Texten är en reflektion av föredraget Änglar och antimateria: finns de? av Patrik Adlarson den 22 april 2024. Hela föredraget finns att se på Kristen i akademins YouTube-kanal här.
Katedralakademins andra föredrag för säsongen gavs av Patrik Adlarson som talade om antimateria och att forskning i fysik kan väcka existentiella frågor som snarare är filosofiska och teologiska. Adlarson är docent och forskare i fysik med inriktning mot kärnfysik vid Uppsala universitet. Hans forskning rör skillnaden i förekomsten av materia och antimateria i universum. Evenemanget arrangerades av nätverket Kristen i akademin och Uppsala domkyrkoförsamling i samarbete med studieförbundet Sensus.
Adlarson börjar med att erkänna att titeln på föredraget var ett lockbete för att få åhörare! Men han konstaterade att det finns en koppling mellan änglar och antimateria, och det är människan med sin världsbild. Alla har ofrånkomligen en världsbild; Heidegger lär ha sagt att vi blir inkastade i den. En komplett världsbild behöver svara på de fyra stora frågorna:
– Hur är verkligheten beskaffad?
– Vad får människan att blomstra? Hur blir jag lycklig?
– Vem är en god människa?
– Vad ska jag göra för att bli en god människa?
Adlarson är partikelfysiker, så han började utifrån detta perspektiv: Naturvetenskapen kan kanske svara på den första frågan, möjligen också den andra. Den kan svara på vissa typer av frågor, men inte alla.
Verkligheten kan sägas vara beskaffad av elementarpartiklar, ofattbart små partiklar som inte går att sönderdela ytterligare, exempelvis elektroner och kvarkar. Till dessa räknas även de som förmedlar de fyra fundamentala krafterna, t.ex. fotoner som förmedlar den elektromagnetiska kraften och gravitoner som förmedlar gravitationen. Protoner och neutroner är uppbyggda av kvarkar, vilka tillsamman med elektroner och de kraftverkande partiklarna bildar atomer och molekyler, all vanlig materia. Materia och energi är alltså kvantiserade, om än i extremt små kvantiteter — därav begreppet kvantfysik.
Alla kända elementarpartiklar och deras påverkan på varandra beskrivs matematiskt av Standardmodellen. Denna innehåller förutom matematik 19 s.k. fria parametrar vilka inte kan härledas matematiskt utan måste mätas experimentellt. Dessa förankrar matematiken i konkret verklighet. Standardmodellen gäller förhållanden på de extremt korta längd- och tidsskalorna i elementarpartiklarnas kvantvärld som vi inte utan matematikens hjälp kan göra oss någon föreställning om. Våra förmågor är anpassade och tränade för vardagsnivån. Men våra vardagliga förmågor till trots, abstrakt matematik har visat sig kusligt effektiv i beskrivningen av verkligheten på kvantnivå. Standardmodellen möjliggör beräkningar som stämmer med experimentresultat med många decimalers noggrannhet.
År 1928, när matematiken för kvantnivån höll på att utvecklas, förutsade Paul Dirac utifrån beräkningar och tolkningen av sina symmetriska matematiska lösningar, att elektronen har en antipartikel. När denna påvisades 1932 blev det en kraftfull bekräftelse på matematikens effektivitet. Året därpå fick Dirac nobelpriset i fysik. Sedan dess har många antipartiklar upptäckts: varje partikelslag har en antipartikel. Och idag produceras antimateria ”på löpande band” i partikelacceleratoranläggningar för att studera kvantfysik.
Elektronens antipartikel benämns positron. Den har motsatt elektrisk laddning mot elektronen men har i övrigt liknande egenskaper. När en partikel och dess antipartikel möts förintas de och omvandlas till energi, d.v.s. ljus. Och omvänt: om exempelvis två fotoner (ljuspartiklar) med tillräckligt hög energi kolliderar omvandlas de till en partikel och dess antipartikel. Såsom vi förstår det idag skapades lika mycket materia och antimateria i den stora smällen (eng. big bang), i det tidiga, extremt täta och heta, universum. Men varför omvandlades inte snart därefter all materia och antimateria till energi igen? Idag ser vi endast materia och inga spår av områden med antimateria i universum. Detta är en av fysikens stora olösta frågor. Svaret kan finnas i att exempelvis elektroner och positroner inte har exakt motsatta egenskaper. Partiklar och deras antipartiklar har i stort symmetriska egenskaper, men kanske inte riktigt. Att leta efter och undersöka möjliga asymmetrier är ett spännande forskningsfält som direkt rör verklighetens beskaffenhet.
Adlarson berättade att det hänt att man tänkt sig att änglar skulle bestå av antimateria. Änglar beskrivs gärna i termer av ljus, att änglar är ljusvarelser. Men när begreppet antimateria lämnar fysiken på detta vis lämnas också den strikta definitionen av vad antimateria är i termer av experimentresultat och matematisk teori, med andra ord verklighetsförankringen. Då förlorar begreppet sin relevans och sitt tolkningsvärde.
Matematiska symmetrier har varit kraftfulla vägledare för fysikaliska upptäckter, som i Diracs arbete. Jag tänker dock att som det är inom exempelvis konst och arkitektur gör små avvikelser från perfekt symmetri verken än mer intressanta. Så är också fallet inom matematiken. Mycket forskning görs idag för att finna små skillnader mellan materia och antimateria. Om exakt lika mycket av vardera skapades i den stora smällen, och de hade exakt symmetriska egenskaper, skulle allt snart ha omvandlats till energi igen, och inget annat skulle återstå. Är sådana möjliga symmetribrott exempel på den väl kända hårfina balanseringen i flera av elementarpartiklarnas egenskaper som är en förutsättning för liv att uppstå, t.ex. så att tyngre atomer som kol och syre kan bildas, och att solen brinner tillräckligt långsamt så liv har tid att utvecklas? Elementarpartiklarna, det allra minsta som vi känner till, har att göra med det allra största — universum och själva livet.
Thomas Leyser