Atom

Jeg husker ikke første gang, jeg så et atom, men jeg husker første gang, vi studerede dem i naturfagstimerne, og de fascinerede mig. Deres kompleksitet i de tegninger, vi fik vist, og hvordan de kunne forbindes og danne stoffer, fik mig til at ville vide mere: Jeg læste meget om dem, om deres plads i det periodiske system, deres partikler, og endda om, hvordan de blev brugt til at generere energien i vores hjem.

Meget senere lærte jeg at programmere, og jeg ville gengive det, jeg havde lært i timerne og bøgerne. Jeg ville skabe et atom, se det bevæge sig, få hver af dets dele til at virke virkelige; kombinere dem og måske bygge noget større i en simulator. Men noget uventet skete: Jeg var ikke længere en nysgerrig ung fyr, men en voksen med en anden måde at tænke på. Så jeg begyndte at undersøge fra bunden. Og resultatet var overraskende: efter års læsning af bøger om emnet var blot nogle få timers kritisk tænkning nok til at afsløre detaljer, jeg ikke havde set før.

Selvom beretningerne varierer meget, kan næsten alle spores tilbage til oldtiden og ligner temmelig meget denne:

"Man siger, at de første studier af atomer går tilbage til oldtiden, hvor de mest lærde undrede sig over, i hvor mange dele alt kunne deles. Efter lang tids studier konkluderede de, at ting kun kunne deles op til en grænse, hvorved der til sidst blev tilbage fragmenter så små og umærkelige, at de kaldte dem atomer."

For at forstå idéen kan du forestille dig, at du keder dig utroligt meget og griber fat i noget, der kan deles — en tandstikker, et blad, et stykke frugt — og deler det i to. Og igen. Og igen … indtil du simpelthen ikke kan mere. Og der har du det: du har fået et atom! … eller sådan lød idéen i det mindste.

Hvis vi kunne stoppe tiden og holde os til denne historie, kunne jeg bygge min simulator uden problemer: Jeg ville bare lade et æble dele sig i to, i tre …, sætte en grænse, og så var det gjort. Men dette var kun begyndelsen på historien.

Det følgende er resultatet af et grundigt studie af historiske fakta og opdagelser, der gradvist formede det, vi i dag kalder atomer.

I begyndelsen af det 19. århundrede skabte den britiske kemiker John Dalton, i mangel af det periodiske system og symboler til at repræsentere de kemiske grundstoffer, sit eget system til grafisk fremstilling. I bund og grund lavede han en liste over de kendte grundstoffer — guld, sølv, kulstof, ilt … — og tegnede en cirkel ved siden af hvert af dem med et forskelligt design indeni, så de kunne skelnes fra hinanden.

Dalton opfattede atomer som små, faste, udelelige kugler, som han normalt kaldte "de yderste partikler", noget i retning af materiens grænse, hvor den ikke længere kunne deles. Hans arbejde formåede en gang for alle at forbinde det abstrakte begreb atomet med kemiske eksperimenter, hvilket er grunden til, at han historisk anerkendes som atomteoriens fader.

Næsten et århundrede senere argumenterede en anden britisk videnskabsmand, Joseph John Thomson, i sit forsøg på at forklare katodestrålernes natur, for, at de bestod af små korpuskler, der bar elektricitet. For at forklare, hvor sådanne partikler kom fra, hævdede han, at de levede inde i atomerne, noget i retning af rosinerne i en budding, og byggede endda en atomteori på grundlag af denne rosinbudding.

Det er værd at bemærke, at Thomson aldrig viste verden en eneste af disse korpuskler: han udledte dem af sine eksperimenter, han så dem ikke. Alligevel blev idéen tildelt Nobelprisen i 1906 og blev indprentet som en kendsgerning. Fra da af holdt atomet op med at være en beskeden hypotese og blev til noget, som ingen turde stille spørgsmålstegn ved. Disse begivenheder ændrede fuldstændigt spillereglerne for datidens videnskabsmænd og gjorde atomet og dets teorier til et sikkert springbræt til succes.

År senere forbandt også den newzealandske videnskabsmand Ernest Rutherford sin forskning i radioaktivitet med atomer og hævdede, at de ikke var statiske som Thomsons budding, men noget, der lignede meget et miniaturesolsystem. Han tilføjede også en ny brik — en lille kerne, hvor næsten hele massen var koncentreret — og byggede en ny atomteori på det grundlag.

Den nye planetariske atommodel bestod af noget i retning af en meget lille, positivt ladet kerne, omkring hvilken negativt ladede partikler (elektronerne) kredsede og dannede en slags banesystem. Den tredje brik, neutronen, dukkede endnu ikke op: den ville først vise sig i 1932. For sin forskning i radioaktive stoffer modtog Rutherford en Nobelpris i 1908.

Næsten sideløbende med Rutherfords succes forsøgte den unge dansker Niels Bohr at rette fejl i den planetariske atommodel og tilføjede den baneniveauer, energiniveauer, spring mellem baner, og endda udsendelse og absorption af lys, som han antog var elektromagnetiske bølger. Med sit arbejde tog Bohr det, der havde været et teoretisk kort til at forklare bestemte fænomener, og gjorde det til noget, der krævede tavler fulde af udregninger for at forstå. Som resultat af sit bidrag til atomernes struktur vandt Niels Bohr en Nobelpris i 1922.

Efter Bohr fulgte en næsten uendelig række af geniale hoveder. Alle tilføjede stadig vildere teorier om atomer — aldrig set før — og lod deres matematiske apparat vokse til astronomiske højder. Ærligt talt, efter timers læsning om emnet, var det at se på hver enkelt atommodel som at se på julemandens slæde: noget uhørt udbasuneret, som ingen nogensinde har kunnet se.

Eftersom atommodeller er et fantasifuldt kort, opstår et mere ærligt spørgsmål: har man nogensinde set noget, der ligner et atom? Det korte svar er ubehageligt: det afhænger af, hvad vi mener med at se.

For at forklare det bedre, lad os forestille os, at vi ser på et æble: lys reflekteres fra dets overflade, når os og danner dets billede i vores øjne. Men under omkring 200 nanometer holder det trick op med at virke: almindeligt lys leverer ikke længere et portræt af det, der findes; det ser ud til at glide udenom uden at tegne det og fortsætter sin vej, som om tingen var gennemsigtig. Kun et meget særligt lys — ekstremt intenst, som det der produceres i de store partikelacceleratorer — er lykkedes med at komme tæt på den skala, og selv da leverer det ikke fotografier, men mønstre: silhuetter og skygger.

Videnskaben er, ved hjælp af enhver teknologi til sin rådighed, kommet forbløffende langt: den kan lokalisere slørede silhuetter, tælle dem, ordne dem én for én, måle det elektriske felt på utroligt små skalaer. Men hver af disse bedrifter er en måling udklædt som et billede, ikke et direkte kig. Det, vi i dag kalder "et foto af atomer", er stadig et kort — langt bedre end Thomsons eller Bohrs, men et kort ikke desto mindre —. Og det må siges roligt, uden dramatik: vi har målt dets spor med ekstraordinær præcision; at se dem, i den enkle forstand, hvori vi ser et æble, ikke endnu. Og det samme gælder for næsten alt, der er meget lille eller meget langt væk.

En næsten søgt hypotese, men en afgørende én: hvad ville der ske, hvis vi, konfronteret med dens usandsynlighed, besluttede at fjerne atomet med ét slag, at udslette hver enkelt af dets modeller fra klasseværelserne og fra alle vidensgrene?

Det første, der ville ske, ville være total kaos i klasseværelserne og i undervisningen. Lærebøger måtte skrives om, og mere end 200 års historie ville blive slettet. Millioner af sider ville blive fyldt med begrebsmæssige "huller", overstregede ord eller forbudte termer, der ville gøre teksterne fuldstændig ulæselige. Schrödingers ligninger, Lewis-strukturer og diagrammer over molekylære bindinger ville mangle en grundlæggende forudsætning og blive til meningsløse krusseduller. Hele afhandlinger dedikeret til nanoteknologi, kernefysik eller biokemi ville blive ugyldiggjort med ét slag.

Videnskaben ville til gengæld ikke stoppe: den ville lede efter andre veje — matematiske, filosofiske — til at forklare det, atomet plejede at forklare. For verden ville stadig være lavet af det samme. Vi ville kun have udslettet kortet, ikke terrænet.

Hvor usandsynligt det end kan lyde, ligger der bag al denne indsats — og de tusindvis af mennesker, der har viet hele deres liv til at tegne atomet bedre — et væddemål: at undersøge, hvad materie er lavet af på et dybere niveau, lover et univers fuldt af muligheder.

Transmutationen af de kemiske grundstoffer kunne blive gennemførlig. Atomreaktorer omdanner allerede grundstoffer som uran til plutonium og cæsium. På samme måde kan bombardering af lettere grundstoffer med partikler omdanne dem til tungere. Men hver af disse omdannelser er ekstremt bekostelige og upraktiske og giver oven i købet kun minimale mængder. Alt dette er noget, der kunne ændre sig, hvis vi forstod processen bedre og kunne styre den på et lavere niveau.

For at sige det som en vittighed kunne vi omdanne sten til guld eller diamanter, fylde bankerne og derefter omdanne dem tilbage til sten; og endda gå videre og skabe nye kemiske grundstoffer med nye egenskaber: materialer, der trodser tyngdekraften, superledere ved høje temperaturer … en historie uden ende.

Den anden præmie er allerede tændt, og ikke i et laboratorium, men i dit hjem: en stor del af verdens elektricitet kommer fra en enorm indsats, der lader os alle nyde godt af den. En bedre forståelse af materie kunne åbne op for måder at generere energi på, som vi endnu ikke kender, langt bedre og mere effektive end nutidens. Og det er uden at se bort fra muligheden for anvendelse til ikke-fredelige formål, hvilket har haft tragiske følger gennem historien.

Men ikke alt ville medføre tragedie. Bag denne forskning ligger håbet om at forbedre teknologier som kernemagnetisk resonansscanning, uundværlig til at diagnosticere sygdom; eller om at finde nye måder at behandle information på, der kunne tage fremtidens computere til uanede grænser. Og uden tvivl det mest ambitiøse og fantasifulde af det hele: et gammelt mål truer i horisonten — at forstå, hvad tiden er, og måske at kontrollere den.

Alt dette forklarer, hvorfor så mange aldrig lægger blyanten fra sig og bliver ved med at forske. Hvis et kort så sløret og fantasifuldt som atomet allerede har bragt os så langt, hvor langt ville vi så nå, hvis vi kunne forstå og kontrollere materie på dens laveste niveau?

I sidste ende forblev min simulator blot et forsøg. Som du sikkert har forestillet dig, var det at simulere et atom på en computer som at forsøge at fange sommerfugle med bind for øjnene. Alligevel førte det hele mig ikke kun til at interessere mig for atomer og deres fantasifulde modeller, men også til at give mig i kast med et helt univers af viden, der engang fascinerede os, og som dybest set kun få af os virkelig kender.