Rommet så langt, Verden så stor: Fra søket etter de elementære i den minste og største

Von Christian Hermenau

Er det virkelig sorte hull, hvorfor roterer galakser så fort, er det på grunn av mørk materie eller har vi misforstått noe? Er teorien om det store smell virkelig den tenkelige måten å konstruere et univers på? Hva er rom og tid? Kan den være bøyd og buet, eller fører ikke denne ideen oss videre? Fysikken i dag er mer ubestridt enn noen gang før. Det ser ut til å ha suverene svar på alle grunnleggende naturspørsmål. Men faktisk er de avgjørende spørsmålene uavklarte. Kanskje er det bare noen få, men avgjørende endringer som trengs for å bringe bevegelse tilbake i helheten. Her tar forfatteren et kritisk blikk på fysikkens grunnleggende teorier og søker ideer og måter å forstå verden på det største og minste.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: neobooks
• Erscheinungsdatum: 11. Aug. 2020
• ISBN: 9783752911909

Buchvorschau

Introduksjon

En liten gutt satt i sanden, noe fjernt fra de andre barna på lekeplassen, raket, ordnet kornene i linjer og jevnet ut haugene med sand, som er så kaotisk for ham, disse mange små uregelmessige åser til et jevnt felt. Raken og skuffe kjørte frem og tilbake til alt tilfredsstilte kravene hans. Så tok han sin elskede massive tre-traktor og beveget sakte det tunge kjøretøyet gjennom den bare så arbeidskrevende flatet sand. Onkelen hans hadde bygget traktoren for ham. Med mye kjærlighet hadde han tålmodig laget den av metall og tre til nevøen. Nå lå nevøen på siden i sanden, kjempet seg dypere og dypere ned i den rakede overflaten med traktoren og nynnet tilfreds. Han var langt borte med tankene, så bevegelsen med konsentrasjon og kjente kraften som motarbeidet ham.

I bakgrunnen lo de andre barna på lekeplassen og skrek med, kjempet slagene sine, erobret deler av lekeplassen, delte i godt og ondt, forsvarte lysbildet, fyrte pinner mot angriperne deres, skrek og skrek og hadde det moro. Ikke så gutten vår med traktoren. Å spille krig var ikke hans greie, og de mange andre barna gjorde ham nervøs i stedet for at han vil væresammen med dem. Akkurat som de andre elsket sin høye samvær, lekte med sine jevnaldrende, likte han den kjølige sanden under seg, de stille lydene som traktoren gjorde, og var så alene, fornøyd med alt. Han hadde sin fred, ingen oppgaver, ingen forpliktelser, måtte ikke tenke på ingenting, han følte seg fri og trygg.

Han var et pent barn med en for kantete bakhode, slik moren fant. Dessverre snakket han bare sent, bare lite, og da han straks formulerte fullstendige, velformede setninger, som han først og fremst stille resiterte til seg selv for sikkerhets skyld, før han uttalte dem høyt. I tillegg tok han ofte ganske lang tid for faktisk enkle hensyn, slik at foreldrene hans allerede var bekymret for at sønnen deres kunne være noe tilbakestående. Albert! Læreren din er der, kalte moren, en veldig omsorgsfull, disiplinert kvinne, full av store forventninger når det gjelder den drømmende lille kjæresten. Han skulle læres av en huslærer før han gikk på skolen. Han var hennes øyestjerne, men hun hadde også en klar ide om hva som ville bli av ham senere, og det inkluderte en god utdannelse. Han skulle bli en utdannet mann, han skulle også studere og hun ønsket ikke å overlate det til tilfeldighetene. Heldigvis var det faren og onkelen hans, som ikke tok livet så alvorlig. Begge visste om den siste utviklingen innen elektroteknikk og elsket å ta barnet med inn i den mystiske verden av elektrisitet. De forklarte tålmodig fenomenene af spenning og strøm til ham i timevis. Det var i den lille guttenes øyne den virkelig spennende verdenen. I en tid da gatene fortsatt ble brukt av hestevogna, var strøm og magnetisme det mest spennende en gutt kunne oppdage. For ham var det den moderne store, brede verdenen. Det brant i ham å observere og forstå hemmelighetene til elektrisitet og magnetisme.

Den Einsteins - et liberalt, kjærlig, lite samfunn. Far Hermann var en fritenker som hadde liten respekt for dogmer og ritualer. Herman og Pauline Einstein var fremmed for stiv autoritets tenking. De tenkte gradvis, kultiverte felles samtale ved bordet, fremmet lesing og musikk. I dette harmoniske, sikre familiemiljøet kunne lille Albert utvikle seg fri eller bare føle seg vel. Hans overdreven fantasi fant ny maten i familien igjen og igjen, og hjernen hans ble so stadig stimulert til hans ånd sakte utviklet seg til det senere geni. Det var ikke den hatede skolen som gjorde ham til det han senere ble. Tvert imot, det må nesten sies at han til tross for skolen beholdt sin ukonvensjonelle måte å tenke på. Skolen på 1800-tallet var brutal, sett fra en liten, følsom gutt. Den prøvde å produsere små lydige etterfølgere i stedet for å oppmuntre kreative og kritiske mennesker. Disiplin og orden var også det høyeste budet her. Staten trengte borgere som ville gå i krig med iver hvis fedrelandet ble truet, og det er derfor ikke overraskende at lille Einstein hatet autoritær alvor og vold og mistet all interesse for undervisning. Han droppet fra skolen i en alder av 15 år og fulgte foreldrene til Milan, der han bodde i et år uten noen utdanning eller opplæring.

Albert Einstein var en ekstraordinær mann som ble så berømt ikke bare for sine store prestasjoner, men også for sin originalitet. Han legemliggjorde, som knapt noen andre, drømmen om uavhengighet og frihet i ånd, som fungerer som et forbilde for mange. Fram til i dag former Einstein fremdeles bildet av den spredte fysikeren som ser på verden på en åndelig måte.

I hans tidlige barndom dukket en slik utvikling ikke opp med det første. Og da han forlot skolen som tenåring, ville han antagelig blitt spådd slutten av karrieren.

Hans far og onkel kan ha lagt grunnlaget for hans tekniske og vitenskapelige interesse, og moren ga ham ambisjonen om å oppnå store ting og en kjærlighet til musikk. Men er det nok til å forklare hans geni? I Einsteins tilfelle ville ingen ha kunnet forutsi at han ville bli den mest berømte fysikeren på 1900-tallet.

Begynnelsen på fysikk

Med sin generelle relativitetsteori og sitt arbeid på kvanteteori er Einstein på terskelen til moderne fysikk. Klassisk fysikk før Einstein ble påvirket av mange viktige fysikere som Galilei, Newton eller Maxwell. Antallet store personligheter som hjalp til med å oppføre bygningen av klassisk fysikk er langt, for langt til å liste opp dem alle. Opprinnelsen til fysikk, i sin vitenskapelig strenge form, ligger hos Galileo Galilei, mens han virket bare 250 år før Einstein.

Selv i gamle tider var det mange forskere som tok for seg naturfenomener, noen av dem formulerte dem også matematisk, men antikkens fysikk var fremdeles hovedsakelig en fysikk som beskrev naturen. God kunnskap var tilgjengelig, for eksempel om lufttetthet, økningen av varm luft og magnetisk tiltrekning. Oppdriftsloven er ifølge Archimedes lært på samme måte også i dag på skolen. Spesielt ideen om lys som et geometrisk fenomen ved refleksjon og refraksjon var velkjent og drev opp mistanken om at matematiske regler i naturen er i sin ideelle form. Aristoteles, født 384 år f.Kr., kalte ganske enkelt arbeidet sitt fysikk. Han myntet dermed navnet fysikk, selv om hans beskrivelse av naturen ennå ikke samsvarer med dagens vitenskapelige form. Likevel var funnene hans avgjørende for den vitenskapelige verden fram til tidlig moderne tid. Selv i senmiddelalder og i renessansen måtte naturvitenskapene forholde seg til aristotelisk naturvitenskap. I løpet av en periode på 2000 år hjalp den aristoteliske naturfilosofien til å forme folks syn på verden.

Den nåværende formen for det fysiske synet på verden fullføres av det fysiske alt avgjørende instrumentet, eksperimentet. Alle ideer, enhver antagelse, hver hypotese og teori må testes empirisk. Dermed skiller fysikk seg fra filosofi og teologi, men også fra all metafysisk lære. Påstandens avgjørende punkter må utarbeides nøyaktig og undersøkes i et eksperiment som er så ideelt som mulig, repeterbart når som helst og universelt gyldig. Dette er den eneste forskjellen mellom en fysisk teori og en fiksjon. I tusenvis av år var dette slett ingen selvfølge. I motsetning til vårt teknologiske, rasjonelt opplyste samfunn, var kunnskap og fantasi uskarpt. Hverdagen ble bestemt av fantasifulle, fornuftige beskrivelser. Sannsynligvis ville folk ha reagert uforståelig med å stille spørsmål ved fakta som var selvinnlysende eller til og med for å sjekke dem med stor kostnad. Tenkningen forutså ikke dette alternativet i det hele tatt. Dette reformerte seg grunnleggende bare i moderne tid. Med oppdagelsen av nye land og den raske økningen i kunnskap gjennom utskrift, endret hver enkelt menneskes verdens kunnskap. Flere og flere personligheter stilte spørsmål ved den gamle ordenen og åpnet seg for de nye oppdagelsene med hengivenhet.

I denne sammenhengen er det ikke overraskende at selv en mann som Galilei begynte å systematisk testa den forrige kunnskapen, fysikken til de gamle, i eksperimenter og dermed kom til helt nye evalueringer og naturvurderinger. Skaperverket og naturlovene ble ikke lenger betraktet som en verden som var ment av Gud, designet og realisert i en skapelseshandling, som utvilsomt ble akseptert, men målinger og analyser ble utført, hvorfra ligninger og aksiomer resulterte. Friheten til det fantastiske, de mange mulighetene, som hjernen vår også viser oss som realistiske muligheter, ble redusert til en etterprøvbar finittet og en ordnet regelmessighet av naturen, ved hjelp av formler og ligninger.

Til å begynne med ble verden vår mye mindre og smalere, men som vi vet, utviklet nye, helt ufattelige verdener seg ut av denne metodikken og til slutt en så utrolig teknikk at den langt overgikk fantasien til antikken om hva som kunne oppnås.

Galileo hadde installert eksperimentet i fysikk med sin autoritet og dermed fullført fysikken til Aristoteles og Sokrates med empiriske bevis. Dermed ble det en ekte moderne naturvitenskap. Hver idé, hver hypotese og hver teori som måtte testes gjentatte ganger på naturen, og plutselig kom flere og flere hemmeligheter fram, som smalt i naturfenomenene og bare ble oppdaget gjennom eksperimentet. Dermed utviklet en egen gren av fysikk, eksperimentell fysikk, som enten prøvde å bekrefte teoriene, bestemte kjente mengder og konstanter mer og mer presist eller til og med forsket eller utviklet noe nytt, dvs. gjennomført ekte grunnleggende forskning. Funnene av eksperimentell fysikk var da igjen grunnen til teoretisk fysikk for å forbedre hypotesene og teoriene eller for å fullstendig redesigna dem.

Galileo Galilei kan dermed kanskje beskrives som fysikkens far i dag, hvis man i det hele tatt ønsker å gjøre en klassifisering. Det er forbløffende at hans universelt gyldige lover, i sammenligning med Aristoteles, skyldtes unøyaktige generaliseringer. Aristoteles kunne heve sirkelen til den mest perfekte bevegelsesformen og bygge bevegelsene til stjernene på den. Hvis man er avhengig av eksperimenter, er disse alltid ufullkomne, spesielt med tidens midler. Hvis man likevel ønsker å utlede universelle lover fra dem, må man idealisere dem i tankene. I tankeeksperimenter kan man for eksempel forestille seg rom som tom for luft eller friksjonsfri og innlemme dette i ens eksperimenter. På denne måten kommer man til forbindelser som, selv om de bare gjelder den ideelle materie, likevel inneholder essensen av naturen i form av en lov. 

Selvfølgelig Galilei hadde også personlighet og anerkjennelse av den profesjonelle verden bak ham, for å fullstendig løsne kunnskap om naturen fra filosofi og dermed sette den på et nytt nivå. Til tross for vanskeligheter med myndighetene, likte han et høyt omdømme blant eksperter,

særlig utenfor Italia, og fysikkens vei begynte med hans arbeid med mekanikk.

I mellomtiden har fysikkens sosiale image og dens betydning for samfunnet, så vel som for filosofi, forandret seg fullstendig. Når det gjelder spørsmålet om opprinnelsen til alt å være, er det ikke lenger teologi som er den eneste autoriteten, bortsett fra filosofi, som svarer på de grunnleggende spørsmålene som blir anerkjent. Så langt har fysikk alltid stått i skyggen av matematikk og filosofi og måtte holde seg utenfor de overordnede spørsmålene om skaperverket. Teologien la grunnlaget. Mennesket måtte holde seg til det. I filosofi ble faglige spørsmål om tenkning, også om naturhendelser, drøftet teoretisk og forsøk ble gjort på å innlemme klarheten i matematikk og logikk i verdensstrukturen. Men gjennombruddet av fysikk som en eksakt vitenskap kom først når tenkningen til hvert enkelt individ ble mer kritisk og rasjonell. Først etter at folk begynte å kjenne seg igjen og bli klar over deres individualitet, var det mulig for dem å stille spørsmål ved den bibelske skapelsen. Fra da av kunne de forstå naturlovene analytisk, objektivt og nøkternt.

Mens italieneren fortsatt måtte kjempe for ryktet til sin person som fysiker i det generelle samfunn, nyter en fysikkprofessor nå stor prestisje, selv om han forblir ukjent. I dag var det ingen som håner det hvis noen introduserte seg som fysiker.

Fysikere står for intelligens og visdom. Det sies at fysikere kan forstå komplekse fakta og finne løsninger for dem. Det er de som i dag tenker på universets opprinnelse, om verdens store spørsmål og bestemmer hva som er godkjent som akseptert mening og hva som ikke er det. Det er ikke lenger teologi og filosofi som finner så mye respekt og hørsel i samfunnsdiskusjonen om hvor fra og hvor til, som fysikk. Hvorvidt med rette eller galt og om man virkelig bør ta enhver fysiker på alvor, er et annet spørsmål. De forvirrende, rare formlene og likningene alene, med sine mange abstrakte tegn, har noe å respektere. Ligninger som tar opp en hel panellengde og transformasjoner, bevis og beregninger som strekker seg over mange store paneler i et foredrag er kjedelige og vanskelige å følge selv for fysikere, men har en respektfull effekt.

Veien til å bli fysiker er lang og krevende, og de virkelig spennende temaene blir ofte bare kort behandlet eller forsvinner igjen fra klarhet tilbake til abstrakt matematikk. Å studere fysikk gir liten rom for filosofiske betraktninger. I de fleste tilfeller forblir opplæringen veldig objektiv og edru, med høy grad av fordypning.

Fysikk er en grunnleggende vitenskap. De avanserte naturvitenskapene og teknologien bygger på funnene sine. Fokuset er verken på søknad eller på om det er viktig for folk å dra nytte av det på noen måte. Den tar for seg de grunnleggende fenomenene i naturen og prøver å forklare deres egenskaper og oppførsel i modeller og lover. Hvis man leser om de store funnene i moderne fysikk, blir man oppfordret til å tenke på elementære ting som materie eller rom. Hvis man senere studerer fysikk, merker man hvor lite det sublime spiller en rolle i studien og hvor objektivt undervisningen omhandler det mystiske, det ukjente. Selv i det senere aktivitetsfeltet til en fysiker er det ikke mer diskusjon om de store, åpne spørsmålene enn på andre samfunnsområder. De virkelig store, spekulative spørsmålene om fysikk ble senere kun behandlet profesjonelt av en ekstremt liten, nesten elitistisk sirkel ved de store grunnleggende laboratoriene og i de viktige universitetene. Mange fysikere, men også personer fra andre fagdisipliner, som tenker over verdensstrukturen, blir vanligvis nektet denne tilgangen. Bare de som har tilgang til fysisk tidsdominerende akademiske tidsskrifter, vil bli lyttet til. Dette krever et rykte. Et respektert institutt eller et stort forskningslaboratorium må stå bak ham. Utenforstående har ikke en sjanse. Det handler ikke om å utvikle gale ideer og kreative tanker, gjøre feil, prøve ut noe og lære av det, men om hvem som har tilgang, hvem som er i toppen, hvem som leder an, hvem som bestemmer hva som er riktig og hva som er galt. Men selv i ekspertkretsene blir kritikk eller oppdagede feil ikke sett på som berikelse på vei til ny kunnskap, men de blir vurdert som et angrep på egen person. Andre forskere anses som konkurrenter for de få karrierestillingene.

Den tilsynelatende så objektive fysikken bestemmes i de store, spekulative spørsmålene av noen få, og selv om de økende inkonsekvensene veier tungt på den, fortsetter karrierer innen fysikk å bygge videre på de velprøvde standardmodellene som er fast i hendene på den gamle ordenen.

Galilei kranglet fremdeles med autoriteten til kirken, som hadde bestemt alt i århundrer, og med teologene, som ble holdt høyt aktet av samfunnet - han, som en liten Mathematicus, mot kardinalene i Roma. I dag er det fysikkens mekanismer som utvilsomt har produsert de høyeste standarder, men nå, på grunn av kvaliteten på resultatene og etableringen, har frosset i bevegelsesløshet.

Som på alle områder av menneskelig sameksistens handler fysikk ikke bare om sannheten, selv om den må tjene som et alibi for mennesker som tenker vitenskapelig, men også om innflytelse og makt, karrierer, omdømme og penger. Fysikken i det 21. århundre er heller ikke fri for dette, og vi bør fortsette å være kritiske til de aksepterte læresetningene.

Galilei , Newton, Einstein

I Galileis tid så verden mye enklere ut fra dagens synspunkt. Han måtte bare overbevise myndighetene om at jorden roterte rundt sin egen akse og ikke universet rundt jorden. Men er det virkelig så lett å forklare? Hvorfor legger vi ikke merke til noe av jordens bevegelse, selv om den tilbakelegger hele omkretsen på bare 24 timer, ved ekvator. Må vi ikke slenges vekk? Hvorfor blir vi ikke svimmel med disse høye rotasjonshastighetene?

I det minste kranglet kritikerne og var ganske sikre på at de hadde rett. Vi må føle det på en eller annen måte når jorden beveger seg under føttene dine. Vi trenger ikke å sjekke noe sånt heller - det ville rett og slett være klart!

På jakt etter et ugjendrivelig bevis på at jorden roterer og at vi fremdeles ikke flyr bort eller føler bevegelse, oppdaget Galilei treghet av kropper. Han observerte nøyaktig hvordan massene oppfører seg når de beveges jevnt, om og om igjen. Så generaliserte han observasjonene sine til den ideelle materie og utviklet fra den en lov for alle kropper som beveger seg jevnt, som han kalte treghet. Dermed la han merke til, gjennom studiet av bevegelse, at fysiske lover er uavhengige av referansesystemets bevegelsestilstand. Så han definerte på den ene siden inertialsystemet som et referansesystem, som er kraftfritt og på den andre siden relativitetsprinsippet, som alle treghetssystemer er likeverdige. I tillegg utviklet han en koordinattransformasjon for å kunne overføre de forskjellige referansesystemene til hverandre. Galilei geometriserte verden. Ja, selv gikk han så langt i euforien sin at han så på hele verden som geometri og var ekstremt vellykket med denne grunnideen.

Bare noen generasjoner senere, Isaac Newton, en av de viktigste fysikerne i England, baserte sin universelle lov om gravitasjon på Galileis kunnskap om de relative systemer, tyngdekraften, akselerasjoner og planetenes bevegelser Nicolaus Copernicus. Newton var den første som gjenkjente forbindelsen mellom det faktum at en stein alltid faller ned fordi massen på jorden og den lille steinen tiltrekker hverandre og det faktum at månen og jorden tiltrekker hverandre. Månen faller alltid rundt jorden. Han lyktes i å finne en lov for den som gjelder for alle masser og tilsynelatende har universell gyldighet. Sammen med lovene om bevegelse la Newton grunnlaget for klassisk mekanikk.

I 1686 publiserte Newton sitt arbeid, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, der han presenterte sin tyngdekraftlov for første gang. Siden den gang har det bestemt løpet av stjerner, kometer og alle andre himmellegemer. Det ble