Om kvantemekanikk, nonlokalitet og newage-kvantemystikk

Den moderne kvantemekanikken ble født i 1925. I de kommende ti årene ble flere sentrale komponenter i den kvantemekaniske teorien etablert og dogmatisert. Flere av disse komponenter bidro til en tåkelegging av grensen mellom matema­tikkens og fysikkens domene. Denne grensen er like tåkelagt i dag, som f.eks. strengteorien er et eksempel på. Ifølge fysikkteoretikeren Lee Smolin (2007) har ikke fysikken hatt et nytt gjennombrudd de siste 30 årene, hvilket indikerer at den har kjørt seg inn i en eller flere blindgater.

På 1980-tallet ble nonlokalitet bekreftet, en dimensjon som overskrider vårt fysiske energiplan og som tillater hastigheter høyere enn lysets. I 1993 utga fysikkprofessor Amit Goswami boken ”The self-aware universe”, der han gjenopplivet John von Neumanns idé fra 1930-tallet om ”bevisstheten som kollapser bølgefunksjonen”. Goswami identifiserte nonlokalitet med den altomfavnende universelle bevissthet. Boken resulterte i newage kvantemystikk og ”kvantekvekking”. To eksempler på kvante­kvekking er bøkene til Deepak Chopra og dokumentarfilmen ”What the Bleep Do We Know!?”.

Introduksjon

Grovt inndelt kan man si at kvantemekanikkens ”protostadium” var fra 1900-1924, og at den moderne kvantemekanikken begynte i 1925. Kvantemekanikken erstattet den klassiske fysikk. Kvantemekanikken utfordret det materialistiske verdens­bildets tro på at elementær­partiklene er 100 % materielle partikler som utgjør bunnen av mikro­kosmos. Kvante­mekanikken fastslår at elementærpartiklene, og i prinsipp alle materielle objekter, har en bølge-partikkel-dualitet. Partikkelmodusen er grei nok å forstå, og om denne modusen er det stort sett enighet. Med bølgemodusen er det verre! Siden bølgemodusen ble konseptualisert, har det vært uenighet om hvorvidt den tilhører fysikkens eller matematikkens sfære. Representerer bølgemodusen noe reelt i fysikkens verden, eller representerer den bare en matematisk sannsynlighetsfaktor? Den siste tolkningen har blitt stående. Usikkerheten knyttet til bølgemodusens natur resulterte i at grensen mellom matematikkens og fysikkens domener ble tåkelagt. I denne tåkesonen vokste en rekke nye teorier og tolkninger frem, som Københavntolkningen, kvantefeltteorien og dens avledete standard­modellen i partikkelfysikk, strengteorien, og newage-mystikk.

Kvantemekanikkens utvikling

1) Fotonet: på grensen mellom to energiplan. Forspillet til kvantemekanikken var en rekke overraskende innsikter knyttet til fotonet, som viste at elektromagnetiske bølger (EM-bølger) og partikler (elektroner, atomer) sto langt nærmere hverandre i deres fundamentale natur enn tidligere antatt. Fotonet er den bærende komponenten, eller selve energikvanten, i EM-stråling for alle bølge­lengder. Fotonet har null masse, og beveger seg med lysets fart. Fysikken klassifiserer i dag fotonet som en uvanlig elementærpartikkel. Det var Albert Einstein som fra 1905-1917 utviklet vår forståelse av fotonet. Det begynte med hans beskrivelse av den fotoelektriske effekten i 1905, hvilket han fikk Nobelprisen for i 1921. Ordet ”foton” ble først lansert i 1926. Den nye innsikten var at EM-bølger (inkludert lys) er kvantisert, og vi fikk en beskrivelse av hvordan fotoner og elektroner interagerer. Når et foton og et elektron kolliderer, absorberer elektronet fotonets energi, og hvis energien i fotonet er tilstrekkelig høy vil elektronet gjøre et ”kvantesprang” (men ikke via rommet) til et høyere energinivå. Når elektronet faller tilbake til et lavere energinivå, avgis et foton (Wiki-artikkel: Photon).

Albert Einstein (1879-1955)

2) de Broglie-hypotesen: ALT er kvanteobjekter med en bølge-partikkel-dualitet. Louis de Broglie forsvarte i 1924 sin doktoravhandling, som han fikk Nobelprisen for i 1929. Doktoravhandlingen inneholder den såkalte de Broglie-hypotesen, som sier at all materie har en bølgelignende natur. En partikkel, eller et heterogent objekt uansett størrelsesskala, skal ha en bølgelengde, l (den greske bokstaven lambda), som er relatert til partikkelens masse. Formelen lyder: l = h/(mv) [h=Plancks konstant; m=masse; v = fart]. Hypotesen skal ha blitt eksperimentelt bekreftet i Davisson-Germer-eksperimentet i 1927. Dermed ble det dogmet etablert at ”alt” er kvanteobjekter med en bølge-partikkel-dualitet (Wiki-artikkel: Louis de Broglie). de Broglie mente at denne bølgenaturen er av fysisk karakter, og sammen med David Bohm forsvarte han denne tolkningen resten av sitt liv.

Louis de Broglie (1892-1987)

3) Schrödingerligningen: Krangelen begynner om bølgefunksjonen tilhører matematikkens eller fysikkens domene. Erwin Schrödinger utviklet i 1926 den såkalte Schrödingerligningen, som han fikk Nobelprisen for i 1933 (Wiki-artikkel: Schrödingerligningen). I denne ligningen beregner han faktoren y [den greske bokstaven psi]. Komisk nok, Schrödinger hadde ingen god idé om hva y represen­terer. Han prøvde å tolke y som ladningstetthet, men det var mislykket. Max Born tolket samme året y som en faktor som angir sannsynligheten for å finne kvanteobjektet i et visst punkt i rommet til et gitt tidspunkt. Dén tolkningen ble stående, og faktoren fikk navnet bølgefunksjonen.

Schrödinger selv godtok aldri at y bare representerte noe statistisk fremfor noe fysisk-reelt. Mens elektro­magnetiske bølger forplantes og spres reelt i rommet med tiden, tolkes bølgefunksjonen dithen at kvanteobjektet bare spres potensielt i rommet med tiden. Med Schrödingerligningen var tåkeleggingen av grensen mellom matematikkens og fysikkens domener et faktum, der selv Nobelprisvinnerne snublet omkring og kranglet om hvilke faktorer som tilhørte den ene eller den andre siden av grensen. Terminologien bidrar i seg selv til forvirring og pseudo-forståelse. Dersom bølgefunksjonen ikke er noe annet enn en sannsynlighetsfaktor, gir det da mening å snakke om bølge-partikkel-dualitet?

Erwin Schrödinger (1887-1961)

4) Heisenbergs uskarphetsrelasjon: En naturlov om epistemologisk begrensning? Werner Heisenberg utviklet i 1927 den såkalte uskarphets­relasjonen, hvilket hjalp ham til å få Nobelprisen i 1932 for sine bidrag til kvante­mekanikken. Denne ligningen sier at man i samme eksperiment ikke kan måle skarpt (presist) både posisjonen og massefarten til et kvanteobjekt. Jo mer nøyaktig den ene faktoren måles, dess mer unøyaktig må nødvendigvis beregningen av den andre faktoren bli. Forklaringen på dette fenomenet skal ikke ha noe med en ufullkommen metodologi å gjøre, heller ikke at observa­tøren virker forstyrrende inn på det som observeres. Forklaringen skal være at det er naturen selv som gjør det prinsipielt umulig å måle begge faktorene skarpt samtidig. Heisenbergs uskarphets­relasjon er nøye knyttet til teorien om alle kvanteobjekters bølge-partikkel-dualitet (Wiki-artikkel: Heisenbergs uskarphetsrelasjon).
 

Werner Heisenberg (1901-1976)

5) Bohr-Einstein-debattene (1927-35) om København-tolkningen: Ontologisk ubestemt­het kontra epistemologisk uvisshet. Einstein likte ikke den tolkningen av Heisenbergs uskarphetsrelasjon som sier at universet da må være ikke-deterministisk (eller ”ontologisk ubestemt)”. Dansken Niels Bohr sto i spissen for den såkalte Københavntolkningen, at universet faktisk synes å være ikke-deterministisk. Dette resul­terte i Bohr-Einstein-debattene der Einstein avviste Københavntolkningen med at Gud ikke kaster terning med universet, og Bohr ba Einstein slutte å fortelle Gud ”what to do”. Einsteins løsning var at det må finnes ”skjulte variabler”, og at når disse oppdages vil vi igjen erkjenne at universet er determi­nistisk. Med ”skjulte variabler” var det imidlertid underforstått at Einstein mente lokale skjulte variabler, dvs. variabler som ikke bryter med hans egen relativitetsteori om at ingenting kan gå fortere enn lyset. København­tolkningen er i dag rådende (Wiki-artikkel: Copenhagen interpretation).

Niels Bohr (1885-1962)

6) Når bølgefunksjonen kollapser: Avsluttes en ontologisk tilstand av ubestemthet eller en epistemologisk tilstand av uvisshet? I kvantemekanikkens Københavntolkninger (det er flere av dem) kan kvanteobjektenes bølgefunksjon ”kollapse”, med den virkning at partikkelnaturen manifesteres. I de fleste Københavntolkningene er bølgefunksjonen identisk med sannsynlighetsfaktoren, og representerer altså ikke noe fysisk. Men hvordan kan en sannsynlighetsfaktor fra matematikkens sfære ”kollapse” til en partikkel i fysikkens sfære?

Det ungarske geniet John von Neumann utga i 1932 boken The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics, der han foreslo at det er bevisstheten selv som gjennom sin observa­sjon får bølgefunksjonen til å kollapse (Wiki-artikkel: John von Neumann). I denne tolkningen oppfattes bølgefunksjonen som et reelt felt. Denne idéen ble aldri særlig populær blant kvantefysikere, men newage-miljøet kom senere til å trykke denne idéen til sitt bryst. I motsetning til hva mange tror, Fritjof Capra ga ikke bevisst­hetens dimensjon noen plass eller rolle i sitt ”økologisk-holistiske” verdensbilde som han beskrev i bestselgeren The Tao of Physics: An Explo­ration of the Parallels Between Modern Physics and Eastern Mysticism (1975).

John von Neumann (1903-1957)

7) Schrödingers katt: Ontologisk ubestemthet eller epistemologisk uvisshet? Erwin Schrödinger formulerte i 1935, etter en idé fra Einstein, et tankeeksperiment kjent som Schrödingers katt. Hensikten med tankeeksperimentet var å sette Københavntolkningen på spissen ved å overføre dens implikasjoner fra det subatomære nivå til vår egen størrelsesskala og hverdag. En katt settes i en boks sammen med en drepende mekanisme som har en sannsynlighet på 50 % for å bli utløst innen en time. Ifølge Københavntolkningen innebærer kattens bølgefunksjon at katten er både levende og død (for dem utenfor boksen) inntil noen åpner boksen og ser etter. Ifølge Københavntolkningen vil observa­sjonen kollapse bølgefunksjonen og fremtvinge et utfall der katten enten er levende eller er død. Det som fra Københavntolkningens perspektiv utgjør en egen kvantetilstand av ontologisk ubestemthet, var fra Schrödinger og Einsteins perspektiv bare et spørsmål om epistemologisk uvisshet for dem som befinner seg utenfor boksen. Tankeeksperimentet har fortsatt verdi som en tydeliggjøring av de forskjellige mulige tolkninger. Wiki-artikkel: Schrödinger’s cat.

Schrödingers katt

8. Nonlokalitet og teleportasjon: Einsteins univers er bare ett av flere energiplan! Ved Universitetet i Paris i 1982 ble et historisk kvante­mekanisk eksperi­­­ment utført av Alain Aspect og medarbeidere. Uten å gå i detaljer, eksperi­mentet viste at to tvillingfotoner som fløy av sted i hver sin retning med lysets hastighet, var i direkte kontakt med hverandre uavhengig av avstanden mellom dem og uten at de hadde mulighet til å utveksle signaler i rom/tid. Samtidig som en måling fastlegger ”spinnet” til det ene fotonet, velger det andre fotonet motsatt spinn! Aspect-eksperimentet demonstrerte en dimensjon (eller energiplan) som overskrider vårt fysiske energiplan, og som ikke er begrenset av lysets hastighet. Denne dimen­sjonen kan videre forårsake ”korre­lerte” begiven­­heter på vårt fysiske energiplan. Fysikerne har valgt å kalle denne dimensjonen for non­lokalitet. Forbind­elsen mellom de to fotonene i Aspect-eksperimentet var altså ”nonlokal” (Wiki-artikkel: Nonlocality).

Demonstrasjonen av nonlokalitet var, posthumt, både en seier og et nederlag for Einstein. Det var en seier på den måten at eksistensen av skjulte variabler ble bekreftet, men et nederlag på den måten at disse variablene var nonlokale. Med nonlokalitet ugyldiggjøres flere kompo­nenter i Einsteins spesielle relativitetsteori, som både kvantefeltteorien og standardmodellen i partikkelfysikk er basert på.

Demonstrasjonen av nonlokalitet bekreftet superluminære (hurtigere enn lyset) fenomener og muligheter. I Aspect-eksperimentet var avstanden mellom de to målerne bare 13 meter. Det var en teoretisk mulighet for at noe større avstand mellom målerne ville avsløre at et aldri så lite milliontedels sekund ville passere fra målingen av det ene fotonets spinn til det andre fotonets ”valg” av motsatt spinn. Ved Universitetet i Geneve i Sveits ble et lignende eksperiment utført i 1997 av Nicolas Gisin og medarbeidere. Denne gangen ble de to tvilling­fotonene sendt 11 kilometer bort fra hverandre i lyslederkabler før målingen ble utført. Like­vel var resultatet det samme; de to fotonenes bestem­melse av spinnet skjedde absolutt samtidig. 11 kilometer høres kanskje ikke ut som all verden, men relativt til størrelsene av elementær­partikler er dette galaktiske avstander.

Alain Aspect

Psykologen Carl Gustav Jung (1875-1961) lanserte i 1960 ordet ”synkronisitet” for å beskrive meningsfulle sammentreff av begivenheter i tid uten en lokal årsak. Idéen om synkronisitet utviklet han opprinnelig i samarbeid med kvante­fysikeren Wolfgang Pauli. I den kritikerroste parapsykologi-boken The Conscious Universe: The Scientific Truth of Psychic Phenomena (1997) mener Dean Radin at nonlokalitet er dimensjonen som gjør psi-evner mulige.

I 2002 lyktes et australsk forskerteam i såkalt ”kvante-teleportasjon” av en laserstråle bestå­ende av fotoner. Den originale laserstrålen forsvant, og en eksakt kopi dukket samtidig opp en meter bortenfor. Det som overføres nonlokalt er ikke selve elementærpartiklene (i dette tilfellet fotoner), men deres tilstand eller egenskaper. I januar 2003 ble det samme eksperi­mentet vellykket gjentatt av Nicolas Gisin. Denne gangen var avstanden mellom de to laser­strålene på to kilometer. I juni 2004 greide forskere å teleportere egenskapene til ladete atomer. Anton Zeilinger og hans kollegaer ved Universi­tetet i Wien har demon­strert kvante­effekter med svært komplekse og massive makromolekyler. Sannsynlige anvendelses­områder vil være innen tele­kommunikasjon (hurtigere overføring av data) og kryptering (100 % trygg over­føring av koder). Teleportasjon av menn­esker, som i Star Trek-serien, ligger fortsatt et godt stykke inn i fremtiden hva offisielle kvantefysiske eksperimenter angår (Wiki-artikkel: Quantum teleportation).

9) Goswamis kvantemystikk identifiserer nonlokalitet med bevissthetens sfære. I 1993 fikk John von Neumanns idéer om ”bevisstheten som kollapser bølgefunksjonen” nytt liv gjennom Amit Goswamis forførende bok The self-aware universe: how consciousness creates the material world. Goswami ble født i India som sønn av en brahmin-prest. Etter å ha tatt doktor­graden i fysikk ved Universitetet i Calcutta i 1964, flyttet han til USA. I perioden 1968-2003 var han fysikkprofessor ved University of Oregon, og utga bl.a. en lærebok i kvante­mekanikk. Han valgte å fordype seg i et av kvante­mekanikkens store mysterier: Hva skjer egentlig ved en kvantemåling? I 1985 hadde han en mystisk opplevelse som forankret i ham erkjen­nelsen av at bevisst­heten er tilværelsens dypeste fundament. Dette ble hans ledestjerne. De første artiklene kom ut i 1989, og i 1993 kom så boken The self-aware universe.

Amit Goswami

Det mest verdifulle ved boken er Goswamis forankring i mystikkens erkjennelse av at bevisst­heten utgjør tilværelsens primære dimensjon, og hans forsøk på å etablere fundamentet for en ånds­viten­skap, en ”science in consciousness”. For Goswami er den nonlokale dimensjonen identisk med den universelle bevissthet, der vi vil finne subjektet som kollapser bølge­funksjonens hav av muligheter og sannsynligheter til et bestemt utfall som materialiseres innenfor vårt fysiske energi­plan. For Goswami er hele Kosmos ett eneste kvanteobjekt.

En svakhet ved boken er at Goswami ikke problematiserer de Broglie-hypotesen og Schrödingerligningen. Han diskuterer ikke kvantefysikernes svinnende evne til å skille mellom mate­matikkens og fysikkens sfærer. En annen svakhet ved boken er at han innfører et dualistisk skille mellom vårt energiplan og nonlokalitet. I alle tradisjonelle kosmologier verden over finner man en hierarkisk ordnet værenkjede (eng.: The Great Chain of Being) fra materie til den rene bevissthet, der hvert nivå oppover i hierarkiet representerer et høyere ontologisk og epistemologisk potensial. Terminologien, detaljene og antall nivåer i kjeden varierer i de forskjellige tradisjoner. Den amerikanske idéhistorikeren Arthur Oncken Lovejoy (1873-1962) introduserte akademisk dette emnet da han i 1936 fikk utgitt boken The Great Chain of Being: A Study of the History of an Idea. Huston Smith, som har vært professor i religion og filosofi, fikk i 1976 utgitt den mer nyanserende boken Forgotten Truth: The Common Vision of the World’s Religions. Ken Wilber har i sine siste bøker utviklet et integralt rammeverk for en postmoderne kosmologi, der værenkjeden er en sentral kompo­nent. I diagrammet nedenfor presenteres én versjon av væren­kjeden, der teosofiens terminologi har blitt benyttet:

Hvert plan i værenkjeden har både en materiell komponent (underlagt visse lover) og en subjektiv komponent (sansning og tolkning av fenomener tilhørende dette planet). Hva vi oppfatter som nonlokalitet må ikke nødvendigvis være toppnivået i værenkjeden. Hva vi oppfatter som nonlokalitet trenger ikke å være annet enn nivået over det fysiske planet, eventuelt en generalisering av alle nivåene over det fysiske planet.

10) Newagernes kvantekvekking. Goswamis bok The self-aware universe (1993) ble en bestselger i newage-miljøet. Materialistisk orienterte akademikere stemplet imidlertid boken som pseudovitenskap, antagelig fordi de ikke likte forfatterens åndelige tolkninger av nonlokalitet. Goswami ga i 2000 ut oppfølgeren The visionary window: a quantum physicist’s guide to enlightenment. I første femtedel av boken repe­terer han stoffet fra sin forrige bok, for så å belyse fra sitt nye ”kvanteparadigme” emner som Big Bang-teorien, evolusjons­læren, reinkarnasjon, parapsykologi, mysti­kk og åndelige veier. Her trer han over terskelen til å bli en newage ”kvantekvekker”. En egen newage kvante­bølge oppsto hvor det var om gjøre å bruke ordleddet ”kvante” 3-4 ganger i hvert avsnitt sammen med ord som ”kropp”, ”natur” ”sinn”, ”sjel”, ”healing” ”holisme” og ”økologi”. Man tilhørte da eliten i det nye ”grense­sprengende kvanteparadigmet”. Det eneste disse forfatterne faktisk bedrev, var å kvekke ordet ”kvante” fra første til siste side, fra morgen til kveld.

Mesteren i å ri på alle newage-motebølger er naturligvis newage-guruen Deepak Chopra, som har utgitt bøker som Quantum Healing (1989) og Ageless Body, Timeless Mind: The Quantum Alternative to Growing Old (1993). I 1998 ble han tildelt den parodiske Ig Nobel Prize i fysikk for sin ”unike tolkning av kvantefysikk slik den kan relateres til livet, frihet og jakten på økonomisk lykke”. Her er et eksempel på hva Chopra kan vrenge ut av seg:

“Quantum healing is healing the bodymind from a quantum level. That means from a level which is not manifest at a sensory level. Our bodies ultimately are fields of information, intelligence and energy. Quantum healing involves a shift in the fields of energy information, so as to bring about a correction in an idea that has gone wrong. So quantum healing involves healing one mode of consciousness, mind, to bring about changes in another mode of consciousness, body.”

Deepak Chopra

I newage-dokumentarfilmen What the Bleep Do We Know!? (2004) blir Goswamis kvante­tolkninger presentert som kvantefysikkens konsensus-versjon, og filmen forener denne tolkning med ånds­vitenskapelige gode idéer som at bevisstheten er tilværelsens primære dimensjon og at det å visualisere og affirmere sine mål (på theta/alfa-nivå) har en objektiv virkning (Silva-metoden). Goswami selv slipper til med en rekke uttalelser i filmen. Man må beherske både kvantemekanikk og åndsvitenskap godt for ikke å bli fanget inn av den ulne sammenvevingen av vidt forskjellige idéer som hadde fortjent hver sin kritiske og nyanserte diskusjon.

Konklusjon: Fysikken har havnet i en blindgate

Min generelle konklusjon er at kvantemekanikken i perioden 1925-35 dogmatiserte en del feile tolkninger og komponenter, som langt på vei har bragt kvantemekanikken og fysikken generelt inn i en blindgate. En alternativ tolkning til Københavntolkningen er Ensemble Interpretation, som er en minimalistisk tolkning (Wiki-artikkel: Ensemble Interpretation). For kvantefysikerne kan det være nødvendig å gå flere skritt bakover, å undersøke på ny holdbarheten i mange av de dogmatiserte komponenter, før kvante­mekanikken kan gjøre reelle fremskritt. Rådet fra zetaene til kvantefysikerne er å la observa­sjoner og fakta være basisen for teorier, fremfor å massere fakta og data til de stemmer overens med skjøre teorier (ZetaTalk: Quantum Mechanics; Science).

Fysikkteoretikeren Lee Smolin kom i 2007 ut med den interessante boken The Trouble With Physics: The Rise of String Theory, The Fall of a Science, and What Comes Next. Smolins kritikk av strengteorien støtter artikkelens generelle konklusjon at fysikerne nå ikke lenger greier å skille mellom matematikkens og fysikkens domener, og at matematiske hypoteser har invadert fysikken og fått ufortjent høy status som vitenskapelige teorier. For en god anmeldelse av boken, se Erik Tunstads kronikk Fysikkens problem (Forskning.no, 15. august 2007).

Litteratur

* Nicolic, H. (version 2: 16. Apr 2007): Quantum mechanics: myths and facts.

* Afshar-eksperimentet. Shahriar Afshar utførte i 2001 og 2003 et optisk eksperiment hvis resultat han tolker dithen at Bohrs komplementaritets­prinsipp bør avvises. John G. Kramer har skrevet en forståelig og interes­sant kortartikkel herom, A Farewell to Copenhagen? (2004).

* Wiki-artikler: History of quantum mechanics; Quantum mechanics; Kvantemekanikk.

* Frontbilde av S. Geier: Spirograph, web-base.