Innledning

Fysikk og filosofi er ikke to uavhengige disipliner. De har et felles opphav, de gir begge vesentlige bidrag til vårt verdensbilde, og det består etter min mening flere nivåer av gjensidig avhengighet mellom dem; spesielt gjelder dette de områder hvor de møtes: naturfilosofi, fundamentalfysikk og til dels erkjennelsesteori.¹ Ikke alle disse avhengighetsrelasjonene kan eller bør gjøres eksplisitte, men en erkjennelse av at de eksisterer er nødvendig for begge disipliner. En filosofisk fortolkning av fundamentalfysiske teorier er en nødvendig del av en slik erkjennelse.

Frem til renessansen var det slik at religion og filosofi spilte en langt større rolle i vest-europeernes verdensbilde enn vitenskapene -- i den grad det overhodet er mulig å snakke om et skille mellom religion, filosofi og vitenskap.² Vitenskapene, deriblant fysikken, var underlagt filosofien og religionen; filosofien trakk eksplisitt opp rammene for fysikken. Det viktigste kjennetegnet på en god vitenskapelig teori var at den harmonerte med tidas aksepterte filosofi og religion. Dette har endret seg. I og med at vitenskapene har blitt mer selvstendige i forhold til filosofien, har de også spilt en mer selvstendig og dominerende rolle i utformingen av det gjengse verdensbildet. Det er nesten blitt slik at det viktigste kriteriet for om en filosofi er god (akseptabel for almenheten) er om den harmonerer med tidas aksepterte vitenskap. Spesielt tydelig ser en dette på den rollen den klassiske (newtonske) fysikken spilte på 1800-tallet. Synet på alt som et resultat av deterministisk bevirkende krefter gjennomsyret ikke bare naturforståelsen, men også forståelsen av samfunnet og menneskelivet. Newtons fysikk var transformert til et filosofisk grunnsyn som av svært mange (de fleste?) ble tatt som en selvfølge.

Dette er et spesielt eksempel på et mer generelt fenomen: Ethvert verdensbilde har et fysisk aspekt. Dette aspektet består i en forståelse av det rådende fundamentalfysiske paradigmet. Det betyr at dette paradigmet er underforstått, tatt for ubetinget sant og selvfølgelig i den almenne bevissthet. Det vil også danne en del av grunnlaget for erfaringen av verden. På denne måten vil det også sette sitt preg på filosofien. Dessuten, dersom filosofien har som oppgave å kommentere vårt verdensbilde og undersøke betingelsene for vår erfaring av verden, må den også kommentere fysikken. Man kan si at selv om det er anerkjent at ontologi i klassisk forstand (som en lære om hvordan `det værende', helt uavhengig av oss mennesker, må være) ikke er mulig, er en ontologi (lære om hvordan verden grunnleggende sett er) fremdeles nødvendig, og vil kunne bestå i en fortolkning av fundamentalfysiske teorier.

Et nytt fundamentalfysisk paradigme vil sjelden eller aldri bli fullt ut forstått øyeblikkelig. Det bryter med en del tidligere underforståtte eller antatt selvfølgelige antakelser om den fysiske verden, og vil dermed gjerne bli betraktet som `uforståelig'. En slik situasjon er imidlertid uholdbar i lengden. Som regel vil det skje at ettersom man blir vant til å bruke det nye begrepsapparatet, vil man bli fortrolig med det og etter hvert ha opparbeidet en viss forståelse av hva det hele dreier seg om. Denne forståelsen vil så (langsomt) spre seg fra fagmiljøene til den almenne bevissthet.

Det er få fysiske teorier som har blitt gjenstand for så mye filosofisk diskusjon som kvantemekanikken. Denne diskusjonen har imidlertid ofte hatt som utgangspunkt at kvantemekanikken er et kuriosum, som ligger fjernt fra vår alminnelige virkelighetsoppfatning og alltid vil være forbeholdt eksperter. Den alminnelige oppfatning, som kvantemekanikken må ses i lys av, vil være den klassiske fysikkens oppfatning. Mitt utgangspunkt er et annet, nemlig at kvantemekanikken, og ikke minst kvantefeltteorien, forteller oss om fundamentale trekk ved den fysiske virkelighet, og at vesentlige trekk ved kvantemekanikken etter hvert vil inngå som en del av det generelle verdensbildet. Dermed er det nødvendig med en filosofisk fortolkning som tar teorien som den står, som fullt ut forståelig -- en kvante-ontologi, som ser på hvordan kvantemekanikken og kvantefeltteorien vil være innpasset i et generelt verdensbilde. Den `fullt modne' forståelsen vil det ta en tid før en når (når det gjelder klassisk mekanikk kan den sies å være representert ved Kant, 100 år etter Newton). Forståelsen modner imidlertid ikke av seg selv, men kommer som et produkt av de tolkninger vi foretar. Et slikt utkast til forståelse eller tolkninger av kvantefeltteorien ønsker jeg å bidra til, innenfor de rammene oppgaven tillater.

En annen side av forholdet mellom fysikk, filosofi og den almenne bevissthet er det at heller ikke fysikken er forutsetningsløs. Liksom filosofien lurer seg selv dersom den anser seg som uavhengig av enhver historisk kontekst, vil fysikken lure seg selv dersom den anser seg som uavhengig av alle metafysiske forutsetninger. Alle våre utsagn om verden, både i dagliglivet og i fysikken, forutsetter at noe tas for gitt. Disse forutsetningene kan være av ulike slag, fra kriterier for at vi overhodet kan snakke om en objektiv virkelighet (bli enige om forhold i verden), via en forståelse av hva som kjennetegner en bestemt vitenskap, til det komplekse nettverk av teorier som er underforstått i gjennomføringen og tolkningen av et eksperiment. En erkjennelse av disse forutsetningene er avgjørende for fysikkens selvforståelse, og kan muligens også være med på å gi retningslinjer for hva som kan være fruktbar forskning videre. En undersøkelse og forklaring av disse forutsetningene og deres rolle er et filosofisk problem.

Jeg mener kvantemekanikken gir en god illustrasjon av den doble avhengigheten mellom fysikk og filosofi. Filosofiens avhengighet av fysikken viser seg ved at flere forestillinger som hadde vært ansett som alment nødvendige, slik som deterministisk kausalitet og at alle egenskaper ved tingene kan bestemmes presist, blir forkastet innen kvantemekanikken. Det som hadde vært ansett som a priori sannheter, viste seg å kun gjelde innenfor klassisk fysikk. Kvantemekanikken har derfor tvunget oss til å revurdere elementer av naturfilosofien (og muligens også andre deler av filosofien -- det er arbeidet en del med å revidere logikken på bakgrunn av kvantemekanikken). Det samme poenget illustreres også ved at mye av motstanden mot kvantemekanikken var av filosofisk art -- fremført av mennesker som ønsket å forsvare det klassiske verdensbildet.

Også fysikkens avhengighet av filosofien illustreres naturligvis av alle de filosofiske diskusjonene som har foregått rundt kvantemekanikken. Kvantemekanikkens `fedre', som Bohr, Heisenberg og Schrödinger, påpekte omtrent fra første stund nødvendigheten av en filosofisk fortolkning av kvantemekanikken. Spesielt kommer forbindelsen til filosofien til syne ved den rollen som subjektet spiller i teorien eller tolkningen av den. Som eksempel vil jeg se på `bølge-partikkel-dualismen', som den fremkommer i to-spalt-forsøket og Københavnerfortolkningens syn på dette.

Eksperimentoppsettet er illustrert nedenfor: Enkeltelektroner (eller andre partikler) fra en kilde sendes gjennom to spalter til en skjerm som svertes der partikler treffer.

 

Figure 1: To-spalt-forsøket

Dersom vi bare har den nederste spalten åpen vil det etterhvert vise seg et mønster på skjermen som i fig. a) -- partiklene har truffet med noe spredning rundt ett punkt i forlengelsen av linja fra kilden til spalten -- som klassiske partikler ville ha gjort. Har vi begge spalter åpne skjer det noe rart: Mønsteret som dannes på skjermen blir som i fig. b) -- et mønster av striper. Dette var hva man skulle ha ventet i klassisk fysikk dersom en bølge hadde passert gjennom spaltene. Men en bølge er noe utstrakt, som burde gå gjennom begge spaltene samtidig. Ser vi nå etter hvordan elektronene passerer gjennom spaltene (ved å plassere detektorer der), finner vi at de går gjennom bare én spalt av gangen -- men samtidig får vi et mønster på skjermen som i fig. c) -- som om det var klassiske partikler som gikk gjennom de to spaltene. Alt etter hvordan eksperimentet er satt opp og hva vi observerer, oppfører elektronene seg som partikler eller bølger -- dersom vi insisterer på å bruke klassisk språk.

Københavnertolkningen (i alle sine varianter) sier at beskrivelsen av elektronet som bølge og som partikkel er likeverdige.³ Kvantemekanikken er fri for selvmotsigelser fordi de to beskrivelsene er komplementære heller enn motstridende -- de kan ikke anvendes samtidig der de ville gitt motstridende resultater. Det som bestemmer vilken beskrivelse som skal anvendes, er eksperimentet eller hva som observeres. Det kvantemekaniske fenomenet `i seg selv' er ikke fullstendig bestemt (inneholder en flertydighet) -- først når det er observert (eller satt i rammen av et eksperiment) er det noe bestemt. Her er det viktig at eksperimentoppsettet i følge Københavnertolkningen må beskrives klassisk -- dvs. at det ikke er noen ubestemtheter ute og går her. Vår klassiske verden av ting er altså preget av bestemthet og vanlig kausalitet, mens `kvanteverden' er preget av ubestemthet, komplementære beskrivelser og indeterminisme -- og er avhengig av vår inngripen for å bli noe bestemt.

Det spørsmålet som Københavnertolkningen først og fremst reiser, er om betingelsene for observasjon av fysiske systemer -- noe som er et filosofisk spørsmål. Det viser seg at det fysiske systemets karakter avhenger av både at og hvordan det observeres. Mer generelt reises spørsmålet om hva en observasjon overhodet er; dette ligger til grunn for alle diskusjonene omkring måling i kvantemekanikken (som jeg ikke skal gå videre inn på). Det `naive' synet på observasjon i klassisk fysikk (observasjonen har ingenting å si for det som observeres) kan ikke lenger opprettholdes; i stedet blir fysikken avhengig av en velutviklet erkjennelsesteori.

En annen grunn til at jeg føler det er nødvendig med en slik studie som jeg skal foreta her, er at det hittil har vært skrevet lite om det en kan kalle kvantefeltteoriens implisitte ontologi -- eller det verdensbildet som det innebærer å akseptere kvantefeltteorien som fundamentalfysisk teori. Det som har vært skrevet, har stort sett begrenset seg til populariseringer og diskusjoner av spesielle problemstillinger. Jeg kjenner bare til to bredere anlagte fremstillinger: Werner Heisenbergs `Fysikk og filosofi' [20] og Fritjof Capras `Fysikkens tao' [23]. Heisenbergs bok gir en glimrende, dyptgripende analyse av de filosofiske problemstillingene knyttet til kvantemekanikken (inkludert kvantefeltteorien), med utgangspunkt i hans variant av Københavnertolkningen. Capras bok er mer direkte innrettet på å forfekte en bestemt tolkning eller presentere ett bestemt syn -- som er interessant, men som uansett har godt av å bli konfrontert med andre mulige syn. En del artikler som omhandler filosofiske aspekter ved kvantefeltteorien (inkludert den implisitte ontologi) er samlet i [18,19].

Oppgaven er ment å skulle kunne leses både av filosofer med interesse for, men ikke inngående kjennskap til fysikk, og av fysikere med interesse for filosofi. Den blir derfor av en annen form enn det en kunne finne f.eks. i et vitenskapsteoretisk tidsskrift, der leserne kan forventes å ha godt kjennskap til begge deler. Det er imidlertid ikke en `populær' fremstilling; den krever en del av leseren. Jeg har prøvd å unngå overdreven bruk av fysisk og filosofisk sjargong, men har ikke greid å utrydde alt slikt `ugress' -- jeg håper at dette ikke er alt for plagsomt. Det burde uansett være mulig å følge hovedlinjene i argumentasjonen; spesielt vil jeg fremheve at forståelsen ikke er avhengig av at de matematiske detaljene i avsnitt 2.3 er forstått. Jeg forutsetter imidlertid et visst elementært kjennskap til vektorregning, infinitesimalregning (at man vet hva derivasjon og integrasjon er) og komplekse tall. Av kunnskap i fysikk kreves strengt tatt ikke stort annet (tror jeg) enn at man vet hva energi og impuls er, men det er en fordel å også ha et noenlunde klart bilde av et klassisk felt (slik som elektriske og magnetiske felt). Jeg har også brukt partikkelsymboler en del steder. Et overfladisk kjennskap til filosofihistorien burde være tilstrekkelig til å følge med på de filosofiske resonnementene -- dersom man kan overse bruken av sjargong.

Litt om oppgavens struktur: Jeg har valgt å dele inn i 4 kapitler. Kap. 2 har en dobbel funksjon. Det skal for det første presentere kvantefeltteorien, både fra en historisk og en systematisk synsvinkel. For det andre kan den historiske presentasjonen tjene til å gi en fremstilling av hvordan aktiv fysisk forskning kan arte seg, noe som har interesse for en diskusjon av fysisk forskning generelt.

I kap. 3 ønsker jeg å skissere en vitenskapsteoretisk og naturfilosofisk plattform, som kan danne grunnlaget for en filosofisk diskusjon av fundamentalfysiske teorier. Jeg har her lagt vekt på at denne plattformen skal harmonere med det jeg oppfatter som vitenskapelig praksis -- at fysikeren skal kunne kjenne seg igjen i beskrivelsen av fysikken. Nå er det naturligvis mange oppfatninger, også blant fysikere, om hva fysikk er -- men jeg antar (eller håper) at min beskrivelse av mål, midler og forutsetninger i store trekk kan godtas.

Kap. 4 danner på et vis hovedtyngden i oppgaven. Kapitlet kan deles i tre. Først noen `forpostfektninger', hvor jeg først og fremst slår fast hva kvantefeltteorien ikke er, og sier noe om hvorfor det er slik -- hvorfor klassiske oppfatninger av materien ikke var holdbare i lengden. Deretter skisserer jeg opp ulike måter å fortolke kvantefeltteorien på, sentrert rundt fire `paradigmefortolkninger'. Teoriens begrepsapparat blir dermed også belyst fra ulike vinkler. Deretter går jeg inn på noen sentrale problemstillinger innen teorien, inkludert spørsmålet om hvordan vår verden kan rekonstrueres fra kvantefeltteorien.

Rammen for oppgaven har naturligvis ikke tillatt meg å gå grundig inn på alle filosofiske og vitenskapsteoretiske problemer i tilknytning til kvantefeltteorien. Jeg har konsentrert meg om å forsøke å belyse `ontologiske' problemer -- dvs. forsøke å si noe om hva teorien sier om den ytre verden -- heller enn rent vitenskapsteoretiske problemer, som har utgangspunkt i teorien sett som menneskelig aktivitet. Spørsmålene om renormalisering og om de tilnærmingene som brukes i teorien er gyldige, har jeg stort sett bare nevnt i forbifarten, uten å dermed antyde at de er uinteressante. Jeg hadde håpet å få med et avsnitt om blanding av partikkeltyper -- hvordan skillet mellom de ulike partikkeltypene viskes ut i kvantefeltteorien -- men dette fikk jeg ikke tid til. Noen av de problemene jeg her ville ha tatt opp, er behandlet av Heisenberg [21], Redhead [38] og Weingard [41], samt i flere artikler i [18]. Higgs-mekanismen kunne også fortjent en skikkelig diskusjon, men er ikke behandlet her.

Jeg har unngått mange av de typiske `kvantefilosofiske' problemstillingene, som kausalitet eller determinisme, kvantelogikk, EPR-paradokset og Bells teorem, målingsproblemet osv. Disse spørsmålene har vært grundig diskutert av andre; jeg regner med at jeg ikke har noe videre å bidra med her. Jeg kommer nok ikke helt unna problemene, og vil tildels gi til kjenne et bestemt syn uten å ha begrunnet dette nærmere, eller behandle problemene rent implisitt. Dette betyr ikke at jeg overser at det dreier seg om problemer (selv om jeg anser noen av diskusjonene for å være diskusjoner om skinnproblemer); kun at jeg ikke finner det formålstjenlig med noen inngående diskusjon.

I kap. 5 forsøker jeg å se litt inn i framtida, og se spesielt på teoriens positive heuristikk -- vilke muligheter som ligger for videre forskning. Jeg har ikke rukket å gjøre noen grundig analyse av situasjonen (og spådommer er uansett svært usikre), men jeg håper det kan være med å danne et grunnlag for en mer skikkelig vurdering av hva som kan være fruktbare forskningsområder -- i vilke retninger det kan være mulig å vente seg fremskritt. I dette kapitlet kommer jeg også noe mer inn på en vurdering av fysikken som en menneskelig aktivitet.

Rammen for oppgaven tillater ikke det omfattende studium av bakgrunnslitteratur som kunne vært ønskelig -- og utvalget er kanskje også litt `tilfeldig', bestemt for en stor del av hva som har vært for hånden. Dermed er det store muligheter for at jeg kan ha gått glipp av vesentlige momenter og diskusjon som tidligere har vært omkring temaet, og jeg kan også ha gjentatt ting som har vært sagt før. En del artikler som eksplisitt omhandler filosofiske aspekter ved kvantefeltteorien [19,39], er inkludert i referanselista, selv om jeg ikke har lest dem selv.

Jeg håper at dette kan være et lite bidrag til en diskusjon som jeg oppfatter som nødvendig.