Nobelprisvinder William D. Phillips: Vi har brug for en Teori for Alting

Som han sidder dér i café-stolen, storsmilende og nydelig i sit pæne jakkesæt og med sin tjekkede atachémappe på bordet, så ligner han mere en finansmand end en fysiker. Men det er nu fysiker, han er - og han kan endda bryste sig af at være en af verdens absolut bedste af slagsen inden for sit felt.

I 1997 fik han Nobelprisen i fysik for at laserkøle atomer ned til det absolutte minimum på -273 grader. Videnskab.dk vil gerne høre, hvad man kan bruge laserkølede atomer til, og hvad der i sin tid førte ham til sit naturvidenskabelige gennembrud, så derfor har vi bedt om et interview ved den store internationale fysikkonference Lindau Nobel Laureate Meeting, der fandt sted i Tyskland i starten af juli.

Du fik nobelprisen for at laserkøle atomer ned til det absolutte minimum. Hvorfor er det så stor en videnskabelig opdagelse inden for fysikken, at det fortjener så fornem en pris?

»Umiddelbart kan det lyde mærkeligt at man får så stor en anerkendelse for at udvikle et ur. Men i rigtigt mange sammenhænge er det helt essentielt at kunne finde ud af nøjagtigt hvad klokken er. For ellers kan man jo ikke vide hvornår noget foregår. Tag det såkaldte GPS-system som et eksempel - hvis du gerne vil spørge systemet om, hvor en person befinder sig til et givet tidspunkt, så duer det jo ikke hvis uret går forkert - for folk flytter sig hele tiden,« siger han og fortsætter:

»Atomure er i sig selv nogle af verdens absolut mest præcise ure i verden, men så længe atomerne ikke er kølet ned, så bevæger de sig en smule, og så går de ikke helt nøjagtigt. Først når de køles ned, går de helt præcist. Så snart atomerne er afkølet, ligger de så stille, at man kan måle på de enkelte elektronovergange i atomerne. Og når man kender disse overgange, så har man et uhyre nøjagtigt tidsmål.«

»En af de vigtigste udfordringer inden for fysikken, som forskerne kæmper med lige nu, er at få testet Einsteins Relativitetsteori. Den er hidtil ikke blevet testet i tilstrækkelig stor detalje, så derfor kan man endnu ikke afgøre, om teorien rent faktisk stemmer overens med virkeligheden, eller om den skal justeres - men det kan lade sig gøre med mine atomure,« forklarer han.

Hvorfor er det så vigtigt at teste Einsteins Relativitetsteori?

»Fordi den er en af grundpillerne i fysikken i dag, og fordi fysikerne leder efter en Teori for Alting.

I dag har vi Relativitetsteorien, der beskriver fænomener på storskala i Universet, og så har vi kvantemekanikken, der beskriver fænomener på atomar skala. Men de to teorier er i deres nuværende form uforenelige - de strider mod hinanden. Og der er nogle naturvidenskabelige fænomener og begivenheder, eksempelvis Big Bang eller sorte huller, hvor der både er relativistiske og kvantemekaniske effekter, som du bliver nødt til at tage højde for på samme tid for at kunne beskrive disse ekstreme fænomener.

Derfor bliver man nødt til at tilpasse og omforme de to teorier, så man kan lave en samlet teori, der både rummer kvantemekanikken og relativitetsteorien, og hvor de to teorier ikke længere strider imod hinanden,« siger William D. Phillips til videnskab.dk

Hvad skal der til for at forene dem?

»Jeg tror, at det kun er Relativitetsteorien, som man er nødt til at reparere på - og her har jeg en fornemmelse af, at det er det såkaldte ækvivalensprincip, der skurrer. Dette princip siger, at tyngdekraften virker på samme måde overalt.

Det siger, at der ikke er forskel på, om du bliver accellereret af en elevator eller af Jordens tyngdefelt. Accellerationen er den samme uanset hvad det er, der accellererer dig. Men dette princip tror jeg ikke holder. Og jeg mener, at det bl.a. er det, der afholder os fra at kunne forene de to fundamentale teorier med hinanden,« forklarer han.

Hvad tror du, det vil betyde, hvis det rent faktisk lykkes os at lave en Teori for Alting? Kan man kalde det for et paradigmeskift i fysikken?

»Man kan godt kalde indførelsen af en samlet teori for et paradigmeskift, for det er jo én fundamental teori som erstatter to eksisterende fundamentale teorier. Men spørgsmålet er, om vi reelt vil komme til at opleve det som et paradigmeskift, da både kvantemekanikken og relativitetsteorien er rigtigt gode til at beskrive langt de fleste fænomener i naturen omkring os allerede nu. Så for menigmand gør det nok ikke den store forskel.

I første omgang er det nok kun fysikerne selv, der kan se forskellen og som vil opleve det som et paradigmeskift. Får når man får en ny teori, så vil den også lave nye forudsigelser om naturen omkring os. Man kunne eksempelvis forestille sig, at den ville forudsige eksistensen af fysiske fænomener, som vi pt ikke kender til, og som heller ikke falder ud af relativitetsteorien eller kvantemekanikken. Det vil formentlig have en betydning, men det er svært at sige præcist hvilken. Mange gange er det jo sådan, at man først finder ud af, hvilken en betydning en teori får, når man står med den i hænderne.

Tag for eksempel Niels Bohr og Einstein, som indædt diskuterede det såkaldte entanglement-fænomen, som falder ud af atomfysikken. Dengang var der kun ganske få mennesker, der forstod hvad det gik ud på. I det hele taget var der kun ganske få mennesker som forstod hvad atomfysikken og relativitetsteorien beskrev. I dag er teorierne kendt af en stor del af befolkningen og forstået af rigtigt mange mennesker.

Og teorierne har resulteret i udviklingen af enorme mængder elektronisk udstyr, som er baseret på disse teoriers udsagn om hvordan verden hænger sammen. Denne optager er eksempelvis baseret på kvantemekanikkens love,« siger han og løfter journalistens diaktafon på bordet.

»Sådan vil det formentlig også være med en Teori for Alting. I starten vil det kune være fåtallet der fatter hvad det hele drejer sig om - men før eller siden vil den være fundamentet under en stor del af vores teknologi i samfundet,« siger han.

Kan dine laserkølede atomer også føre til helt nyt former for teknologi?

»Ja, i høj grad. Faktisk har vores opdagelse været med til at skabe fundamentet for det område, der kaldes for Bose Einstein-kondensater, hvor man køler en hel flok af partikler ned til det absolutte minimum og beskriver de kvantemekaniske fænomener for systemet som helhed.

For der er stor forskel på at beskrive kvantemekanikken for en enkelt partikel og for en flok partikler, der vekselvirker med hinanden. Det, der er så sensationelt ved Bose Einstein- kondensater er, at de kan danne grundlag for kvantecomputere - forskerne håber virkelig på at komme til at udvikle sådan en computer. For den vil kunne løse nogle helt andre typer af problemstillinger, end nutidens computer kan og inden for en helt anden tidshorisont.

Lykkes det at forene kvantemekanikken og relativitetsteorien i en samlet Teori for Alting, kan det godt kaldes for et paradigmeskift i fysikken

William D. Phillips

Mange af de problemer, som er helt uden for rækkevidde for nutidens computere, vil kunne gennemføres med en kvantecomputer. I dag bliver man eksempelvis nødt til at lave aproksimationer og forsimplinger, når man forsøger at simulere systemer, der indeholder mere end 20 partikler, der vekselvirker med hinanden. Med en kvantecomputer vil du kunne simulere systemer med hundredvis eller tusindvis af partikler uden at skulle forsimple nogen steder eller at gå på kompromis med resultatet for at komme i mål,« siger han.

Kvantecomputere og en Teori for Alting - det er kompliceret stof, som kræver at man har specialiseret sig i en del år for at kunne forske i sådanne emner. Hvad var det, der i sin tid fik dig til at gå ind i fysikkens verdenj?

»Jeg har interesseret mig for fysik lige så langt tilbage jeg kan huske. Allerede da jeg var en lille purk lavede jeg en masse eksperimenter med kolber og ledninger derhjemme på køkkenbordet, og jeg havde en grundlæggende nysgerrighed, der gjorde, at jeg bare måtte finde ud af, hvordan ting virker, så jeg splittede så vidt jeg husker også en hel del ting ad - mine forældre var meget tålmodige og venlige mennesker, og de accepterede det heldigvis.

I det hele taget havde jeg et hjem, hvor det blev værdsat at man kunne noget, og hvor vi diskuterede verdenssituationen, kunst, kultur og naturvidenskab hen over aftensmaden. Så man kan vel sige, at jeg har fået fysik ind med modermælken,« siger han.

Han kigger på uret og ser et øjeblik en smule fortabt ud.

»Jeg har faktisk en frokostsaftale nu med en af de andre nobelprisvindere her på konferencen, så jeg bliver nødt til at smutte nu. Jeg har glemt hvor det var, vi skulle mødes, men det finder jeg vel ud af,« siger han og rejser sig. Han skynder sig at gå og glemmer i farten sin jakke, som han i mellemtiden har taget af i den bagende varne. Videnskab.dk's udsendte medarbejder når lige at fundere lidt over, hvad pokker hun skulle stille op med den, men så står William D. Phillips der igen.

»Jeg glemte jakken - et tegn på, at den nok alligevel skulle være blevet hjemme på hotellet i det gode vejr,« siger han og ler.