Shut up and calculate?

I en bloggpost för snart ett halvår sedan rubricerad Köpenhamnstolkning vs mångs världar uttryckte jag intresse för ett ruskigt besvärligt område: tolkningar av kvantmekaniken. Jag inledde med att konstatera att...

kvantmekaniken har varit spektakulärt framgångsrik i att ge matematiska förutsägelser som stämmer med observationer. Sämre är det ställt när det gäller sökandet efter en intuitivt tilltalande och begriplig tolkning av ekvationerna. Många tolkningar har föreslagits, inklusive den strikt instrumentalistiska position vilken dömer ut sökandet efter en djupare sanning bortom observationerna och ekvationerna såsom meningslös, men någon lösning som är så tillfredsställande att den förmår samla konsensus bland fysiker tycks inte föreligga

...varefter jag gick vidare med att referera vad ett (starkt personligt färgat) urval av kloka tänkare på området sagt om ett par av de populäraste tolkningarna, nämligen Köpenhamnstolkningen och många världar-tolkningen.

Diskussionen om de olika tolkningarna väckte visst intresse i bloggpostens kommentarsfält. Det var emellertid först i kommentarsfältet till den senare bloggposten Hårdförast bland bloggande matematiker som den tog riktig fart. Ett par av kommentatorerna - Emil Karlsson och Daniel L - tog tydligt ställning för den instrumentalistiska ståndpunkt som ibland lite vanvördigt sammanfattats med orden "Shut up and calculate!".¹ Alltså för den position enligt vilken vi bör avstå från metafysiska spekulationer om den verklighet som ligger bakom och beskrivs av kvantmekanikens ekvationer, för att istället nöja oss med ekvationerna och konstatera att de ger förträffliga förutsägelser av våra observationer. Jag hoppas att dessa båda herrar alltjämt har rätt frekvens inrattad (och kanske rentav känner sig manade att på nytt kommentera), när jag nu skall säga några ord om varför jag finner även instrumentalismen en smula problematisk.

Liksom minst en gång tidigare vill jag här hänvisa till Jean Bricmonts och Alan Sokals läsvärda och välavvägda uppsats Defense of a Modest Scientific Realism. De diskuterar intrumentalism mer generellt än bara i frågan om kvantmekanikens tolkningar, och lyfter bland annat fram problemet med vad som menas med "observerbara" storheter. Om intrumentalismen nu bara tillåter oss att befatta oss med sådana, var skall vi då dra gränsen? Får en forskare med nedsatt syn använda glasögon och ändå tala om sådant han ser som reellt existerande objekt? Går det bra med förstoringsglas? Mikroskop? Radar? Radioteleskop? Och om jag klarar mig utan artificiella synhjälpmedel - kan jag då verkligen observera stolen framför mig? Jag har ju knappast någon direktkontakt med der Stuhl an sich, utan det är min hjärna som drar teoretiska slutsatser av förekomsten av en stol på basis bl.a. av den elektromagnetiska strålning som faller in mot mina näthinnor. Bricmont och Sokal går vidare från vardagsföremål till dinosaurier:

The second, deeper problem with instrumentalism is that the meaning of the words used by scientists goes far beyond what is "observable". To take a simple example, should paleontologists be allowed to speak about dinosaurs? Presumably yes. But in what sense are dinosaurs "observable"? After all, everything we know about them is inferred from fossil data; only the fossils are "observed". These inferences are not, of course, arbitrary: they can be justfied by evidence from biology (that all bones were once part of organisms) and geology (concerning the processes that transform bones into fossils). The point is, simply, that fossil evidence is evidence for the existence of something other than itself: namely, the fossils of dinosaur bones are evidence for the existence (at some time in the past) of dinosaurs. And the meaning of the word "dinosaur" is not easily expressible in a language that would refer only to fossils. For example, assertions about dinosaurs’ eating habits would have to be rephrased as assertions concerning the spatial correlation of certain types of fossils with certain other types of fossils. This seems unhelpful, to put it mildly.

Men måhända säger inte pralallellen med dinosaurier allt om hur vi bör förhålla oss till materiens minsta beståndsdelar och till kvantmekaniska fenomen. Bricmont och Sokal fortsätter:

Some instrumentalist philosophers of science are prepared to classify dinosaurs as "observable" on the grounds that, though we cannot observe them, they would have been observable to human beings had the the human species existed 100 million years ago. Now, anyone is free to define the word "observable" however he wishes; but there is no guarantee that the word, so defined, has any epistemological significance. In reality, neither dinosaurs nor electrons are ever observed directly; both are inferred from other observations, and the arguments supporting these two inferences are of comparable strength. It seems to us that, either one allows such inferences and accepts the probable reality (in some sense or other) of both dinosaurs and electrons, or else one rejects all such inferences and refuses to talk about either. To be sure, the meaning of "electron" is far murkier than that of "dinosaur": since we can form mental pictures of mid-size objects like dinosaurs, the meaning of the words referring to them is reasonably clear intuitively even if the objects are never directly observed, which is not necessarily the case for entities like electrons. That is why we are careful to assert only that electrons exist "in some sense or other", while admitting frankly our perplexity about what electrons really are.

En konsekvent tillämpad instrumentalistisk vatenskapssyn synes orimlig och ohållbar. Men kanske är den ändå motiverad, i fallet med kvantmekaniken, där alla föreslagna tolkningar framstår som så kontraintuitiva och besynnerliga - rentav som helt crazy? Kanske finns ingen "kvantmekanikens verkliga natur", eller åtminstone ingen sådan inom den mänskliga fattningsförmågan?

Den inställningen kan man ha, och möjligen skulle den rentav kunna vara rätt. Men skall vi verkligen på detta vis ge upp jakten på en djupare förståelse? Med en Popperiansk vetenskapssyn handlar vetenskapen inte bara om empiri - om att observera världen. Ett lika viktigt moment är att formulera de hypoteser och teorier som sedan kan utsättas för empirisk prövning. Innebär inte det instrumentalistiska synsättet att vi ger upp det Popperianska hypotes- och teoribyggandet, och därmed möjligheterna till fortsatta framsteg?

Med åberopandet av Popper följer kravet på hypotesers falsifierbarhet. Om inte vi på empirisk väg kan testa de olika tolkningarna av kvantmekaniken är det för Popperianen inte mycket bevänt med vetenskapligheten i dessa. Men experiment där Köpenhamnstolkningen och många världar-tolkningen ger olika förutsägelser har faktiskt föreslagits. Och även utan sådana förslag på experiment tycker jag att de olika tolkningarna kan ha ett existensberättigande, såsom teorier att bygga vidare på och så småningom komma fram till något mer förfinat som kanske hamnar inom falsifierbarhetens gränser. Jag tror hur som helst att det är på tok för tidigt att ge upp jakten på en djupare förståelse för kvantmekanikens sanna natur.

Fotnot

1) Viss förvirring råder om ursprunget till detta citat. Det har ibland tillskrivits Richard Feynman eller Paul Dirac, men det verkliga upphovsmannen är troligen David Mermin. Googling ger en mängd motstridiga besked.