Naturvitenskapens århundre

Artikkelforfatterne MARTIN YSTENES og GAUTE EINEVOLL
er henholdsvis professor i kjemi ved Norges teknisk naturvitenskapelige
universitet og professor i fysikk ved Norges Landbrukshøgskole.

VERDEN HAR GÅTT framover, ingen tvil om det. Innen medisinsk teknologi og informasjons- og kommunikasjonsteknologi har endringene vært enorme de siste ti årene, men også innen miljøteknologi, transport og energi har det skjedd mye.
De nye produktene og tjenestene har kommet som følge av teknologiske nyvinninger – først og fremst i bedriftene. At alt dette kommer nå, kan forklares ut fra tre forhold; et aggressivt næringsliv, stor informasjonsflyt og velforståtte naturlover. For i vårt århundre er alle de viktigste naturlovene blitt fastlagt, kanskje for alltid.

Dette vet vi nå
Det begynte med atomets struktur. I 1911 fant Rutherford ut at atomene hadde en liten, positiv kjerne med en negativ ladning rundt, hvorpå Bohr formulerte sin planetariske atommodell. Schrödinger kom med sin kvantemekaniske matematiske ligning i 1925, tre år før Dirac presenterte sin relativistiske kvantemekanikk.

Kvantefysikken endret ikke bare på beskrivelsen av atomene, men på hele vårt verdensbilde. Sett ut fra de kvantemekaniske lovene er materiens utstrekning uskarp, og det kan skje interaksjoner mellom partikler som klassisk sett ikke er i kontakt med hverandre.
Relativitetsteorien gjorde Einstein til verdens mest berømte forsker, forandret vår forståelse av begrepene tid og rom, gjorde det mulig å utvikle atombomben og endret den tilsynelatende mest grunnfaste av alle naturlover: Newtons gravitasjonslov.

I biologien ble DNA-molekylets struktur avdekket, og har gjort oss i stand til både å forstå arvelovene og modifisere arvematerialet. Vi vet ennå ikke alt om hvordan livet oppsto, men kjenner prinsippene som må ligge til grunn. Alt tyder på at biologien koker ned til kjemiske reaksjoner og fysiske prinsipper, om enn med en ekstrem kompleksitet.

Hvem kan være sikker?
Like før inngangen til dette århundret sa en medarbeider i det amerikanske patentkontoret opp jobben sin fordi han mente at alt som kunne finnes opp allerede var oppfunnet. Sett på bakgrunn av dette, kan det virke både historieløst og arrogant å avslutte århundret med en påstand om at naturlovene er endelig fastlagt. Påstanden er dessuten temmelig sikkert feil. Vi mangler en kvantemekanisk beskrivelse av gravitasjon, og fysikere tror det er mulig å finne en felles teori som forener alle naturkreftene og følgelig må beskrive alt på et nytt grunnlag.

Men det er lite sannsynlig at det kommer nye lover som endrer forståelsen av noe som utgjør vår hverdag. Kvantefysikken er brukt i simuleringer på atomer og molekyler med stadig større presisjon – og ingenting tyder på at det er noe fundamentalt feil i vår forståelse.

Studiet av to kompakte stjerner som roterer rundt hverandre, har bekreftet relativitetsteorien med 14 desimalers nøyaktighet. Innen området av energier og temperaturer som vi har klart å lage på Jorden, har fysikkens og kjemiens naturlover overlevd alle eksperiment. I dag testes naturlover i partikkelakseleratorer ved energier som tilsvarer temperaturer på én million milliarder grader. Hittil har man ikke observert ett eneste sikkert avvik.

Pavene tok feil
Selvfølgelig er det mye vi ennå ikke kan forklare fordi sammenhengene er for komplekse. Ennå er kvantefysiske beregninger av egenskaper for store molekyler unøyaktige, forståelsen av væsker er mangelfull, nøyaktige beskrivelser av turbulent strømning og jordens klima er langt utenfor vår rekkevidde. Og fortsatt er det svært mye vi ikke vet om hvordan livet oppsto. Men ingenting av dette er ventet å kreve svar som utfordrer de naturlovene vi kjenner i dag. De fundamentale problemene man har i dag har kun interesse for astrofysikerne, partikkelfysikerne og populærvitenskapen.

Den som kun kjenner naturvitenskapen fra utsiden, vil gjerne trekke fram at man en gang trodde at Jorden var verdens sentrum og at Newtons lover og klassisk fysikk lenge var uomstridt. Da glemmer man at alle disse teoriene enten ikke var testet ut skikkelig – eller at det allerede fantes observasjoner som var i konflikt med teoriene.

Denne situasjonen har vi ikke i dag, nå er forskningsverdenen full av individualister som vet at en sikker måte å få en plass i vitenskapens historie på, er å vise at Einstein eller kvantefysikerne tok feil. Eller enda bedre: Å bevise at fysikkens og kjemiens lover ikke gjelder for det levende liv. Så når mange refererer til Galilei og Newton for å vise at dagens naturvitenskap er gjennomført usikker, er det omtrent som å referere til Columbus for å argumentere for at det fortsatt finnes uoppdagede kontinent.

Men vi vet mer
Derfor kan vi med stor sikkerhet si at dagens naturlover vil holde i overskuelig framtid – og tillate en nøyaktig og fullstendig beskrivelse av vår hverdag, vår teknologi, vår medisin og det meste av vår naturvitenskap ellers. Dette på tross av håpefulle påstander om det motsatte.

Når for eksempel homøopater påstår at de kan lage medisiner som er så fortynnet at de ikke inneholder et eneste atomaktivt stoff, kan vi med meget stor sikkerhet si at disse medisinene ikke har noen egen effekt. Det skal stor fantasi til – eller dårlig kunnskap om naturvitenskapen – for å tro at de første beviselige bruddene på naturlovene skal komme når man rister naturstoffer med vann på et kontor.