Här begravs kvantfysikens katt

Det kom en pressinbjudan till redaktionen – till en pseudodisputation på Alma Löv-museet i hjärtat av Värmland, om kvantfysik. Efteråt annonserades en performance där Schrödingers katt skulle begravas, tillsammans med idén om parallella världar plus en tärning – symbolen för slumpens roll i fysikens bild av verkligheten.

Var det ett skämt?

Bengt Gustafsson, professor i astrofysik vid Uppsala universitet, övertygade mig om att det inte var något skämt. Tvärtom – det skulle bli ett djupt och unikt evenemang. Hela disputationen skulle gå till enligt konstens alla regler, och själv satt han i betygsnämnden.

Disputanden, Karl-Erik Eriksson, är professor emeritus i teoretisk fysik och känd för sitt engagemang i miljö- och framtidsfrågor. Han är upphovsman till Sveriges första institution för fysisk resursteori vid Chalmers tekniska högskola, samt medlem i Pugwash, en Nobelprisad organisation av forskare för fred och mot kärnvapen. Dessutom är han byhövding i byn Edumafa i Ghana.

Nu har Karl-Erik Eriksson återkommit till de olösta grundbegreppen inom kvantfysiken. Med hjälp av kvantelektrodynamiken, som är ett av de främsta verktygen inom teorin för elementarpartiklarna, försöker han lösa kvantfysikens svåraste gåtor. Matematiken är mycket avancerad och invecklad, men Karl-Erik Eriksson tyckte sig ha kommit en bit på vägen och fick sin artikel publicerad i en vetenskaplig tidskrift. Responsen uteblev dock helt.

”Håll käften och fortsätt räkna!” Det är den amerikanske fysikern N. David Mermins ord, och de verkar vara det vanligaste sättet att förhålla sig till kvantfysikens grundläggande frågor. För även om man inte riktigt förstår de kvantfysikaliska mysterierna, så fungerar de ju till vardags – all vår elektronik bygger på kvantfysiken. Men varför? Vad är det som händer djupt inne i materiens dolda vrår?

En av kvantfysikens gåtor kallas mätproblemet. Det har gett huvudvärk inte bara hos flera generationer forskare, inklusive Albert Einstein, utan också inspirerat konsten, litteraturen och filosofin till att tänka annorlunda om verklighetens innersta mekanismer.

– Vi förstår väl vad som händer med ett kvantsystem när vi inte lägger oss i. Men vi är inte överens om vad som försiggår så fort någon vill observera det, säger Karl-Erik Eriksson.

För vad händer när någon ska göra mätningar på ett kvantsystem? Ett sådant system beskrivs av Schrödingers ekvation, som handlar om en fördelning av sannolikheter för vad som kan hända med systemet. Innan en mätning görs befinner sig systemet alltså i flera tillstånd samtidigt, överlagrade på varandra – superposition brukar det kallas.

Man kan aldrig förutsäga utfallet av en mätning. Det enda som går att uppskatta är som sagt sannolikheten för det ena eller det andra utfallet. Först när någon faktiskt utför mätningen bestämmer sig systemet för ett visst resultat – vågfunktionen kollapsar, kallas det. På något besynnerligt sätt är observatören och det observerade sammanbundna med varandra.

– Jag förstod att för fysikerna är mätproblemet en svag punkt. Där råder snarare emotioner än rationell analys, konstaterar Karl-Erik Eriksson. Däremot är jag inte förvånad över att få forskare ger sig i kast med att lösa problemet, för det är oerhört svårt.

Erwin Schrödinger, den österrikiske fysikern och Nobelpristagaren som var en av grundarna av kvantteorin, var inte heller förtjust i den bild som kvantfysiken gav av verkligheten. För att visa hur absurt det kan bli när kvantfysikens principer översätts till vår vardag tänkte sig Schrödinger en katt instängd i en låda. Där finns också en giftampull, en radioaktiv atomkärna och en anordning som gör att om atomkärnan sönderfaller så slår den hål på giftampullen och katten dör. Det radioaktiva ämnet beskrivs dock av kvantfysikens tvetydighet, och innan någon tittar in lådan har det både sönderfallit och inte. Då är giftampullen både trasig och hel – och katten är i superposition, det vill säga både död och levande.

Det är en minst sagt ganska otillfredsställande situation som fysiken har brottats med i nästan hundra år nu. Olika utvägar har föreslagits, men ingen ger en entydig lösning.

– Den mest utbredda är den så kallade Köpenhamnstolkningen, som Nobelpristagaren Niels Bohr förde fram, säger den vetenskaplige opponenten vid disputationen, Erik Sjöqvist, professor i kvantinformationsteori vid Uppsala universitet.

Enligt Köpenhamnstolkningen finns det en skillnad mellan kattens makroskopiska klassiska värld och den sönderfallande atomens kvantvärld. Katten befinner i ett stabilt tillstånd, den är faktiskt antingen död eller levande, även innan vi tittar efter. Atomens tillstånd däremot är en sannolikhetsfunktion som uppdateras beroende på om vi finner att katten är död eller levande.

– En av poängerna med Köpenhamnstolkningen är att den inte försöker säga något utanför erfarenheten, säger Erik Sjöqvist. Frågan om en konkret verklighet bakom mätresultaten är med andra ord meningslös och inte en uppgift för fysiken att uttala sig om. I den meningen skulle man kunna säga att Köpenhamns­tolkningen förmedlar en genuint antirealistisk syn på världen.

– Bohrs värld var inkomplett och mystisk, men han var tillfreds med naturens nyckfullhet som ingen kunde förstå i detalj, utan bara statistiskt, säger Karl-Erik Eriksson.

Det finns andra än mer fantasifulla tolkningar. Som den om parallella världar, fysikern Hugh Everetts berömda idé från 1957. Hans tolkning av superpositionen är att alla de sannolika resultaten kommer att falla ut, fast i olika världar, och bara ett av dem hos oss. Allt som kan hända, händer, konstaterade fysikern Bryce­ DeWitt, som på 1970-talet utvidgade Everetts idéer, även om han själv var rätt missnöjd med resultatet. Det är ändå svårt att greppa, konstaterade han, att tänka sig 10100 inte helt perfekta kopior av sig själv som konstant splittras i ytterligare kopior, tills de slutligen blir oigenkännbara. Detta går inte att greppa med sunt förnuft. Inget är heller sagt om hur vi kan få kunskap om de parallella världarna.

– Jag minns väl när jag läste Everetts artikel 1959 på biblioteket i Cern, det europeiska centret för partikelfysik i Genève. Jag tyckte att det var en skojig idé. Men jag trodde ju aldrig att den någonsin skulle tas på allvar och komma in i fysikernas föreställningsvärld.

Ett annat förslag på lösning av mätproblemet tar till dolda variabler. Med det menas att det finns för oss ännu okända storheter som avgör resultatet. Ett tredje sätt att närma sig kvantfysikens gåtfulla problem är att försöka hitta en teori som är bredare, och visa att kvantfysiken bara är ett specialfall av denna teori.

Karl-Erik Erikssons övertygelse är att det mesta som blivit sagt bara är metafysik. Ett svar på paradoxen borde i stället kunna hittas inom kvantfysikens ramar. Ingen har dock kommit på vad det skulle vara, även om han själv tycker sig vara svaret på spåren.

Bristen på respons från forskarsamhället riktade in hans uppmärksamhet mot andra sätt att gå till väga än de som är etablerade inom akademin. Som den konstutställning som han anordnade för några år sedan.

– Det var ju bara en tokig idé att fråga Mark Broos om att få ställa ut på hans Alma Löv-museum. Men det visade sig göra gott på flera sätt. Man blir ju själv påverkad av att behöva förklara saker på ett nytt sätt, när man måste lämna konventionerna.

”Med en utställning om kvantfysiken skrev Karl-Erik Eriksson in sig i en numera lång tradition av den så kallade konceptuella konsten”, sade Elin Wikström, konstnär och rektor vid Konstskolan i Göteborg, som var den konstnärliga opponenten på disputationen.

Även om själva termen konceptkonst började användas i konstnärskretsar så sent som på 1960-talet så kan själva idén härledas tillbaka till en mycket konkret händelse år 1917. Då försökte den franske konstnären Marcel Duchamp få ställa ut sitt verk, Fontänen, som var en helt vanlig urinoar, på en konstutställning i New York. Det blev refuserat.

”Efter Duchamp förändrades konstens natur från att syssla bara med språk och form till frågan om funktion”, sade Elin Wikström i sitt inledande anförande. ”Konceptkonsten utvecklades vidare till än mer gränsöverskridande konstart – performancekonsten.”

Under det gångna seklet övergav många konstnärer traditionell konst, som skulptur och måleri, och gick över till att utforska idéer och innehåll med delvis andra medel. Naturvetenskapen inspirerade många. Kvantfysikens komplementaritet, där det inte går att säga något detaljerat och slutgiltigt om ett objekt, utan att samtidigt påverka det, väckte långt vidare intresse än hos forskarna själva. Ovissheten och publikens roll i processen blev viktiga element inom konsten.

”Beroende på kunskaper i matematik, fysik och konst, kommer Karl-Eriks installation att göra åskådaren mer eller mindre förvirrad”, sade Elin Wikström. ”Fast varför måste det nödvändigtvis vara negativt att konfronteras med sin egen okunskap? För kommunikationen kan svårigheterna snarare utgöra en bärare än en barriär. Det för tankarna vidare till andra ämnen och frågor som kanske inte är mer begripliga, men åtminstone mer välbekanta. Vad är konstens roll? På vilket sätt bidrar konst och vetenskap till vår världsbild?”

Elin Wikström jämförde med Alice i Underlandet. Alice är med om så mycket obegripligt att hon börjar undra om det i själva verket bara är några få saker i världen som är omöjliga.

”Detsamma har inträffat för fysikerna – det är frestande att gå över i metafysik”, sade Elin Wikström. ”Schrödingerkatten har blivit en tung börda under konstant hot.”

Och därmed blev det dags att gå över till själva begravningsceremonin.

”Om vi fysiker gör vårt jobb rätt så behövs det ingen halvt död och halvt levande katt. Inte några parallella världar och ingen slump heller”, sade Karl-Erik Eriksson.

De uttjänta idéerna begravdes enligt en tradition från Ghana där kistorna är utformade så att de anknyter till de dödas liv. Trumslagaren Nana Akoto Bruce spelade, vilket han ofta gör också i Ghana, när han inte undervisar på universitetet i Cape Coast.

Det blev en vacker begravning, fast det var synd om katten, det enda djuret i fysiken som vi nu förlorat, kommenterade Bengt Gustafsson.

Men, möjligen är det en tröst att katten har nio liv …