Kvantemekanik og religion – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Kvantemekanik og religion

14. august 2008

Kvantemekanik og religion

Hej Niels Bohr Institutet
Mit navn er Josef. Jeg er lærerstuderende på sidste år, og skal i gang med min proffesionsbachelor i kristendoms/religions faget. Til min første vejledning i opgaven i dag, nåede min vejleder og jeg til et tvivlsspørgsmål, da vi snakkede om, at videnskaben på sin vis er "den nye religion".

Her snakkede vi om, om det i gennem kvantefysikken er blevet bevist, at mennesket består af energi eller om det bare er en teoretisk videnskab, og at man i den brede forstålse stadig ser det som fakta at vi består af fast masse ?

Jeg er i tvivl må jeg indrømme, da min referance til kvantefysikken hovedsageligt begrænser sig til Dr. Quantums tegnefilm om "the double slit experiment", hvor man fortæller at en elektron kanon har opserveret at fysisk masse kan bevæge sig som energibølger, og semi-videnskabelige film som, What the bleep do we know og The Secret.

Jeg ville blive glad hvis i kunne afgøre denne tvivl, da det kan få indflydelse på hvordan jeg får lov at opstille min problemformulering i min bachelor opgave.

På forhånd tak :)
Hilsen J H

Fysiks forskning består i at prøve at forstå naturlovene. Det gøres bl.a. ved at søge en matematisk beskrivelse af disse love.

"Den naturvidenskabelige metode" (fra Galileo Galilei 1564 - 1642) består kort i, at man laver en matematisk beskrivelse af et område indenfor fysikken, regner på denne matematiske beskrivelse, og finder konsekvenser, som man derefter kan undersøge eksperimentelt.

Hvis det viser sig, at der er overensstemmelse imellem den udledte teori, og det nye eksperiment, har man en teori, man kan forbedre og gå videre med. Et andet krav er, at forsøgene skal være reproducerbare, dvs. skal kunne gentages også af andre eksperimentatorer ud fra en given beskrivelse. Fysikkens bygning er altså bygget ved en vekslen imellem forsøg og teori, som er beskrevet matematisk. Er en teori ikke eftervises eksperimentelt er det kun en hypotese.

De forskellige dele af teoribygningen blev påbegyndt på forskellige tidspunkter f.eks. den klassiske mekanik fik for alvor sin start med Isaac Newton (1643 - 1727), elektricitetslæren med James Clerk Maxwell (1831 - 1879), som i ca. 1864 lavede sin teori som matematisk forudsagde muligheden for elektromagnetiske bølger (radiobølger). De blev eftervist i 1887 af Heinrich Hertz (1857 - 1894).

Omkring år 1900 opdagede fysikerne, at det var nødvendigt ud over den beskrivelse, der allerede eksisterede, at have en mere kompleks beskrivelse ved meget høje hastigheder nær lysets hastighed og af meget små ting nær atomstørrelse. De høje hastigheder blev dækket af Relativitetsteorien som udvikledes af Albert Einstein (1879 - 1955), og blev publiceret i 1905. De matematiske ligninger som beskriver ting ved de store hastigheder bliver de sædvanlige matematiske ligninger, når hastighederne er små.

Sidst i attenhundredetallet opdagede Max Planck (1858 - 1947) et problem med energien, der udstråledes fra glødende legemer, i denne sammenhæng formulerede han ordet kvant om en energienhed. Han havde ikke nogen samlet teori der gav forståelse af problemet. Løsningen kom i form af kvantemekanikken, som formuleredes i sin første form af Niels Bohr (1885 - 1962) i 1913. Kvantemekanikken dækker beskrivelsen på det atomare niveau.

Kvantemekanikken (som også kaldes bølgemekanik fordi bølger og svingninger er vigtige komponenter i beskrivelsen) går for store genstande også over i de normale beskrivelser og ligninger. Problemet ved at kommunikerer begge de to nævnte teoribygninger er, at de kræver en rimelig indsigt i matematik specielt kvantemekanikken stiller ret store krav til matematik for at opnå forståelse.

Kvantemekanikken har været en meget frugtbar teori, som har åbnet en lang række nye områder for forståelse lige fra transistoren og dermed TV og computere, desuden atomkraftværker og Lasere, meget af nutidens teknik er udviklet ud fra forståelsen af kvantemekanikken. Kvantemekanikker er helt fundamental for fysikernes forståelse af det moderne verdensbillede.

Hvad består mennesket så selv af i moderne opfattelse?

Vi består ud fra naturvidenskabens indsigt af atomer bundet kemisk til hinanden på en indviklet måde. Et atom består af en kerne og nogle elektroner. Kernen er sammensat af neutroner og positivt ladede protoner. Elektronerne er negativt ladede, ganske lette og opholder sig fortrinsvis omkring kernen. Hele massen ligger i kernen (bortset fra nogle tiendedele promille, som er elektronerne).

Kernens størrelse er ca. 10-14 m (0, og 14 nuller og et 1 tal). Udenom kernen i visse bestemte områder (lad os kalde det bestemte afstande) ligger elektronerne. Diameteren af "elektronskyen" er ca. 10-10 m (0, og 10 nuller), altså ca. 10 000 gange kernens diameter. Det meste af atomet er altså tomt! Elektronernes baner er kvanticeret, dvs. elektronerne har størst sandsynlighed for at opholde sig i bestemte afstande fra atomkernen, og der er afstande de ikke har sandsynlighed for at være i. Når elektronerne tilføres energi springer de længere væk fra kernen til en ny tilladt afstand, springer de nærmere kernen afgiver de energi f.eks. som lys eller elektromagnetisk stråling.

Elektronerne er ansvarlige for opbygningen af mere komplicerede stoffer. Elektronerne er eneansvarlige for de kemiske bindinger, som binder atomerne sammen f.eks. til vand, muskelmasse eller knoglevæv. Dette sker ved en række kemiske bindingsmekanismer, som afhænger af hvilket stof vi taler om, men hvor der i de fleste tilfælde sker det, at elektronerne fra forskellige atomer deles imellem flere (mange) atomer. Også disse bindinger kræver kvantemekanik, for at man kan forstå dem. Bindingerne involverer energi, når de dannes, og når de brydes. Vi kan f.eks. binde energi i fedtdepoter og igen frigøre energien ved nedbrydelse af depoterne.

Vi er altså energivæsner i en vis henseende (vi har brug for energi for at eksistere), med de kemiske bindinger imellem en utrolig masse atomer (noget i retning af et tal med ca. 28 nuller efter 1028). De kemiske processer i os leverer den energi vi bruger for at leve, og det sker ved at ændre kemiske bindinger i en række stoffer, vi indtager som drivkraft (mad). På den anden side har vores atomer en samlet masse på ca. 80 kg, og bindingerne giver anledning til en fast overflade uanset, at der er en masse luft omkring kernen, så en stor del af vores krops rumfang er tomt rum. Overfladen virker fast, fordi det er tæt bundne atomer, og de er langt mindre end noget, vi kan opfatte, så de opfattes som et kontinuum.

Jeg opfatter ikke den fysiske beskrivelse som teori eller tro, men som velefterviste og forståede naturlove. Set fra et fysiksynspunkt er det heller ikke en religion, fordi der er tale om videnskab med eksperimenter, det er ikke et trosfænomen. Religion er et spørgsmål om tro f.eks. på den overleverede bibel og dens udsagn, "kirkens" udsagn, der er intet som kan eftervises eller beskrives ved eksperiment.

Efter min bedømmelse har religion og videnskab ikke noget med hinanden at gøre, matematisk ville man sige, at de er ortogonale (vinkelret på hinanden) og uden berøringspunkter, der ligger ikke nogen tro i moderne naturvidenskab, og naturvidenskaben udtaler sig ikke om religiøse områder, som forudsætter tro, så der opstår ikke nogen modstrid, der er ingen berøringsflade. Der er mig bekendt ikke opstillet reproducerbare forsøg som kan på- eller eftervise tro og/eller give en matematisk beskrivelse. De to områder er usammenlignelige. Det er med religion og fysik akkurat som det kendte udsagn: Hvad er højst rundetårn eller et tordenskrald. 

Der er ikke her taget stilling til om naturvidenskabsmænd kan være troende, det kan de. Jeg beklager, at spørgsmålet ikke kan besvares mere enentydigt i den givne formulering, og jeg håber at svaret er brugbart til formålet.

Med venlig hilsen
Malte Olsen