Även den mest teoretiska av vetenskaper behöver metoder och verktyg. Även dess mest världsfrånvända utövare behöver utbildning. Men de högre vetenskapernas pedagogik är ett mer sällan studerat ämne – ibland omhuldas snarare bilden av självupplärda genier. Men för varje vetenskap är institutionella förhållanden, forskarutbildningens struktur samt de färdigheter man förvärvar där av avgörande betydelse.
Inom fysiken har mycket få teorier sprungit ur funderande på soffan, snarare har de räknats fram med stor möda och oumbärliga matematiska verktyg. Dessa ”pappersverktyg” eller ”teoretiska tekniker” som matematiska metoder utgör kan liknas vid den experimentella fysikens vetenskapliga instrument, men har studerats i betydligt mindre utsträckning av vetenskapshistorien. Därför får man välkomna en bok som David Kaisers Drawing Theories Apart: The Dispersion of Feynman Diagrams in Postwar Physics (The University of Chicago Press, 469 s), där ett av den moderna fysikens räkneverktyg får sin biografi: Feynmandiagrammet.
Kaiser tar oss med till den amerikanska fysikens efterkrigstid, starkt präglad av andra värdskrigets bombmakande såväl som av McCarthyismens spöke. Fysikerna ansågs vara krigets hjältar, de hårt arbetande genier (ofta invandrade från Europa) som konstruerat atombomben. De amerikanska myndigheterna såg ett enormt behov av nya fysiker och satsade stort på att öka utbildningsplatserna, samtidigt som fysikernas sociala status höjdes – inget cocktailparty var komplett utan minst en fysiker.
Det är i den här miljön Kaiser menar att man måste förstå efterkrigstidsfysikernas behov av nya verktyg. År 1949 avlades årligen tre gånger på många doktorsexamina vid USA:s fysikinstitutioner som före kriget, och ökningen fortsatte. Klassrummen var överfyllda, universitetens arbetsrum blev en bristvara, och den informella undervisning i små grupper man tidigare vant sig vid var ett minne blott. Nya undervisningsmetoder fick utvecklas. Till de nya pedagogiska verktygen hörde hektograferade föreläsningsanteckningar – ett medium med större räckvidd än det talade ordet fast utan den fördröjning som publicering av läroböcker sker med. Föreläsningsanteckningar spreds över USA och med dem nya idéer. Den väldiga ökningen av fysikstudenter tillsammans med ett pragmatiskt idéarv från Los Alamos – den teoretiska fysiken var en vetenskap som skulle göra nytta i nationens tjänst – var enligt Kaiser två faktorer unika för amerikansk fysik vid denna tid, och de blev avgörande för den riktning vetenskapens innehåll tog.
De problem de amerikanska fysikerna brottades med var dock gemensamma med de europeiska. Sedan 30-talet hade världens fysiker lagt sina pannor i djupa veck över de ändlösa beräkningar som kvantelektrodynamikens beskrivning av interagerande partiklar gav upphov till, där korrektionstermerna snart utvecklade sig till en algebraisk mardröm. Allt fler fysiker arbetade på detta problem under 40-talet. Kaiser menar att medan Europas framstående fysiker såg dessa svårigheter som ett tecken på att ett paradigmskifte behövdes inom den moderna fysiken, var amerikanska fysiker mer inriktade på att lösa problemet – ”getting the numbers done”. I atombombslaboratoriet Los Alamos hade de amerikanska fysikerna fått lära sig att fokusera på att lösa integraler snarare än på konceptuella teorier.
Ett flertal unga amerikanska fysiker kastade sig över kvantelektrodynamikens räkneutvecklingar. En av dessa var Richard Feynman (1918-1988), Nobelpristagare 1965, ett ungt stjärnskott som efter sin tid i Los Alamos kom att göra bestående insatser inom elektrodynamik, kärnfysik, fasta tillståndets fysik såväl som gravitationsfysik; han är även känd för sina publicerade aforismer och sitt inspirerade bongotrumspel. Under slutet av 1940-talet började Feynman skissa små diagram för att hålla reda på ekvationerna i sina kvantelektrodynamiska beräkningar. Varje linje fick representera en partikel, medan tiden avbildades från vänster till höger. Ett diagram över en partikelinteraktion kan också beskrivas med en integral, men diagrammets enkelhet gjorde det lättare att ha översikt. Ett Feynmandiagram kan ses som en matematisk skiss, inte en faktisk avbildning av partiklars rörelser, men likheten med dessa gjorde dem åskådliga. Richard Feynman presenterade sina diagram vid ett möte i regi av National Academy of Sciences år 1948.
Men trots att Feynmandiagrammen presenterades som ett sätt att hantera ett väl känt problem, och trots deras enkla elegans, var mottagandet i fysikernas värld inte omedelbart. Den unga fysikern Freeman Dyson tog dem dock snart till sig och publicerade ett flertal artiklar om de nya diagrammen i Physical Review. Sakta började diagrammens popularitet bland amerikanska fysiker öka, med Dyson som en viktig ambassadör. Spridningen och användningen av Feynmandiagrammet följde emellertid ett intressant mönster: så gott som samtliga fysiker som publicerade vetenskapliga artiklar innehållande Feynmandiagram under de första sex åren hade varit i personlig kontakt med andra diagramanvändare. Och för att förstå spridningen av Feynmandiagram medelst personlig kontakt menar Kaiser att vi måste undersöka en institutionell revolution i en ung fysikers karriärväg som inträffade under 1900-talet: postdocutbildningen.
Kaiser menar att postdoc-utbildningens betydelse för vetenskapens utveckling var essentiell. En postdoc innebar att en forskare efter att ha avlagt doktorsexamen tillbringade ett till två år vid ett annat lärosäte, ofta en relativt fri tid utan alltför mycket betungande undervisning och med möjligheter att ta nästa steg efter doktorsavhandlingen. Den infördes i de makthavandes oro över landets vetenskapliga hälsa efter första världskriget, och innebar en reell möjlighet till personbaserad kunskapsöverföring. Systemet tog dock fart först efter andra världskriget, då de federala myndigheterna ökade antalet finansierade postdocanställningar lavinartat, i andan av nationens och vetenskapens bästa. Postdoc-forskarna arbetade ofta nära doktorander och skapade arbetsgrupper av unga forskare där färdigheter som inte lärs direkt ur en bok kunde växa fram. Postdoc-forskarna var också rörliga och cirkulerade mellan forskningsmiljöer.
Under 20- och 30-talen åkte postdoc-forskarna framför allt till Europa, men under 40-talet blev de amerikanska lärosätena allt viktigare. Ett av dessa var Institute of Advanced Studies i Princeton, New Jersey, där Freeman Dyson var verksam. Postdoc-studier här visade sig vara nyckeln till Feynmandiagrammens snabba spridning. Över fyra femtedelar av artikelförfattarna i Physical Review som använde Feynmandiagram härstammande från nätverket kring Freeman Dyson och Institute of Advanced Studies. Unga fysiker runt om i landet kunde nog förstå Feynman och Dysons diagrammatiska artiklar, hävdar Kaiser, men för att använda dem själva – och kanske framförallt för att få en känsla för i vilka sammanhang de var applicerbara – behövdes ”tyst kunskap”, en kunskap som svårligen förmedlades via trycksaker. Att arbeta nära en diagramanvändare var ett av få sätt att tillskansa sig denna känsla för de nya verktygens användning.
David Kaiser söker verifiera sin teori genom att studera diagrammens spridning till Storbritannien, Japan och Sovjetunionen. I Storbritannien spreds de med samma lätthet som i USA, via personliga kontakter över Atlanten. I Japan och Sovjetunionen var det betydligt trögare. I det sovjetiska vätebombsprogrammet insåg man behovet av nogranna spridningsberäkningar, och tre forskare satte sig att studera artiklarna i Physical Review om de nya diagrammen. Efter ett års noggranna studier kunde de börja tillämpa metoderna. Någon spridning av Feynmandiagrammen bland de sovjetiska fysikerna skedde inte förrän efter Stalins död, då man kunde börja ha kontakter med amerikanska forskare. Det sovjetiska fallet visar alltså möjligheterna att lära sig de diagrammatiska färdigheterna från enbart skriftliga källor, men också svårigheterna. Det visar också på svårigheterna för kunskapsspridning utan institutionella förutsättningar; Sovjetunionen saknade den rörlighet av idéer som postdoc-systemet innebar.
Men när diagrammen spreds, inom USA och i resten av världen, förändrades de samtidigt. Varje forskare hittade sina applikationer, och notationen började också förändras. Faktum är att man kan se ”dialekter” inom diagrammen, där olika lärosäten delvis utvecklade sin egen notation. Den pedagogiska processen satte alltså sina spår i diagramanvändningen. Dessa verktyg kunde också inspirera nya idéer. Diagrammen, som av Feynam endast var menade att användas för svag växelverkan, modifierades av nya diagramanvändare så att de kunde tillämpas även inom stark växelverkan och kärn- och partikelfysik. Författaren menar att man kan se en separation mellan de europeiska och amerikanska diagram som beror på de inriktningar fysiken i de olika världsdelarna tog. De amerikanska teoretikerna arbetade ofta nära experiment, medan de europeiska teoretikerna hade en mer fri ställning.
Diagrammens flexibilitet och deras inpassning i instututionella nätverk förklarar också varför de blev kvar;
varför Feynmandiagram ännu dagligen kladdas på servetter i fysiska institutioners lunchmatsalar och publiceras i vetenskapliga avhandlingar och artiklar. Diagrammen fortsatte att spridas, genom informella kontakter såväl som genom den stora expansion som skedde inom publiceringen av läroböcker under 50-talet. Feynmandiagrammens enkla åskådlighet gjorde dem populära i läromedel.
Kaiser undersöker begreppet tyst kunskap inom den teoretiska fysiken och ifrågasätter doktrinen om att matematikens språk är universellt. Hans forskning tyder i stället på att matematiska metoder måste kompletteras med en mer informell pedagogik för att förmedla en känsla för applikation och sammanhang. Den teoretiska fysikens matematiska verktyg var just verktyg, som man var tvungen att lära sig att använda. Den känslan för när och hur verktygen kunde användas beskriver Kaiser som tyst kunskap, som nästan uteslutande förmedlades via personlig kontakt. Kaiser menar att utbildning, pedagogik och vetenskapens innehåll är tätt
förknippade. Den vetenskapliga pedagogikens betydelse underskattas lätt i vetenskapsstudier; det vore intressant att se Kaisers teser prövas även inom studiet av andra naturvetenskaper.
Jag kan tänka mig få personer så lämpade att skriva den teoretiska fysikens historia som David Kaiser, som innehar doktorsgraden i både partikelfysik och vetenskaphistoria. Med en närmast skönlitterär lätthet tar han sig an det inte helt lättuggade ämnet och rycker med läsaren i den fysikhistoriska odyssé som Feynmandiagrammen tecknar. Kaiser lär oss att Feynmandiagrammen i sig var ett pedagogiskt och visuellt verktyg, liksom att historien om deras spridning till stor del handlar om pedagogiska kontakter. Till det får man lägga att David Kaiser skrivit en utomordentligt pedagogisk bok om en essentiell del av den teoretiska fysikens 1900-talshistoria.
