|
Sciam.com: news, 14. April 2008. Den banebrydende fysiker John Wheeler dør, 96 år. Veteranen fra Manhattan projektet opfandt betegnelsen ”sort hul” og var medforfatter til standardteksten om Einsteins relativitetsteori
Redaktørens bemærkning: Igår morges døde den berømte fysiker John Archibald Wheeler af lungebetændelse. Han var en ikon skikkelse: veteran fra Manhattan Project, banebryder i eftersøgningen af en kvanteteori for gravitation og ophavsmand til så fremmanende betegnelser som ”sort hul.” De fleste fysikstuderende kender ham som medforfatter til standard lærebogen om Einsteins almene relativitetsteori – en stor bog, der trodser næsten enhver stærkt forenklet opfattelse af en lærebog, meget som Wheelers egen karriere trodsede næsten enhver generalisering. Han var streng, alligevel oplagt til leg, og han havde altid en fyndig, Zen-lignende formulering om dybe ideer og spørgsmål: ”den fra bit,” ”masse uden masse” og ”Hvorfor kvantet?” En usædvanlig tænker som ikke var bange for at spekulere, men som altid var omhyggelig med at identificere spekulationen som det, den var. Når han gjorde det, gav han plads til, at hans kolleger kunne udvide grænserne. Her er en profil af John Horgan, udgivet af Scientific American i 1991: PROFIL Spørgsmål om ”den fra Bit” Det er svært at følge med John Archibald Wheeler. Da vi forlader hans kontor på tredje sal på Princeton University for at få frokost vrager han elevatoren – ”Elevatorer er farlige for ens helbred,” erklærer han og stormer ned ad trapperne. Han krummer en arm indenfor trappegelænderet, svinger rundt på hver trappeafsats og lader centrifugalkraften hvirvle ham rundt om hårnålen og ned ad næste trappe. ”Vi holder konkurrencer for at se, hvem der kan tage trapperne hurtigst,” siger han over skulderen. Udenfor marcherer Wheeler, snarere end at gå, og svinger næverne hurtigt i takt med hans gang. Han holder kun pause, når han kommer til en dør. Uvægerligt ankommer han først og trækker den åben for mig med et ryk. Efter at være kommet igennem venter jeg et øjeblik ærbødigt – trods alt vil manden blive 80 år i juli – men et øjeblik efter er han forbi mig, valsende mod den næste døråbning. Metaforen forekommer så indlysende, at jeg næsten har mistanke om, at den er forsætlig. Wheeler, som er professor emeritus i fysik på Princeton og University of Texas at Austin, hvor han har samtidig ansættelse og tilbringer nogle få uger hvert år, har gjort en karriere ud af at suse foran andre forskere og slynge dørene åbne for dem. Han har hjulpet med at vinde accept – eller i det mindste opmærksomhed – for nogle af den moderne fysiks mest besynderlige ideer, fra sorte huller til teorier om mangfoldige universer. ”Han har denne mægtige evne til at se, hvad der er vigtigt før nogen andre og overtale andre om, at det er sådan,” siger David Deutsch, fysiker på University of Oxford. Wheeler er også berømt for udmøntninger, analogier og aforismer, både selvgjorte og i samarbejde. Blandt de talemåder han giver mig er, ”Hvis jeg ikke kan forestille mig det, kan jeg ikke forstå det” (Einstein); ”Unitarianisme [Wheelers officielle religion] er en fjerdyne til at fange faldne kristne” (Darwin); ”Løb aldrig efter en bus eller kvinde eller kosmologisk teori, for der kommer altid en anden om nogle få minutter” (en professor i fransk historie på Yale); og ”Hvis man ikke har fundet noget mærkeligt i løbet af dagen, har der ikke været meget ved den dag” (Wheeler). På det seneste har Wheeler virkelig tiltrukket sine kollegers opmærksomhed for noget mærkeligt. Det er et verdenssyn, der forener informationsteori, som søger at maksimere effektiviteten af datakommunikation og databehandling, med kvantemekanik. Som sædvanlig har Wheeler indpakket begrebet i en fængende talemåde: ”den fra bit.” Og som sædvanlig nyder han at være foran – eller i det mindste adskilt fra – mængden. ”Jeg håber ikke Du synes jeg ligner Daniel Boone for meget,” siger han polisk. ”Hver gang nogen kom indenfor en miles afstand af ham, flyttede han sig videre.” Wheeler kunne for længe siden være blevet afvist som morsom men tyndbenet, hvis han ikke havde så uangribelige akkreditiver. Som søn af to bibliotekarer ”der var interesserede i ideer, interesserede i verden, interesserede i eventyr” (og som klart udstyrede ham med en altædende appetit for læsning), kom han på Johns Hopkins University i en alder af 16 år og dukkede frem med en Ph.D. i fysik seks år senere. Derefter rejste han til København for at studere hos Niels Bohr, den mægtige danske fysiker, ”fordi han ser længere frem end noget andet levende menneske,” skrev Wheeler på sin ansøgning om stipendium. I 1939 udgav Bohr og Wheeler den første afhandling, der med succes forklarede kernespaltning ved hjælp af kvantefysik. Wheelers ekspertise i kernefysik førte til hans deltagelse i konstruktionen af atombomben unden Anden Verdenskrig og, i den kolde krigs tidlige år, brintbomben. Jeg havde hørt, at der under Wheelers snurrige adfærd lå en kerne af stål. Det er synligt, da jeg spørger om han har nogen betænkeligheder ved at have hjulpet med at skabe kernevåben. Mens hans øjne bliver smalle vedgår han, at ”mange af mine venner har gået rundt og givet, hvad jeg kalder ’scare-the-dope taler’ (skræm klovnerne, o.a.) og angret sådanne våben.” Men han fortryder intet. Kernevåben, insisterer han, reddede liv ved at afslutte Anden Verdenskrig hurtigt og derefter afskrække sovjetisk aggression. Da hans indblanding i brintbombeprojektet sluttede, dykkede Wheeler ned i studiet af relativitet og gravitation – det han kalder sin ”livslange kærlighed” – på Princeton. I 1966 foreslog han, at en lysende sky af gas, kendt som Krabbetågen, blev oplyst indefra af en hvirvlende kugle af faste neutroner skabt ved en stjernes implosion. Astronomer detekterede senere sådanne roterende neutronstjerner, eller pulsarer, både i Krabbetågen og andetsteds i Mælkevejen. Wheeler spekulerede også på, at stoffet endda kunne kollapse hinsides tilstanden med faste neutroner og blive så tæt at intet – ikke engang lys – kunne undslippe dets tyngdemæssige greb. Et sådant objekt blev først foreslået af J. Robert Oppenheimer og Hartland S. Snyder i 1939, men det var blevet forkastet som en teoretisk kuriositet og ikke som noget, der virkelig kunne eksistere. Wheeler erindrer at have diskuteret sådanne ”fuldstændigt kollapsede gravitationelle objekter” på en konference i 1967, da nogen blandt tilhørerne henkastet nævnte udtrykket ”sort hul.” Wheeler antog øjeblikkeligt vendingen for dens korthed og ”reklameværdi,” og den fængede. For det meste på grund af Wheelers proselytisering, spiller sorte huller nu en afgørende rolle i astrofysik og kosmologi. I 1950’erne blev Wheeler mere og mere fængslet af kvantefysikkens filosofiske betydninger. Ifølge kvanteteorien indtager en partikel som en elektron talrige positioner i rummet indtil vi observerer den, hvor den så brat ”kollapser” i en enkelt position. Wheeler var en af de første prominente fysikere, der seriøst foreslog, at virkeligheden måske ikke var et fuldstændigt fysisk fænomen. I en vis forstand, foreslog Wheeler, vokser virkeligheden ud af observationshandlingen og således selve bevidstheden; den er ”deltagermæssig.” Disse overvejelser hjalp med at inspirere til to af de mere mærkelige ideer i moderne fysik. I 1957 foreslog Hugh Everett III fra Princeton i en Ph.D. afhandling under Wheelers supervision mange verdener teorien. Skønt vi kun kan observere en partikel i en enkelt position, indtager den faktisk alle positioner, som kvanteteorien tillader den – i forskellige universer. Fire år senere indførte en anden Princeton fysiker, Robert H. Dicke, det antropiske princip. Det forsikrer, at universet er som det er, fordi hvis det ikke var, ville vi ikke være her til at observere det. Skønt mange fysikere var frastødte af sådanne ideer, fordi de ikke kunne afprøves og derfor var uvidenskabelige, anmodede Wheeler indtrængende om, at de blev taget alvorligt. På samme tid begyndte Wheeler at vende sine kollegers opmærksomhed mod nogle spændende ligheder mellem fysik og informationsteori, som først blev foreslået af Claude E. Shannon fra Bell Laboratories i 1948. Ligesom fysik bygger på en elementær, udelelig entitet, der afhænger af observationshandlingen – nemlig kvantet – så gør informationsteorien det også. Dens ”kvant” er den binære enhed, eller bit, som er et budskab, der repræsenterer et af to valg: plat eller krone, ja eller nej, 0 eller 1. Desuden gav informationsteori en ny måde at betragte entropi på. Entropi er et af de vigtigste og forvirrende begreber i fysik. Entropi defineres som et systems uorden, eller tilfældighed, eller ”blandethed,” som en fysiker har kaldt det. Shannon havde foreslået, at informationen i et givet system – totalsummen af alle dets mulige budskaber –er en funktion af dets entropi, når den ene vokser, så gør den anden også. Wheeler påpegede, at entropi, som en kvantebegivenhed, således er bundet til observatørens sindstilstand. Et systems potentielle information er proportionalt med ens uvidenhed, og det er systemets entropi derfor også. Wheeler var ikke den eneste forsker, der erkendte disse forbindelser, ”men han var sandsynligvis den første der erkendte de potentielle betydninger for den fundamentale fysik,” siger fysikeren Woiciech H. Zurek fra Los Alamos National Laboratory. I de tidlige 1970’ere bar Wheelers spekulation håndgribelig frugt, da endnu en anden af hans studerende, Jacob Bekenstein, beskrev et sort hul ved hjælp af informationsteori. Overfladearealet af et sort huls ”begivenhedshorisont;” viste Bekenstein, er lig med dets termodynamiske entropi, som igen er lig med den information, som det sorte hul har konsumeret. Ansporet af denne og andre opdagelser er en endnu større gruppe forskere – inkluderende computerforskere, astronomer, matematikere og biologer såvel som fysikere –passeret gennem de døre, der blev slynget åbne af Wheeler. I foråret 1989 samledes et antal af dem på Santa Fe Institute i New Mexico for at opdatere hinanden om deres fremskridt. Mødets forhandlinger blev udgivet i 1990 som Complexity, Entropy and the Physics of Information. Bogens indledende kapitel er baseret på Wheelers tale ved mødet og det er ”årgangs-Wheeler.” I løbet af 16 sider citerer han 175 kilder, inkluderende den græske digter Parmenides, Shakespeare, Leibnitz, Einstein og graffiti i herretoilettet i Pecan Street Cafe i Austin, Texas, som erklærer: ”Tid er naturens måde at undgå, at alting sker samtidigt.” Wheeler bruger også en del tid på at fastslå, hvad virkelighed ikke er: Den er ikke en ”gigantisk maskine, behersket af nogensomhelst forudetableret kontinuerlig fysisk lov”; på dens mest fundamentale niveau savner den endda dimensioner, som rum og tid. Hvad er virkelighed så? Wheeler besvarer sit eget spørgsmål med det koanlignende udtryk ”den fra bit.” Wheeler forklarer udtrykket som følger: ”Hver ’den’ – hver partikel, hvert kraftfelt, endda selve rumtidskontinuet – udleder sin funktion, sin betydning, hele sin eksistens – i nogen sammenhænge indirekte – fra de svar, der er blevet bragt for dagen af apparater, på ja-eller-nej spørgsmål, binære valg, bits.” Idet han bygger videre på sin ide fremkalder Wheeler det, han kalder ”overraskelses” versionen af den gamle leg, 20 spørgsmål til professoren. I legens normale version tænker person A på en genstand – dyr, vegetabilsk eller mineral – og person B prøver at gætte den med en serie ja-eller-nej spørgsmål. I overraskelsesversionen af 20 spørgsmål beslutter A først hvad genstanden er efter B stiller det første spørgsmål. A kan så fortsætte med at vælge en ny genstand, så længe den er kompatibel med hans tidligere svar. På samme måde, foreslår Wheeler, defineres virkeligheden af de spørgsmål, vi stiller den. Hvordan reagerer andre forskere på sådanne forslag? Zurek, som organiserede mødet i Santa Fe og redigerede forhandlingsprotokollen, kalder Wheelers stil for ”profetisk, den viser vej, snarere end den relaterer til det, der allerede er blevet gjort.” Wheeler erkender, at hele feltets ideer stadig er rå, ikke endnu klar til streng afprøvning. Han og hans medforskere ”prøver stadig at få overblik over landskabet” og lære at tale i informationsteoriens sprog. Wheeler siger, at indsatsen måske kan føre til et magtfuldt nyt syn på ”hele showet” eller til en blindgyde. ”Jeg kan godt lide Bohrs udtryk: ’Man må være forberedt på en overraskelse, en meget stor overraskelse.’” En anden yndlings-wheelerisme er ”man kan kun lære ved at undervise.” Wheeler har været supervisor for omkring 50 Ph.D.er i fysik i løbet af sin karriere, et ”enormt antal,” ifølge Jeremy Bernstein, fysiker og videnskabsskribent. Wheelers mest berømte studerende var afdøde Richard P. Feinman, som modtog en Nobelpris i 1965 for sit arbejde på kvanteelektrodynamik. Teknisk kan Wheeler ikke længere undervise. ”Hvis du kender en skole, der lader sine professorer undervise efter de når 70,” siger han, ”så sig til.” Men selvfølgelig kan Wheeler hverken holde op med at undervise eller at lære. Under mit besøg løber vi ind i en ung fysiker, som briefer os om sin nye kosmologiske teori, der hævder, at universet er gennemhullet af knudelignende rumlige ”defekter.” ”Jeg kan ikke tro, at rummet er så smulet,” erklærer Wheeler. Da han bemærker fysikerens noget brystfaldne udtryk, berører Wheeler hans arm og siger: ”At hade er at studere, at studere er at forstå, at forstå er at påskønne, at påskønne er at elske. Så måske ender jeg med at elske Deres teori.” Smilet vender tilbage på den unge mands ansigt og Wheeler marcherer videre.
Fra sciam.com Forsinket-valg eksperimenter og Bohr-Einstein dialogen Enkle regler for en kompleks kvanteverden Information i det holografiske univers
|
