Skam

For tre år siden var jeg med på å organisere et møte i London. Møtet var et samarbeide mellom Kavli Foundation, Royal Society og Det Norske Videnskabs-Akademi, temaet var siste nytt innen astrofysikk, og målgruppen inkluderte studenter og generelt interesserte. Valg av foredragsholdere var derfor basert delvis på deres evne til å uttrykke seg forståelig.

En av oppgavene mine var å være ordstyrer under en bolk av møtet. Det er vanligvis ingen stor eller ubehagelig oppgave, men i dette tilfellet skulle det vise seg at oppdraget bød på et eksempel på hvor vanskelig kommunikasjon mellom ulike kulturer kan være.

Frank Close, forfatteren av denne ukas bok, var en av foredragsholderne i min sesjon. Jeg var godt kjent med navnet siden jeg hadde lest et par av hans ganske tallrike populærvitenskapelie bøker. Dessverre var ikke dette en av Closes beste dager. Som pedagogisk prestasjon betraktet var foredraget hans sammenlignbart med den gang den salige professor Eberhard Jensen forklarte for sin lille sønn at et litt merkelig bilde av sola skyldtes aberrasjon i lengderetningen. Og det varte og det rakk.

Jeg forsøkte omsider å signalisere at tiden var knapp, men det var vanskelig å få kontakt. Endelig snudde han seg mot meg og spurte hvor lang tid han hadde igjen. Da var hans tilmålte tid allerede ute, men jeg bestemte meg for å være grei og gi ham to minutter til å avslutte. Dette aktet jeg å signalisere lydløst ved å holde to fingre opp i luften.

Når et slikt signal skal sendes, faller det naturlig for de fleste av oss å løfte høyre hånds pekefinger og langfinger i været. Det man bør være klar over da, er at i mange engelsktalende land, inkludert England, er dette en gest med en tolkning som ikke er rotasjonsinvariant. Utført med håndflaten vendt mot mottageren, kan den bety det jeg ønsket å formidle, eventuelt at du er en sigarrøykende statsminister med sterk tro på å vinne den 2. verdenskrig.

                                                            Slik

Utføres den derimot med håndbaken vendt mot mottageren, sender den et budskap som vi i vår kultur bare bruker én finger for å formidle: En trussel om/oppfordring til/ønske om at fremmedlegemer skal innføres i en kroppsåpning som mottager (og de fleste andre) vanligvis holder godt tildekket. Og det var dessverre denne varianten jeg uforvarende endte opp med å utføre.

                                                                Absolutt ikke slik!

Frank Close så litt overrasket ut, men hentet seg inn igjen og fortsatte foredraget. Jeg fikk ikke juling etterpå, men vi gikk ikke ut på pub sammen heller. Britene som satt rundt meg reagerte med alt fra forfjamselse til fortvilte forsøk på å kvele latteranfall. Det var et klassisk skulle-ønske-jeg-kunne-synke-i-jorda-øyeblikk. En liten ekstra detalj som jeg kan nevne helt til slutt: kronprins Håkon var også til stede.

Det er derfor terapeutiske grunner til at jeg denne uken har valgt å ta for meg én av de populærvitenskapelige bøkene til Frank Close. Ved å gjenoppleve og konfrontere skamfølelsen som navnet hans vekker i meg, kan jeg forhåpentligvis endelig legge denne episoden bak meg.

Boka jeg har valgt ut heter rett og slett "Nothing" og er et bidrag til Oxford University Press' "Very short introduction to"-serie. Det garanterer at forholdet mellom tittel og sideantall er tilnærmet optimalt her.

Hva kan man si om ingenting? For det første bør det nevnes at det er forskjell på hva en fysiker mener med begrepet, og hva en filosof mener. Når filosofer snakker om ingenting, mener de det totale fravær av absolutt alt. For en fysiker betyr det mer noe i retning av hva vi sitter igjen med etter å ha fjernet alt det er fysisk mulig å fjerne. Det er derfor greit å skille mellom de to variantene av ingenting ved å kalle fysikernes ingenting for vakuum. Vakuum må være noe kjedelige greier. Hva blir det igjen av fysikk når alt som fysisk kan fjernes tas vekk?

Faktisk enormt mye. Vakuum rommer noen av fysikkens største uløste gåter. Bare glem Teorien om Alt, vi har ikke en gang Teorien om Ingenting. Det er til og med grunn til å tro at jakten på sistnevnte kan gi viktige spor til jakten på førstnevnte.

Vakuum kan for eksempel være forklaringen på at universet utvider seg stadig raskere. Den generelle relativitetsteorien forteller at vakuum kan lage frastøtende tyngdekraft dersom det har energi. Og kvantefeltteori forteller oss at energi, det har vakuum mer enn nok av. I vår beste beskrivelse av elementærpartiklene er de alle representert med hvert sitt felt. I en situasjon der det ikke er partikler til stede, som jo er tilfellet i vakuum, har alle feltene så lav energi som de kan ha. Men, forteller kvantefysikken oss, denne laveste energien er ikke lik null. Teoretiske beregninger viser at det finnes nok energi til å forklare ekspansjonen, og mere attpå. Faktisk altfor mye mer enn det som skal til. Helt enormt for mye. Hvis beregningene stemte, ville universets akselerasjon ha startet så tidlig og vært så kraftig at stjerner og galakser aldri ville bli dannet. Det har de jo utvilsomt blitt, så alle vet at noe er feil med teorien. Men nøyaktig hva som er feil og hva løsningen er, er det ingen som vet.

Boka gir en innføring i dette problemet, men du vil også lære andre spennende ting om vakuum. Etter en kort gjennomgang av hva greske naturfilosofer og vitenskapelige pionerer som Pascal og Galilei tenkte om vakuum, forklarer Close hvordan forståelsen av det fysiske ingenting spilte en rolle i utviklingen av elektromagnetisme og relativitetsteori. Som nevnt har kvantefysikken forandre vårt syn på vakuum enormt, og noe av det mest spennende i boka er fremstillingen av hvordan fenomener fra kondenserte fasers fysikk har analogier i vakuum. For eksempel er matematikken i Higgsmekanismen, som forklarer hvordan vakuum gir elementærpartiklene masse, bygd over samme lest som forklaringen på at magnetfelt ikke kan trenge inn i en superleder.

På samme måte som gasser, faste stoffer og væsker kan endre fase, kan også vakuum gjøre det. En faseovergang i vakuum kan ha drevet inflasjonsfasen som de fleste kosmologer mener fant sted tidlig i universets historie. Da utvidet universet seg enormt i løpet av svært kort tid, noe som blant annet forklarer hvorfor temperaturen til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen er nesten den samme, uansett hvilken retning vi ser i. Videre, som boka forklarer, er det mye som tyder på at kvantefysiske vakuumfluktuasjoner under inflasjonsfasen ble såkorn til alt vi ser av strukturer i universet i dag. Og uten strukturer, ingen mennesker. Vi er barn av vakuum.

Det er i det hele tatt ganske imponerende hvor mye Close har fått plass til på så få sider. Og hvor lite foredraget jeg overvar fortalte om hans evne til å forklare fysikk på en forståelig måte. Skal du bare lese én bok om ingenting, er denne boka et trygt valg. Personlig håper jeg at ingenting også representerer hva forfatteren husker fra en viss dag i november for tre år siden.

Det fins mindre mellom himmel og jord enn du tror

Er folk med en solid bakgrunn i fysikk mindre tilbøyelige til å falle for healere, homøopater og annet alternativt svada? En kollega og jeg snakket nylig om dette over en kaffekopp. Uten å ha statistikk til å begrunne et svar endte vi allikevel opp med å konkludere med at svaret burde være ja. De fleste ideene i den alternative verdenen strider mot grunnleggende fysiske lover. Det trengs ikke forsøk og statistikk for å fastslå at homøopati ikke kan funke, for de kjente lovene gjør forestillingen om at vannmolekyler kan huske umulig.

Det kan virke arrogant, for det er jo angivelig så mye vi ennå ikke vet. Kan ikke nye, uoppdagede lover tre inn og snu opp-ned på alt vi trodde? For den som er tilbøyelig til slik falsk ydmykhet er Gaute Einevolls "Hva er fysikk" den rette medisinen.

Før jeg skriver videre om boka, bør jeg bekjenne en liten inhabilitet. Jeg kjenner nemlig Gaute. Ikke så godt at jeg ville tilby å måke snø for ham dersom han klaget over smerter i ryggen. Heller ikke så godt at Gaute ville finne det naturlig å klage til meg over ryggsmertene. Men godt nok til at jeg har fastslått at han er en hyggelig fyr og en svært dyktig fysiker. Dersom jeg hadde noe stygt å si om boka hans, ville jeg ikke skrevet om den.

Skal man gi en populærvitenskapelig innføring i fysikk på 150 sider, må det meste fares over med harelabb. Uten et grunnleggende poeng, kunne boka endt opp med å sprike i alle retninger. Heldigvis har Gaute et budskap han hamrer inn: Vi kjenner alle de grunnleggende fysiske lovene som gjelder under de forhold som angår vår hverdag. Det er bare i de mest ekstreme situasjonene, for eksempel om vi ønsker å forstå hva som skjer nær sentrum av et svart hull, at vi ennå strever med å finne de rette lovene. I alle andre sammenhenger funker teoriene vi allerede har: Klassisk mekanikk, noen ganger supplert med kvantemekanikk og/eller relativitetsteori, Maxwells ligninger og statistisk fysikk.

Noen vil kanskje innvende at vi fremdeles ikke kjenner de virkelig grunnleggende naturlovene, de som gir en forent, kvantefysisk beskrivelse av alle kreftene, inkludert gravitasjon. Hvordan kan vi være sikre på at disse lovene vil ha konsekvenser for vår hverdag? Svaret, som omtales kort i boka, er at fysikkens grunnleggende teorier er det vi kaller effektive teorier. Det vil si at detaljene i fysikken på ulike lengdeskalaer ikke er koblet.

Et eksempel: Vi vet at nøytroner og protoner består av kvarker, og at den sterke kjernekraften mellom dem formidles av gluoner. Å lage modeller for kreftene mellom nøytroner og protoner basert på kvarker og gluoner er imidlertid fryktelig komplisert. Det er heller ikke nødvendig. Ved de energiene man stort sett har interesse av i kjernefysikk, er kvarkene innelåst i protonene og nøytronene. Man kan lage en modell for kreftene mellom kjernepartikler der detaljene i oppførselen til kvarker og gluoner oppsummeres i noen få parametre. Vi trenger ikke å vite alt om kvarker og gluoner hvis det vi er ute etter er å forstå atomkjernen.

Et annet eksempel: Vann er som kjent en samling av H20-molekyler. Skal vi regne ut hvordan vann beveger seg, kunne vi ha satt opp og løst de koblede bevegelsesligningene for en slik samling. Igjen blir det for vanskelig, og nok en gang unødvendig. Detaljene i vannmolekylenes oppførsel er uvesentlig. Vi kan regne vannet som et kontinuerlig stoff, og de spesielle egenskapene som vann har fordi det består av H2O-molekyler kan oppsummeres i noen få tall, som for eksempel viskositeten, den indre friksjonen i væsken.

I fundamental fysikk er situasjonen den samme. Vi vet at partikkelfysikkens standardmodell gjelder ved alle energier som er relevante for normale, jordiske forhold (og et godt stykke over disse også.) Detaljene i en mer grunnleggende teori vil bare være relevante ved mye høyere energier. Uansett hvordan den ser ut, kan dens effekter under de forhold vi har utforsket til nå oppsummeres i egenskapene til partiklene vi kjenner til og kreftene som virker mellom dem. Det finnes ingen smutthull for holistisk kvanteterapi via ekstra dimensjoner.

Som tidligere nevnt, kan dette høres arrogant ut. Poenget til Gaute er imidlertid ikke at vi forstår alle fenomener rundt oss. At de grunnleggende prinsippene er etablert, betyr ikke at fysikk er et avsluttet fagfelt. Boka gir mange eksempler på aktuelle forskningsområder der det ikke er enkelt å finne sammenhengen mellom lovene og fenomenene.

Et annet poeng i boka er at de tradisjonelle inndelingen av naturvitenskapene i disipliner som kjemi, biologi og geologi, er kunstig. Alt er til syvende og sist fysikk, og fysikere jobber nå med problemstillinger som tidligere ble ansett for å være utenfor fagområdet. Gaute er selv et eksempel på dette, for han forsøker å  bruke fysikk og matematiske modeller til å forstå hvordan hjernen fungerer. Fysikere er, hevder boka, ikke definert ved hva de jobber med, men ved hvordan de jobber.

Selv er jeg nok litt mer konservativ. Å bli kalt fysiker (eller astrofysiker) er den største ære et menneske kan oppnå, det høyeste man kan aspirere til. Fysikerstatus skal derfor ikke deles ut så lettvint. Det finnes noen som har gått for langt til å kunne regnes blant de rene og ranke. Et eksempel er fysikere som har gått til finansbransjen. I min verden er de da ikke lenger fysikere, men nærmere beslektet med utøvere av verdens eldste yrke (ikke at det er noe galt i det.)

Det er fint med populærvitenskap på norsk, og det er flott at boka gir så mye plass til fysikken vi kan og så lite til mer spekulative teorier. Som jeg nevnte i omtalen av "The first three minutes", handler for mange av de populærvitenskapelige bøkene som blir utgitt om det sære, det spektakulære og spekulative i fysikk. Med multivers, strenger og braner kan det lett virke som om alt er mulig. Det åpner dører for alternativbransjens svada. Da er det godt at folk som Gaute skriver bøker som minner oss om at i vår jordiske virkelighet vet vi mye om hva som er mulig og umulig. Det som høres for godt ut til å være sant, er som regel nettopp det.

Tidens historie, altfor korteligen fremstilled

En bok kan få bra ting til å skje, selv om den er mindre god. Jeg tenker ikke her på Jonas Gahr Støres "I bevegelse: veivalg for det 21. århundre" (den har såvidt meg bekjent ikke fått noen konsekvenser), men på Stephen Hawkings "A brief history of time" fra 1988.

Stephen Hawking er den eneste nålevende fysiker som kan sies å være en verdenskjendis. Det skyldes en kombinasjon av at han har gitt viktige bidrag til kosmologi og teorien for svarte hull, hans modige kamp med sykdommen amyotrofisk lateral sklerose, og, i en ganske høy grad, denne boka.

Hawking blir av og til fremstilt som en ny Einstein. Det er nok en sannhet med modifikasjoner. Han er ikke i nærheten av å ha gjort noe like stort som det Einstein gjorde, men det er det heller ingen andre av samtidens fysikere som har gjort. Når det er sagt, så ville jeg ha vært svært fornøyd om jeg hadde oppnådd en brøkdel av det Hawking har fått til. Jeg ville ikke ha solgt moren min for det, men en svigermor eller to kunne jeg ha ofret med lett hjerte.

Et noe overdrevet rykte til tross, er Hawkings kjendisstatus velfortjent og positiv. I en verden der man kan bli superkjendis ved å være god til å sparke til en ball eller være flink til å bli tatt bilde av i bikini, er det godt å se at i hvert fall én person har blitt det ved å være god i teoretisk fysikk. Det er én av de positive konsekvensene av "A brief history of time". Den gjorde Hawking til stjerne og skaffet dermed også faget omtale. Den økte interessen for fysikk blant lesere og forleggere.

Men, som sagt, boka som fenomen er etter min mening bedre enn boka som bok. Det er tre hovedproblemer med den: Den er for kort, den skiller ikke klart nok mellom etablert vitenskap og spekulasjon, og den inneholder for mange filosofiske og historiske sleivspark.

Temaene i boka er hentet fra Hawkings egen forskning på svarte hull og kosmologi. Hans mest berømte resultat er at når man tar hensyn til kvantefysikk, vil gravitasjonsfeltet til et svart hull får rommet rundt det til å stråle. Dermed er ikke svarte hull helt svarte, og i det ekstremt lange løp vil de alle fordampe og forsvinne. Hawking viste dette ved å gjøre en tilnærming der strålingen ble behandlet kvantefysisk, mens gravitasjonsfeltet ble regnet som klassisk. Allikevel regner de fleste som har greie på det med at dette resultatet vil overleve i en fullstendig kvantegravitasjonsteori, og den såkalte Hawkingstrålingen spiller derfor en viktig rolle i teoretiske tankeeksperimenter.

Bokas forsøk på å gi en populærvitenskapelig forklaring av Hawkingstråling fyller omtrent én side og gjør bruk av virtuelle partikler og negativ energi. Det er ikke enkelt å henge med i svingene om man ikke er kjent med begrepene fra før. Fenomenet er ikke lett å forklare, det stammer dypest sett fra at en akselerert observatør og en observatør i ro vil være uenige om hva vakuumtilstanden er, men det hadde utvilsomt hjulpet om det hadde blitt påspandert et par sider ekstra.

Mangelfullt skille mellom etablert fysikk og spekulasjoner kommer klarest fram i kapitlet om universets begynnelse og skjebne. Her beskrives Hawkings kjepphest i kosmologien, det som på godt norsk er kjent som "the no boundary proposal." Ved de tidligste tidspunkter, nær den såkalte plancktiden, bryter Big Bang-modellen sammen. For å beskrive de første øyeblikkene av den kosmiske historien, trenger vi nemlig en kvantegravitasjonsteori. Hvordan en slik skal se ut er et ennå uløst problem. Sammen med James Hartle lanserte Hawking på begynnelsen av 1980-tallet en gjetning på hva konsekvensene av kvantisert gravitasjon vil være i kosmologien.

Hartle og Hawking fulgte Richard Feynmans formulering av kvantefysikken. I hans versjon finnes sannsynligheten for at en partikkel skal bevege seg fra A til B ved å summere bidrag fra alle veier partikkelen kan bevege seg i tid og rom mellom de to punktene, der hver vei vektes på en bestemt måte. Summen kalles ofte for et veiintegral, og matematisk sett er det ganske hårete greier. Når metoden anvendes på hele universet, blir det man regner ut sannsynligheten for at universet skal utvikle seg fra én angitt konfigurasjon til en annen, og det man summerer over blir alle historier (alle tidrom) som kan gi de to konfigurasjonene.

Dette er temmelig abstrakt, og det blir ikke bedre av at man i dette tilfellet, som ofte ellers når man diller med veiintegraler, må benytte seg av et matematisk triks for å gjøre beregningen: Man lar tiden bli et imaginært tall, det vil si av typen √-1. Dette er grunnen til at Hawking snakker om imaginær tid. Forvirringen oppstår når boka gir inntrykk av at tiden virkelig blir imaginær nær universets begynnelse. Det er umulig å se for seg, og det er også unødvendig å prøve. Fysiske størrelser er alltid vanlige, reelle tall, og imaginær tid er bare en matematisk tryllekunst.

"The no boundary proposal" består videre i en restriksjon på hvilke tidrom som skal tas med i summen. Når tiden gjøres imaginær vil tidsdimensjonen opptre i ligningene på nøyaktig samme måte som de tre romlige. Det man summerer over blir dermed ulike firedimensjonale rom. Hartle og Hawking foreslo at bare begrensede rom, som firedimensjonale kuleflater, skal tas med i summen. Akkurat som sin laveredimensjonale slektning, jordoverflaten, har slike rom ingen punkter som er spesielle, ingen begynnelse eller slutt. Dermed får universet ingen klar begynnelse i (imaginær) tid, og behovet for å angi hvordan universet begynte forsvinner.

Her er det mye som burde vært gjort tydeligere for leseren. For det første, så avskaffes ikke behovet for initialbetingelser fullstendig. På samme måte som man ellers kunne ha spurt om hvorfor universet begynte på nettopp den måten den gjorde, kan man spørre om hvorfor man bare skal ta med akkurat den type tidrom i summen som Hawking og Hartle velger. For det andre er matematikken omdiskutert. Trikset med imaginær tid krever at noen betingelser er oppfylt for at det skal fungere, og det er uavklart om det fungerer i dette tilfellet.

For det tredje er det en rekke begrepsmessige problemer forbundet med å anvende kvantefysikk på hele universet. Det man i praksis gjør da, er å sette opp universets bølgefunksjon. Bølgefunksjonen angir hvilke resultater målinger kan gi. Si at jeg ønsker å måle posisjonen til en partikkel. Før jeg faktisk gjør målingen, vil bølgefunksjonen typisk være en miks av alle mulige posisjoner, og elektronet kan ikke sies å ha noen bestemt posisjon. Spørsmålet "hvor er elektronet" er meningsløst da. Dette er vanskelig nok å forstå, og den vanlige strategien til den typiske fysiker er å la være å prøve. Men overføres tankegangen til hele universet, blir det virkelig underlig. En måling består jo i en eller annen form for vekselvirkning. For å bestemme posisjonen til et elektron, må elektronet vekselvirke med noe som ikke er elektronet selv, for eksempel en detektor. Men hva er det universet kan vekselvirke med? Det er jo alt som fins! Hva bølgefunksjonen til universet betyr, og om den i det hele tatt har noen mening, er et vrient spørsmål som har ledet enkelte til å inngi seg med uhyrligheter som mange verdner-tolkningen av kvantemekanikken. Dette burde vært nevnt i boka.

Etter å ha brukt så mye plass på å klage, skal jeg fare med harelabb over det siste irritasjonsmomentet. Boka inneholder en del flåsete slengbemerkninger når den berører filosofi og vitenskapshistorie. Et eksempel på det siste er at Hawking antyder at Kopernikus utsatte å publisere sitt heliosentriske system av frykt for å bli anklaget for kjetteri. Sannheten er at han var redd for å dumme seg ut for den lærde eliten og brukte lang tid på forsøke å samle observasjonell støtte for ideene sine. Et eksempel på det første er når han sier at hans kvanteversjon av universets historie ikke etterlater noen rolle å spille for en gud. Det er en konklusjon som det er umulig å trekke uten å i tillegg gjøre en rekke metafysiske antakelser, og det bør overlates til filosofer som liker sånt.

Til sist må jeg nevne kapitlet med tittelen "The unification of physics" fordi det er så rørende og trist å lese det i etterpåklokskapens klare lys. Her fortelles det at vi er nær å ha en enhetlig kvanteteori for alle de fire naturkreftene. Dette er fysikkens hellige gral, den sagnomsuste Teorien om Alt. I følge boka, som altså er fra 1988, skulle den ha vært på plass rundt årtusenskiftet. Den spådommen har ikke helt slått til, for å si det mildt. Det er egentlig nedslående hvor lite vi har nærmet oss. Jovisst har det skjedd ting på teorifronten, og flertallets favorittkandidat til tittelen Teorien om Alt, strengteori, er bedre forstått nå enn den var for tretti år siden. Dessverre er en av tingene man har forstått at den er løs i fisken at den aldri kan forklare hvorfor universet er som det er.

Det er heller ikke kommet så mye nytt fra eksperimenter og observasjoner som kan lede oss på veien. Så langt har resultatene fra LHC bare bekreftet partikkelfysikkens Standardmodell. Mørk materie var et velkjent problem i 1988, og det eneste som har skjedd senere er at vi har lært mer om hva den ikke kan være. Mørk energi er egentlig bare problemet med den kosmologiske konstanten i ny drakt, et problem som har vært kjent helt siden Yakov Zeldovich i 1967 forsøkte å regne ut den kvantemekaniske vakuumenergien og fant ut at den var sjokkerende høy. Vi har funnet ut at nøytrinoer ikke er masseløse, men det krever ikke voldsomme endringer å få massive nøytrinoer inn i Standardmodellen, og det hjelper lite i jakten på Teorien om Alt. Det mest spennende som har skjedd nylig er en mulig oppdagelse av en femte kraft, men en femte kraft er blitt oppdaget og senere motbevist opptil flere ganger tidligere, og om den blir stående denne gangen, er det ikke sikkert at den forteller så mye om veien videre mot en forent teori for alle kreftene. I Hawkings ånd vil jeg komme med min egen spådom: Teorien om Alt vil ikke bli funnet i min levetid, selv ikke om jeg slutter å røyke.

De første tre minuttene

At forskere ikke er i stand til å formidle, er et synspunkt jeg har støtt på i møte med journalister og kommunikasjonsmedarbeidere. Holdningen stammer nok delvis fra to fordommer. Den første er at akademikere lever i elfenbenstårn, innhyllet i en tåke av uforståelig terminologi. Den andre er at folk flest er dumme og late, og ikke orker å bruke tid på noe de ikke forstår umiddelbart.

Det finnes selvsagt noe empirisk belegg for begge påstandene, men de er ikke sanne for alle og alltid. Svært mange forskere er dyktige formidlere, og svært mange mennesker er villige til å investere tid og krefter i å forstå et emne de fatter interesse for. Det er fullt mulig å formidle uten å fordumme. Et strålende eksempel på dette er boka "The first three minutes", skrevet av Steven Weinberg og utgitt første gang i 1977.

Steven Weinberg er ikke like kjent blant folk flest som hans navnebror Stephen Hawking, men han er uten tvil en av de største nålevende fysikere. Blant mye annet var han en av hovedarkitektene bak det som kalles Standardmodellen i partikkelfysikken, noe han sammen med Sheldon Glashow og Abdus Salam fikk Nobelprisen for i 1979.

Weinberg har skrevet flere bøker, både for folk flest og for spesialister. De sistnevnte har alle titler som antyder at han er en mann med sanns for å uttrykke seg enkelt og tydelig. Bøker jeg har støtt på om kvantefeltteori har hatt titler som "An introduction to quantum field theory" og "Quantum field theory in a nutshell." Weinbergs trebindsverk om emnet heter "The quantum theory of fields". Om kosmologi har han skrevet boka "Cosmology". Jeg håper vi snart får oppleve selvbiografien "Autobiography", og kanskje etterhvert kriminalromanen "Crime".

Men tilbake til "The first three minutes". Mye har skjedd i kosmologi siden 1977, så hvorfor skal vi gidde å lese denne boka nå? Kosmologer i dag forsøker å forstå mørk materie, mørk energi og inflasjon, temaer man knapt visste om da Weinberg skrev boka. Det nesten oppsiktsvekkende er at vårt bilde av de første tre minuttene i universets historie ikke har endret seg vesentlig i løpet av disse årene, det er bare blitt litt skarpere.

Hovedtemaet i boka er hva som foregikk i universet fra det var en hundredels sekund gammelt til det var litt over tre minutter gammelt. Det viktigste som skjedde da, var at nøytroner og protoner slo seg sammen til heliumkjerner. Universet var dominert av stråling, og vi har ingen sterke grunner til å tro at universets ukjente mørke komponenter spilte en rolle da. Bortsett fra noen detaljer, for eksempel at vi nå vet at det finnes tre typer nøytrinoer, ikke to som Weinberg regnet med, består beskrivelsen han gir av universets tidlige historie.

Dette er ingen enkel, lettlest bok. Weinberg har respekt for leseren og antar at hun eller han er et interessert, intelligent menneske som er villig til å anstrenge seg for å henge med. Innsatsen blir rikelig belønnet med både kunnskap og forståelse. Jobber du deg gjennom boka, vil ikke bare vite hva vi mener må ha hendt i de første minuttene, men også hvorfor vi mener det må ha vært sånn.

En av de viktige innsiktene du vil få, er betydningen av termisk likevekt. Det tidlige univers er ganske enkelt å modellere, fordi det var i termisk likevekt. Det betyr at hva som foregikk før vi starter beskrivelsen er uvesentlig. Om og hvordan universet begynte å eksistere spiller ingen rolle. Alt vi trenger for å beregne hva som skjedde, er lovene i statistiskk fysikk og noen få bevarte størrelser som forholdet mellom antall kjernepartikler og antall fotoner. Utgangsbetingelsene har ingen betydning for den videre utviklingen. Det er på en måte litt trist, siden det gjør det bortimot håpløst å finne ut hva de var. Fordelen er imidlertid at vi uansett kan modellere mesteparten av universets historie uten kjennskap til hvordan det hele begynte.

Nyere bøker om kosmologi tar gjerne for seg de mer spekulative områdene av faget og presenterer eksotiske teorier om ekstra dimensjoner og multivers. Det er lett å få inntrykk av at kosmologer tilbringer mye tid på nachspiel. Derfor er det viktig for fagets rykte at det finnes bøker som denne. Bøker som får fram at kjente fysiske lover er nok til å forstå sentrale hendelser i universets historie. At bokas konklusjoner står fast nesten 40 år etter at den ble skrevet understreker dette. Kosmologi er en vitenskap, ikke et oppsamlingsheat for mislykkede science fiction-forfattere.

Noe annet man finner mye av i populariseringer av kosmologi, er mer eller mindre fantasifulle analogier som skal gjøre fysikken mer anskuelig og lettere å forstå. Ekstra dimensjoner blir til hageslanger, universets ekspansjon til en rosinbolledeig som står til heving. Ganske ofte kan slike bilder forvirre og forlede mer enn de forklarer. Svært mye i moderne fysikk kan ikke gjøres anskuelig. Det er en grunn til at fysikkstudenter må lære mye matematikk. Det betyr ikke at vanskelige emner ikke kan forklares for ikke-eksperter, men at det vil kreve litt anstrengelse å forstå forklaringene. Formidlere må av og til få lov til å tenke at en ond og utro slekt krever metaforer, men alt vi vil gi dem er bolledeiganalogien.  Weinberg gir oss ikke engang denne.

Boka er på mange måter et langt argument, der vi trinn for trinn kan følge hvordan noen få antakelserkombinert med kjente fysiske lover leder til et klart bilde av hva som foregikk i de første tre minuttene. Det er rett og slett vakkert.

Noen stusser litt når ligninger, fysiske teorier og logiske resonnementer omtales som vakre. Hva menes egentlig med det? Jeg tror opplevelsen av skjønnhet i denne sammenhengen kan sammenlignes med nytelsen man kan få av musikk. En vanntett og elegant argumentasjonsrekke, gjerne med en overraskende og interessant konklusjon, er som et Bach-preludium. Et logisk feilskjær er som en falsk tone, de gir begge et grøssende ubehag. I oppvakte øyeblikk kan vi ofte føle at noe er feil i et resonnement før vi vet hvor det faktisk gikk galt. "The first three minutes" er fri for unoter. Den er en nytelse fra første til siste bokstav.

Om denne bloggen

Som professor ved Universitetet i Oslo, er en del av jobben min å formidle kunnskap om mitt fagfelt, astrofysikk, til folk som ikke er så heldige at de er astrofysikere. Det er en oppgave som jeg i det minste har forsøkt å ta alvorlig.

For å bli bedre til å formidle, har jeg tenkt den ikke særlig revolusjonerende tanke at det er lurt å se hvordan andre gjør det. Derfor har jeg i løpet av de siste årene lest en god del populærvitenskapelige bøker. Det har både vært nyttig og uheldig. Nyttig, fordi jeg faktisk har lært noe. Uheldig, fordi jeg til tider har blitt så lei av populærvitenskap at jeg ikke har klart å skrive noe selv. Det har dessverre vist seg å være grenser for hvor mange ganger jeg orker å lese om hvordan universets ekspansjon kan sammenlignes med en bolledeig som hever, før jeg får nok av både metaforen og boller.

Det jeg imidlertid sitter igjen med, er kjennskap til en hel del bøker som jeg tror er interessante for flere enn meg selv, og som jeg vil skrive om i denne bloggen. Jeg vil skrive om gode og mindre gode bøker, gamle og nye.

Jeg liker også å lese bøker om andre fag enn mitt eget. Populærvitenskapelige bøker synes jeg er en fin måte å få et glimt av hva forskere på andre fagfelt driver med. Fra tid til annen vil jeg også skrive om slike bøker jeg har lest som en interessert amatør.

Første advarsel: Mitt område i astrofysikken er kosmologi, studiet av universets historie og struktur på stor skala. Jeg har imidlertid en ganske generell bakgrunn i teoretisk fysikk. Når jeg skriver om bøker om fysikk og astrofysikk, vil mine vurderinger og synspunkter være preget av at jeg er sånn noenlunde på innsiden av stoffet. Det kan føre til at det jeg skriver er av mindre nytte for en som ikke har den samme bakgrunnen, men det må vi nok bare leve med.

Andre advarsel: Når jeg skriver om bøker som ikke handler om fysikk eller astrofysikk, har mine synspunkter ingen faglig tyngde. De er mine høyst subjektive vurderinger som interessert idiot.

Tredje advarsel: Det er fare for at jeg fra tid til annen vil poste innlegg som ikke handler om bøker. Ofte vil det dukke opp interessante forskningsnyheter som jeg har lyst til å kommentere, og da vil jeg gjøre det her. Av og til kan jeg nok også falle i fristelsen for å publisere mine grunne tanker om perifere spørsmål her. Jeg beklager på forhånd.

Siden jeg allerede har dratt professorkortet, bør jeg til sist si at jeg alene påtar meg skylden for alt jeg måtte finne på å skrive i denne bloggen. Bli ikke sint på Institutt for teoretisk astrofysikk, Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet eller Universitetet i Oslo. De har etter all erfaring sunnere holdninger og bedre synspunkter enn jeg.