Fysikkfaget og det gode liv

Kronikk

Kronikk i Dagbladet 2. oktober 2005 av professor Gaute Einevoll, UMB.

Professor Gaute Eienevoll Foto: Håkon Sparre

Den gjennomsnittlige levealderen i Norge har økt med omtrent 20 år i løpet av de 100 årene som har gått siden 1905. Det er mange gode krefter som har bidratt til denne utviklingen, men den viktigste enkeltfaktoren er ny teknologi basert på naturvitenskap. Det 20. århundre bød på en serie fantastiske fremskritt innen naturvitenskapen, og spesielt i fysikkfaget. Disse fremskrittene har bidratt til å gi et stort antall mennesker et lengre og bedre liv.

For 100 år siden ble de tre grunnleggende naturvitenskapene fysikk, kjemi og biologi regnet som tre separate fagdisipliner, men det 20. århundets forskning viste at all natur styres av de samme grunnleggende fysiske naturlover. Ingeniørene spiller på lag med disse lovene når de utvikler ny teknologi, og fysikkfaget kan derfor sies å utgjøre ryggmargen i dagens høyteknologiske samfunn. De som utviklet radio og tv for mange år siden, baserte seg for eksempel på de matematiske ligningene som beskriver alle elektromagnetiske fenomener. Disse ligningene ble endelig formulert av den skotske fysikeren James Clerk Maxwell rundt 1870. Hver gang du ringer i mobiltelefonen utfører du et lite fysikkeksperiment som bekrefter at Maxwells ligninger fortsatt gjelder. Fysikken har også vært med på å gi oss godt isolerte hus med innlagt strøm, rent vann og kloakkanlegg, bedre og tryggere mat, bedre medisiner, raskere og mindre forurensende transportmidler, og en lang rekke andre produkter og tjenester som gjennomsyrer hverdagen.

Einsteins bragder i 1905
Det er derfor all mulig grunn til å feire fysikkfaget i 2005, som er utpekt av FN som Verdens fysikkår. Bakgrunnen er at det er nøyaktig 100 år siden Albert Einsteins såkalte mirakuløse år da han offentliggjorde fire vitenskapelige arbeider som forandret verden. I det første arbeidet bygde han på en oppdagelse fra 1827 da biologen Robert Brown observerte i sitt mikroskop at små pollenkorn i vann ikke ligger i ro, men gjør ørsmå tilfeldige hopp rundt omkring. I 1905 forklarte Einstein at hoppingen skyldes utallige usynlige vannmolekyler som "sparker til" pollenkornene. Han gav derved avgjørende støtte til den gamle ideen om at verden er bygd opp av små byggesteiner, atomene. I det andre arbeidet forklarte Einstein den fotoelektriske effekten, som innebærer at det oppstår en liten elektrisk strøm når lys skinner på en metallbit. Einstein innså at den eneste måten å forklare denne effekten på, var å anta at lyset består av små energipakker kalt fotoner, som oppfører seg som partikler. Arbeidet la et viktig grunnlag for den senere utviklingen av kvanteteorien, teorien som dagens datarevolusjon er basert på. Denne oppdagelsen var spesielt nevnt da Einstein fikk nobelprisen i fysikk i 1921. I sine to siste arbeider i 1905 lanserte Einstein den spesielle relativitetsteorien, som sier at målte avstander og tidsrom avhenger av hvor fort man beveger seg. Teorien inneholder også verdens mest berømte matematiske ligning, E=mc2, der E er energi, m er masse og c er lyshastigheten.

Naturens kode er avslørt
Fysikersamfunnet har nå utviklet fysikkfaget så langt at vi i dag tror vi kjenner det en kan kalle naturens kode, dvs. de grunnleggende fysiske prinsippene som naturen rundt oss på jorda følger. Koden er formulert som en sammenkoblet vev av matematiske ligninger. Ligningene beskriver de fire kjente fysiske krefter, nemlig gravitasjonskraften, den elektromagnetiske kraften og den sterke og den svake atomkjernekraften. Videre beskrives de mekaniske lover som forteller hvordan partikler responderer til disse kreftene. Per i dag kjenner vi ikke til noe jordisk fenomen som ikke følger denne avdekkede koden. Fysikkstudenter om femhundre år vil derfor trolig lære de samme lovene som dagens studenter. Når fremtidens historikere ser tilbake, vil nok 1900-tallets avdekking av disse grunnleggende naturlovene bli regnet som kanskje den fremste kulturelle hendelsen i vår tid.

Fortsatt nok utfordringer
Selv om naturens kode kan være avdekket, er det slett ikke slik at fysikkfaget er uttømt. Selv om vi kjenner de grunnleggende matematiske lovene, er det i praksis veldig vanskelig å regne ut hvilke konsekvenser disse lovene har for de naturfenomenene vi er interessert i. Den såkalte Schrödinger-ligningen, som ble formulert av den østerrikske fysikeren Erwin Schrödinger i 1926, beskriver blant annet hvordan atomer oppfører seg. Den matematiske løsningen av Schrödinger-ligningen er rimelig grei for det enkleste atomet, hydrogen, som består av ett elektron svirrende rundt sin atomkjerne. Men selv om ligningen ser omtrent likedan ut for det kjempestore uran-atomet, er det veldig vanskelig å løse ligningen for dette atomet med 92 elektroner svirrende omkring kjernen. Fysikken minner i så måte mye om sjakk. Det er forholdsvis enkelt å lære seg reglene for hvordan sjakkbrikkene kan flytte seg, men det er et langt skritt fra å kunne reglene til å bli stormester i sjakk. Tilsvarende kan man si at vi i dag kjenner naturens ”sjakkregler”, men det er lenge igjen før vi kan kalle oss ”stormestre” i å bruke reglene. Dette innebærer at vi fortsatt er langt fra en fullgod forståelse av kompliserte systemer som, for eksempel, en levende dyre- eller plantecelle. Dermed kan vi heller ikke ”regne ut” hvordan cella vil reagere i alle tenkelige situasjoner. Det er også fortsatt helt uforståelig at gruppen av atomer som utgjør hjernen vår kan utvikle en bevissthet om seg selv. Fysikerne kjenner heller ikke ”koden” som styrte prosessene i det første sekundet etter universets oppstart, ”The Big Bang”, for 14 milliarder år siden. Da var tettheten av energi så høy at de fire ovennevnte fysiske kreftene kanskje var forenet i en felles urkraft. Drømmen om en slik ”theory of everything” lever i fysikksamfunnet, og når den nye store partikkelakseleratoren på det europeiske forskningssenteret CERN i Sveits åpner om et par år, vil vi ytterligere kunne nærme oss en slik teori.

Til menneskehetens beste
Men den aller største utfordringen består i å fortsette anvendelsen av fysikken til menneskehetens beste. Fysikkfaget har dramatisk bidratt til å øke livskvaliteten for oss som er så heldige å bo i den vestlige verden. Målet må være å spre gevinsten videre til folk i fattigere land. Men dagens teknologibruk representerer også en trussel mot miljøet og ville medføre alvorlige problemer hvis den ble kopiert over hele verden. Samtidig kan vi ikke trekke opp stigen etter oss og nekte de fattige landene en livskvalitet som ligner vår egen. Vi trenger derfor å utvikle og ta i bruk nye teknologier. Norge og verden trenger flere fysikere, naturvitere og teknologer som kan fortsette arbeidet med utnyttelsen av vår nyervervede kunnskap om ”naturens kode”. Blant annet må vi utvikle og nyttiggjøre nye energikilder, bruke energi bedre, redusere utslipp av karbondioksid for å bremse drivhuseffekten, og finne måter for effektiv produksjon av mat som ikke setter naturmiljøet i fare. Her blir det nok å gjøre for både fysikere og politikere i årene som kommer.

Oppdatert: 12.03.09
Utskriftsvennlig versjon

Del med en venn:

Kommunikasjonsavdelingen
Universitetet for miljø- og biovitenskap
Postboks 5003
1432 Ås

Emneord

- Kronikk