Tanker om eksistens baner vejen for atomer

De gamle græske filosoffer spillede en vigtig rolle i udformningen af de første tanker om atomer og de tidlige atomteorier. Flere af de antikke filosoffer overvejede og udviklede en teori om materien, og en af dem forestillede sig endda eksistensen af en grundlæggende byggesten, som ikke blot udgjorde alle levende og ikke-levende ting, men også det overnaturlige. Deres tanker var spekulative og filosofiske, snarere end videnskabelige af natur. Og selv om de forsøgte at berøre materiens natur og dens sammensætning, var deres egentlige mål at behandle noget, der var af stor betydning for de gamle grækere: karakteren af bestandighed og forandring. Desværre var disse “teorier” om materien temmelig kortvarige. Selv om der var en vis genoplivning i middelalderen og renæssancen, fik de aldrig nogen reel fremdrift før det 17. århundrede.

Første atomteorier

De tidlige atomteorier fokuserede på et primært element, der var ansvarligt for at skabe alt andet stof. Heraklit sagde, at det var ild, Thales af Milet (ca. 624 f.Kr.-c. 546 f.Kr.) sagde, at det var vand, Anaximenes (ca. 585 f.Kr.-c. 528 f.Kr.) mente, at det var luft, og Empedokles forenede dem endelig og erklærede, at der var fire elementer: luft, jord, ild og vand. Senere overtog Aristoteles Empedokles’ fire elementer, og sådan forblev det indtil omkring det 17. århundrede.

Empedokles

Empedokles (ca. 492 f.Kr.-ca. 432 f.Kr.) blev født i Acragas på det nuværende Sicilien og var en interessant person, der er blevet beskrevet som filosof, profet, healer, demokratisk politiker, mystiker, charlatan, svindler og videnskabsmand. Hans vigtigste bidrag til de fysiske videnskaber var hans teori om de fire elementer.

Disse grundlæggende elementer, som han kaldte “rødder”, kombinerede sig i varierende mængder for at danne alt andet stof: planter, dyr, mennesker, klipper – alt. Og selv om elementerne blandede sig sammen for at danne andre ting, bevarede de stadig deres egne individuelle egenskaber. Empedokles forestillede sig faktisk de fire elementer som uforanderlige, evige og uforgængelige. Empedokles troede på to evige metafysiske kræfter: Kærlighed og strid. Kærligheden var ansvarlig for at bringe elementerne sammen i skabelsesprocessen, mens den modsatte kraft, striden, var ansvarlig for at adskille elementerne, hvilket i sidste ende førte til forfaldsprocessen. Den kosmiske kamp mellem Kærlighed og Strid repræsenterede den naturlige cyklus af forandring i universet; Kærlighed byggede ting op, og Strid rev dem ned igen, og de kæmpede mod hinanden, idet de hver især forsøgte at opnå dominans over den anden.

I Empedokles’ teori ser vi tydeligt begrebet om et foranderligt univers, der ligner det, som Heraklit beskrev, selv om hvor Heraklit kun troede på Strid, blødgjorde Empedokles sin teori med tilføjelsen af Kærlighed som dens kosmiske modstykke. Det er måske mindre tydeligt, at Empedokles også tog lidt af Parmenides’ doktrin til sig. Selv om han ikke troede på et uforanderligt univers, som Parmenides’ monistiske dogme havde krævet, tilskrev han sine grundlæggende elementer uforanderlighed. Dette var ganske vist et bevidst forsøg på at forene Heraklitos’ og Parmenides’ modsatrettede doktriner, og han var ikke den eneste, der gjorde det. Ikke desto mindre opgav han Parmenides’ monistiske synspunkt til fordel for et pluralistisk synspunkt, der er styret af hans fire elementer (rødder), to kræfter og den deraf følgende sammenblanding heraf. En samtidige med Empedokles og en af de tidlige atomteoretikere var Anaxagoras.

Anaxagoras

Anaxagoras (ca. 500 f.Kr.-ca. 428 f.Kr.) blev født i byen Clazomenae i Ionien, som ligger i det nuværende Tyrkiet. Han var den første, der bragte filosofien til Athen (sandsynligvis blev han overtalt af Perikles (ca. 495 f.Kr.-ca. 429 f.Kr.), som blev hans elev) og tilbragte 30 år der, men forlod det til sidst. Det ser ud til, at hans lære om Jorden, Solen og Månen kan have givet ham lidt problemer (Galileo var tilsyneladende ikke den første, der led denne skæbne). Nærmere bestemt var han i strid med en lov, der gjorde det muligt at anklage enhver, der ikke praktiserede religion og underviste i teorier om himmellegemerne. Han blev anklaget for ugudelighed. I stedet for at blive og se sin dom, som var henrettelse, i øjnene, forlod han med hjælp fra Perikles Athen til Lampsacus (i Lilleasien), hvor han blev resten af sit liv.

Lige Empedokles forsøgte Anaxagoras at imødekomme udfordringen fra Parmenides’ krav om en uforanderlig verden og samtidig redegøre for den tilsyneladende forandring, vi oplever i hverdagen. Hvor Empedokles udskilte luft, jord, ild og vand som de grundlæggende byggesten i alt i tilværelsen, erklærede Anaxagoras, der ikke så nogen grund til en sådan forskelsbehandling, at alt indeholder en smule af alt andet.

For Anaxagoras var ting som knogler, hud og hår lige så virkelige som Empedokles’ grundlæggende elementer luft, jord, ild og vand, og som sådan er der ingen grund til, at man ville vælge nogle til fordel for andre. Så han besluttede sig for ikke at vælge, men i stedet at inkludere en “del af alting i alting”. Selv om det ikke vides med sikkerhed, kan det være, at han kom frem til sin teori om materien på baggrund af sine ret indsigtsfulde studier i ernæring. Anaxagoras bemærkede, at mad gav næring til dyr, som igen fik visse ting til at ske, f.eks. at deres hår voksede og deres hud helede. Han konkluderede, at maden så må have bestanddele af hår og hud allerede i sig for at kunne formidle disse virkninger.

Og desuden anså Anaxagoras materien for at være uendeligt delbar. Hvis man således klippede et stykke hår igen og igen, ville det stadig indeholde essensen af hår. Han siger: “For af det små er der ikke noget mindste, men altid et mindre (for det, der er, kan ikke ikke ikke være). Men også af det store er der altid et større, og det er lige så stort som det lille. Men i forhold til sig selv er hver især både stor og lille.”

Men på trods af dette betragtede Anaxagoras disse bestanddele af materien, ofte omtalt som “frø” eller “stof”, som evige og uforgængelige, om end mere løst, end Empedokles forestillede sig det. Dette rejser stadig spørgsmålet, at hvis alting indeholder alt andet (i varierende proportioner ikke desto mindre), hvad er det så, der gør noget til det, det er? Til dette svarer Anaxagoras: “Hver enkelt ting er og var tydeligst de ting, som den indeholder mest af.” Med andre ord, noget er, hvad det er, fordi det indeholder det meste af disse “ting”. Mere præcist er noget det, som det ser ud til at være makroskopisk, fordi det indeholder det meste af dette “stof” mikroskopisk.

Så ser vi i både Empedokles’ og Anaxagoras’ teorier et forsøg på at fremstille forståelige teorier om materien. De forsøgte hver især at kombinere ideer, der kunne redegøre for den foranderlige verden, som vi alle oplever, samtidig med at de tillod visse komponenter at forblive fundamentale og som sådan uforanderlige. I realiteten forsøgte de hver især på deres unikke måde samtidig at inddrage de dogmer, som Heraklit og Parmenides havde formidlet.

I dag kan deres ideer lyde mærkelige og metafysiske for os, men man kan alligevel finde ligheden mellem dem og den nuværende atomteori. Dette er måske bedst illustreret i teorien fremsat af Demokrit, som uden tvivl er den vigtigste antikke græske atomteoretiker.

Demokritos’ atom

Demokrit (ca. 460 f.Kr.-ca. 370 f.Kr.) var født i Abdera i Thrakien, som ligger i det nuværende Grækenland. Han rejste vidt omkring og tilbragte måske tid i Egypten og Persien. Han tilbragte også tid i Athen: “Jeg tog til Athen, og ingen kendte mig.”

Det ser ud til, at Demokrit i Athen aldrig rigtig passede ind i den intellektuelle elite, og hans filosofi blev ignoreret i nogen tid. Ikke desto mindre giver hans rige viden og præcise tankegang ham en velfortjent plads i filosofihistorien. Efter vore dages standarder var han måske den mest succesfulde af de gamle græske filosoffer med hensyn til den bemærkelsesværdige nøjagtighed af sine idéer. Han anså f.eks. Mælkevejen for at være en samling af små stjerner og månen for at være meget lig jorden, idet den indeholdt bjerge og dale. Uanset hvad kender vi ham primært for hans atomteori.

Demokrit var elev af Leucippus (5. århundrede f.Kr.), som selv havde en atomteori. Faktisk er det svært at adskille Demokritos’ og Leucippus’ atomteorier fra hinanden. Det skyldes især, at vi ved meget lidt om Leucippus, og der er blevet spekuleret i, at han faktisk aldrig har eksisteret, selv om dette synes usandsynligt, da Aristoteles og Theophrastus (ca. 371 f.Kr.-c. 287 f.Kr.) udtrykkeligt nævnte hans atomteori. Det virker mere sandsynligt, at Leucippus opstillede nogle af de grundlæggende principper, og at Demokrit byggede videre på dem og derved udvidede den overordnede teori.

Demokrit anser alt i universet – herunder det menneskelige sind og den menneskelige sjæl og selv guderne – for at bestå af atomos, som er græsk for udelelig, og hvorfra vi får ordet atom. Demokrit anså faktisk disse atomer for at være udelelige (i modsætning til Anaxagoras, som anså sine fundamentale stykker for at være uendeligt delbare). Han forestillede sig, at atomerne optræder i en række forskellige former og størrelser, som var ansvarlige for de egenskaber, der findes i de genstande, som de udgør. Desuden anså han atomer for at være uforanderlige, evige og uforgængelige, på samme måde som Empedokles forestillede sig sine fire grundelementer.

Demokrit så materielle genstande som eksisterende i en midlertidig tilstand, der skabes eller ødelægges, når atomer samles eller falder fra hinanden under påvirkning af naturkræfter; det eneste, der så forbliver, er de atomer, der udgør disse materielle genstande. Dette er ikke ulig Empedokles’ synspunkt, hvor han forestillede sig de fire elementer, der gav anledning til materielle objekter under indflydelse af kræfterne Kærlighed og Strid. Derudover gav Demokrit også bevægelse til sine atomer.

Demokrit forestillede sig atomer som værende altid i bevægelse, idet de undergik kollision efter kollision med hinanden, mens de bevægede sig rundt. Desuden var denne bevægelse en fundamental egenskab og var, ligesom atomerne selv, evig og uforgængelig, om end foranderlig under visse omstændigheder.

For at atomerne kan være i bevægelse, må der være et rum for dem at bevæge sig i, og derfor opfandt Demokrit det tomme rum. Ifølge Demokrit bevæger atomerne sig i tomrummet med en konstant tilfældig bevægelse (han sammenlignede atomernes bevægelse med de støvpartikler, man ser danse rundt i sollyset, når der ikke er nogen brise). Dette er meget lig den måde, som vi forestiller os, at de gør det i dag, som beskrevet af den moderne kinetiske teori.

Husk, at i Parmenides’ filosofi har materielle ting eksistens, fordi vi er i stand til at tænke på dem. Han mener også, at det er umuligt at tænke på ingenting, og at det derfor ikke kan eksistere. Således kan Demokritos’ tomrum synes at være i åbenlys tilsidesættelse af denne lejer, da det for alle praktiske formål synes at være ingenting. Demokrit så imidlertid tomrummet som noget: et sted uafhængigt af atomerne, som atomerne kan opholde sig og bevæge sig i. Det egentlige problem er, at Parmenides kun kunne forestille sig materielle objekter som noget, mens Demokrit kunne forestille sig både et materielt objekt (atomet) og det rum, det boede i, som værende noget. Demokrit gør sin pointe klar: “Intet eksisterer undtagen atomer og tomt rum; alt andet er mening.”

Demokrit gjorde indrømmelser over for både Parmenides og Heraklit, ligesom Empedokles og Anaxagoras gjorde det, ved at forestille sig et univers bestående af et uendeligt antal uforanderlige, evige og uforgængelige atomer, der altid er involveret i tilfældige sammenstød med hinanden, og som er i stand til at komme sammen og danne materielle objekter, som vi kender dem.

Ud over sin bemærkelsesværdige lighed med den moderne atomteori er Demokritos’ atomteori forløsende i sig selv, netop fordi den giver en “mekanisk forklaring” på materien: Materien består af atomer, der bevæger sig i et tomrum og gennemgår kollisioner (hvor forudgående kollisioner er bestemt af tidligere kollisioner), der er styret af visse fysiske naturlove.

Han påberåber sig ingen guddommelig indgriben i denne atomare proces, men han hævder ganske enkelt, at atomerne altid har været og altid vil være i bevægelse, og at fysiske love beskriver denne bevægelse. Det smukke ved en sådan konstruktion er, at den egner sig til en videnskabelig beskrivelse. Det vil sige, at man kan håbe på at udvikle en matematisk teori, der beskriver de fysiske love, og derefter fortsætte med at udføre eksperimenter for at afprøve denne teori.

Obenbart var hverken den nødvendige matematik eller de eksperimentelle procedurer tilgængelige for Demokritus. Derudover led Demokritos’ teori et andet slag – nemlig Aristoteles, som hæmmede udviklingen af Demokritos’ arbejde. Flere gange nævner han Demokritos’ atomteori eksplicit, for derefter at angribe den. Ironisk nok er det på denne måde, at vi lærer meget, måske størstedelen, af det, vi ved om Demokritos’ atomteori.

Hvorfor Aristoteles?

Aristoteles (ca. 384 f.Kr.-ca. 322 f.Kr.) blev født i Stagira i Grækenland. Hans far var personlig læge for kongen af Makedonien, en stilling, som han arvede. Aristoteles studerede hos Platon (ca. 427 f.Kr.-c. 347 f.Kr.) i Athen fra han var 18 år gammel og blev der i næsten tyve år indtil Platons død. I 343 f.Kr. blev Aristoteles lærer for Alexander den Store, som da var tretten år gammel, og han fortsatte, indtil han var seksten år, da Alexanders far gjorde ham til regent i Pella.

Aristoteles’ skrifter udgjorde det første omfattende system af vestlig filosofi, der dækkede emner inden for politik, etik, logik, metafysik og videnskab. Der var næppe et område, han ikke skrev om. Da Aristoteles mente, at al menneskelig viden ikke kunne falde ind under en enkelt kategori, var han den første til at opdele den i kategorier. Her er vi interesseret i Aristoteles’ teori om stof og form.

Som andre gjorde, søgte Aristoteles at leve op til Parmenides’ udfordring om permanenthed og samtidig bevare plads til forandring i verden, som Heraklit havde krævet; hans teori om stof og form er et forsøg på denne forsoning. Ifølge Aristoteles består genstande, som vi kender dem, af to dele: “materie” og “form”. Formen giver materien et særligt arrangement, og det er i kraft af formen, at vi identificerer en genstand som en “ting”; at kende en ting er at have kendskab til dens form.

Forestil dig for eksempel, at en billedhugger starter med en klump ler og går i gang med at forme den til en hund. Her er leret materien, og den form af en hund, som billedhuggeren giver leret, er formen. Forestil dig nu, at billedhuggeren begynder igen og forvandler det stykke ler, der engang havde form af en hund, til noget andet, måske en kat denne gang. Det er klart, at emnet stadig er leret, men nu har formen ændret sig fra en hund til en kat. Men billedhuggeren skaber ikke formen; den har altid været der. I stedet har billedhuggerens indsats blot bragt form og stof sammen. Ifølge Aristoteles er forandring et resultat af en ændring i materiens form.

Aristoteles beskriver desuden en sådan proces som styret af fire årsager: materielle, formelle, effektive og endelige årsager. Disse er de aksiomer, der styrer den måde, hvorpå en materiel genstand bliver til, og man kan tænke på dem i form af disse spørgsmål: Hvad er det materiale, som genstanden er lavet af? Hvad er genstanden? Hvordan blev objektet bygget? Hvad er formålet med genstanden? Det vigtigste af disse spørgsmål er det sidste, der er kendt som den endelige årsag. Faktisk ville det, hvis der var et centralt princip, der lå til grund for Aristoteles’ filosofi, være det spørgsmål, som den endelige årsag stiller.

Det er den endelige årsag, der giver et bestemt mål for materien, når den bevæger sig gennem sine forskellige former. For det meste er det den endelige årsag, der giver en følelse af permanenthed i hele den samlede proces. Således forsøger Aristoteles’ doktrin om materie og form at forene de tilsyneladende uensartede ideer om forandring og permanenthed. I forbindelse med Aristoteles’ teori om form og stof er begreberne “potentialitet” og “aktualitet” beslægtede. Tænk igen på billedhuggeren og leret. Da leret blot var en klump på billedhuggerens arbejdsbord, havde det kun potentialitet til at tage form af bl.a. en hund eller en kat. Men da leret fik form gennem billedhuggerens anstrengelser, øgede det sin aktualitet. Jo mere form noget har, jo større er dets aktualitet. Aristoteles indarbejdede også disse principper i sin teologi, hvor hans version af Gud fremstilles som en perfektion bestående af ren form og aktualitet.

Aristoteles’ værker blev genopdaget efter Romerrigets fald af den arabiske civilisation, der herskede i området, der strakte sig fra Persien til Spanien. Blandt denne gruppe af arabere var muslimske og jødiske lærde, som oversatte Aristoteles’ værker (og stort set alle vigtige værker i den græske kultur samt persisk og indisk kultur) til arabisk. Disse oversatte værker blev derefter erhvervet af middelalderens kristne, som i 1100 begyndte at få kontrol over denne arabiske civilisation i regioner som Toledo, Spanien, og Lissabon, Portugal.

De muslimske og jødiske lærde inkluderede tillæg til de originale værker. Således oversatte de ikke blot de originale værker fra græsk til arabisk, de fuldendte også ideer, som de gamle grækere havde efterladt ufuldendte, og forbedrede dermed de originale værker. Timingen kunne ikke have været bedre for de kristne lærde, for allerede i midten af det tolvte århundrede var de begyndt at spekulere over forholdet mellem Gud og, ja, alt muligt andet. Det var Aristoteles, der gav dem den indsigt, de søgte – det vil sige, da de først havde fået alle hans værker oversat fra arabisk til latin.

Der var sandsynligvis flere grunde til, at kristne lærde foretrak Aristoteles frem for de andre gamle græske filosoffer. For det første leverede han et meget komplet system af filosofi, idet han havde kommenteret stort set alt. Hans skrifter var skrevet på en meget akademisk måde, samtidig med at de stadig var meget letforståelige for et almindeligt publikum, idet de havde lige akkurat nok sund fornuft blandet ind i dem. Aristoteles’ sunde fornuft skyldtes til dels, at han i høj grad var empiriker – hvor Demokrit var mere teoretisk tænkende, var Aristoteles mere observatorisk; han observerede naturen og mente, at vi kunne få nyttige oplysninger fra verden på denne måde. Endelig var Aristoteles’ syn på Gud, selv om det ikke var en kristen Guds syn, åbenbart et tilstrækkeligt udgangspunkt til at blive integreret i en ny version af datidens kristendom, især takket være Thomas af Aquinas (1225-1274).

Når det lykkedes at integrere Aristoteles i kristendommen (og da de tidlige europæiske universiteter var bundet til den kristne kirke), blev Aristoteles autoritet på stort set alle områder, især videnskaben, indtil omkring det 17. århundrede. Så Demokritos’ værker havde virkelig ikke en chance for at blomstre af disse grunde og et par andre. Ikke desto mindre ville det syttende århundrede snart ændre alt dette, da videnskabsfolk forsøgte at forstå verden på en mere systematisk (mekanistisk eller mekanisk) måde med de nye værktøjer, der var til rådighed for dem inden for de hurtigt skiftende områder fysik og matematik.