Vi lever i en kvantiseret verden

Om Louis Nielsens kvantekosmologiske teori

Af Hans Christophersen

Den danske fysiker Louis Nielsen har for år tilbage fremsat en kvantekosmologisk teori, der kan tænkes at være at revolutionerende betydning, så meget desto mere som også forskere i Amerika igennem nogle år har arbejdet med det centrale aspekt omkring, hvorvidt tyngdekraften har varieret gennem tiderne.
Her forklares nogle af konsekvenserne af Louis Nielsens teori, og teorien sættes ind i en historisk ramme.
Da den tyske fysiker Max Planck (1851-1947) som ung rådførte sig med fysikeren Philipp von Jolly vedrørende påbegyndelsen af et fysikstudium, frarådede han Planck at studere fysik med den begrundelse, at alt væsentligt i fysikken allerede var udforsket, og at der kun var uvæsentlige småhuller at fylde ud. Ikke desto mindre påbegyndte Planck sit fysikstudium i 1874, og det skulle vise sig, at von Jolly ikke havde haft ret. De store landvindinger inden for atom- og kernefysikken hører således vort århundrede til.
Max Planck blev selv et stort navn blandt fysikere, og mange husker ham nok især, fordi han har fået knyttet sit navn til en såkaldt »fysisk konstant«, der betegnes med bogstavet h og kaldes Plancks konstant. I året 1900 fremsatte Max Planck den teori, at strålingsenergi ikke forekommer kontinuert, men portionsvis, i kvanter.
Energien er kvantiseret. For at forstå hvad det vil sige, kan man sammenligne med betalingen for en ydelse. Det er ikke muligt med penge at betale et beløb på en halv øre. Det mindste beløb, der lader sig betale kontant, var før i tiden 1 øre, senere 5 øre og nu 25 øre. Der er altså et mindste kvantum i praksis, selv om man i teorien kan regne med brøkdele. En bestemt type stråling, f.eks. røntgenstråling, udstråles med en bestemt frekvens, f, og det viser sig, at frekvensen skal ganges med Plancks konstant, h, for at få størrelsen af en energiportion, et energikvante. Det skriver man således: E = h · f. Plancks konstant er et meget lille tal: h = 6,626 · 10^-34 J/Hz. Denne specielle skrivemåde angiver, at kommaet i 6,626 skal flyttes 34 pladser mod venstre. Det er den mindste fysiske konstant, vi hidtil har kendt.
Nu var det imidlertid ikke sådan, at alle fysikere gav sig til at klappe i hænderne, da Planck offentliggjorde sin opdagelse af energiens kvantisering. De fleste tog slet ikke teorien alvorligt, og det er da også således, at enhver ny teori skal afprøves på sine konsekvenser og på, om den stemmer overens med resultaterne af fysiske forsøg eller f.eks. med astronomiske observationer.
Den senere så berømte Albert Einstein blev heller ikke taget alvorligt i begyndelsen. I sin teori for den fotoelektriske effekt fra 1905 byggede han videre på Plancks opdagelse, og at de to herrer havde ret, blev først bevist ved nogle forsøg, som den amerikanske fysiker Robert Millikan udførte i årene 1912-15.
Det vil nu være nærliggende at spørge, om der er andre kvantiserede størrelser i vort fysiske univers. Det gav den danske fysiker, cand. scient. Louis Nielsen (lektor på Herlufsholm i Næstved) et svar på i en note i Fysisk Tidsskrift nr.2/1979 og senere afhandlingen »Kvantisering af rum, tid og masse« fra 1983. Teorien er siden blev udvidet og suppleret med nye beregninger så sent som i år (1997). Louis Nielsen mener, at der må findes en mindst mulig fysisk længde, som han kalder elementarlængden. Ethvert længdemål skal fremkomme som elementarlængden ganget med et positivt helt tal, hvilket betyder, at vi skal bevæge os rykvis hen ad målestokken. Der findes ikke halve elementarlængder, ligesom vi ikke har halve ører i vor pung. Hvorfor har nu ingen observeret det nogensinde? Det skyldes, at elementarlængden er uhyre lille, nemlig 1,4 · 10^-102 meter (kommaet skal altså rykkes 102 pladser mod venstre!). Den mindst mulige tidsenhed eller et tidskvante udleder Louis Nielsen til kun 4,6 · 10^-111 sekunder. Disse fysiske konstanter er mange gange mindre end Plancks konstant. Om denne antagelse af tidens og længdens kvantisering nu er rimelig, må – da det ikke direkte lader sig måle efter – komme an på, hvilke fysiske konsekvenser det fører med sig.
Den tyske fysiker Werner Heisenberg (1901-76) er kendt for sin usikkerhedsrelation, der udtrykker det umulige i at måle en elementarpartikels hastighed og masse samtidig med dens opholdssted. Nu viser det sig imidlertid, at Heisenbergs usikkerhedsrelation kan udledes som en konsekvens af Louis Nielsens teori, der derved har fundet en første bekræftende omstændighed.
Louis Nielsen når gennem sin kvantisering frem til en sammenknytning af mikrokosmos med makrokosmos, dvs. en sammenhæng mellem det atomfysiske og det astronomiske plan. Denne overordentlig vigtige forbindelse kommer af den sammenhæng, Louis Nielsen har fundet mellem den elektrostatiske og den gravitostatiske kraft mellem en elektron og en proton. Louis Nielsen har selv talt om et holistisk sammenspil mellem del og helhed. Det lyder måske indviklet, og afhandlingen er da også skrevet i fysikernes matematiske sprog. Det vigtige er imidlertid, at den nævnte sammenhæng munder ud i simpelhedens princip i naturen, der går ud på, at der består den enklest mulige sammenhæng mellem fysiske størrelser og lovmæssigheder. Mon ikke mange gymnasieelever i tidens løb har undret sig over, at fysiske størrelser kunne fremkomme ved et simpelt gangestykke, at vor fysiske virkelighed så ud til at ville indordne sig under de fire regningsarter. Det viser sig, at efterhånden som man kommer til en mere tilbundsgående forståelse af naturen, træder simpelhedens princip frem, således at forstå at de meget indviklede sammenhængsbeskrivelser kun skyldes, at der er nogle faktorer, man endnu ikke har hold på.
En fysisk konstant er – som navnet siger – en talværdi, der altid vil være den samme, uanset under hvilke vilkår den måles. Man siger også naturkonstant, og som et eksempel har jeg allerede nævnt Planck konstant. Et andet eksempel er Newtons gravitationskonstant G, der indgår i formlen for den kraft, som masser, f.eks. planeter, tiltrækker hinanden med. Hvis G havde en større talværdi, ville tiltrækningskraften være større, men G er jo en naturkonstant, hvis talværdi altid er den samme. Eller kunne det mon tænkes, at den ikke er helt konstant? Louis Nielsen mener, at gravitationskonstanten ikke er konstant, men aftager i tidens løb. Flere andre har været inde på samme tanke (iflg. FAKTA 9/90, p. 55, arbejdede amerikanske forskere dengang med netop denne teori), for mange år siden også P. A. M. Dirac, men for Louis Nielsen er det for første gang lykkedes at udlede en eksakt og brugbar formel for gravitations-»konstantens« aftagen med tiden. Hvilke konsekvenser har det, og er antagelsen rimelig? I hvert fald lader påstanden sig i første omgang ikke modbevise, men kan tværtimod medvirke til at opklare nogle punkter, der hidtil har været dunkle.
Louis Nielsen skriver, at hele universets masse eller energi i begyndelsen var samlet i en enkelt partikel, som han kalder embryotonen. Den har haft elementarlængdens udstrækning, altså 1,4 · 10^-102 m. Det lyder temmelig ufatteligt, men det er der mange ting i fysikken, der gør, første gang man hører det. Udregnet efter formlen har tyngdekraften været omkring 10⁴² (et 1-tal med 42 nuller) gange større ved universets fødsel end i dag. Tyngdekraften er den kraft, vi kender som værende ansvarlig for, at alting trækkes ind mod Jorden, at det »falder nedad«, som vi siger. Tyngdekraften holder sammen på Jordens enkelte dele og på universet. Med en tyngdekraft ved universets fødsel, der har været en septillion gange større, har alt altså været sammenholdt i en ganske lille prik. Tyngdekraften, også kaldet gravitationen, aftog i begyndelsen meget, meget hurtigt, og så begyndte universet at udvide sig tilsvarende hurtigt, så hurtigt, at man nærmest må kalde det en eksplosion, det som kosmologerne kalder »Big Bang«, Det store Brag. Gravitationens ændring går imidlertid på nuværende tidspunkt så langsomt, at den er meget vanskelig at konstatere. Hvad taler da for, at det er korrekt, at gravitations-»konstanten« aftager?
Hvis gravitations-»konstanten« bliver mindre, bliver de kræfter, der holder universet sammen, mindre, og det kan netop forklare den kendsgerning, at universet udvider sig, og at afstanden mellem planeter og mellem galakser bliver større. Jo længere galakserne er væk, med desto større hastighed bevæger de sig bort fra os, hvilket den amerikanske astronom Edwin Hubble (1889-1953) sammenfattede i en såkaldt empirisk lov i 1929, dvs. på erfaringsmæssigt grundlag, men uden at kunne udlede det eller sætte det ind i en fysisk formalistisk sammenhæng. Nu er Louis Nielsen imidlertid fremkommet med en formelt korrekt udledning for en snes år siden.
Når gravitationskonstanten aftager, vil også alle himmellegemerne udvide sig. Det kan give en forklaring på den såkaldte kontinentaldrift, som den tyske geofysiker, professor Alfred Wegener (1880-1930) fremsatte en teori om i 1912. Det drejer sig om den umiddelbart besynderlige effekt, at kontinenterne på Jordens overflade fjerner sig fra hinanden. Sydamerikas østkyst har således engang hængt sammen med Afrikas vestkyst, en teori, der er almindeligt accepteret efter de nyeste geologiske forskningsresultater.
Når Jorden ved gravitationens aftagen puster sig op, ændrer Jordens inertimoment sig. Inertimomentet er en fysisk størrelse, der hænger sammen med et drejende legemes træghed; tag f.eks. en skøjteprinsesse, der snurrer om sin egen akse: når hun strækker armene ud fra kroppen, snurrer hun langsommere, og når hun trækker dem ind igen, snurrer hun atter hurtigere rundt. Lav eventuelt selv forsøget siddende på en kontorstol, der kan dreje rundt. – Når Jorden udvider sig, begynder den altså at dreje langsommere om sin egen akse, og så må et døgn blive længere. En sådan forlængelse har bl.a. L. V. Morrison målt ved hjælp af atomure, og når den ikke umiddelbart falder i øjnene, skyldes det, at det kun drejer sig om ca. 0,002 sekunder på 100 år i vor tidsalder, og Jordens radius vokser med kun ca. 0,2 mm pr. år. At døgnets længde har ændret sig, kan forklare nogle uoverensstemmelser, der ellers ville være mellem nutidige astronomiske observationer og observationer fra ældre tid.
Astronomen T. C. van Flandern har ud fra studier af Månens bevægelse angivet nogle grænser for den relative aftagen af gravitations-»konstanten«, og Louis Nielsens beregninger ligger faktisk midt i det af van Flandern angivne interval.
Med den her beskrevne opdagelse af kosmisk kvantisering og dens konsekvenser for gravitation kommer vi altså frem til, at kvantisering ikke kun hører til i en beskrivelse af atomfysiske fænomener, men at der også er makroskopiske kvantefænomener at tage hensyn til.
Niels Bohr indførte en kvantisering af elektronens impulsmoment som en nødvendig forudsætning for at kunne forstå og forklare de eksperimentelle data, man fik ved studiet af lysudsendelse fra forskellige atomer, specielt brintatomet, men det er en kvantisering, der nu viser sig at kunne føres tilbage til et mere fundamentalt niveau, idet den er en følge af rummets og tidens kvantisering.
Mange fysiske fænomener, der hidtil har været beskrevet matematisk kontinuert, burde i virkeligheden være beskrevet i en såkaldt diskret matematik, fordi eksistensen af mindste længde- og tidsenheder gør, at der er talværdier, som længder, tider og masser ikke kan antage; de bevæger sig rykvis hen ad måleskalaerne. Eksempelvis tvinges vi til at stille spørgsmål ved det irrationale tal pi, der angiver forholdet mellem en cirkels omkreds og diameter, men forkastelsen af pi som irrationalt tal samt andre konsekvenser har ingen betydning i det praktiske liv, da vi alligevel benytter os af tilnærmede værdier og beregninger.
Men for de overordnede principper i en sammenhængsforståelse er Louis Nielsens kvantekosmologiske sammenkobling af mikrokosmos med makrokosmos utvivlsomt af revolutionerende betydning med endnu flere konsekvenser, end jeg har kunnet nævne her. Delen og helheden vekselvirker i en højere enhed.

Hans Christophersen

Gå til indgangssiden for Louis Nielsens teori.