Massans och energiens poetik

Låt oss börja med tingens storskaliga uppbyggnad. Den nya bilden av kosmos uppkom först 1924, när den amerikanske astronomen Edwin Hubble visade att Vintergatan inte är den enda galaxen. 1929 fortsatte Hubble med att undergräva Fred Hoyles Steady Stateteori, som dittills hade dominerat. Universum expanderar.

Hubble lade märke till att avlägsna galaxer snabbt rör sig bort från oss, och att man därav kan sluta sig till att de rör sig bort från en Big Bang-singularitet för cirka femton milliarder år sedan. (Den kallas ”singularitet” därför att, enligt en variant av Big Bang-teorin, ingen stabil partikel skulle kunna bildas vid en temperatur på hundra milliarder grader Celsius, och att alltså ingen av de fysiska lagarna, så som vi nu uppfattar dem, fungerar vid en sådan temperatur.) 1963 råkade Arno Penzias och Robert Wilson, två fysiker på Bellaboratorierna i Holmdel, New Jersey, fånga upp det mycket låga ljudet av Big Bang (bakgrundsstrålningen på tre grader Kelvin). Deras stora mikrovågsantenn hade uppfattat det ännu klingande ekot av vårt universums födelse.

Big Bang liknade inte så mycket en trotylsprängning som började vid en viss punkt, expanderade och uppslukade allt omkring sig. Den var mer som en bubbla som blåses upp – eller, som vissa fysiker har antytt, som de första fortissimotakterna i en stor symfoni, som klingar överallt på samma gång och fyller hela rymden. Några nanosekunder senare, när partiklar bildades, rusade varje partikel bort från alla de andra för att till slut bilda vår nuvarande krökta och expanderande intergalaktiska rymd. Det fysiska kosmos är större än någon tidigare hade kunnat drömma om: hundra milliarder galaxer utspridda över trehundra trillioner ljusår expanderande rymd.

För att göra vår position på tidsaxeln mer åskådlig kan vi föreställa oss universums alla femton milliarder år sammanpressade till ett enda. I så fall skulle de äldsta historiska dokument vi känner till ha skrivits först tio sekunder före midnatt på nyårsafton, och Kristi födelse skulle ha skett bara två sekunder före tolvslaget. Faktum är att sett ur det perspektivet levde Jesus alldeles nyss. Har vi ännu hunnit tillgodogöra oss dess betydelse? Vad är bara tvåtusen år i jämförelse med milliarder?

Penzias och Wilson hörde utan tvivel ljudet när vårt universum föddes, men det betyder inte att vår Big Bang är den enda. Det kan ha skett fler än en. Men när Big Bang-teorin betraktas i belysning av den kvantfysik som gav upphov till den, förändrar den allt – och i synnerhet vår plats i naturen.

Livets betingelser

Man kan urskilja tre serier konstanter i samband med vårt universums uppkomst: 1. den hastighet med vilken det expanderar, 2. bildandet av kemiska grundämnen och 3. förhållandet mellan antalet partiklar och antipartiklar.

Den första gäller expansionshastigheten en sekund efter Big Bang. Om den hade varit bara en hundratusenbilliondel lägre eller högre, så skulle universum antingen ha fallit samman innan det nått sitt nuvarande tillstånd eller ha blåsts upp för snabbt för att stjärnor och planeter skulle kunna bildas; och eftersom de tyngre grundämnen som krävs för liv uppstår i stjärnor, så skulle i så fall livet aldrig ha uppstått.

På liknande sätt är det så att om de fyra krafterna som håller samman allt i det expanderande universum – den elektromagnetiska kraften, tyngdkraften, den starka nukleära kraften som håller ihop atomkärnan och den svaga nukleära kraften som svarar för det radioaktiva sönderfallet – hade varit bara en smula annorlunda än de faktiskt är, så skulle en värld som vår aldrig ha kunnat uppstå. Alla väteatomer skulle ha fusionerats till helium, vilket skulle ha omöjliggjort både vatten och stabila stjärnor, kärnreaktorerna som ger energi åt livet. Eller också skulle inget kol, den grundläggande byggstenen i DNA, ha kunnat bildas inne i stjärnorna, och själva stjärnorna skulle ha förblivit för kalla för att kunna explodera som supernovor, och då skulle planeterna aldrig ha fatt de tyngre grundämnen som är nödvändiga för livet.

Om slutligen i det tidiga kosmos varje proton hade motsvarats av en antiproton så skulle resultatet ha blivit ömsesidig förintelse, ett nollsummespel. I stället motsvarades 1000000000 antipartiklar av 1000000001 partiklar, och den lilla obalansen var precis vad som behövdes för att ge vår värld en flygande start. Neutronernas, protonernas och elektronernas partikelmassor och laddningar är lika exakt avvägda som de fyra krafterna och som expansionshastigheten – så att livet skulle bli möjligt vid något tillfälle, i någon avlägsen vrå av galaxerna.

Vissa fysiker drar slutsatsen att vårt flammande ursprungliga universum på något sätt redan från början var exakt avvägt för att livet och medvetandet skulle kunna uppstå. Fysikerna kallar detta ”den antropiska principen”. Det finns också fysiker som betonar att i det nästan oändliga antalet galaxer förutom Vintergatan, de nödvändiga villkoren för intelligent liv bara uppfylls i vissa begränsade delar av rumtiden.

Slump och inbördes samband

Hegel påpekade en gång att historien är en backanalisk fest, där inte en själ är nykter. 1800-talet förväntade sig att detta skulle gälla människans historia men var helt säker, med stöd av Newtons auktoritet, att det inte gällde den väldiga, opersonliga naturen. Naturen förmodades vara en maskin, nykterheten själv, vars kännetecken är ett oföränderligt, upprepat mönster till och med bland förändringar.

Idealiskt sett var alltså tidsvariabeln – en verklig skillnad mellan det förflutna, nuet och framtiden – någonting ovidkommande. Den klassiska fysiken vägrade helt enkelt att fästa något avseende vid osäkerhet, slump och tvetydighet – och därmed vägrade den att träda in i den irreversibla, evolutionära tiden. Fysiken var den sista bastionen för denna hållning när alla de andra naturvetenskaperna, med geologin i spetsen på 1700-talet, kastade sig in i tidsprocessen.

För hur ser egentligen den elementära materien – det mikroskopiska stoff som bildar stjärnor, planeter och DNA-molekyler – ut i ett posteinsteinianskt universum? Det första man kan säga är att materien är bunden eller förtätad energi, fångad ur den surrande störtflod som släpptes lös av Big Bang. Precis som vatten rör sig genom en virvel och samtidigt skapar den är vi och stjärnorna störningar (eller skevheter) i det fria flöde av svällande, slumpartad energi som stämdes upp av det inledande ackordet i vår kosmiska symfoni (vare sig denna var den första eller bara en av många).

Demokritos och de klassiska atomisterna (eller hinduerna) hade i stort sett rätt: atomerna, som bildar alla objektliknande enheter i universum, är virvlar eller fluktuationer i en väldig kosmisk flod. Kraften i denna bundna energi återspeglas i Einsteins berömda formel E=mc2 – för att mäta den måste man multiplicera massan med en enorm konstant: ljusets hastighet i kvadrat. Samtidigt är denna tyglade energi omöjlig att fästa. Den dansar, är i grunden obestämd – bara en (fast mycket stor) kraft som väntar på att kunna kombineras på oförutsägbara sätt.

Men som Werner Heisenberg visade är det så, att om man lyckas lokalisera en atompartikels position i en dimkammare så kan man inte mäta dess hastighet, och omvänt: om man bestämmer hastigheten kan man inte mäta positionen (det är därför man talar om ”osäkerhetsprincipen”). Som Stephen Hawking uttrycker saken: ”I allmänhet förutsäger kvantmekaniken inte ett enda bestämt resultat av en observation. I stället förutsäger den ett antal olika möjliga följder och säger oss hur sannolik var och en av dessa är… Kvantmekaniken inför alltså ett oundvikligt element av oförutsägbarhet och slump i naturvetenskapen.”

Med andra ord är den newtonianska mekaniken och det periodiska systemets ordnade tabell för grundämnena statistiska övningar, en lagbundenhet på den makroskopiska nivån som rider på en osäker grund. Därför ser den vetenskapliga determinismens hela dröm, tanken att om vi i minsta detalj kände till universums tillstånd vid en viss tidpunkt så skulle vi kunna förutsäga allt som kommer att hända i universum under all återstående tid (en tanke som formulerades av Laplace på 1800-talet), ut att ha varit helt förflugen.

Är denna minsta beståndsdel en partikel eller en våg? Den uppträder som båda delarna. A ena sidan säger Max Plancks kvanthypotes att den uppträder som en partikel, att den precis som mynt bara förekommer i vissa valörer eller kvanta. Å andra sidan innebär Heisenbergs osäkerhetsprincip att partiklarna uppträder som vågor. De kan inte lokaliseras utan är ”utsmetade” med en viss sannolikhetsfördelning. Det betyder att atomerna på den subatomära nivån trasslar in sig i alla andra fält i universum, och att de alltså har en intern relation till allt annat. Den ömsesidiga påverkan kan vara liten, men den strålande Krabbnebulosan på vår stjärnhimmel gör inte en rörelse utan att påverka dig eller mig, och vi gör inte en rörelse utan att påverka den. Sanningen är att massan och energin är djupt social.

I stället för att föreställa oss den subatomära strukturen som ett fängslande av energin inom stabila och väl definierade gränser – idealiska för att ange dem exakt i klart avgränsade geometriska diagram – bör vi hellre tänka oss dessa enheter som vibrerande, oscillerande, aleatoriska moln.

Det är därför en anakronism och ett tecken på kulturell eftersläpning att ordet atom fortfarande fungerar som metafor för vår isolering och instängdhet. Atomen är raka motsatsen: på grund av dess fältegenskaper innebär den atomära strukturen att hela universum är invävd i oss och vi i den. Det kanske är sant, som Aristoteles menade, att själen potentiellt är allt. Poängen är att på en fysisk nivå som är osynlig (därför att den är mikroskopisk) är allting faktiskt inlindat i allting annat – det enda i de många, de många i det enda. Eller för att sätta in det i en medeltida ram: makrokosmos finns i mikrokosmos.

En semiotisk värld

Informationsfysiken – teorin bakom transistorerna och de integrerade kretsarna, komponenterna i våra TV – apparater och datorer – var en biprodukt av kvantrevolutionen. Faktum är att vad energin (och entropilagen) var för 1800-talet, det är informationen (eller signaleränder i någon form) för 1900-talet. För Einstein kan rummet inte skiljas från tiden. Allt från stjärnan till protonen är ett signalsystem, som behöver tid för att kunna upprättas. ”Tingen” i denna värld är kort sagt inte statiska, utan i grundläggande betydelse processer.

Det dröjde inte länge förrän Einsteins jämlikar började koppla ihop denna processinsikt med den enda stora tidspil som till och med 1800-talets fysiker hade erkänt: den termodynamiska enligt vilken, i en irreversibel process, den kinetiska energi som fanns tillgänglig för arbete – vare sig i form av elektricitet, kemisk kraft eller värme – måste betalas med spill och strukturellt förfall. Till skillnad från Newtons biljardbollsliknande objekt slits de termodynamiska systemen, blir annorlunda än de var från början – vilket innebär att deras framtid är annorlunda än deras förflutna. Tiden räknades, även om detta innebar (enligt entropilagen) att den gick utför, i motsatt riktning mot Darwins uppåtgående utvecklingspil, mot värmedöden eller det som fysikerna kallar ”termisk jämvikt”. Men fysikerna fann snabbt en användning för det förhållandet att tärningen är preparerad till förmån för entropiflödet.

Nya begrepp infördes – information, redundans och brus – och det var lätt att påvisa dessas samband med termodynamiken. Man visade till exempel att information, som är likvärdigt med organisation, är en form av motentropi – en skevhet i rumtiden som går mot tendensen i riktning mot ökad entropi eller rent brus. Detta gör det möjligt att översätta en ”bit” information till matematiska termer. Vad som helst – från kvasarstrålningens budskap till DNA-molekylens – skulle kunna mätas som inverterade värdet av dess entropi.

Eller för att uttrycka det på ett annat sätt: en väteatom eller Krabbnebulosan är en tidsserie, en följd av signaler som när den upprättar sig själv måste variera sina signaler enligt något slags statistisk regelbundenhet – i själva verket genom att använda en standardkod eller ett protoalfabet som är analogt med en uppsättning grammatiska regler, som inom vissa gränser alstrar en bred mångfald av program eller budskap. Koden i den spiralformade DNA-molekylen, som upptäcktes av Crick och Watson 1955, är ett perfekt exempel. Ett ”alfabet”, som består av fyra nukleotider, bildar ”ord” på tre bokstäver för tjugo aminosyror, vilka i sin tur ordnas i ”meningar” som kan specificera ett av tusentals proteiner, som är nödvändiga för det organiska livet.

Sedan Newton i trehundra år har tystat naturen blir alltså bilden av den vibrerande, molnliknande materien vi talat om ovan mer intressant komplicerad. Nu ser vi att naturen till och med på den mest elementära nivån ger tecken, nästan börjar tala igen. Naturen är i själva verket ingenting annat än ett oerhört komplicerat kommunikationssystem som håller på att organisera sig ur allt det slumpartade brus som spyddes ut ur Big Bang.

Alla dessa ”oregelbundenheter”, dessa virvlar i den stora energifloden som vi kallar galaxer, stjärnor, planeter, dansande tranor och oss själva, är ”öppna system” som vilt utbyter energi med sin omgivning och på så vis tillfälligt rör sig mot den entropiska strömmen.

Vi och stjärnorna – och allt däremellan – är alltså ytterst osäkra balansakter, som ett ögonblick i taget omvandlar kaos till information/organisation. Om det å ena sidan blir för mycket slumpartat brus (bara slumpartat surr eller pladder), så får man fri och obunden energi, som inte fungerar. Och om man å andra sidan får för mycket redundans (någonting monotont, som när en telefonsignal aldrig tar slut utan bara fortsätter – Newtons uppfattning om en naturvetenskaplig lag), så får man bara en järnhårt bunden rigiditet, något stendött som inte meddelar någonting. Komplexa signalsystem – som fysikerna studerar under beteckningen

”ojämviktens termodynamik’- existerar mellan dessa båda ytterligheter.

Informationsfysiken har givit oss tillbaka ett semiotiskt universum, en natur som – i likhet med medeltidens sakramentala universum – ger oss tecken. Även om universitetens naturvetenskapliga och humanistiska fakulteter arbetar med olika delar av spektrum, så behöver de inte anse att de ägnar sig åt helt åtskilda frågor. Vi kan nu säga att naturvetenskaperna handskas med primitiva teckensystem och deras protospråk och protogrammatiker, medan humaniora sysslar med de mer utvecklade teckensystemen och innebörderna i det levande stjärnstoff som vi kallar mänskliga kulturer.

Om jag förstått saken rätt ger informationsfysiken oss alltså lov att återvända till iden, som var så stark hos de gamla grekerna, att Aischylos’ och Sofokles’ dramer möter naturkrafterna inom oss: orkanen, det rasande havet, vindens klagan, i själva verket vibrationerna hos elementarpartiklarna/vågorna och stjärnornas termonukleära turbulens.

Kaosteorin

Öppna termodynamiska system utbyter energi med sin omgivning. Hit hör nästan allt som intresserar oss i naturen, från galaxer och stjärnor till oorganiska föreningar och embryon. Allmänt sett koncentrerar sig oj ämviktens termodynamik- eller kaosteorin, som den ofta kallas – på icke-lineära system. I sådana, till skillnad från de lineära systemen som granskas av den klassiska fysiken, är resultatet av en dynamisk process så känslig för förhållandena i inledningsskedet, att minsta förändring i situationen när en process börjar leder till en stor olikhet när den slutar.

En liten förändring i kolesterolhalten kan till exempel föranleda oproportionerligt stora förändringar i en cell. Om en fjäril fladdrar med vingarna på Hawaii, kan det leda till ett annorlunda väder i San Francisco. Det som är viktigt att betona här är att sådana system i grunden är instabila. De bryter symmetrin – och det är denna flirt med oordningen (eller kaos) som underlättar uppkomsten av en ofta vacker och helt oförutsägbar nyhet. När fysiken försöker förstå sådana fenomen lovar den att äntligen ha någonting att säga som är relevant för evolutionsbiologin, till exempel en insikt i hur det naturliga urvalet som fungerar genom DNAkodning har kommit att uttrycka sig i just de former som den gör.

Det fascinerande med sådana instabila, öppna system är att de håller sig vid liv mot det entropiska sönderfallets eroderande krafter just genom att omsätta kaos – eller slumpartad energi. Den nästan komiska principen här säger att det som kastas bort som avfall eller rent brus på en enklare organisationsnivå absorberas längre bort och omvandlas (till exempel av en virvel som vi kallar en galax som håller på att bildas) till en mer komplex information/struktur. De två grundreglerna för sådana öppna energisystem är att de aldrig släpper ifrån sig energi i exakt samma form som de har tagit emot den, och att ju komplexare ett system är, dess mer återbrukar det energi. Människor, som har mer porösa gränser än något annat, är de mest återbrukade varelserna i kosmos – och därför samtidigt de mest instabila och de största förnyarna.

Vi kan alltså säga att allt som utvecklas i vårt universum, vare sig det är en ung stjärna som håller på att bildas, växtliv eller ett djurs kropp, bokstavligt talat äter en blommande, surrande förvirring – och när det gör det, så bryter det symmetrin och blir icke-lineärt. Det är i själva verket detta brott i symmetrin (som kallas en ”främmande attraktor”) som utlöser ”slumpartad variation” eller utveckling.

Och när detta händer innebär det en förändring av tidspilens riktning (och tecken) från negativ (nedbrytande, åldrande, entropisk) till positiv (uppbyggande, komplexifierande, anti-entropisk). Här är regeln att det är just intagandet av kaos – en oregelbundenhet – som katalyserar en potentiellt ny nivå av komplex organisation. I termodynamiska termer förtär den komplexa naturen brus, och omvandlar detta slumpartade nonsens till information som i stjärnans fall styr termonukleära operationer, i växtlivets fall kontrollerar fotosyntesen och i djurlivets fall kommer till synes som DNA-kod och enzymalstring.

Naturens berättelse nedifrån och upp kan alltså bara delvis fattas som deterministisk. Redundansen finns, men den är bara halva bilden. Den andra, kompletterande hälften är en berättelse om turbulens eller fluktuation som ger upphov till ständiga metamorfoser. Materien uppträder likadant som människorna. Den är inte passiv utan aktiv. Den hämtar gång på gång råmaterial ut det slumpartade bruset och omvandlar det till någonting annat, en annan berättelse om större komplexitet och ökad instabilitet.

Naturen har sina stora regelbundenheter. Väteatomer spricker inte i sömmarna, men brus, oordning och kaos är lika mycket en del av naturens berättelse. Eftersom det är så finns det ingenting som radikalt skiljer en kristall, en växt, ett djur eller världens ordning från en människa. Thomas av Aquinos analogi med tillvaron – känslan av alla varelsers släktskap – har kommit tillbaka.

Hur framträder levande organismer inom det ovan nämnda perspektivet? För det första är en organism ett informationssystem och ett termodynamiskt system som tar emot, lagrar och släpper ifrån sig både energi och information i alla dess former, från solens ljus till flödet av föda, syre och värme som passerar genom det. För det andra befinner den sig inte i jämvikt, eftersom

stabilitet betyder döden. Den är en strömvirvel, en balansakt på kanten av kaos, en kamp uppströms mot det entropiska flödet.

Vi människor är förmodligen de mest återbrukade varelserna i universum. Redan medan vi lever upplöses vårt kött och bildas på nytt. Hela vår fysiska kropp växer fram på nytt, precis som håret och naglarna. Ingenting i våra gener fanns för ett år sedan. Vävnaderna i magen förnyas varje vecka, huden byts ut varje månad och levern regenereras var sjätte vecka. I varje ögonblick återvänder en del av kroppens 10´28 atomer till världen omkring oss, och 98% av dem ersätts varje år. Varje gång i andas far vi i oss tusen billioner atomer som resten av mänskligheten har andats de två senaste veckorna, och mer än en million atomer som en personlig hälsning från varje människa på jorden.

Som Rainer Maria Rilke säger,

…att inte vara avskuren,

inte med den tunnaste skiljevägg

utestängd från stjärnornas lag.

Det inre – vad är det?

Om inte en intensifierad himmel, fylld av fåglar och

djup av hemkomstens vindar.

Det fanns en tid, försjunken i Newtons ”enögda sömn”, då vi var säkra på att Rilkes identifiering av det inre med himlen bara var en fantasiflykt, en romantikers förvirrade tal. Poetens vana att säga att jag är en sten, en flod, ett djur och himlen betraktades i bästa fall som en tolerabel överdrift, men den togs inte på allvar. Så är det inte längre.

I belysning av kvantfysiken och av ojämnviktens termodynamik måste vi säga att en sådan poesi uttrycker den bokstavliga sanningen. Tabut mot att identifiera sig med naturen har hävts. Stjärnornas tid och jordens tid talar genom oss. Vi är deras själ, ljud och tunga – universums märkligaste attraktioner.

Ty vi, precis som de elementarpartiklar/vågor som vi består av, är både förutbestämda och fyllda av slump – å ena sidan arrangemang, ordning och komplexitet, å den andra brus, oordning och kaos. (Fysiken låter förstå att gott och ont finns på båda sidorna, att för mycket ordning betyder döden, att om vi inte vårdar oss om det kaos som finns inom oss, så leder detta till hopplöshet.) Precis som resten av kosmos ger vi tecken.

Så vad skall vi nu göra av naturen? Vilket tecken skall vi ge? Vi är inte här för att ge ifrån oss energin i samma form som vi fick den. Det är som om kvarkarna i våra magar, stjärnkolet i våra ben och det omvandlade solljuset i vårt blod manade oss att gräva fram poesin i dem, ingjuta en själ i dem, göra något vackert av dem – som om vi vore naturens sista chans att få en ande.

Övers. Gunnar Gällmo