Weird Webzine Fantastik och verklighet

Naturvetenskapens genombrott:
En historia om atomer
och ateism

Av Rickard Berghorn

 

 

Det var inte bara den speciella relativitetsteorin som Albert Einstein lanserade 1905, med två uppsatser i den tyskspråkiga tidskriften Annalen der Physik. Samma år och i samma tidskrift publicerade han ytterligare två banbrytande uppsatser. Den ena behandlade den fotoelektriska effekten och visade att ett grundläggande problem inom dåtidens fysik kunde lösas om man förutsatte att ljus består av element som är både partiklar och vågor, beroende på hur man väljer att mäta dem. Detta gav Einstein Nobelpriset 1921 och blev startskottet för kvantmekaniken. Einstein skulle själv efterhand bli en av de största kritikerna mot hur kvantmekaniken utvecklades och tolkades, men det är en annan historia.
 
Den andra uppsatsen har kommit i skymundan, men också denna blev mycket betydelsefull. Här förklarade Einstein vad de så kallade brownska rörelserna egentligen innebär. Detta gåtfulla fenomenet hade varit känt sedan 1820-talet, då det upptäcktes av biologen Robert Brown efter vilket det fått sitt namn. I mikroskop kan man iaktta att små partiklar som exempelvis pollenkorn rör sig på ett nyckfullt sätt i slumpmässiga riktningar i den vätska eller annat fluidum som de befinner sig i, och detta utan uppenbar orsak. Einstein förklarade att fenomenet beror på att de mikroskopiska kropparna ständigt bombarderas av atomer och molekyler. Eftersom ett pollenkorn är så litet, fördelar sig stötarna från grundelementen i den omgivande vätskan inte jämnt över kroppen, utan det händer då och då att ena sidan råkar mottaga fler stötar än den andra. Resultatet blir en knyckande rörelse i slumpmässiga riktningar. Att detta stämmer bekräftades snart experimentellt av andra forskare, främst genom en rad välgjorda experiment av Jean Baptiste Perrin; det går att förutsäga hur de mikroskopiska kropparna påverkas av de brownska rörelserna, beroende på vilka atomer eller molekyler som det omgivande mediet är sammansatt av. Dessa experiment var en starkt bidragande orsak till att Perrin fick nobelpriset 1926.
 
Den viktigaste insikten som förklaringen till de brownska rörelserna gav, var att molekyler och därmed atomer faktiskt existerar som fysiska kroppar i sinnevärlden. Detta hade tidigare varit en öppen fråga, eftersom kemisternas molekylmodeller var strikt matematiska till sin natur och därför kunde antas vara en rent matematisk abstraktion och inte mer. Detta förespråkades inte minst av Ernst Mach, som på grund av andra uppfattningar hade varit en av Einsteins främsta inspirationskällor till relativitetsteorin; han och nobelpristagaren Wilhelm Ostwald ville istället betrakta materien som "kontinuerlig". Uppbackad av Jean Baptiste Perrin satte Einstein punkt för en filosofisk och vetenskaplig tvistefråga som pågått ända sedan antiken: Atomerna existerar!
 

*  *  *

 
Carpe diem – fånga dagen – är en populär sentens som de flesta känner till. Betydligt färre vet varifrån den kommer, eller vilken filosofisk bakgrund den har. Frasen skrevs av poeten Horatius, som med den fångade en av epikuréernas levnadsregler. Horatius var en efterföljare till den antika filosofen Epikuros (341-270 f.Kr.) som hävdade att människan bör sträva efter högsta möjliga välmående i livet, eftersom vi inte kan räkna med något liv eller någon sällhet efter döden. Enligt Epikuros uppkom världen genom en slump och inga gudar råder över oss. Därför bör vi "fånga dagen", vårda vår kropp och själ, inte skaffa oss ovänner i onödan och inte bli slav under drifter och laster. Epikuréerna strävade efter livsnjutning, men en konstruktiv och förnuftig sådan; frosseri leder till illamående dagen efter och förkortar ens liv. Deras livs- och världsåskådning har inspirerat ateistiska tänkare ända in i modern tid, som vi kommer att se.
 
Epikuros grundade en skola, som skulle överleva hela romartiden och blev en av de mest inflytelserika under antiken jämsides med Platons akademi och Aristoteles Lykeion. Det är talande att Diogenes Laertios (200-talet e.Kr.) gav Epikuros lika mycket utrymme som Platon i sitt stora verk över antikens filosofi. Till skillnad från skolorna under Platon och Aristoteles hade både män och kvinnor tillträde till Epikuros trädgård, som den kallades.
 
Medeltidens kristendom hade av förståeliga skäl inte mycket intresse av att bevara epikuréernas skrifter och lärosatser, varför många av dem försvann eller glömdes bort. Epikuros filosofi refererades på sin höjd bara i förvrängd form, som den "hedonism" den ansågs vara. Av denna brist på sentida anseende och bevarade texter har många bedömare fått intrycket av att epikuréerna var ett marginellt inslag i antikens filosofi, men så var det avgjort inte.
 
Den som vandrade i Epikuros trädgård skulle inte bara lära sig att leva ett bra liv, utan också undervisas i naturlära. Grundläggande för Epikuros filosofi var atomläran, som han övertagit från främst Demokritos (c:a 460-370 f.Kr.). I likhet med tidigare så kallade atomister målade Epikuros upp ett universum bestående av oändligt många odelbara enheter – atomer – i ett oändligt stort tomrum, vilket alltid har existerat och kommer att göra det i evighet. Denna naturlära kom att bli den stora inspirationskällan till dels den "moderna" naturvetenskapens genombrott från 1500-talet och framåt, dels den ateistiska världsåskådningen som växte fram parallellt.
 

*  *  *

 
Atomläran grundades av Leukippos och Demokritos. Av Leukippos finns numera knappt något bevarat. Demokritos uppges ha varit hans lärjunge, men också av honom återstår bara referat och fragment. Till fragmenten hör innehållsförteckningen till ett av hans huvudverk. Allt detta visar att han i likhet med Epikuros försökte skapa en universalfilosofi. I sina skrifter redogjorde Demokritos för alltifrån kosmos uppbyggnad av atomer i slumpmässig rörelse, till hur vår värld uppkommit och vad som utmärker människosläktet och samhället. Redan här kan man se konturerna till epikuréernas njutningsfilosofi – också Demokritos förespråkade att människans högsta strävan bör vara ett gott liv.
 
Epikuros stod alltså i stark tacksamhetsskuld till Demokritos, och kanske främst när det gällde atomläran. Allt materiellt i universum består av försvinnande små odelbara partiklar, som rör sig planlöst, studsar mot varandra och ibland sammanlänkar sig till större fysiska kroppar. Atomerna är oändligt många och utspridda i ett oändligt stort tomrum, och då och då slumpar det sig så att atomerna arrangerar sig till en ny värld. På det sättet har vår jord, vår natur och vår mänsklighet uppkommit – och när det har hänt här, måste det finnas otaliga andra världar i detta oändliga universum. Därmed behövs ingen skapare till vare sig universum, vår värld eller livet – atomer i slumpmässig rörelse och obegränsat med tid i ett oändligt universum är det enda som krävs.
 
Paradoxalt nog underströk Epikuros att gudarna verkligen existerar, även om de inte har något med människorna att göra och aldrig griper in i våra liv. Det är mycket möjligt att han hävdade detta bara för att undvika konflikter med prästerskapet. Gudarna är uppenbart överflödiga i Epikuros värld och hans filosofi är i praktiken ateistisk.
 
Atomismens historiska rötter vet vi inte mycket om, men en god gissning är att den påverkades av hinduistisk tradition, och kanske i synnerhet jainismen och buddhismen som växte fram på 900-400-talen f.Kr. Det är känt att Grekland hade ett visst kulturellt utbyte med Asien långt innan Alexander den store tog sina trupper dit. Jainistisk och buddhistisk kosmologi talade redan om ett evigt och gränslöst universum i avsaknad av gudomlig skapare, men hade också ett slags sofistikerad atomlära.
 
 

*  *  *

 
Medan historien har gått hårt åt Demokritos skrifter, finns det vissa skrifter bevarade av Epikuros hand. I tre brev till Herodotos, Pythokles och Menaikeus drar han upp grunddragen i sin naturlära och livsfilosofi. Men den mest utförliga källan till epikuréernas filosofi är den boklånga lärodikten De rerum natura ("Om tingens natur") författad av den romerske poeten Lucretius århundradet innan Kristi födelse. Det är samtidigt ett av antikens främsta litterära verk.
 
På ett storslaget och visionärt sätt målar Lucretius upp ett universum bestående av slump, atomer och tomrum, hur världen och livet uppkommit och människans lott i världen. Diktverket anses ge en ganska oförfalskad bild av Epikuros egna tankar, eftersom skillnaderna är obetydliga när man jämför med de skrifter som finns bevarade av Epikuros egen hand. Den enda bevarade kopian av Lucretius diktverk låg bortglömd på ett tyskt kloster under medeltiden, men återupptäcktes 1417.
 
Med renässansen växte ett förnyat intresse fram för tidigare förbisedda och censurerade filosofer. Det var nu Copernicus dammade av gamla antika idéer om att Jorden roterar runt sin axel och inte befinner sig i världssystemets centrum, och formulerade sitt heliocentriska världssystem i De revolutionibus (1543). I ett utkast som publicerades först på 1800-talet är Copernicus själv tydlig med att han bland annat hade studerat Aristarchos, som på 200-talet f.Kr. argumenterade för att planeterna och Jorden cirklar runt Solen. Men andra naturvetenskapliga huvudgestalter mot slutet av renässansen var först och främst inspirerade av antikens atomister.
 
Giordano Bruno var en av dem. I skriften De l'Infinito Universo et Mondi ("Om det oändliga universum och världarna", 1584) tog han fasta på atomläran och idén om ett universum som är gränslöst i såväl tid som rum, liksom tanken på en mångfald av världar. Men han såg också till att kombinera detta med Copernicus teori – här blev nu varje stjärna en sol runt vilka planeter tänktes cirkla, vissa av dem bebodda av varelser liknande oss. Giordano Bruno blev ansedd som kättare och brändes på bål år 1600.
 
Galileo Galilei (1564-1642) blev 1623 anmäld till inkvisitionen för att vara atomist. Det ledde inte till några repressalier den gången, men anklagelsen var inte gripen ur luften. Galileo försvarade atomläran i tidiga skrifter som Discorso intorno alle cose che stanno in sull'acqua ("Samtal om flytande kroppar", 1612) och Assayer (1623), men han tog intryck av mycket mer än bara atomläran hos Epikuros. Att alla kroppar faller med samma hastighet oavsett vilken tyngd de har, och att bara luftmotståndet ger sken av att det är annorlunda, fanns redan uttryckligen förklarat i De rerum natura bok II från rad 225, samt i Epikuros brev till Herodotos. Också en annan av Galileos rörelselagar – att en kropp som sätts i rörelse kommer att fortsätta röra sig i samma hastighet så länge den inte möter något motstånd – står att läsa i dessa källor.
 
Men i Assayer återlanserade Galileo också uppdelningen i primära och sekundära egenskaper. Denna uppdelning gjorde Demokritos och återkommer hos Epikuros; en uppdelning som i Galileos och Lockes efterföljd har blivit så självklar att vi sällan reflekterar över den. Vi tror inte längre att färger, dofter och smak är något som tillhör tingen själva, utan vi vet redan som barn att sådana egenskaper uppkommer i våra sinnen. Detta är de primära egenskaperna; materiens sekundära egenskaper är allt som är mätbart och konkret, eller objektivt existerande egenskaper om man så vill – exempelvis storlek, hastighet och vikt. För antikens atomister var denna uppdelning naturlig, eftersom de ju ansåg att alla fysiska föremål i sig bara består av partiklar med ett fåtal egenskaper. Demokritos anspelar på detta i ett känt citat: "I vår föreställning finns det färg, finns det något sött och något bittert; i själva verket finns blott atomer och tomrum."
 
René Descartes (1596-1650) var samtida med Galileo och tog fasta på samma arv från atomisterna, det vill säga rörelselagarna och uppdelningen i primära och sekundära egenskaper. Dock modifierade han atomläran på genomgripande sätt främst i skriften Le Monde. Enligt Descartes bestod universum ursprungligen av en kompakt materia, som Gud lät inplantera rörelse i. Därvid maldes materien ned till partiklar av olika form och storlek. Den fysiska världen har formats av virvlande och kolliderande partiklar styrda av mekanikens lagar. Descartes sammanförde den antika atomismens natursyn med uppfattningen om gudomlig skapelse. Dessutom var han mån om att göra den uppdelning i ande och materia som var så viktig inom kristen teologi, men som antikens atomister förnekade. Vännen och korrespondenten Pierre Gassendi (1592-1655) ansåg dock att Descartes hade tagit sig för stora friheter gentemot de klassista atomlärorna, varför han utarbetade en alternativ teori som publicerades postumt 1658, där han medlade mellan Descartes och Epikuros och samtidigt var noggrann med att inte fasa ut Gud och den kristna teologin.
 
Också Descartes naturlära möttes av religiöst grundat motstånd när hans "moderna" mekanistiska världssyn vann mark på universiteten runtom Europa, det som brukar benämnas som de cartesiska striderna. Men utan denna syntes av antik atomism och kristendom är det möjligt att den nya naturvetenskapen skulle ha orsakat ännu större konfrontationer.
 

*  *  *

 
Att den naturvetenskapliga revolutionen upplevdes som så hotande från kyrkligt håll, berodde säkert inte bara på att den ifrågasatte kristna dogmer utan också var intimt förknippad med epikurismen, en världsåskådning som inte hade behov av en Gud eller Skapare. Detta ateistiska hot – verkligt eller inbillat – präglar motsättningarna mellan naturvetenskap och tro ända in i våra dagar.
 
En av ateismens tidigaste förespråkare, den numera tämligen bortglömda italienaren Lucilio Vanini, byggde sin filosofi på epikureisk grund, varför han 1619 avrättades av inkvisitionen efter att först ha fått sin tunga utskuren. Så illa gick det inte ett århundrade senare för den kontroversiella upplysningsfilosofen Julien Offray de La Mettrie (1709-51). Han har med viss överdrift räknats som den första ateistiska filosofen genom sin klassiker L'homme Machine ("Maskinen människan", 1748). Det var ett svar till Descartes, som hävdade att djur är maskiner ("L'animal-machine") och lyder mekanistiska lagar liksom allt annat i naturen, men att människan skiljer sig från dem genom sin gudomligt givna tankeförmåga och ande. I epikuréernas efterföljd accepterade inte La Mettrie den uppdelningen, utan hävdade att också allt som definierar människan kan förklaras enligt mekanistiska principer. La Mettrie beskrev sig själv som en epikuré i upplysningstappning. Han anammade deras njutningsfilosofi och propagerade för den i sin skrift Le Système d'Épicure (1750).
 
Det är också talande att Karl Marx år 1841 valde att doktorera med en avhandling som undersökte skillnaderna mellan Demokritos och Epikuros naturfilosofi.
 

*  *  *

 
De uppdateringar som Descartes och Gassendi gjorde av den antika atomläran kallades vanligtvis för korpuskelteorier, och var egentligen bara spekulationer. Robert Boyle grundlade kemin och var en hängiven atomist, men atomläran började bli empiriskt grundad naturvetenskap först med John Dalton 1803. Han visade att kemiska reaktioner är möjliga att beskriva matematiskt om man antar att grundämnen består av partiklar med positiv och negativ laddning, som kan länkas samman till molekyler. Dalton antog att dessa partiklar var massiva och odelbara och kallade dem just atomer – från grekiskans atomos, odelbar – som en homage till de antika föregångarna.
 
Nu råkade Dalton ta fel när han namngav sina partiklar – de kroppar som han antog var materiens minsta beståndsdelar visade sig inte vara det, när J.J. Thompson upptäckte elektronen i slutet av 1800-talet. Numera vet vi att det finns en lång rad andra elementarpartiklar förutom elektronen. Demokritos och Epikuros skulle snarare ha kallat dessa elementarpartiklar för atomer.
 
När Einstein publicerade sin uppsats om de brownska rörelserna 1905 blev den tvåtusenåriga atomläran en naturvetenskaplig triumf, om än med vissa modifikationer. Materia består verkligen av partiklar med förmågan att länkas samman till större kroppar. Men ett ironiskt sammanträffande är att Einstein samtidigt gjorde antikens atomlära helt omodern.
 
I uppsatsen om den fotoelektriska effekten som publicerades samma år, konstaterade han ju att ljus består av något som är både partiklar och vågor, beroende på hur man väljer att mäta det. Fysiker förstod att detta måste gälla för alla elementarpartiklar, vilket bekräftades av Louis de Broglie i hans doktorsavhandling 1924. Kvantmekaniken med dess slumpmässiga och spöklika partikeldans gjorde entré på den vetenskapliga arenan. Antikens atomlära hade stakat ut en mycket givande väg, men genom att följa den hamnade naturvetenskapen från och med 1900-talet i kvantfysikens bisarra underland, där en jämförelse med Demokritos och Epikuros atomer inte längre är särskilt konstruktiv. Men det vore djupt orättvist att inte erkänna deras bidrag till den moderna naturvetenskapens framväxt.
 

*  *  *

 
Hade Einstein i likhet med så många andra klassiska vetenskapsmän läst Lucretius? När Jean Baptiste Perrin fick Nobelpriset 1926 efter att ha bekräftat teorin om de brownska rörelserna, nämnde han i sitt tal dessa rader från De rerum natura bok II, där Lucretius beskriver dammpartiklars knyckiga dans och vad som ger upphov till den:
 
... behold whenever
The sun's light and the rays, let in, pour down
Across dark halls of houses: thou wilt see
The many mites in many a manner mixed
Amid a void in the very light of the rays [...]
For thou wilt mark here many a speck, impelled
By viewless blows, to change its little course,
And beaten backwards to return again,
Hither and thither in all directions round.
Lo, all their shifting movement is of old,
From the primeval atoms; for the same
Primordial seeds of things first move of self,
And then those bodies built of unions small
And nearest, as it were, unto the powers
Of the primeval atoms, are stirred up
By impulse of those atoms' unseen blows
[Övers. William Ellery Leonard]
Lucretius hade helt rätt. Enskilda dammpartiklar är faktiskt, likt Robert Browns pollenkorn, i allmänhet mikroskopiska – vi kan se drivor av dem fastän sällan de individuella partiklarna, utom under just den speciella omständighet som dikten beskriver. Den ryckiga rörelse man ser hos dammet i en solstråle är ett äkta exempel på brownska rörelser.

 

 

SKICKA EN KOMMENTAR!

 

Weird Webzine utges av Aleph Bokförlag.
Följ oss på Twitter och Facebook!

Allt innehåll © 2019 Weird Webzine
och respektive upphovsman. All Rights Reserved.
ISSN 1234-1234