Alt er relativt - uddrag

og måske også lidt, du ikke bør vide.

Biologen Jørn Madsen og fysikeren Anders Smith kaster et velinformeret, undertiden skeptisk, men altid underholdende blik på den moderne naturvidenskabs mange emnefelter, fra Universets fødsel til gåden om menneskets bevidsthed.

Undervejs hører vi om dialektforskning blandt køer, hvordan man forstår relativitetsteorien ved at falde ned fra 10. sal, og hvorfor humlebier rent faktisk godt kan flyve. Efter endt læsning vil du også have fået svar på, hvorfor evolutionsteorien kun er en teori, og hvad der sker, når partikelfysikere læser for meget Anders And. I de snart 10 år, der er gået, siden førsteudgaven af denne bog udkom, er der publiceret omtrent lige så mange videnskabelige artikler som i hele det 20. århundrede.

Spørgsmålet er, om vi er blevet dobbelt så kloge?! Bogen er opdateret med den nyeste viden, og i en efterskrift stiller forfatterne skarpt på tidens vigtigste videnskabelige opdagelser, udviklinger og tendenser.

ALT ER RELATIVT

!

JØRN MADSEN & ANDERS SMITH

Denne bog indeholder (næsten) alt, hvad du bør vide om naturvidenskab

„Fantastisk bog, der giver et letforståeligt og underholdende indblik i, hvordan naturvidenskaben fungerer i praksis.“ – Anja C. Andersen, astrofysiker

ALT

ER RELATIVT Eller er det nu også det?

„En formidlingsmæssig bedrift“ – Jyllands-Posten

JØRN MADSEN & ANDERS SMITH GADS FO RLAG

Alt er relativt_110.indd 8

06/10/17 08.19

ALT

ER RELATIVT

Eller er det nu også det?

Jørn Madsen & Anders Smith

GADS FO RLAG

Alt er relativt_110.indd 3

06/10/17 08.19

Alt er relativt Eller er det nu også det? © 2008, 2017 Jørn Madsen, Anders Smith og Gads Forlag Kopiering fra denne bog må kun finde sted på institutioner, der har indgået aftale med COPY-DAN, og kun inden for de i aftalen nævnte rammer.

Det er tilladt at citere med kildeangivelse i anmeldelser.

Projektledelse: Ulrik Hvilshøj Forlagsredaktion: Gitte Lyngs Register: Anders Smith Tegninger: Kajsa Gullberg (s. 29, 40, 43, 47, 52, 66, 70, 83, 84, 96, 102, 112-113, 127, 133, 141, 150, 158, 162, 169, 185, 194, 201, 204, 209, 214, 218, 222-223, 233, 243, 255, 288, 292, 311, 320-21, 336) og Morten Voigt (s. 11, 36, 59, 76, 87, 94, 120, 177, 190, 239, 265, 272, 281, 296, 299, 306, 332, 341, 345, 371) Typografi og omslag: Harvey Macaulay, Imperiet Sats: Lymi DTP-Service Prepress: Narayana Press, Gylling Tryk: ScandBook, Falun ISBN 978-87-12-05581-5 2. udgave, 1. oplag 1. udgave af denne bog blev udgivet med støtte fra: KNUD HØJGAARDS FOND G.E.C. GADS FOND

Alt er relativt_110.indd 4

06/10/17 08.19

Indhold

Forord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

Hvad er videnskab? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hvor ved du det fra? – videnskab og autoritet . . . . . . . . . . . . . . .

Det er jo bare en teori – netop! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Helt sikkert! – determinisme og videnskab . . . . . . . . . . . . . . . . .

Videnskabelige vandrehistorier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Videnskabens sprog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 16 20 28 33 39

Fysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hvorfor æblet falder nedad – Newton og tyngdeloven . . . . . .

Bare bliv ved – energi og evighedsmaskiner . . . . . . . . . . . . . . . . .

Om at klinke skårene – entropi og tidens pil . . . . . . . . . . . . . . . .

Bølger – vand, lyd og lys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Det peger mod nord – magnetisme fra kompas til køleskab . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Helt elektrisk – rav og lynafledere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Elektromagnetisme – en lys ide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alt er relativt – eller er det? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Indtil nu går det meget godt – om at falde ned fra 10. sal og forstå den almene relativitetsteori undervejs . . . . . . . .

Det udelelige atom – fra filosofi til fysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Det delelige atom – stråler, rosinkager og kerner . . . . . . . . . . . .

Atomets struktur – fra Bohr til standardmodellen . . . . . . . . . .

43 46 51 58 62

Alt er relativt_110.indd 5

69 74 79 86 92 101 109 114

06/10/17 08.19

Altings (u)bestemthed – kvantemekanik for begyndere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

124

Himmelrummet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Big Bang – det store brag for 13,7 milliarder år siden . . . . . . . .

Sorte huller, mørkt stof og andre usynlige mærkværdigheder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Solen – en helt almindelig stjerne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Vi er alle stjernestøv – hvordan vores Solsystem opstod . . . .

Planeterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Verden er så stor – afstande i Solsystemet og Universet . . . . .

Liv i Universet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

133 135

Her på Jorden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Jorden er faktisk flad – i hvert fald en anelse . . . . . . . . . . . . . . . .

Hvordan man vejer Jorden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

En kæmpemæssig stangmagnet – Jordens kerne . . . . . . . . . . . .

Geologiens indbakkeprincip – nøglen til Jordens fortid . . . .

Bjergene flyder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

De tre have . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tiderne skifter – årstider og klima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Drivhuseffekten – en velsignelse og en trussel . . . . . . . . . . . . . .

Massedød og ødelæggelse – en del af livet på Jorden . . . . . . . .

185 189 194 198 203 207 211 217 220 231

Biologi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Roden af stamtræet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Jordens liv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Liv i mudderet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Missing link . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Levende fossiler og røde dronninger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

200 millioner åndedrag – 1 milliard hjerteslag . . . . . . . . . . . . . .

Myten om Darwins finker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Humlebiens flugt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Gener og genomer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

239 242 248 257 261 267 270 277 286 290

Alt er relativt_110.indd 6

144 149 155 160 168 175

06/10/17 08.19

Fitness – det gælder ikke bare om at være slank og sund . . . . . . . . . . . .

295

Mennesket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Den lille forskel – levende dna, fossilt dna og små procenter . . . . . . . . . . . . . . . . .

Anerne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mennesket har lagt sig i overhalingsbanen . . . . . . . . . . . . . . . . .

Døde og levende – 20 mod 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bedstemoreffekten – visdom og gamle hunner . . . . . . . . . . . . .

Fedme som fitness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sprogets software og hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

302 310 318 326 330 335 338

Uløste problemer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Fysikkens afslutning – den endelige teori . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bevidsthed og kunstig intelligens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hvad er meningen med det hele? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

345 347 355 365

Efterskrift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

371

Kilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

385 398

Alt er relativt_110.indd 7

299

06/10/17 08.19

Alt er relativt_110.indd 8

06/10/17 08.19

Forord

En ny videnskabelig undersøgelse har vist, at rødbeder forebygger åreknuder; at vi er lykkeligst, når vi spiser lakrids; eller at Universet består af mørkt stof. Som interesseret avislæser støder man på den slags artikler hver dag. Men ofte har man på fornemmelsen, at næste uge kan bringe undersøgelser, der viser det stik modsatte. Hvad bygger videnskaben egentlig sine konklusioner på? Hvordan kan man vide, at der findes mørkt stof i de fjerne galakser, når man hverken kan se det førstnævnte eller besøge de sidstnævnte? Det får man ikke meget at vide om under avislæsningen, og for udenforstående kan naturvidenskaben undertiden antage skikkelse af et broderskab bundet sammen af esoteriske doktriner og et fremmed sprog bestående af græske bogstaver og integraltegn.

I denne bog prøver vi at give et indblik i, hvordan naturvidenskaben fungerer i praksis. Gennem en række konkrete emner kommer vi fra Universets fødsel til menneskets bevidsthed. Emnerne dækker langt fra alle aspekter af naturvidenskaben, men vi har søgt at udvælge dem, så de tilsammen viser sammenhængskraften i tankegang og metode på tværs af discipliner. Dette gælder både de mere fundamentale videnskaber som fysik og de videnskaber, der i højere grad både er forklarende og klassificerende. For de sidstnævnte, hvoriblandt biologien er det mest fremtrædende eksempel, gælder det, at deres emneområder er så mangfoldige, at man ikke inden for en enkelt bogs rammer kan dække dem fuldstændigt. I stedet har vi, hvad biologien angår, udvalgt en række emner, der illustrerer dens fundamentale ordnende princip, evolutionsteorien, i forskellige sammenhænge. Det overordnede mål med 9

Alt er relativt_110.indd 9

06/10/17 08.19

Alt er relativt

vores udvalg af emner er også her at vise læseren, at naturvidenskab ikke er en samling af løsrevne kendsgerninger eller postulater, der kan accepteres eller forkastes efter forgodtbefindende: De mest forskelligartede grene af videnskaben viser sig at være intimt forbundne.

I vore dage behøver man vel knap nok at argumentere for naturvidenskabens samfundsmæssige betydning. Naturvidenskab, udmøntet som teknologi, har gennem de sidste 150 år ændret dagliglivet mere, end de foregående 1500 års samfundsudvikling har gjort. Naturvidenskaben har været succesrig ud over alle grænser, og ingen af os kan komme gennem dagen uden at bruge dens resultater tusindvis af gange. Politikerne har efterhånden også bemærket det, og morgendagens studenter får at vide, at de skal læse naturvidenskab for at øge eksporten, bevare Danmarks arbejdspladser og gøre det muligt at opretholde efterlønnen. Vi vil ikke tilslutte os dette kor. En vigtig pointe med denne bog er, at videnskab er sjovt, og at der ikke behøver at være andre grunde til at beskæftige sig med den: At man hverken behøver at bedrive videnskab for at blive berømt eller rig eller for at frelse verden – ikke at en naturvidenskabelig uddannelse er en forhindring for noget af dette. Men selve videnskabens motivation er bedst udtrykt af Demokrit, der levede i Grækenland for omtrent 2500 år siden: “Jeg ville hellere finde én simpel årsagsforklaring [dvs. naturlov] end erobre den persiske trone”. Denne fundamentale glæde ved at finde ud af lidt mere om vores forunderlige verdens sammenhæng har vi efter bedste evne søgt at formidle på de følgende sider.

I denne nye udgave har vi tilføjet en efterskrift, der trækker de vigtigste videnskabelige udviklinger siden førsteudgavens udgivelse op. Desuden har vi opdateret selve teksten, hvor det har vist sig nødvendigt, og rettet et antal unøjagtigheder, som kritiske læsere har været så venlige at gøre os opmærksomme på. Selve valget af emner er ikke afgørende ændret og illustrerer dermed en af vores pointer fra bogen: Selv om videnskaben synes at udvikle sig med lynets hast, tager det adskillige år, før støvet har lagt sig, og man kan se, om opdagelserne var langtidsholdbare.

Jørn Madsen og Anders Smith

Alt er relativt_110.indd 10

06/10/17 08.19

E F TE RSK R I F T

Alt er relativt_110.indd 371

06/10/17 08.19

Alt er relativt

At forlange, at videnskaberne burde retfærdiggøre deres eksistens ved at frembringe umiddelbar nytteværdi var, som det er bekendt, karakteristisk for det kommunistiske system. (Leszek Kolakowski, “What Are Universities For?”, 1997)

I de snart ti år, der er gået, siden førsteudgaven af denne bog udkom, er der publiceret omtrent lige så mange videnskabelige artikler som i hele det 20. århundrede. I runde tal drejer det sig om måske 25 millioner artikler – et på alle måder svimlende antal. Men selv om vi i det 21. århundrede overlegent overgår det forrige århundrede i produktivitet, vil det være svært at påstå, at vi allerede nu også har matchet det i videnskabelige fremskridt. Hvis en forsker i år 1900 var blevet teleporteret frem til 2008, ville vedkommende møde en omvæltning af stort set alle videnskabsgrene: I fysik var Newton blevet omstyrtet af relativitetsteori og kvantemekanik; astronomiens forståelse af verdensrummet var fundamentalt ændret med erkendelsen af, at Mælkevejen blot er én blandt utallige galakser, og at Universet udvider sig fra en begyndelse i Big Bang; i biologien gav opdagelsen af dna og hele den molekylærbiologiske revolution ikke bare en helt ny forståelse af organismers livsprocesser, men også en forklaring af Darwins evolutionsteori på et langt mere grundlæggende plan. Og sådan kunne man blive ved.

Men hvis man transplanterede en forsker fra 2008 til 2017 (og det eksperiment har bogens to forfattere faktisk udført, om end det tog os ni år), ville vedkommende ganske vist møde en række detaljerede studier af små og store videnskabelige problemer, men ikke mange opdagelser (måske slet ikke nogen), der kan matche de ovenfor nævnte fra 1900-tallet, trods 25 millioner videnskabelige artikler. Er det, fordi vi allerede har opdaget alt, hvad der er at opdage – eller fordi vi kigger i de forkerte retninger? Er det dybest set meningsløst at ville gøre videnskabelig produktivitet op rent kvantitativt på den måde? Og kan selve antallet af artikler være en del af problemet: Har videnskabens institutioner ikke kunnet følge med den voldsomme vækst i antallet af viden372

Alt er relativt_110.indd 372

06/10/17 08.19

Efterskrift

skabsfolk og deres produktion af artikler? Disse spørgsmål kommer vi tilbage til sidst i denne efterskrift.

For de ovenstående betragtninger skal ikke skygge for den kendsgerning, at der ér sket meget i videnskaben. Når vi i det følgende nævner nogle af de største videnskabelige opdagelser og tendenser i de sidste ti år, kan det i sagens natur ikke bygge på et førstehåndskendskab til hele den videnskabelige litteratur. Vi kan kun håbe på, at det ikke er de universiteter med den bedste presseafdeling, der har farvet vores bud alt for meget.

I fysikken er der især to opdagelser, der fortjener at blive nævnt, begge bekræftelser af veletablerede teorier, men ikke mindre vigtige af den grund. Den første er observationen af tyngdebølger. Einstein forudsagde i 1916 deres eksistens ud fra sin almene relativitetsteori. Eksistensen af den slags bølger er tæt forbundet med det faktum, at virkningen af tyngdekraften udbreder sig med lysets hastighed og ikke øjeblikkeligt.

En kraftig ændring af tyngdefeltet på et vist sted i rummet vil udbredes gennem Universet som bølgerne på en dam, hvori man har kastet en sten. Men bølgerne er ikke bølger i vand eller et andet medium – det er bølger i selve rumtiden. Passagen af en sådan tyngdebølge vil ytre sig som en kortvarig ændring af afstanden mellem to forskellige steder. Selv om Einstein kunne vise, at tyngdebølger er en konsekvens af den almene relativitetsteori, er virkningen så lille, at man i mange år betvivlede, om det overhovedet ville være muligt at måle den. Det kræver en meget stor udløsende tyngdeændring og et fantastisk følsomt instrument, der kan måle ændringer i afstande så små som 1/10.000 af protonens størrelse! Princippet er ellers simpelt: En laserstråle splittes i to, og de to stråler bevæger sig vinkelret på hinanden ud til to fjerntliggende spejle og tilbage igen. Når en tyngdebølge passerer, bliver den ene vej momentant lidt længere, mens den anden bliver lidt kortere, så de to stråler mødes ikke på samme tid i midten igen, og der opstår derfor et interferensmønster. Der er tale om et interferometer, der er nært beslægtet med det, Michelson og Morley brugte for at forsøge at bestemme Jordens hastighed i forhold til æteren (se s. 89). Men hvor 373

Alt er relativt_110.indd 373

06/10/17 08.19

Alt er relativt

lyset i Michelson-Morley-apparatet bevægede sig i to arme med en effektiv længde på 11 m, har armene i LIGO-eksperimentet (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) en effektiv længde på over 1000 km. Det opnås ved at lade laserstrålen blive reflekteret flere gange i hver 4 km lange arm. Der er bygget to sådanne instrumenter i USA, 3000 km fra hinanden, for at gøre det muligt at bortfiltrere lokale forstyrrelser af interferometrenes spejle. I 2016, efter mere end 20 års arbejde, kunne LIGO offentliggøre observationen af en tyngdebølge, der var skabt af to sorte huller, som smeltede sammen. En triumf for relativitetsteorien, men også for den ingeniørkunst, der tillod konstruktionen af et så præcist måleapparat. Det udløste en nobelpris i 2017.

LIGO er et godt eksempel på Big Science, hvor hundredvis eller tusindvis af forskere samarbejder om et projekt, det kan tage årtier at fuldføre. Det er dog langtfra det dyreste eksperiment, der er konstrueret.

CERNs Large Hadron Collider (LHC) ligger i en underjordisk, cirkelformet tunnel, som er 27 km i omkreds. Her kan man accelerere partikler op til hastigheder tæt på lysets og lade dem kollidere i meget energirige sammenstød, som skaber et væld af elementarpartikler. Også LHC er en ingeniørmæssig præstation. Det tog ti år at bygge den (og der gik næsten 25 år fra det indledende design, og til acceleratoren stod klar i 2008), og den endte med at koste ca. 38 mia. kr., inklusive de omgivende detektorer. Til sammenligning koster Cityringen i Københavns metro omkring 22 mia. kr. Er LHC pengene værd? Man fik i hvert fald, hvad man betalte for: I 2012 kunne forskerne ved LHC annoncere opdagelsen af Higgs-partiklen, den partikel, hvis eksistens var blevet foreslået i 1960’erne for at forklare alle andre elementarpartiklers masse. Og man kan anlægge det synspunkt, at det tjener vores civilisation til ære, at vi stadig vil foretage den slags investeringer i grundvidenskab – selv om de også med varierende troværdighed skal sælges i offentligheden som en god forretning, hvis man tager de afledte teknologiske landvindinger med i regnestykket.

Nu skal man imidlertid ikke tro, at alt behøver at være Big Science for at give genlyd. Man kan jo sidde og tegne med sin blyant på et stykke papir og så trykke et stykke tape mod det. ‘Blyet’ i blyanten er grafit, 374

Alt er relativt_110.indd 374

06/10/17 08.19

Efterskrift

som består af kulstofatomer arrangeret i lag. Når man løfter tapen af, har man – med lidt påpasselighed – trukket et lag grafit af, med en tykkelse på kun et enkelt atom. Dette todimensionelle materiale kalder man grafen (med tryk på anden stavelse: grafén), og det har vist sig at have en række nye og spændende egenskaber, som har affødt et helt nyt forskningsområde. De to fysikere, Andre Geim og Konstantin Novoselov, som legede med blyanter og tape, fik meget velfortjent nobelprisen i fysik i 2010, kun seks år efter deres opdagelse.

Og med mellemrum kommer der virkelig spektakulære opdagelser – fx fandt en gruppe videnskabsfolk ved det såkaldte OPERAeksperiment i 2011, at neutrinoer tilsyneladende kan bevæge sig hurtigere end lyset: Ved at lade en partikelaccelerator i CERN skyde protoner på et mål bestående af kulstofatomer dannes der ustabile pioner. Ved deres henfald dannes der (myon)neutrinoer, som efterfølgende bevæger sig ca. 730 km gennem Alpernes klipper til et underjordisk kammer i Italien, hvor de kan detekteres. Man målte den tid, neutrinoerne var om at bevæge sig denne distance, og fandt, at de måtte have bevæget sig hurtigere end lyset. Hvis det havde været korrekt, ville det være et afgørende brud med Einsteins relativitetsteori. Derfor gik jagten også ind på eventuelle fejlkilder ved eksperimentet, og det viste sig, at synderen var et fiberoptisk kabel, der ikke var skruet ordentligt i bag på en målecomputer. Når man korrigerede for det, holdt neutrinoerne sig pænt inden for naturens absolutte hastighedsgrænse, lysets hastighed. Selv om det kan diskuteres, om folkene bag eksperimentet var for hurtigt ude med de sensationelle resultater, er udkommet et godt eksempel på, at naturvidenskabens kritiske tilgang stadig virker, selv om der spinnes dagsaktuelle nyheder på resultaterne. Og trods dette forkerte resultat var eksperimentet ikke spildt, for dets primære formål havde været at undersøge, om myonneutrinoen kan omdannes til tauneutrinoen. Det kunne den, hvilket betyder, at tauneutrinoens masse i lighed med de to andre typer neutrinoers også må være større end nul.

Vores øgede forståelse af verdensrummet drives i disse år især af stadigt mere nøjagtige astronomiske observationer, ikke mindst ved at bruge 375

Alt er relativt_110.indd 375

06/10/17 08.19

Alt er relativt

satellitbårne instrumenter, som undgår de forstyrrende effekter af Jordens atmosfære. For eksempel har NASAs Keplerteleskop, der blev sendt op i 2009, på få år opdaget flere tusind exoplaneter, altså planeter i omløb omkring andre stjerner i Mælkevejssystemet. I mange år troede man, at den slags planeter var en sjældenhed, men i dag anslår man ud fra både rumbaserede og jordbaserede observationer, at der i gennemsnit er mere end én planet per stjerne i vores galakse, og at en betydelig brøkdel af disse planeter er jordlignende. Det vil sige, at der formentlig er milliarder af jordlignende planeter i Mælkevejssystemet.

Man opdager disse planeter ved indirekte metoder (se s. 159), og der er altid en vis usikkerhed forbundet med at identificere konkrete exoplaneter. Fx er der opstået tvivl om, hvorvidt Gliese 581 d, som vi fortalte om i kapitlet Liv i Universet, overhovedet eksisterer, eller om det blot er variationer i stjernens udstråling, der fortolkes forkert. Man anslår således, at der er en fejlrate på ca. 10% for identifikationen af exoplaneter ud fra Keplerteleskopets observationer – men når der er opdaget så mange, kan man trods dette godt udlede pålidelige oplysninger om exoplaneternes egenskaber som helhed.

Det europæiske rumfartsagentur ESA har også markeret sig stærkt med instrumenter som Planck, der har observeret fordelingen af den kosmiske baggrundsstråling hen over himlen og dermed kunnet give mere nøjagtige værdier for fordelingen af mørkt stof i Universet (selv om man stadig ikke ved, hvad dette mørke stof består af), og Gaia, der er i gang med at måle position og afstand af over 1 milliard stjerner i Mælkevejssystemet med meget høj præcision.

Biologien har også budt på spændende nyt. For nogle år siden var det en gylden regel, at menneskekroppen bar rundt på cirka 10 gange så mange bakterier og andre mikroorganismer, som der var celler i kroppen. Helt nye tal viser dog, at styrkeforholdet er mere lige, og at der nok er cirka lige mange mikroorganismer og kropsceller (som tæller i omegnen af 40.000 milliarder).

Selv om de er blevet stærkt decimerede i antal, har mikroorganismerne dog taget en vis revanche gennem deres uventet store betydning 376

Alt er relativt_110.indd 376

06/10/17 08.19

Efterskrift

for ikke bare vores helbred, men også for mere overraskende områder som fx kostvaner, sindslidelser og adfærdsformer. Sammensætningen af især tarmens bakterier har vist sig at spille en stor rolle for forsøgsdyrs udvikling af fedme, ligesom blodets indhold af hormoner til en vis grad kan kontrolleres af bestemte bakterier.

Forskningsfeltet er stadig nyt, og dyreforsøg er svære direkte at overføre til menneskelige forhold, men studiet af mikroorganismernes levesteder (mikrobiomerne) og deres samspil med kroppen åbner op for nye metoder i fx behandlingen af livsstilsygdomme og måske endda lidelser som depression. Det er ikke længere muligt bare at betragte mikroorganismerne som enten nyttige eller skadelige, som et ydre gode eller onde, de har vist sig at være lige så integreret en del af kroppen som vores organer.

Som evolutionsbiolog eller humangenetiker med speciale i genetiske sygdomme studerer man de mutationer, som ændrer koderne i arvemassen, og som kan videregives til ens efterkommere, og som kan have stor betydning for udviklingen af tilpasninger og lidelser. Men gener kan også ændre funktion uden at mutere. Kontrollen af deres aktivitet kan ske gennem faktorer, der ligger uden for selve arvemassen ved såkaldt epigenetisk regulering. Selve den måde, det trådformede dna-molekyle er pakket sammen på omkring proteiner, kan bestemme, om gener er aktive eller ej, og det samme kan kemiske reaktioner med molekyler som fx metyl-grupper. Studiet af epigenetiske forandringer har det seneste årti været særligt aktivt inden for kræftforskningen, men er også blevet en vigtig del af forskningen i kroppens stofskifte og tilpasninger til bestemte fødevarer. I visse tilfælde synes de epigenetiske forandringer endda at kunne videregives til efterkommerne, ganske som mutationer, men i modsætning til disse er de epigenetiske forandringer reversible – de kan fjernes igen, hvis omstændighederne kræver det. Epigenetikken er en spændende tilføjelse til den genetiske værktøjskasse og må tages alvorligt, hvis man vil forstå vores tilpasninger til livet i et samfund under hurtig forandring. I et lidt større perspektiv er de epigenetiske ændringer af arvemassen dog kortvarige og vil ikke indvarsle en helt ny evolutionsteori, sådan som mange ellers synes at håbe.

377

Alt er relativt_110.indd 377

06/10/17 08.19

Alt er relativt

De ægte mutationer kan betragtes som spor, man kan følge tilbage i tiden ned langs grene og kviste på arternes stamtræ. Men forbedrede analyser af dna har de seneste år afsløret, at et træ, der forgrener sig, hvor gamle grene visner og nye skyder frem (analogier for udviklingslinjer, uddøen og opståen af nye arter), måske ikke er et særlig præcist billede på evolutionsprocesserne. Erkendelsen af, at vi og vores forfædre bærer på talrige og tydelige genetiske spor efter udveksling af arvemateriale fra andre grupper og arter og endda gemmer på dna fra meget gamle og for længst uddøde sidegrene på vores stamtræ, var en af det sidste årtis største øjenåbnere i evolutionsbiologien. Samme mønster dukker op i mange studier af dyr og planters evolutionshistorier, og man kan undertiden finde spor af gener eller dna-fragmenter, der stammer fra helt andre og meget fjernt beslægtede organismer, og som ikke kan være overført på den gammeldags facon – ved sex – men må have taget turen via fx virus eller stikkende insekter. Det har naturligvis stor betydning for tanken om arten som den grundlæggende biologiske enhed. Artsbegrebet har været til debat lige så længe, som man har arbejdet med at kortlægge den biologiske mangfoldighed og hæftet navne på organismerne, og der findes et væld af definitioner, som hver kan have sin egen berettigelse, men med de nye resultater må man sige farvel til en del af tankegodset, fx til det biologiske artsbegreb i dets strengeste form.

At hybrider og gener, der flyder over artsgrænserne, er så udbredte, ændrer ikke bare på de evolutionære historier. Det rejser det helt praktiske og banale spørgsmål om, hvordan det kan være, at de fleste fagfolk ikke har svært ved at arbejde med og genkende arter, når artsgrænserne er så hullede. Eller omvendt og måske endnu mere basalt: Hvilke genetiske mekanismer gør det muligt at opretholde en vis form for identitet og genkendelighed, når fremmed dna blandes med arvemassen? Det findes der intet godt svar på, og emnet vil blive et af de vigtigere biologiske emner de kommende år og vil – pga. dets helt fundamentale betydning for biologien – kalde på en vis form for selvransagelse, hvor nogle af de mest benyttede teorier og metoder vil blive udfordret og måske forkastet.

378

Alt er relativt_110.indd 378

06/10/17 08.19

Efterskrift

Hvad så med de uløste problemer, som vi berørte i den sidste del af bogen? Ja, i den teoretiske fysik er strengteoretikerne stadig i gang, og selv om visse af deres matematiske metoder finder anvendelse i andre grene af fysikken, er de ikke meget nærmere deres egentlige mål med at få en samlet teori for alle naturkræfter. Og der høres stadig flere kritiske røster, der udtrykker bekymring over et forskningsfelt, som efter mere end 40 års arbejde stadig ikke synes at have nogen form for eksperimentel validering i sigte: En teoris elegance er ikke i det lange løb et gyldigt videnskabeligt argument, som vi allerede har diskuteret. I 2015 blev der ligefrem afholdt en fælles workshop i München mellem de stridende fysikere og en række videnskabsfilosoffer under overskriften “Why Trust a Theory? Reconsidering Scientific Methodology in Light of Modern Physics”, hvor man diskuterede, om det giver mening at tale om videnskabelige teorier, der principielt ikke kan testes empirisk. De allerfleste videnskabsfolk vil med god grund sige nej.

Det går ikke meget hurtigere med at forstå bevidstheden. Som vi diskuterede i kapitlet Bevidsthed og kunstig intelligens, er der stærke argumenter imod den opfattelse, at hjernen i virkeligheden er en computer, og bevidstheden et program, der kører på den. Ikke desto mindre søsatte EU i 2013 Human Brain Project, et tiårigt såkaldt flagskibsprojekt med et budget på over 1 milliard euro,* der som erklæret mål havde at udvikle en fuldstændig simulering af hjernen helt ned til de enkelte neuroner.

Henry Markram, idemanden bag projektet, stillede i udsigt, at man ville kunne udvikle en sådan hjernesimulator inden 2020, at den ville kunne lære og udvikle sig på samme måde som virkelige hjerner ved at blive placeret i passende virtuelle omgivelser, og at hjernesimulatoren derved kunne bruges til at forstå sygdomme som autisme, depression og Alzheimers. Det skortede ikke på skeptiske røster, der ikke delte de vidtløftige visioner af projektet, og som betvivlede, om ideen overhovedet gav mening, men tanken om hjernesimulatoren var åbenbart tilpas fængende for bevillingsgiverne (der ikke var hjernespecialister). I hvert

* Endnu et flagskibsprojekt, Graphene, blev lanceret ved samme lejlighed – grafen var hurtigt vokset fra sin spæde begyndelse og blevet Big Science.

379

Alt er relativt_110.indd 379

06/10/17 08.19

Alt er relativt

fald blev projektet bevilget. Det viste sig dog hurtigt, at computersimuleringer løsrevet fra eksperimentelle data ikke er en frugtbar vej frem, og at selve ideen om en fuldstændig hjernesimulering ikke var fuldstændig gennemtænkt. Mindre end to år efter projektstart – og til dels foranlediget af et åbent brev underskrevet af over 800 forskere inden for neurovidenskab – måtte projektet reorganiseres, og Henry Markram træde ud af ledelsen af projektet. Målet er nu ikke en hjernesimulator, men det mere beskedne (og nyttige) at udvikle databaserede værktøjer, som kan støtte den videnskabelige forståelse af hjernen.

Men er menneskeheden da ikke truet af kunstig intelligens, der inden for få år vil være mere intelligent end noget menneske? Det tyder det ikke umiddelbart på, til trods for masser af fremskridt inden for fx talegenkendelse og billedbehandling. I øjeblikket er den største fare inden for kunstig intelligens muligvis, at vi kommer til at basere vigtige afgørelser på formodet intelligente systemer, som i virkeligheden er ret dumme.

Når først en artikel med misvisende information er blevet publiceret, er det næsten umuligt at stoppe, at den bliver citeret. (K.S. Larsson, “The dissemination of false data through inadequate citation”, 1995) Her til sidst vil vi vende tilbage til spørgsmålet om de organisatoriske udfordringer, naturvidenskaben står over for (rent bortset fra alle de mange videnskabelige udfordringer, som heldigvis stadig står i kø for at blive løst). Naturen er ikke opfundet af mennesker, men naturvidenskaben er, og hvordan den er organiseret, kan have stor betydning for, hvor godt den virker.

Som nævnt flere gange i denne bog offentliggøres der virkelig mange videnskabelige artikler. I kapitlet om Videnskabens sprog citerer vi den britiske fysiker Rudolf Peierls for en vittighed om, at bogreolernes hylder i en ikke så fjern fremtid vil blive fyldt op af tidsskriftet Physical Review med en hastighed, der er højere end lysets. Det er imidlertid, tilføjer Peierls, ikke i modstrid med relativitetsteorien, fordi der ikke overføres nogen information. I dag kan man med mild overbærenhed 380

Alt er relativt_110.indd 380

06/10/17 08.19

Efterskrift

se tilbage på tiden omkring 1960, hvor vittigheden blev til: Dengang var en årgang af Physical Review kun på omkring 8000 sider. I 2016 var Physical Review vokset til en familie på over ti tidsskrifter med 180.000 sider om året, fordelt på næsten 19.000 artikler. Det siger sig selv, at ingen fysiker vil kunne følge med bare i dette enkelte tidsskrifts udgivelser. Og der er hundredvis af fysiktidsskrifter. Og titusindvis af videnskabelige tidsskrifter i det hele taget.

Hvis man bare kunne undgå at læse alle de artikler! Når man selv som forsker læser i litteraturen på sit felt, er det desværre en ikke så sjælden konklusion, at det har de andre faktisk undgået: Utallige artikler publiceres, hvor gamle og for længst gendrevne fortolkninger eller metodologier stadig bruges og citeres. Den amerikanske fysiker William F. Brinkman plejede at sige, at man som teoretiker ikke engang kunne være sikker på fortegnet af ens bidrag til fysikken, dvs. om det bidrog positivt eller negativt til den samlede fond af viden. Men det kan også gælde på mere eksperimentelt anlagte felter. Dertil kommer, at man – selv om den aldrig har været mere tilgængelig med den udbredte digitalisering af tidsskrifter – ikke kan lære alt fra litteraturen.

Videnskabelige diskussioner og erfaringsudveksling mellem forskere om, fx hvilke resultater man anser for troværdige, har altid spillet en vigtig rolle for forskningsfelters udvikling. Det er imidlertid en rolle, der er udfordret, når antallet af forskere er så stort selv på ret specialiserede fagområder, at det i praksis er umuligt at have en fælles samtale.

(Og endnu mere håbløst, når det gælder naboområder, som dog i mange tilfælde godt kunne have relevans for ens egen forskning).

Det er i den sammenhæng også bemærkelsesværdigt, at et redskab til at rangliste forskere uden at behøve at læse deres artikler har gået sin sejrsgang i det seneste årti, hvad enten man skal besætte stillinger eller uddele forskningsbevillinger: det såkaldte h-indeks. I 2005 spurgte den teoretiske fysiker Jorge Hirsch sig selv om, hvordan man mon skulle måle en forskers videnskabelige talenter objektivt. Han kom frem til et interessant forslag: Når forskere skriver artikler, citerer de andre forskeres artikler for de ideer, der ligger til grund for deres egne. Mon 381

Alt er relativt_110.indd 381

06/10/17 08.19

Alt er relativt

ikke en artikel, der bliver citeret meget, er en vigtig artikel? Så Hirsch foreslog at rangliste forskere efter, hvor mange gange deres artikler er blevet citeret: Hvis man har et h-indeks på fx 27, har man skrevet 27 artikler, som hver især er blevet citeret mindst 27 gange.* Hirsch kunne vise i sin oprindelige artikel, at der var en ganske god sammenhæng mellem hans indeks og hans subjektive vurdering af fremtrædende fysikere. Problemet er imidlertid, at fysikere og andre forskere i modsætning til elektroner eller baggællesnegle hurtigt finder ud af, hvad de bliver målt på. Så der gik forbløffende kort tid, før h-indekset gik fra at være et (om end tvivlsomt) objektivt mål på videnskabelig kvalitet til at være en aktiv genstand for forskeres karrierepleje. Det er blevet en hel videnskab i sig selv at optimere sit h-indeks, og man kan have en fornemmelse af, at der i visse tilfælde er opstået en bytteøkonomi, hvor det ikke er korn eller glasperler, som bliver udvekslet, men citationer: Citér mine artikler, og så vil jeg til gengæld citere dine. Spørg en hvilken som helst forsker på et hvilket som helst universitet, og vedkommende vil på stående fod kunne opremse sit nøjagtige h-indeks, hvad det var sidste år, og hvilke artikler der skal promoveres, for at det kan blive højere til næste år.

Så nu kan man bedømme forskere helt uden at læse deres artikler eller tage stilling til frugtbarheden af deres ideer. Og det er ikke kun administratorer, der gør det. Der hersker en form for kognitiv dissonans hos mange videnskabsfolk: De ved af egen erfaring, at deres artikler ofte bliver citeret, fordi andre forskere har brug for lidt baggrundsstof til indledningen, eller fordi de vil underbygge en hypotese med en reference (som måske slet ikke er relevant i sammenhængen).† Alligevel stirrer

* ‘h’-et i ‘h-indeks’ stod vist egentlig for “highly cited”, men tilfældigvis kunne det også fortolkes som “Hirsch-indeks”. † Man skulle måske tro, at folk i det mindste læste de artikler, de citerer, men adskillige studier tyder på, at det langt fra er tilfældet. Og hvis man antyder over sine kolleger, at det er ens pligt at læse alle de artikler, man citerer, får man et medlidende blik, der antyder bekymring for ens mentale dømmekraft: Det lader sig naturligvis ikke gøre i en travl hverdag. Nogle forskere har sågar så travlt, at de ikke har tid til at læse de artikler, de selv er medforfattere på. Men det er en lidt anden problemstilling, som vi ikke vil komme videre ind på her.

382

Alt er relativt_110.indd 382

06/10/17 08.19

Efterskrift

de sig i deres egenskab af bedømmelsesudvalg eller fagfællebedømmere blinde på h-indeks og andre kvantitative mål.

Vi står endnu et stykke vej fra en situation, hvor man kan sige, at videnskabens institutioner er i krise, men det synes klart, at de i en eller anden grad må gentænkes, inden vi kommer så vidt. Rammerne er nemlig, i langt højere grad end den enkelte forskers formodede omhyggelighed eller upartiskhed, en afgørende faktor i videnskabens succes, en faktor, som Karl Popper for længe siden identificerede: “[D]et er videnskabens og dens institutioners offentlige karakter, der påtvinger den enkelte forsker en mental disciplin og bevarer videnskabens objektivitet og dens tradition for at diskutere nye ideer kritisk”.

Jeg havde frihed til at forske i, hvad jeg ville. I dag skal forskere søge om penge til deres forskning hele tiden. Og de skal kunne forklare, hvad de leder efter og hvorfor. Under de vilkår havde jeg aldrig fundet natrium-kalium-pumpen. For jeg vidste ikke, hvad jeg ledte efter. (Jens Christian Skou i et interview i Ingeniøren, 2000) Samtidig er tendensen med at forlange umiddelbar nytte af forskningen fortsat ufortrødent. Det kan være fornuftigt nok, når man taler om ingeniørvidenskab og anden anvendt forskning (for anvendt forskning uden anvendelser er formentlig den mest unyttige form for forskning, man kan tænke sig), men det er ikke en god ide for videnskaben som helhed. Det kan virke dræbende for kreativiteten hos unge forskere, at de fra første dag på jobbet skal tænke mere som projektledere end som forskere og formulere projekter med milepæle, arbejdspakker, forretningsplaner og naturligvis masser af kommercielle gennembrud om fem eller ti år. De burde hellere bruge tiden på at udtænke vilde ideer, der kan omstyrte deres professorers yndlingsteorier. Universiteterne og videnskaben har en vigtig rolle at spille i nutidens samfund. Det vil kun en tåbe forsøge at benægte. Og det gælder så meget desto mere for de fag, der nærmer sig det anvendte mere og står på trinnet mellem videnskab og teknologi, fx læge- og ingeniørgerningerne. Men det ensidige fokus på videnskabens nytte383

Alt er relativt_110.indd 383

06/10/17 08.19

Alt er relativt

værdi risikerer – selv målt i den nytte, man gerne vil have optimeret – at blive kontraproduktivt.

Og som det vil stå klart for læseren af denne bog, er dens forfattere rent bortset fra de ovenstående betragtninger stadig af den mening (som ikke kan begrundes videnskabeligt), at menneskelige frembringelser – hvad enten de er inden for kunst eller videnskab – kan have en stor værdi selv uden at have en umiddelbar anvendelse. I den første udgave af vores bog fik en amerikansk præsident det (næst)sidste ord.

Denne gang vil vi lade den polske tænker Leszek Kolakowski få æren: [D]er er en tendens i Europa (måske i mindre grad i USA, hvor de fleste af de bedste universiteter er private) til at forlange, at det statsfinansierede universitet bør bevise sin nytte. […] Denne tendens kan opsummeres på følgende måde: “Enhver kan, hvis han ønsker det, studere det hittitiske sprog, sorte huller, forskellen mellem Cyprians og Augustins fortolkning af dåbshandlingen og japanske zenhaver, men hvorfor skulle skatteyderen betale for dette? Og hvilke fordele får skatteyderen af studiet af den slags ting?”

Hvis en sådan tendens bliver fremherskende, vil det betyde universitetets undergang og, i bredere forstand, vor civilisations ødelæggelse. […] De ovennævnte spørgsmål kan formuleres mere generelt: Hvorfor skulle vi have en kultur, der ikke tjener teknologisk fremskridt eller øger vores materielle trivsel? Det eneste svar på det spørgsmål er: For at kunne lade menneskeheden være, hvad den altid har været. Hvis kultur betyder luksus, så er det måske, fordi menneskeheden selv er en Naturens luksus.

Alt er relativt_110.indd 384

06/10/17 08.19