En långsamt flytande flod i oss

Kvantmekaniken är ett chockerande avsteg från vår klassiska, bekväma världsbild baserad på sunt förnuft. Den är mer förbryllande och förvirrande än någonting som science fiction-författare kunnat hitta på. Och ändå är det utan tvekan den korrekta beskrivningen av det universum som vi bor i…”[1] – David Tong

Det finns inga partiklar

Sedan början av 1900-talet har vetenskapen känt till att allt i universum är uppbyggt av så kallade kvantfält. Det som vi kallar ”partiklar” är egentligen små knippen av energi, eller krusningar, vibrationer, i dessa fält. Den brittiske fysikern David Tong berättar:

"Faktum är att våra bästa fysiska teorier över huvud taget inte bygger på partiklar. Våra bästa teorier säger oss att naturens grundläggande byggstenar inte är partiklar, utan något mycket dunklare och mer abstrakt. Naturens grundläggande byggstenar är vätskeliknande substanser som är utspridda i hela universum och som krusar sig på märkliga och intressanta sätt. […] Vi kallar dem fält."[2]

Den amerikanske astrofysikern Ethan R. Siegel skriver:

"Till och med partiklarna själva, som elektroner, är bara energitillstånd i ett kvantfält. Som vi förstår det så är varje partikel i universum en krusning, eller en excitation, eller ett energipaket, i det underliggande kvantfältet. Det gäller för kvarkar, gluoner, higgsbosonen och alla andra partiklar i standardmodellen.[3]

Allt som vi är uppbyggda av är ”bara energitillstånd i ett kvantfält”. Inom oss bubblar och kokar det av energi! (Även om det inte alltid känns så en måndagsmorgon…) Men vad är egentligen ett fält? Det första jag kommer att tänka på är ett sädesfält eller kanske en äng. I naturen är ett fält en stor yta där någonting växer. All växtlighet på den ytan har en viss storlek – eller så kan den vara nyskördad och nyplöjd, så att där inte växer någonting alls. Ett fält fullt av vete kan se alldeles jämnt ut, medan en ängsmark ofta har lite mer blandad växtlighet, kanske till och med någon buske som sticker upp här och där.

På samma sätt är det med de fält som bygger upp vårt universum. Fälten fyller upp hela ”ytan”, eller hela vår rymd, och kan ha olika värden på olika platser. Nivån av energi i en viss punkt i ett fält kan vara noll, eller så kan där finnas större eller mindre mängder av energi. Denna energi kan också röra sig som små ”paket” av vågor genom fältet. Det är dessa universella fält, och energin i dem, som bygger upp hela vår värld. David Tong berättar:

"Varje partikel i din kropp – ja, varje partikel i hela universum – är en pytteliten krusning i ett grundläggande fält. Den formas till en partikel av kvantmekanikens maskineri.”[4]

En långsamt flytande flod inom oss

Till för inte så länge sedan trodde jag att vi människor och allting runt omkring oss består av partiklar (atomer, som i sin tur består av protoner, neutroner och elektroner). Jag hade ingen aning om att det vi kallar "partiklar" egentligen är vågrörelser i ett begränsat antal kvantfält som fyller hela universum. Jag hade aldrig hört talas om universums icke-lokalitet, om kvantsammanflätning eller om naturens obestämbarhet. Och nu plötsligt öppnades en helt ny värld upp för mig! Fundera bara på den här beskrivningen av oss människor, av vårt inre:

Vi människor är uppbyggda av molekyler, som i sin tur består av ett begränsat antal typer av atomer. Dessa atomer består av protoner, neutroner och elektroner, men protonerna och neutronerna är i sin tur uppbyggda av upp- och nerkvarkar samt gluoner. Dessa kvarkar och gluoner är tillsammans med elektronerna de grundläggande byggstenarna i oss och i vår natur, men de är inte partiklar i den betydelsen som vi normalt sett tänker. De är i stället ofattbart små knippen av energi, krusningar i ett antal olika universella kvantfält, som rör sig i vårt inre med näst intill ljusets hastighet.

Det här är en fantastisk beskrivning av vårt inre, men den är inte helt färdig ännu. Nu kommer ytterligare en märklig egenskap hos de allra minsta byggstenarna i oss och i vår natur. Den amerikanske fysikern och nobelpristagaren Frank Wilczek berättar att inte ens kvarkarna och gluonerna i våra protoner och neutroner alltid ser likadana ut, utan de förändras ständigt i vårt inre. Han skriver:

"Där inne finns kvarkar och gluoner, som också rör sig nära ljusets hastighet. De delar på protonens totala energi […]. Om man tittar med högre upplösning, upptäcker man fler detaljer. Till exempel kan man upptäcka att det som verkade vara en kvark förvandlas till en kvark och en gluon, eller att en gluon omvandlas till en kvark och en antikvark."[5]

Wilczek berättar att protonens inre är en dynamisk plats, där saker och ting hela tiden förändras och rör sig. Ändå uppträder alla protoner i hela universum på exakt samma sätt. Hur kan det vara möjligt, om protonerna hela tiden förändras? Wilczek förklarar det med ett exempel. Som en illustration kallar han några av protonens grundläggande inre tillstånd för tillstånden A, B och C. Dessa tillstånd är i ständig förändring, men medan tillståndet A gradvis har utvecklats till B, har C samtidigt utvecklats till A. Så även om varje individuell möjlighet hela tiden utvecklas, är den totala fördelningen av möjligheter fortfarande densamma. Samma fördelning gäller för alla protoner, och därför är de likadana i hela universum. Wilczek skriver:

”Det är som en långsamt flytande flod, som alltid ser likadan ut trots att varje droppe i den är i rörelse.”[6]

David Tong lyfter fram att kvantfältens universella utbredning innebär att en partikel alltid ser exakt likadan ut var den än skapas i universum. Han berättar att protoner som kommer till oss från en supernova åtta miljarder ljusår från jorden, ser exakt likadana ut som de vi kan nyskapa i partikelacceleratorer på jorden idag. Om protoner vore fasta partiklar borde det kunna bli lite variationer när de skapas. Men om de uppstår som energikvanta i ett universellt fält (i protonens fall är det kvarkfältet som är ursprunget), med exakt samma egenskaper i hela universum, så kan det förklara hur de små energiknippena kan bli exakt likadana var och när de än skapas.[7]

Tänk att varje liten beståndsdel i mig rör sig med nästintill ljusets hastighet, och dessutom hela tiden förändras som en långsamt flytande flod! Wilczek förklarar att alla förändringarna i en protons (och andra sammansatta partiklars) inre beror på kvantmekanikens obestämbarhet. Om man tar flera ögonblicksbilder av en protons inre, under exakt samma förutsättningar, får man ändå olika resultat varje gång. Det enda man kan göra är att förutsäga vilken sannolikhet ett visst utfall har.[8] Och denna ständiga förändring gäller inte bara oss, utan hela universum. Wilczek skriver:

”Enskilda virtuella partiklar kommer och går, men tillsammans förvandlar de det som vi kallar tomma rymden till ett dynamiskt medium.”[9]

Den amerikanske fysikern Art Hobson berättar:

"Dessa processer uppstår spontant eftersom universum är gjort av energi, eftersom energi slumpmässigt kan anta en mängd former, och eftersom massa och energi är likvärdiga. Verkligheten består av en uppsättning fält som fyller rymden, med krusningar av kvanta, och med energi som, liksom vinden sätter en sjö i rörelse, ger upphov till möjligheten för förändring, förstörelse, och skapelse."[10]

Vem kunde föreställa sig att naturen var så obestämbar och dynamisk? Det är inte bara en partikels läge och moment som är omöjliga att fastställa – till och med en partikels tillstånd och innehåll är obestämbart. Och allt detta förändras och ”bubblar” under ytan, till och med i vakuum som vi anser vara ”tomt”. Vilken ”soppa”! Det här är en helt annan bild än den jag tidigare hade av små ”gråa”, fasta, eviga ”partiklar” inom mig och i universum.

Den här insikten har varit omtumlande för mig, men den har samtidigt gjort det mycket lättare att tro på Gud. I en värld där partiklar kan dyka upp på andra sidan av en vägg, eller där partiklar (eller ett helt universum för den delen) kan dyka upp ur ”tomma intet” men ändå inte ta någon plats, eller där partiklar består av energi och kan förändras med tiden – där är det lätt att se hur Gud skulle kunna ingripa och förändra saker i vår fysiska tillvaro. Man skulle kunna uttrycka det som att den som kontrollerar kvantfälten kontrollerar vår tillvaro och vårt universum.

Upp

[1] Tong, David. Quantum mechanics, introduction. University of Cambridge, 2021. Läst januari 2022. http://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/quantum.html

[2] Tong, David. ”Quantum Fields: The Real Building Blocks of the Universe”. The Royal Institution, YouTube februari 2017. Sett december 2021. Översatt från engelskan av mig. https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg&t=1169s

[3] Siegel, Ethan. ”Ask Ethan: Are Quantum Fields Real?” Forbes, november 2018. Läst januari 2022. https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/11/17/ask-ethan-are-quantum-fields-real/?sh=1937b6e9777a

[4] Tong, David. ”What is Quantum Field Theory?” University of Cambridge. Läst januari 2022. Översatt från engelskan av mig. https://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/whatisqft.html

[5] Wilczek, Frank. The Lightness of Being: Mass, Ether, and the Unification of Forces. Basic Books, New York 2019. Kindle Edition. Sid 42-43. Översatt från engelskan av mig.

[6] Ibid. Sid 43. Översatt från engelskan av mig.

[7] Tong, David. Quantum Field Theory. University of Cambridge, 2006.

[8] Wilczek, Frank. The Lightness of Being: Mass, Ether, and the Unification of Forces. Basic Books, New York 2019. Kindle Edition. Sid 41.

[9] Ibid. Sid 47. Översatt från engelskan av mig.

[10] Hobson, Art. Tales of the Quantum. Oxford University Press, New York 2017. Kindle Edition. Sid 91. Översatt från engelskan av mig.

Page updated

Google Sites

Report abuse