Geniet døde tragisk, men efterlod sig en måde at beregne det uforudsigelige

Har du nogensinde tænkt over, hvorfor mælken blander sig med kaffen? 

Eller hvorfor bliver noget lunkent, når man blander varmt og koldt? 

Eller hvorfor luften ligger fordelt i et jævnt lag omkring jorden? 

Det har du nok ikke, for sådan er det jo bare. 

Men selvom det virker intuitivt, kan ovenstående eksempler forklares med ét fænomen: entropi. 

Et begreb inden for den statistiske fysik, der beskriver uorden, som på en og samme tid er det helt vildt simpelt og enormt svært at forstå.

Faktisk blev det først muligt sådan rigtigt at fatte det, da Boltzmanns entropiformel kom til verden, forklarer forsker i fysik på Niels Bohr Instituttet Mathias Spliid Heltberg i podcasten 10 formler der forandrede verden. 

Forud for sin tid 

Boltzmann formel er notorisk en kompleks formel, der kan få selv knivskarpe fysikhjerner til at knage. Det mærkede formlens ophavsmand, Ludwig Boltzmann, også i sin samtid.

I slutningen af 1800-tallet kæmpede han en indædt kamp for at få andre fysikere til overhovedet at acceptere, og ikke mindst forstå, hans opdagelser. 

En forudsætning for hele Boltzmanns tænkning er, at alt i verden er bygget op af atomer. Problemet er bare, at den atommodel, vi kender i dag, slet ikke fandtes på Boltzmanns tid. 

Hans idéer om, at verden er bygget op af mikroskopiske atomer, bliver igen og igen blevet mødt med hån og skepsis. På en måde går hans beregninger og videnskabelige fund forud for sin tid. 

I september 1906 er Ludwig Boltzmann nedslidt efter i årtier at have kæmpet for anerkendelse blandt sine videnskabelige kolleger. Glæden er blevet suget ud af livet, og hans verden er udelukkende barsk og grå. Så grå, at han ikke ser anden udvej end at tage sit eget liv. 

Ludwig Boltzmann efterlader et bjerg af banebrydende forskning. Men han når aldrig selv at samle sine indsigter. Det bliver fysikeren Max Planck, der sætter Boltzmanns indsigter ind i en elegant formel og opkaldte den efter sin geniale, men ulykkelige kollega. 

Boltzmanns entropiformel ser således ud S=klnW, og ligner nok volapyk for de fleste.  Helt simpelt giver formlen en grundlæggende forståelse af, hvordan statistiske sandsynligheder i virkeligheden bestemmer den verden, vi observerer omkring os.

Den gør det muligt at kvantificere graden af uorden i et system og giver os et matematisk værktøj til at forstå og forudsige systemers adfærd. 

Forklarer biologiske systemer 

Boltzmanns formlen er så revolutionerende, at den er med til at grundlægge et helt nyt felt: den statistiske fysik, som i dag hjælper os med at forstå, hvordan systemer i naturen opfører sig. For eksempel hvordan gaspartikler spreder sig, og hvordan væsker blandes – som når mælken fordeles i kaffen.

“Formlen kombinerer noget, der er klart og simpelt, med noget, der er utrolig komplekst at forstå i det store billede. Det er både smukt og frustrerende,” siger en begejstret Mathias Spliid Heltberg. 

Biologiske systemer, som en celle eller et organ, er også underlagt den statistiske fysik. Dette betyder, at principperne fra statistisk fysik kan anvendes til at forstå og forudsige, hvordan disse systemer opfører sig, såsom enzymaktivitet i celler eller signaloverførsel i hjernen.

Krydsfeltet mellem biologi og statistisk fysik er Mathias Spliid Heltbergs hjemmebane. Han forsker i, hvordan molekyler opfører sig, og det er hans store drøm, at den forskning kan skabe en ny forståelse af, hvordan organismer fungerer - for det har store perspektiver: 

“Det vil også være en fantastisk udvikling, hvis den indsigt, jeg finder ud af, på længere sigt er med til at udvikle medicin, der kan hjælpe en masse mennesker.”