”Universum består av berättelser, inte av atomer”, sa poeten Muriel Rukeyser. ”Vi är gjorda av stjärnmaterial”, kontrade Carl Sagan. Men några av de mest fascinerande och viktiga berättelserna är de som förklarar atomer och ”stjärnmaterial”. Detta är fallet med The Quantum Universe: Allt som kan hända händer också* av rockstjärnans fysiker Brian Cox och professorn Jeff Forshaw från University of Manchester – en anmärkningsvärd och fängslande resa in i naturens grundläggande väv, där man utforskar hur kvantteorin ger en ram för att förklara allt från kiselchips till stjärnor och mänskligt beteende.
Kvantteorin är kanske det främsta exemplet på hur det oändligt esoteriska blir till det djupt användbara. Esoterisk, eftersom den beskriver en värld där en partikel verkligen kan befinna sig på flera ställen samtidigt och förflyttar sig från ett ställe till ett annat genom att utforska hela universum samtidigt. Användbar, eftersom förståelsen av beteendet hos universums minsta byggstenar ligger till grund för vår förståelse av allt annat. Detta påstående gränsar till hybris, eftersom världen är fylld av olika och komplexa fenomen. Trots denna komplexitet har vi upptäckt att allting är uppbyggt av en handfull små partiklar som rör sig enligt kvantteorins regler. Reglerna är så enkla att de kan sammanfattas på baksidan av ett kuvert. Och det faktum att vi inte behöver ett helt bibliotek av böcker för att förklara tingens grundläggande natur är ett av de största mysterierna av alla.”
Historien väver in ett sekel av vetenskaplig eftertanke och teoretisk utveckling, från Einstein till Feynman via Max Planck, som myntade begreppet ”kvantum” år 1900 för att beskriva ”svartkroppsstrålning” av heta föremål genom ljus som sänds ut i små energipaket som han kallade för ”kvanta”, för att nå fram till ett modernt perspektiv på kvantteorin och dess primära roll för att förutsäga observerbara fenomen.
Bilden av det universum vi lever i, som avslöjas av den moderna fysiken, är en bild av underliggande enkelhet; eleganta fenomen dansar bort utom synhåll och mångfalden i den makroskopiska världen framträder. Detta är kanske den moderna vetenskapens krona på verket: att reducera den enorma komplexiteten i världen, inklusive människorna, till en beskrivning av beteendet hos bara en handfull små subatomära partiklar och de fyra krafter som verkar mellan dem.”
För att visa att kvantteorin är intimt sammanflätad med vår vardag, snarare än att den är en konstig och esoterisk vetenskaplig utkant, ger Cox ett exempel som har sina rötter i det välbekanta. (Ett exempel som i just det här fallet bygger på ett felaktigt antagande – jag höll i en iPad – i ett slags ironisk meta-blick från Heisenbergs osäkerhetsprincip.)
Tänk på världen omkring dig. Du håller en bok som är gjord av papper, den krossade massan från ett träd. Träd är maskiner som kan ta en tillförsel av atomer och molekyler, bryta ner dem och ordna om dem till samarbetsvilliga kolonier som består av många triljoner individuella delar. De gör detta med hjälp av en molekyl som kallas klorofyll, som består av över hundra kol-, väte- och syreatomer som är vridna till en invecklad form med några magnesium- och kväveatomer som är fastskruvade. Denna sammansättning av partiklar kan fånga upp ljuset som har rest de 93 miljoner milen från vår stjärna, en kärnkraftsugn med volymen av en miljon jordklot, och överföra denna energi till cellernas hjärta, där den används för att bygga upp molekyler av koldioxid och vatten, och avger livgivande syre när den gör det. Det är dessa molekylkedjor som bildar överbyggnaden av träd och alla levande varelser, pappret i din bok. Du kan läsa boken och förstå orden eftersom du har ögon som kan omvandla det spridda ljuset från sidorna till elektriska impulser som tolkas av din hjärna, den mest komplexa struktur vi känner till i universum. Vi har upptäckt att alla dessa saker inte är något annat än sammansättningar av atomer, och att de många olika atomerna är uppbyggda med hjälp av endast tre partiklar: elektroner, protoner och neutroner. Vi har också upptäckt att protonerna och neutronerna i sin tur består av mindre enheter som kallas kvarkar, och att det är där saker och ting slutar, såvitt vi kan säga i dag. Allt detta bygger på kvantteorin.”
Men i kärnan av The Quantum Universe finns en handfull storslagna sanningar som överskrider vetenskapen som akademisk disciplin och lyser ut i den mänskliga existensens största vidder: att inom vetenskapen, precis som inom konsten, bygger allting på det som kom före, att allting är kopplat till allting annat och, kanske viktigast av allt, att trots våra största tvångsmässiga strävanden efter kontroll och säkerhet, förblir en stor del av universum – till vilket människans hjärta och sinne hör – styrd av slump och osäkerhet. Cox uttrycker det så här:
Ett centralt inslag i kvantteorin är att den behandlar sannolikheter snarare än vissheter, inte på grund av att vi saknar absolut kunskap, utan för att vissa aspekter av naturen i grunden styrs av slumpens lagar.”
* Om du undrar varför det underbara bokomslaget du ser högst upp, skapat av den ikoniska grafiska designern Peter Saville för den brittiska upplagan av boken, inte stämmer överens med det du ser på Amazon och i amerikanska bokhandlar, så beror det på att det amerikanska omslaget än en gång har fördummats, spätts ut och prytts med den obligatoriska katten. Ja, amerikanska förläggare måste verkligen tro att amerikaner är dumma.