Incidenter i fysikens historia

Publicerat i Folkvett nr 3/2007.

Hanno Essén tar oss genom fysikens blindskär.

Skeptiker anklagas ofta för att kväva och försvåra den djärva spekulation och fantasi som kan förebåda kreativitet och framsteg. Det vetenskapliga etablissemangets stränga attityd och starka beviskrav anses av en del bromsa utvecklingen. Med hjälp av några incidenter ur fysikens historia vill jag försöka visa att det inte förhåller sig så, utan att fantasi och stringens kan leva i harmoni om bara spelreglerna följs. Ett antal exempel på hur det går snett när reglerna åsidosätts tas upp. Dessa visar att mycket tid och resurser ibland gått åt till utsiktslösa villospår.

De flesta forskare måste klara den svåra balansgången mellan den ambitiösa men riskabla jakten på de stora genombrotten och nödvändigheten att få fram några publicerbara, men kanske föga sensationella resultat, så att forskningsmedel fortsätter att flyta in. Det är snarare detta som bromsar utvecklingen än en inneboende motvilja mot nya idéer. Man stöter ofta på människor som tror att det finns en sådan inneboende motvilja mot nya idéer i forskningsvärlden. Så är det inte alls, utan snarare är det så att nya idéer som är det minsta lovande ofta tas upp av alltför många så att de blir till bubblor och lite löjliga modeflugor. Teoretiker som bara behöver använda matematik och redan insamlade data i sin forskning, och som redan har fast tjänst, har lättare råd att vara spekulativa och djärva än de som måste använda dyra materiella och personella resurser. Med exempel vill jag också försöka visa att det lagts ner stora intellektuella resurser på vilda och osannolika teoretiska idéer.

Bakgrund

Naturvetenskapens begynnelse var förmågan att skilja magiska, religiösa och övernaturliga föreställningar och idéer från logiska, rationella och empiriskt baserade. Detta steg togs av försokratikerna i antikens Grekland. Sedan har utvecklingen gått både fram och tillbaka. Den grekiska vetenskapen kulminerade med Arkimedes. Under medeltiden hade mycket av den grekiska traditionen ersatts av dogmatisk religion och magiska idéer som astrologi och alkemi. Den långa vägen tillbaka började trevande med Leonardo och Kopernikus och kulminerade med Isaac Newton (1642–1727) som satte en helt ny standard och som kan betecknas som fysikens egentliga upphovsman.

Newtons mekanik består av en allmän beskrivning av lagar för rörelsen av kroppar i ett euklidiskt rum med en absolut tid. Alla känner till att massan gånger accelerationen är lika med kraften. Färre vet att man inte ens kunde diskutera dessa begrepp på ett vettigt sätt före Newton eftersom han även utvecklade den matematik som ger dem en stringent definition. Ett grundbegrepp är alltså kraft. Här nere på jorden verkar allehanda materiella kontaktkrafter, som friktion, tryck och luftmotstånd, mellan kroppar. Newton försökte göra modeller för dessa men sådana blir oftast grova approximationer. När det gäller himlakropparnas rörelse däremot är det i stort sett bara gravitationskraften som verkar, och Newton gav en matematisk formel för denna som länge föreföll helt exakt.

Flera gånger tyckte sig astronomer hitta diskrepanser mellan Newtons lagar och observerade data. Far och son Cassini försökte mäta jordens form i Frankrike och kom fram till att den är avlång som ett ägg snarare än avplattad vid polerna som den borde vare enligt Newton. Då utrustade Maupertuis 1736–37 en expedition till Tornedalen i norra Sverige, som även Anders Celsius var inblandad i. De mera noggranna mätningar som utfördes där visade att jorden var avplattad vid polerna och att värdet stämde hyfsat med det som Newton beräknat. En annan stor triumf kom när oförklarliga störningar i planeten Uranus bana inte bara kunde förklaras med en planet utanför Uranus utan till och med kunde användas för att hitta denna. Dessa beräkningar utfördes oberoende av varandra av Adams och Le Verrier och ledde till att Neptunus upptäcktes 1846. Än idag räcker precisionen i Newtons mekanik för beräkna månfärder och Marsresor.

Sedan har det rullat på. Sådana som Maxwell, Einstein, Fermi och Dirac har fört fram fysiken till vad den är idag. En nutida definition av naturvetenskap, speciellt fysik, som antagits av Amerikanska fysikersällskapet (APS) lyder (min översättning):

Naturvetenskap innebär att systematiskt insamla kunskap om världen och att organisera och sammanställa denna kunskap till testbara lagar och teorier.

Naturvetenskapens framgång och trovärdighet är grundad i att dess utövare är villiga att

utsätta sina idéer och resultat för oberoende testning och upprepning av andra vetenskapsmän; detta kräver fullständigt och öppet utbyte av data, metoder och material

överge och modifiera uppnådda slutsatser när dessa konfronteras med fullständigare och pålitligare experimentell bevisning.

Dessa principers efterlevnad utgör en självkorrigerande mekanism som är fundamentet till naturvetenskapens trovärdighet.

Den första meningen i denna definition lär har formulerats av biologen E. O. Wilson. Ordet teori används där i den betydelse Leibniz avsåg när han 1686 skrev att en teori måste vara enklare än de data den skall förklara, annars förklarar den ingenting. Med teori avses alltså här ett system av grundläggande lagar och begrepp med vars hjälp man logiskt, ofta matematiskt, kan härleda ett stort antal konsekvenser. De grundläggande elementen skall vara så få som möjligt; man brukar tala om Occams rakkniv. De data man kan härleda ur teorin skall vara så många som möjligt.

Detta kallas ibland reduktionism: en logisk reduktion av myriader observationer och data till ett litet antal grundbegrepp och lagar. Reduktionismens belackare hävdar ibland att dess budskap är att ”helheten är summan av delarna”, men denna metafor är inte särskilt träffande. Fysikens teorier är logiska och matematiska strukturer av avsevärt större subtilitet än vanlig addition. Och om det inte gick att sammansmälta eller reducera erfarenheten på detta sätt skulle naturvetenskapen inte vara möjlig. Einstein uttryckte detta så att det märkligaste med världen är att den alls går att förstå. Redan Galileo sade att naturens bok är skriven på matematikens språk och senare har bl.a. Eugene Wigner framhållit hur osannolikt effektiv matematiken är inom fysiken.

Fysiken är den mest grundläggande naturvetenskapen och handlar om tid och rum, rörelse, materia och krafter, om det minsta och det största. Under nittonhundratalet kom kemin att växa ihop med fysiken eftersom man genom kvantmekanikens framväxt kom att förstå atomerna och krafterna mellan dem och inom dem allt bättre. Biologin växte ihop med kemin när Crick och Watson fick fram den dubbla spiralstruktur hos DNA-molekylen som ligger bakom livet på jorden. Det är därför som definitionen ovan handlar om naturvetenskap; det finns inga tydliga kunskapsgap mellan de olika områdena, bara en stor sammanhängande väv av kunskap.

Mot denna bakgrund är vi nu redo att studera några intressanta affärer och kontroverser i fysikens historia, experimentella såväl som teoretiska. Några av exemplen gränsar till kemin, det är ofrånkomligt. Vi börjar med det empiriska, observationella och det experimentella och kommer in på mera teoretiska och metafysiska ting längre fram.

Grundlöst observerande

Detta att observera och registrera data kan för den oinvigde verka enkelt och rättframt. Erfarenheten visar dock att det just på denna punkt ofta gått snett. Att eliminera det subjektiva elementet utan att eliminera en förnuftig och nödvändig databehandling kan vara en svår balansgång. Erfarenhet och kännedom om några historiska typfall kan ofta vara bra vägledare genom datainsamlingsdjungeln.

Att se i syne

Det finns flera kända exempel på hur vetenskapsmän lurats av sig själva att se det de ville se. Jag tar upp ett par här: kanalerna på Mars och N-strålarna.

När man tittar på planeten Mars med teleskop från jorden blir bilden aldrig riktigt skarp beroende på atmosfärisk turbulens. Ljusstrålarna från Mars går inte helt rakt till teleskopet utan avböjs lite olika beroende på rörelser och temperaturskillnader i luften. Under kortare tid kan bilden ibland bli lite extra skarp när förhållandena tillfälligt är optimala. Den italienska astronomen Schiaparelli (1835–1910) stirrade mycket på Mars och kom så småningom fram till att det skulle finnas långa tunna linjer på planeten som han kallade ”canali”. Ordet översattes till kanaler (”canals” på engelska) och kittlade fantasin hos en del som ville ha dem till artificiella byggnadsverk.

Senare kom fransmannen Flammarion (1842–1925) att sprida idén om kanalerna och intelligent liv på Mars genom sitt framgångsrika och uppmärksammade populärvetenskapliga författarskap. Amerikanen Pericval Lowell (1855–1916) kom att cementera kanalidéerna genom att publicera detaljrika kartor med upp till 500 kanaler. Opposition fanns förvisso och många kunde inte alls se dessa strukturer på gränsen till det synliga, men folk ville ha kanaler och tråkig skepticism hade inte samma marknad. Ända sedan Galileo först riktade kikare mot himlakropparna hade spekulationer om (intelligent) liv på dessa varit populära. Giordano Bruno var en av föregångsmännen på området.

Idéerna om kanaler inspirerade den brittiske författare H. G. Wells till att skriva den berömda boken Världarnas krig. Orson Wells gjorde ett berömt radioprogram baserat på denna. Programmet inleddes som en nyhetssändning och fick många människor att fly New York i panik. Boken har också filmats många gånger, senast med titeln Mars Attacks. Numera vet man att det förvisso finns vatten på Mars, att det finns uttorkade flodbäddar och kanske fortfarande någon gång flytande vatten nära polerna, men definitivt inga raka artificiella kanaler. Man vet också att ögat och hjärnan tillsammans aktivt söker efter mönster i det slumpmässiga och oordnade och att sådan mekanismer lätt förklarar hur man med lite önsketänkande ser kanaler där bara fläckar finns.

I slutet på artonhundratalet var hade Röntgen nyligen upptäckt sina strålar och Becquerel hade 1896 upptäckt att uransalter svärtar fotografisk plåt genom svart papper. Olika typer av strålning var alltså modernt. 1903 publicerade René Prosper Blondlot (1849–1930) en artikel om ”N”-strålar. Blondlot hade stirrat på fluorescerande skärmar i mörker och tyckte sig ha hittat en ny sorts strålning med hjälp av dessa. Han hade även teorier om vad det kunde vara trots att de hade mycket märkliga egenskaper. I Frankrike blev N-strålar snabbt det hetaste och 120 olika forskare publicerade artiklar om dem innan bubblan sprack en dag när Blondlot fortsatte att avläsa N-stråle linjer i sitt instrument trots att en elak besökare hade plockat bort det metallprisma som påstods bryta strålarna. Det har skrivits en hel del om historien om N-strålarna så vi nöjer oss här med att konstatera att det finns en stark tendens att se det man vill se; särskilt i det som gäckar på gränsen till det synliga. Att sådana rena synvillor får så stor acceptans som i fallet med Marskanalerna och N-strålarna är dock, lyckligtvis, ovanligt.

Experiment som gått snett

Fall som liknar N-stråleaffären har även inträffat i USA och ett par av dem studerades av fysikern och nobelpristagaren i kemi Irving Langmuir (1881–1957). Dessa var den så kallade Davis-Barnes-effekten och fallet med Allisons magneto-optiska effekt, bägge i slutet av 1920-talet. Dessa fick Langmuir att formulera ett antal stigmata som karaktäriserar patologisk vetenskap:

Den maximala observerade effekten orsakas av något med knappt mätbar styrka, och effektens storlek är i stort oberoende av orsakens styrka.
Effektens storlek blir kvar på gränsen till det mätbara, eller många mätningar behövs på grund av resultatens låga statistiska signifikans.
Det görs anspråk på mycket stor noggrannhet.
Fantastiska teorier i strid med erfarenheten föreslås.
Kritik bemöts med ad hoc-argument som raskt uppfinns vid behov.
Förhållandet mellan antalet anhängare och kritiker går upp till nära 50% och dalar sedan till intet.

Langmuir besökte också den kände parapsykologiprofessorn J. B. Rhine och konstaterade att hans forskning nog också var patologisk.

Det kändaste exemplet på ett felaktigt eller feltolkat experiment som fått stora konsekvenser är fallet med kall fusion. Elektrokemisterna Pons och Fleischmann gick vid en presskonferens 1989 ut med den sensationella nyheten att de producerat fusion i ett billigt elektrokemiskt experiment. De menade att detta snart skulle lösa mänsklighetens energiproblem och detta vore givetvis en enorm sensation. I själva verket baserades alltsammans på en enda olyckshändelse i deras laboratorium – resten var önsketänkande och vaga indicier. Efter att massor av tid och pengar lagts ned i laboratorier världen över dog det hela sakta ut. Hela incidenten har beskrivits som århundradets vetenskapliga fiasko.

Polyvatten-affären fick mindre uppmärksamhet i media men var av liknande karaktär. I mitten på 1960-talet rapporterade en rysk fysikalisk kemist, Boris Deryagin, att han hade upptäckt en ny form av vatten i sitt laboratorium. Den teoretiska tolkningen av detta var att vattenmolekylerna bildade kedjor som organiska molekyler gör när plast tillverkas. Att vatten skulle kunna polymeriseras på detta sätt stred mot allt man dittills visste om vattnets kemi. Den vetenskapliga världen lystrade på allvar när den berömde fysikprofessorn J. D. Bernal förklarade att detta var den viktigaste händelsen inom fysikalisk kemi under 1900-talet. Mer än 500 vetenskapliga publikationer skrevs om polyvatten av 400 olika forskare innan bubblan sprack. Dödstöten utdelades av Deryagin själv som 1974 publicerade ett arbete där han beskrev vad som gått snett i det ursprungliga experimentet: vattnet hade inte varit tillräckligt rent.

Ett exempel som visar att även en stor grupp av mycket kvalificerade fysiker kan missta sig illustreras av ett fall från den stora partikelacceleratorn vid CERN i Genève. När man studerar kollisioner mellan elementarpartiklar noterar man ofta att vid en viss energi blir antalet händelser fler. Man ritar upp antal händelser som funktion av energin och noterar var maximum ligger. Dessa toppar är intressanta därför att de säger något om krafterna mellan partiklarna. I allmänhet har toppen ett visst läge (en viss energi) där den har sitt maximum och den har en viss bredd. 1967 rapporterade Chikovani med medarbetare att man hittat en topp med ett litet minimum där maximet skulle ha legat. Det var mera som en vulkan med en krater än en vanlig bergstopp. Detta var mycket märkligt och teoretiker började genast fundera på vad det kunde bero på och publicera artiklar om den så kallade A2-dippen. Det uppstod dock snart problem då amerikanerna i Brookhaven inte kunde reproducera fenomenet. CERN-folket såg detta som bevis för att man hade bättre energiupplösning än amerikanerna. Fysikern Gottschalk från den amerikanska sidan svarade då att det faktum att man har fläckar i synfältet inte nödvändigtvis betyder att man har bättre syn. Några månader efter detta gräl 1971 blev konsensus att dippen inte fanns och den har inte hörts av sedan dess.

Men hur kunde berömda forskare med världens bästa utrustning se något som inte fanns? Initialt berodde dippen på slumpen och var icke signifikant. I de fortsatta studierna delades materialet in i grupper och de grupper som inte visade någon dip granskades extra noga. Då hittades ofta något fel med dem och de förkastades. På så sätt kom dippen att överleva av det enkla skälet att man undermedvetet ville ha den för att den var intressantare.

Vad lär man av detta? Att statistik är svårt och att alla subjektiva element måste skys som pesten. Inom fysiklaboratorier är det ganska sällan man faller i just den här fällan. Oftast är fysikaliska resultat just så pålitliga och objektiva som man hoppas och det spelar ingen roll om du sålde din gamla mormor för att få pengar till experimentet; det påverkar inte resultatet. Inom t.ex. medicinsk forskning är den statistiska osäkerheten ofta betydligt större och det finns mängder av möjligheter till andra fel. Det är därför som det då kan vara viktigt vem som betalat för forskningen. Resultaten tenderar nämligen ofta att gå i en riktning som gör de betalande nöjda. Finns det ideologiska övertygelser inblandade är det minst lika illa. I princip skall det dock inte vara så; om sunda metoder (t.ex. dubbelblindning) används kan man gardera sig mot det subjektiva elementet även när osäkerheten är stor.

Gravitationen – teori och experiment

Nu kommer vi till samspelet mellan teori och experiment. Många bra exempel på hur det kan gå till kommer från utforskandet av gravitationen (tyngdkraften). Länge ansågs Newtons teori ge gravitationen en en exakt beskrivning, men alla var inte nöjda. Visserligen fanns en matematisk modell som stämde nästan perfekt med vad som observerades, men hur kan en kraft överföras till planeterna från solen genom ingenting? Teorin beskrev vad som sker men förklarade ju ingenting. Problemet med avståndsverkan diskuterades ibland intensivt och många anslöt sig till Cartesius virvelteori för att den försökte förklara gravitationen; inte bara beskriva den. De som tänkte så var dock ofta personer som inte förstod matematik. För den som talar det matematiska språket innebär faktiskt en korrekt matematisk beskrivning också en möjlighet till förståelse.

Jag skulle vilja beskriva den så här: rummet mellan solen och jorden är visserligen tomt på materia men det betyder inte att det är ingenting. Inte bara tyngdkraften utan även ljus når oss från solen. När detta sjunkit in i det vetenskapliga sinnet började man tala om att det finns en eter som uppfyller tomrummet och som ljusvågorna utbreder sig i. Idag har ordet eter blivit gammaldags men idén att tomrummet inte är ingenting utan har diverse egenskaper finns kvar. Kring tunga kroppar bildas ett fält, ett tyngdkraftfält som uppfyller (tom)rummet. Kring elektriska laddningar och strömmar bildas elektriska och magnetiska fält som brer ut sig i rummet (vakuum). Det som vi kallar ingenting innehåller, eller uppbär, i själva verket dessa fält. Det var Faraday som skapade fältbegreppet för att förstå elektriska och magnetiska fenomen; idag har man insett att det också är tillämpbart på gravitationen.

Problem med Merkurius

I Newtons teori beskrivs gravitationen av ett fält som har ett visst värde i varje punkt av rummet. En kropp i denna punkt accelererar i den riktning som fältet avtar snabbast. Ända till en bit in på 1900-talet verkade denna beskrivning vara exakt. Men man hade upptäckt några diskrepanser. Planeten Merkurius elliptiska bana kring solen vred sig inte exakt enligt beräkningar. Länge trodde man att detta, i likhet med diskrepanserna för Uranus, kunde förklaras med en planet mellan solen och Merkurius. Någon sådan observerades dock aldrig. När Einstein hade konstaterat att gravitationen inte passade in i hans speciella relativitetsteori från 1905 gick han vidare och fick fram en allmän relativitetsteori 1916. En av de första sakerna han kontrollerade var vad teorin säger om Merkurius elliptiska bana. Det visade sig att den gav just den vridning av ellipsbanan som fattades i den Newtonska mekaniken.

Det som verkligen fick fysikerna att tro på Einsteins nya gravitationsteori var att den förutsade hur ljusstrålar från stjärnor avböjdes när de passerade solen. Detta hade observerats vid en solförmörkelse 1919 av Eddington och värdet stämde. Även om de flesta blev övertygade har alla experimentella bevis för den allmänna relativitetsteorin granskats och ifrågasatts av skeptiker. Noggrannheten i de Eddingtonska mätningarna var inte så hög så det fanns utrymme för diskussion. Så sent som 1967 publicerades en mätning av solens form som antydde att solens avplattning på grund av rotationen var mycket större än man trott. Detta skulle påverka Merkurius bana och kastade tvivel över överensstämmelsen med allmän relativitet. Efter några år av ytterligare mätningar och många beräkningar uppstod dock åter enighet om att solens avplattning är alldeles för liten för att ha någon betydelse i sammanhanget. Andra kontroller av teorins förutsägelser har successivt blivit bättre och allmän relativitetsteori är idag en av de noggrannast verifierade fysikaliska teorierna.

Tryckgravitation

Ett tidigt försöka att förklara gravitationen mera konkret lades fram av fransmannen Le Sage 1756. Han förslog att tomma rymden innehåller en gas av partiklar eller vågor som rör sig längs räta linjer om de inte absorberas av en kropp som kommer i vägen. En attraktiv kraft skulle då uppstå på en annan himlakropp in närheten eftersom den tryckande kraften från denna gas skulle skärmas av den första kroppen. Detta kallas ibland för tryckgravitation eftersom kroppar egentligen trycks isär; när två kroppar är nära varandra skärmas dock detta tryck och de dras mot varann. Oberoende återupptäckter av denna idé har gjorts flera gånger, bl.a. av undertecknad. Idag, när vi vet att universum har en accelererande expansion är idén ännu mera lockande eftersom både motsvarande repulsion och lokal attraktion tycks förklaras. En som var inne på denna teori 1919 och som även gjorde experiment var Quirino Majorana, farbror till den mer kände och mytomspunne italienske fysikern Ettore Majorana. När man formulerar teorin matematiskt kvantitativt gör den ett antal förutsägelser som kan kontrolleras. Exempelvis borde krafterna bli annorlunda om tre kroppar ligger på linje. Detta har dock inte observerats, så ännu har inte denna teori bidragit till någon djupare förståelse av gravitationen.

Den femte kraften

Under åren 1986 till 1989 pågick en intensiv jakt på en ny kraft som ett antal fysiker tyckte sig ha teoretisk och experimentell evidens för. Eftersom man traditionellt talar om fyra kända krafter (gravitationell, elektromagnetisk, stark och svag) kallade man denna nya kraft för den femte kraften. Dels hade man studerat gravitationen i gruvschakt, i borrhål och i TV-master och tyckt sig se avvikelser från Newtonska värden. Allmän relativitet kunde det inte bero på – dess effekter är alldeles för små. Fysikern Fischbach hade omanalyserat gamla data och tyckte sig också där hitta avvikelser. Samtidigt tyckte en del teoretiker att det fanns utrymme för en svag kraft med så kort räckvidd att den inte störde planetbanorna men däremot mätningar av gravitationen nära jordytan. Vissa observationer av elementarpartiklars sönderfall tycktes stödja hypotesen.

Denna aktivitet ansågs inte helt respektabel av en skeptisk fysikermajoritet men ändå engagerade sig ett ganska stort antal forskare i jakten. Ett antal relativt dyra experiment utfördes och stor vikt fästes vid analysen av data. Det som fick det hela att dö av mot slutet av 1989 var att ett antal av de dittills bästa experimenten då inte visade några spår av den eftersökta kraften. Hela episoden visar dock att intressanta nya uppslag och kontroversiella teorier faktiskt ibland ges chansen att visa vad de går för, i stället för att bara avvisas av förstockade besserwissrar.

Aktuella problem

Maxwell upptäckte att ljus i själv verket är en elektromagnetisk våg och att sådana vågor utsänds när elektriska laddningar accelererar. På motsvarande sätt kan tunga kroppar som accelererar utsända gravitationsvågor enligt den allmänna relativitetsteorin. Den amerikanske fysikern Joseph Weber ansåg i början av 1960-talet att han detekterat gravitationsvågor med hjälp av två stycken mycket känsliga antenner långt ifrån varandra. En samtidig signal från båda antenner borde bero på att en gravitationsvåg från kosmos nått jorden, ansåg han. Numera tror ingen längre att han faktiskt detekterade gravitationsvågor. Idag har man byggt mycket känsligare antenner men dessa har ännu inte plockat upp någon signal. Detta stämmer bra med kvantitativa uppskattningar av styrkan på normalt inkommande gravitationsvågor. Det man hoppas på är att någon sällsynt stark puls skall dyka upp som man då kan registrera. Indirekt kunde astrofysikerna Hulse och Taylor (Nobelpris 1993) påvisa gravitationsvågor. De observerade att en dubbelpulsar tappar energi precis så mycket som den borde om den strålade ut gravitationsvågor i enlighet med Einsteins teori.

På de verkligt stora avstånden förefaller vår förståelse av hur gravitationen fungerar ännu rudimentär. När Hubble upptäckte universums expansion ångrade Einstein att han hittat på att lägga till en term i vänsterledet av sina ekvationer som kallades den kosmologiska konstanten. Utan denna term kan man nämligen inte hitta statiska kosmologiska lösningar utan teorin skulle ha förutsagt expansion (eller kontraktion). Numera har man upptäckt att universum expanderar på ett accelererande sätt och att konstanten behövs av den anledningen. I högra ledet av Einstein fältekvationer står en term som beror på hur mycket materia (eller ekvivalent energi) som finns i kosmos. Genom olika studier av galaktisk dynamik har man nu kommit fram till att det finns en väldig mängd ”mörk materia” som hjälper till att binda samman galaxer och galaxhopar, men som ingen har någon aning om vad det är. Sammanfattningsvis bygger vi vår förståelse av kosmos storskaliga rörelse på Einsteins fältekvationer men för närvarande vet vi inte riktigt hur vare sig vänster- eller högerled skall förstås.

Det senaste inom området är upptäckten av den så kallade Pioneer-anomalin. Man har under flera decennier studerat två rymdsonder, Pioneer 10 och 11, som lämnade jorden i början på 1970-talet och nu är på väg ut ur solsystemet. Med hjälp data från dem kan man studera om de rör sig enligt kända fysikalisk lagar för gravitationen. Det visar sig dock att de accelererar lite mera mot solen än de borde. Effekten är liten men konsensus råder om att den finns. Ingen förstår idag vad det kan vara.

Vilda teorier

Hittills har jag redogjort för empiri och experiment, och om samspelet mellan teori och experiment med gravitationen som exempel. Man hade lika gärna kunnat studera detta samspel med utgångspunkt från många andra områden av fysiken. Det skulle dock föra för långt att här fördjupa oss i allt detta. Som en epilog vill jag här i stället antyda något om hur många vilda teorier, som utan något större empiriskt stöd frodas inom universitetsfysiken.

Eddington, som blev berömd för uppmätningen av ljusavböjningen vid solen, höll under senare delen av sitt liv, i likhet med den åldrande Einstein, på med en djup teori för hela fysiken som han publicerade i boken Fundamental Theory 1949. Den anses allmänt obegriplig och har inte lämnat några djupare spår efter sig.

Dirac är, efter Einstein, kanske den fysiker som lyckats bäst med att använda elegant teori för att göra förutsägelser som visat sig stämma. När hans största framgångar redan kasserats in fortsatte han dock ohejdad och spekulerade bl.a. om magnetiska monopoler. Periodvis har det varit populärt bland teoretiker att studera dessa hypotetiska objekt och ett par obekräftade, och oupprepade, observationer har också rapporterats. Ett flertal böcker finns om dem, men såvitt jag vet finns det idag ingen som helst anledning att tro på monopolernas existens.

Den allra senaste tiden har den prestigefyllda strängteoriforskningens brist på empirisk kontakt debatterats. Det är mycket viktigt att det finns utrymme för forskare att undersöka även vilda och osannolika idéer men jag har en stark känsla av det väldigt lätt går för långt. Teori behöver samspelet med experiment och observationer. De få gånger rent teoribygge haft så stora framgångar som som i Einsteins och Diracs fall är lätt räknade och måste betraktas som de berömda undantag som bekräftar regeln.

Hanno Essén är docent i teoretisk fysik och vice ordförande i Vetenskap och Folkbildning

Litteratur

Isaac Asimov, Asimov’s Biographical Encyclopedia of Science and Technology, London, 1972.
Harry Collins & Trevor Pinch, The Golem: What Everyone Should Know About Science, Cambridge, 1993.
Alan Cromer, Uncommon Sense: The Heretical Nature of Science, Oxford, 1993.
A. K. Dewdney, Yes, We Have No Neutrons: An Eye-Opening Tour Through the Twists and Turns of Bad Science, New York, 1997.
Matthew R. Edwards (red.), Pushing Gravity: New Perspectives on Le Sage’s Theory of Gravitation, Montreal, 2002.
Allan Franklin, The Rise and Fall of the Fifth Force: Discovery, Pursuit, and Justification in Modern Physics, New York, 1993.
Walter Gratzer, The Undergrowth of Science: Delusion, Selfdeception, and Human Frailty, Oxford, 2000.
John R. Huizenga, Cold Fusion: The Scientific Fiasco of the Century, Oxford, 1993.
Irving Langmuir, föredrag ”Pathological science” (1953), http://www.cs.princeton.edu/~ken/Langmuir/
M. M. Nieto, ”The quest to understand the Pioneer anomaly” (2006), http://www.arxiv.org/abs/gr-qc/0702017
Robert Park, Voodoo Science: The Road from Foolishness to Fraud, Oxford, 2000.
Tony Rothman, Science à la mode: Physical Fashions and Fictions, Princeton, 1989.