bohr fik allerede i sin levetid status af hero. Den senere så fremtrædende fysiker Carl F. von Weizsäcker skriver efter et ungdomsmøde med Bohr: "Hvad var det Bohr mente? Hvad skal jeg forstå, så jeg kan gennemskue hvad han mente og hvorfor han havde ret? Jeg plagede mig selv på endeløse ensomme spadsereture." Beller noterer sig Bohrs overvældende, nærmest lammende autoritet: Weizsäckers spørgsmål var ikke "Har Bohr ret?" eller "I hvilket omfang har Bohr ret?", men "Hvad må man antage og hvordan skal man argumentere for at demonstrere, at Bohr har ret?"

Bohrs udtalelser blev accepteret, uanset hvor obskure de var. Hans uklarhed i skrift og tale er legendarisk, men den er altid blevet udlagt velvilligt, som udtryk for en kompromisløs kamp for indsigt og sandhed. Fysikhistorikeren Abraham Pais har kaldt ham en "guddommeligt dårlig taler." Hans tænkning karakteriseres typisk som dyb og subtil, hans intuition som formidabel. Beller har dog ikke meget til overs for hans formidlingsmæssige uformåen og fremstiller den som en lidt pinlig inkompetence. Han kunne tit ikke fuldføre en sætning, måtte afbryde forelæsninger, gik midt i en diskussion med yngre kolleger hvis den blev for matematisk, måtte benytte sig af assistenter til at skrive sine artikler osv.

Bohrs vigtigste bidrag var videnskabspolitisk, nemlig den at udvirke en forsoning mellem to modstridende lejre i kvantemekanikkens tidlige dage. Den ene lejr anførtes af Heisenberg, der havde udviklet en særlig matematisk metode til udregning af kvantefænomener. Den kunne ikke forbindes med noget billede af f.eks. elektroners egenskaber og hvordan de opførte sig – det var blot kolonner af tal, der kunne behandles matematisk, så de frembragte rigtige værdier, dvs. værdier der stemmer overens med målinger.

Her overfor stod den østrigske fysiker Erwin Schrödingers bølgemekanik, der også gav de rigtige værdier, men gennem et velkendt fysik billedsprog, hvor partikler og deres egenskaber fremstilledes, som om de var bølger eller vibrationer. Heisenbergs metode var abstrakt og svær at forstå, mens Schrödingers bølgemekanik på sin side havde væsentlige problemer. Hvilken metode skulle man nu vælge?

Den ortodokse historieskrivning siger, at Bohr med gode argumenter til sidst overbeviste Schrödinger om, at denne måtte opgive sin ligefremme bølgefortolkning, og den rigtige forståelse af virkeligheden vandt, nemlig den såkaldte københavnerfortolkning, der ikke tilskriver elektronen nogen egentlig natur som enten bølge eller partikel. Den tyske fysiker Max Born foreslog i stedet en fortolkning af Schrödingers ligning, efter hvilken denne angiver ikke reelle egenskaber ved partikler, som f.eks. deres vibration, men blot sandsynligheden for at opnå en bestemt måleværdi i en målesituation.

Mara Beller gennemgår striden med friske øjne og viser hvorledes kampen om kvantemekanikken bølgede frem og tilbage i årene fra 1925 og frem. Bohr, der var et fremtrædende navn i offentligheden, var interesseret i at kvantefysikken som videnskab fremtrådte ordentligt, og han plæderede for fodslag og enighed fysikerne imellem. Han så sin komplementaritetsfilosofi som en måde at forsone de stridende parter på – lidt bølge til Schrödinger, lidt partikel til Heisenberg.

De færreste fysikere var egentlig tilfredse med Bohrs filosoferen, men både hans ry som det excentriske geni og hans evner til at skaffe penge fra Rockefeller Foundation til velbetalte sommerophold i København for Mellemeuropas mange fattige fysikere betød, at han fik elastik og velvilje. I løbet af få år, fra omkring 1930, dannede der sig en konsensus omkring Bohrs forståelse af kvantemekanikken, den såkaldte københavnerfortolkning: Man kan ikke tale om virkeligheden uafhængigt af de målinger, man foretager af den. Den foreligger ikke objektivt, men træder først i karakter i iagttagelsessituationen, hvor den iagttagede elektron viser sig som bølge eller partikel.

Et alvorligt anslag mod kvantemekanikken kom i 1935, da Einstein og to kolleger, Boris Podolsky og Nathan Rosen, publicerede en afgørende og teknisk-matematisk indvending mod kvantemekanikken, den såkaldte EPR-artikel. De mente ikke at kvantemekanikken kunne være en komplet teori, fordi den indebar at to fænomener adskilt af vilkårlig stor rumlig afstand kunne opføre sig, som om de kommunikerede øjeblikkelig. Dét strider mod relativitetsteoriens princip om, at signaler ikke kan overføres øjeblikkeligt, men højst med lysets hastighed.

Spørgsmålet er altså om den fysiske virkelighed er lokal, dvs. opdelt i steder ("lokationer"), der kun kan forbindes via virkninger og signaler, der bevæger sig med endelig hastighed (højst lysets), eller om den er ikkelokal, dvs. ikke opdelt i sådanne steder, men derimod øjeblikkeligt forbundet og globalt sammenhængende på en måde, som videnskaben aldrig har kendt mage til. Ikkelokalitet er en anstødssten for næsten alle videnskabsfolk, fordi begrebet snarere hører hjemme i et magisk og religiøst verdensbillede, hvor okkulte kræfter eller Guds skaberhånd virker øjeblikkeligt overalt. Beller gør ikke noget specielt nummer ud af ikkelokalitetens spøgelse, men det kræver ikke meget fantasi at forestille sig, hvor ubehageligt det ville være for kvantemekanikkens fædre at skulle gå i byen med en kryptomagisk kosmologi, når det videnskabelige samfund i forvejen havde så svært ved at goutere den paradoksale kvantemekanik.

Bohr svarede Einstein og hans kolleger i en artikel ved at give et misvisende sammendrag af deres argument, og så skyde denne stråmand ned. EPR's centrale og potentielt lammende indvending – at kvantemekanikken er ikkelokal – svarede Bohr ikke direkte på, og den står heller ikke centralt i hans indledende sammendrag. Beller påviser at de fleste fagfolks senere præsentationer af den tekniske EPR-artikel hviler på Bohrs letlæste og ikkematematiske sammendrag. Bl.a. derfor har eftertiden fremstillet Bohr som vinder af debatten med Einstein, der helt urimeligt fremstår som en naiv realist, der blot længes tilbage efter en simplere klassisk fysik.

Først næsten 30 år senere analyseres EPR-artiklen i dybden, da den irske fysiker John Bell fremsætter sine nu så berømte uligheder. De konstaterer at kvantemekanikken er ikkelokal, hvilket bekræftes eksperimentelt af Alain Aspects meget omtalte forsøg i 1980'erne. Det er først i de senere år, 60 år efter EPR, at dette uhyre væsentlige aspekt af kvantemekanikken er kommet i fokus blandt fysikere, under mere ufarlige betegnelser som korrelation og "entanglement" (sammenfiltring).

Bellers konklusion på EPR-episoden er, at Bohr og københavnerskolen på det nærmeste stod i vejen for en udforskning af kvantemekanikkens ikkelokalitet. Det var tværtimod "oppositionen, nemlig Einstein og Schrödinger, der midt i 1930'erne opdagede kvantesystemers grundlæggende uadskillelighed og beskrev den matematisk. Ortodoksien [anført af Bohr] tog gassen af disse argumenter ved at bruge en taktik, der forhindrede en seriøs undersøgelse af uadskillelighed indtil Bells banebrydende arbejde. Einsteins beskrivelse af Bohr som en "talmudisk filosof" sigter netop på, at Bohr undveg – i stedet for at konfrontere direkte – det mest grundlæggende problem i kvanteteorien." (Beller, 285)

Bohr og Heisenberg var bannerførere for det københavneroverherredømme, hvis dannelse og konsolidering Bellers bog kortlægger. Bogen er dog ikke alene en radikal nylæsning af kvanterevolutionens historie, der piller eftertidens glorie af Bohr. Den er primært et bidrag til en ny type videnskabshistorie, der gør op med den tilforladelige forestilling om at videnskabsfolks ideer og teorier udgør en enhed, der springer mere eller mindre færdigdannet ud af deres individuelle geniale hoveder.

I stedet lægger Beller vægten på den indre og ydre samtale, som enhver forsker fører med sine kolleger og konkurrenter, specielt som den kommer til udtryk i forskernes publikationer. De skal forstås dialogisk, siger hun, dvs. som udtryk for henvendelser og svar på kritik og ideer fra andre forskere. Særligt i perioder med intens kommunikation mellem forskere, som i den kvantemekaniske revolution, er det vigtigt at forstå videnskabelige publikationer ud fra den dialogiske kontekst, de er skrevet i: fagfællers indvendinger afvises, fremtidige angreb imødegås, ens tidligere bidrag befæstes.

Bogen efterlader det klare indtryk, at Bohr og københavnerfortolkningen sejrede ikke på grund af overlegen videnskab, men gennem effektiv retorik. Bellers dialogiske analyse viser at københavnerfortolkningens forskellige elementer – komplementaritet, indeterminisme, nødvendigheden af klassiske begreber osv. – på ingen måde udgør et samlet, logisk hele, men tværtimod er stumper og ideer, der opstod på forskellige tidspunkter som lokale svar på konkrete indvendinger fra fagfæller der skulle overbevises, Einstein, Schrödinger, de Broglie m.fl. At disse fortolkningsfragmenter overhovedet kaldes en samlet fortolkning eller "skole" skyldes i høj grad den rationelle rekonstruktion, som hovedrolleindehaverne fra dengang og deres disciple og biografer har udført i årene siden. Den har knæsat Bohrs syn på tingene som det eneste mulige, og det blev hurtigt unødvendigt at argumentere med modstanderne, for de har jo så indlysende uret.

Mara Bellers udfordring til Niels Bohrs fædreland er ikke kun historisk, nemlig at forstå Bohr som en fysiker, hvis videnskabelige aktivitet toppede omkring 1925 – måske fordi han ikke magtede at bidrage til kvantemekanikkens matematiske udvikling – og som derefter helligede sig videnskabspolitisk konsolidering og filosofisk refleksion.

Udfordringen er også aktuel, for vi står stadig med en kvantemekanik, som godt nok er uovertruffen som regneredskab, men som ingen forstår, som den fremtrædende fysiker Richard Feynman har sagt. Spørgsmålet er om denne forståelsesvanskelighed skyldes kvantemekanikken selv (og dén har ingen seriøst betvivlet) eller Bohrs fortolkning af den (som mange forskere og filosoffer har betvivlet)?

Til hverdag taler fysikere gladeligt om partikler og partikelbaner, når de skal analysere partikelkollisioner i acceleratorer som CERNs, men om søndagen, når de skal være filosofisk korrekte, benægter de i overensstemmelse med Bohr at partikler eksisterer objektivt og løber i bestemte baner. Så tør de lige pludselig kun tale om sandsynligheder for bestemte iagttagelser og afviser at have noget billede af virkeligheden i hovedet – på trods af at det klassiske partikelbillede lever i bedste velgående.

Denne åbenlyse selvmodsigelse har kvantefysikken nu døjet med i 70 år – bl.a. fordi det var Bohrs "løsning" på kvanteparadokserne. Man kan måske mene at københavnerfortolkningen i starten var videnskabeligt produktiv, fordi den tillod fysikerne at udvikle deres matematiske beskrivelser uden at bekymre sig om de filosofiske konsekvenser for virkelighedsbeskrivelsen. Men siden slutningen af 1930'erne har københavnerfortolkningen haft en primært negativ eller prohibitiv effekt. Den har ignoreret eller ligefrem tabuiseret alle spørgsmål om virkelighedens beskaffenhed.

Niels Bohrs arvtagere i Danmark og på det institut, der bærer hans navn, har været bemærkelseværdigt tilbageholdende med at bidrage til belysningen af kvantevirkeligheden. Et beklagende skuldertræk er den typiske reaktion: "Man kan jo ikke tale om virkeligheden i kvantefysikken, som om den var der, vel?" Ude i den store verden har billedforbudet været på retræte de sidste par årtier, og der er fornyet interesse for at skabe intuitivt forståelige billeder af kvanteverdenen. Hvornår får vi danskere sagt pænt tak og farvel til Bohr og kommer videre?

Mara Beller: Quantum Dialogue: The Making of a Revolution. University of Chicago Press, 1999, 365 s.