første, der fremsatte en egentlig moderne teori om atomerne, var den britiske kemiker John Dalton (1766-1844). Stillet over for udfaldet af en række eksperimentelle undersøgelser af luftarter konkluderede han, at grundstofferne består af bittesmå partikler, atomer, som ikke kan skabes, deles eller ødelægges under den kemiske proces. Hvert grundstof består af de samme atomer, forskellige grundstoffer består af forskellige atomer, som kan skelnes fra hinanden ved deres relative vægt. Atomerne i hvert grundstof kan sammensættes med atomerne i andre grundstoffer og skabe kemiske forbindelser. Så hvad der forandres under en kemisk reaktion, er atomernes sammensætning.
Nu er det så tid til at vende tilbage til Lucrets’ hypotese. For i 1827 så den engelske botaniker Robert Brown i et mikroskop, at små pollenkorn opslæmmet i vand bevægede sig slingrende og usikkert fra side til side – uberegneligt og tilfældigt som en fuld mand, der vakler hen ad fortovet. Akkurat som vi andre har oplevet støvgranets dans. Siden fik fænomenet navnet den brownske bevægelse. Men det var først i 1877, at J. Desaulx foreslog, at denne bevægelse fremkom ved, at vandets molekyler i deres termiske bevægelse skubbede til pollenkornene. På den baggrund gav Albert Einstein i 1905 en matematisk analyse af bevægelsen. Og derefter udførte Jean Baptiste Perrin (1870-1942) en række undersøgelser for at teste Einsteins forudsigelser, og han var derigennem i stand til at bestemme atomers masse og dimensioner. Daltons teori var blevet bekræftet. Lucrets havde ret.
Stolen, jeg i øjeblikket sidder på for at skrive på denne bog, består af et sæde, ryglæn og fire ben. Massivt træ og hamp. Den har form og farve, jeg kan se den – og mærke den, når jeg har siddet for længe. Den kan være dyr eller billig, ny eller gammel, snedkereret eller fabrikslavet. Det er en ting, jeg kan have købt eller arvet, noget jeg kan save i og brænde, og ellers gøre med den, stort set hvad jeg vil.
Men der findes også en anden stol. Den videnskabelige stol. Den består populært sagt mest af tomrum. Ikke spor massiv. Den mangler soliditet som alt fra støv og stole til sirup og snegle. Sammen med alle øvrige ting består stolen af tomrum og samlinger af atomer. Atomerne består af små kerner af protoner og neutroner, små positivt ladede og neutrale partikler, der holdes sammen af særlige kræfter. Rundt om dem kredser endnu mindre partikler: De negativt ladede elektroner. Mellem kernen og elektronerne findes ingenting. Tilsyneladende blot tomrum. Afstanden i stor skala svarer til afstanden mellem en appelsin og et knappenålshoved 10 km væk. Alligevel holder stolen til mine mange kilo. Hvorfor og hvordan? Det hjælper atomteori og kvantemekanik os til at forstå. Videnskaben fortæller os nemlig, at tomrummet ikke er spor tomt, men består af forskellige slags felter. Bemærkelsesværdigt er det, at de elektriske og magnetiske felter, vi uhindret går igennem til daglig, er så stærke på kort afstand, at de sammen med kvantefelterne kan forhindre, at vi bliver et med stolen.
Kvantemekanikken er nok den mest succesrige teori i videnskabens historie. Den sætter fysikere, kemikere og teknikere i stand til at forudsige udfaldet af en stor mængde forsøg og eksperimenter, den hjælper dem til at skabe nye materialer og avanceret elektronisk teknologi. Den kan bruges til at forklare, hvordan Solen omdanner brint til helium og dermed skaber lys og varme. Den kan bruges til at forstå de fysiske processer i Jordens indre, der får jordskorpen til at bevæge sig, og den kan bruges til at beskrive, hvordan kemiske stoffer reagerer med hinanden, og en masse andre ting. Der er næsten ikke grænser for den indsigt i naturen, som teorien har givet os.
Selvom det var lykkedes for Einstein at beskrive den brownske bevægelse matematisk, skulle det ret hurtigt vise sig, at atomerne var så fremmedartede, at fysikerne ikke kunne anvende de samme teorier til at forklare dem med som de teorier, de brugte til at redegøre for den del af den fysiske verden, som vi kan se og føle på. Tyve år efter Einsteins beskrivelse måtte fysikerne sande, at atomteorien og kvantemekanikken bryder med de grundlæggende principper, som den klassiske fysik hviler på, og hvis opretholdelse mange af dem mente var nødvendig for en objektiv og realistisk forståelse af verden. Einstein hørte til blandt dem, der var stærkt utilfreds med tingenes tilstand. Han mente, at det var fysikkens mål at beskrive verden på en måde, så den fremstod forudsigelig og regelmæssig, som vi kender den fra den klassiske fysik – og ikke tilfældig og uforudsigelig, som kvantemekanikken havde det. “Gud spiller ikke med terninger”, lød et af hans guldkorn.
Fra barnsben af er vi alle blevet indpodet stærke erfaringer om, at den fysiske verden eksisterer, ganske uanset om den bliver iagttaget eller overhovedet ikke kan ses. Når vi faldt på cyklen, mærkede vi, at asfalten svarede hårdt igen, og vi lærte, at når bamsen blev gemt bag puden, var den der, selvom vi ikke længere kunne se den. Det fik os overbevist om, at verden er der, selvom vi ikke er der. Tingene har nemlig egenskaber, som ikke er bestemt af, om vi kan se dem eller ej. Vi mener, at Månen er der, selvom vi ikke ser den, og at den har bjerge på bagsiden, selv hvis vi aldrig havde været i stand til at fotografere dem. Denne erfaring ligger ikke alene til grund for vor omgang med hinanden og naturen, men har også ligget bag næsten al videnskabelig forskning.
Videnskabens mål har for mange været at formulere sande teorier, der hjælper os til at beskrive og forstå verden objektivt, dvs. sådan som den virkelig er uforstyrret af menneskers personlige værdier, følelser og interesser. Møjsommeligt er det siden renæssancen lykkedes os at få skabt et billede af den fysiske verden, hvor alting er opbygget af atomer og kræfter, der virker mellem atomerne. Med til forståelsen hører selvfølgelig, at atomerne og deres egenskaber eksisterer uafhængigt af os, og at den stabilitet, der hersker omkring os, udspringer af de lovmæssigheder, der hersker i naturen og mellem atomerne. Men formuleringen af kvantemekanikken i begyndelsen af forrige århundrede satte kraftigt spørgsmål ved hele den realistiske synsmåde.
Siden kvantemekanikken fik sin matematiske formulering og sin første fysiske fortolkning i midten og slutningen af 1920’erne, har mange betydelige fysikere og filosoffer set på teorien med dyb skepsis. Dette beror ikke mindst på, at teorien i hele sin dannelse og oprindelige tolkning byggede på en umiddelbar magtesløshed i forståelsen af den atomare verden, som ikke kendes fra andre fysiske teorier.
På den ene side stod man med en teori, der øjensynlig var mere succesrig i sine beregninger og forudsigelser end nogen anden videnskabelig teori – en teori, der selv i dag er helt uden kendte empiriske anomalier. På den anden side syntes beregningerne og forudsigelserne at stride mod grundliggende fysiske principper, som oprindeligt lå til grund for en objektiv forståelse af de fysiske fænomener. Og selvom der er gået mange år siden da, er det stadig en teori, der udfordrer vores almene forestillinger om, hvad ting er, hvad de kan, og hvordan de opfører sig. Den har sat grå hår i hovedet på mange fysikere og filosoffer, der har forsøgt at forstå, hvad teorien fortæller os om naturen. Teorien beskriver en verden så fremmedartet og paradoksal, at det er svært at finde hoved og hale i, hvad der er virkeligt, og hvad der er uvirkeligt. Et vittigt hoved – måske fysikeren Richard Feynman – har engang sagt om den gængse fortolkning af kvantemekanikken, at den indbød til, at man skulle “shut up and calculate”. For teorien strider ikke blot mod den sunde fornuft, den strider også mod fundamentale principper bag den klassiske fysik. Mens den klassiske fysik tager udgangspunkt i dagligdagens erfaringsverden – og det vi kan sige alment om verden ud fra det, vi kan iagttage med det blotte øje – så opstår kvantemekanikken, fordi eksperimenterne tilsiger, at man skal bryde med disse erfaringer. Kvantemekanikken tager nemlig udgangspunkt i den observation, at vi ikke blot kan vedblive at opdele energi og stråling i mindre og mindre portioner. Atomteorien må således suppleres med en teori, hvor disse mindste partikler også har en mindste virkning. Det blev til kvantemekanikken.
Det var denne åbenbare modstrid mellem den klassiske mekanik og kvantemekanikken, som Niels Bohr (1885-1962) og Werner Heisenberg (1901-1976) søgte at løse med, hvad der af eftertiden er blevet kaldt for københavnerfortolkningen af kvantemekanikken. Deres tolkning blev ret hurtigt knæsat som den ortodokse tolkning. Flere generationer af fysikere har henholdt sig til denne tolkning som en udlægning, der reflekterede deres daglige og praktiske arbejde med kvantefænomenerne.
For de filosofiske realister blandt
