100 år med kvantemekanik: En mærkelig idé, der ændrede alt

"Hvad mener du egentlig med det?" blev Niels Bohr ved med at spørge sin kvikke, nysgerrige 23-årige elev. For hundrede år siden gik den danske fysiker Niels Bohr og hans elev, den tyske fysiker Werner Heisenberg, i timevis gennem Dyrehaven og langs Øresund og forsøgte at forklare atomers mærkelige opførsel, når fysikere studerede dem i laboratorier. På det tidspunkt troede fysikere, at atomet var som et lille solsystem - en tæt kerne i midten med elektroner i kredsløb om den. Ved århundredeskiftet havde Max Planck foreslået, at energi findes i små pakker. En matematisk idé, han kom på for at forklare sine eksperimentelle resultater. Albert Einstein udvidede derefter idéen og argumenterede for, at lys i sig selv kommer i pakker eller "kvanter". Ved hjælp af dette nye perspektiv brugte Niels Bohr sin intuition til at finde atomets sande indre virkemåde. Han var uenig i, at elektroner er som planeter, der kredser om Solen - de bevæger sig ikke rundt i jævne cirkler. De forsvinder fra ét niveau og dukker pludselig op på et andet, hvor de afgiver (eller optager) lys. Dengang lød idéen absurd for fysikere, og der fandtes ingen teori til at forklare en sådan adfærd. Derfor blev Bohr og Heisenberg ved med at diskutere, hvordan man kunne lave en ny teori, der kunne forklare atomernes mærkelige adfærd. Deres lange gåture og intense diskussioner markerede begyndelsen på det, vi nu kalder kvantemekanik - en teori, der i år fylder 100 år. Udover kampen for at forklare naturens mystiske opførsel kæmpede Heisenberg også med en intens pollenallergi. Derfor tog han til den afsidesliggende ø Helgoland i Nordsøen, hvor han fandt ro og fokus. Dér skulle Heisenberg endelig lægge byggestenene til en matematisk teori, der kunne forklare lovene i den mikroskopiske verden: en kvanteteori. "Jeg har skrevet en skør artikel", skulle Heisenberg angiveligt have sagt til Max Born, hans vejleder i Göttingen, som var med til at forme Heisenbergs nye idé. Blot et par måneder senere skabte de den første formulering af den nye teori. Heisenbergs originale idé var at beskrive naturen ved kun at bruge det, man kan se. Ifølge denne opfattelse følger man ikke, hvor en partikel "virkelig er", men arbejder i stedet direkte med det, man kan måle i laboratoriet: partiklens energi, lysfrekvenserne, den udsender, eller hvordan den påvirker andre partikler. Kun fakta, vi kan se, indgår i teorien. Virkeligheden er i denne opfattelse baseret på observationer. På omkring samme tid udviklede den østrigske fysiker Erwin Schrödinger en anderledes, men tilsvarende tilgang. Den var baseret på det faktum, at lys opfører sig som en bølge, hvilket giver et mere intuitivt billede af atomers adfærd. Det vil sige, at i stedet for kun at fokusere på målbare størrelser, forestillede han sig partikler som glatte bølger spredt gennem rummet. Bølger, vi aldrig ser direkte, men hvis form fortæller os, hvor sandsynligt det er at finde partiklen forskellige steder, når vi måler den. Men dette rejste et spørgsmål: Hvis en partikel er spredt ud som en bølge, hvorfor befinder den sig så altid på et bestemt sted, når vi måler den? Denne kontrovers gør det klart, at de to tilgange går hånd i hånd: De beskriver den samme virkelighed fra forskellige vinkler. Bølgen fortæller os sandsynlighederne, og målingen fortæller os resultatet. Schrödingers formulering viste sig snart at være matematisk identisk med Heisenbergs og forenede to tilsyneladende modsatrettede syn på kvanteverdenen. Det, der begyndte som en abstrakt debat, ændrede snart vores forståelse af naturen: Vished blev erstattet af sandsynlighed, partikler flød som bølger, og virkeligheden kunne ikke adskilles fra det, vi kan observere. Selvom kvantefysikken ikke var intuitiv og til tider var kontroversiel for forskere i begyndelsen af det 20. århundrede, gav den forskere og ingeniører et værktøj til at kontrollere materialer og processer, de ikke tidligere kunne forstå. Dette førte til fremkomsten af mange nye teknologier, og inden for 25 å...