Oskar Klein

Oskar Benjamin Klein (født 15. september 1894 i Mörby, død 5. februar 1977 i Stockholm) var en svensk fysiker. Han fikk sin første utdannelse i Stockholm. Allerede i videregående skole fikk han kontakt med den anerkjente kjemiker Svante Arrhenius som var en venn av familien. Klein fortsatte dette samarbeidet etter at han begynte med sine studier ved universitetet.

Karriere som fysiker 
Kleins første publiserte arbeid kom i 1917  og handlet om dielektriske konstanter av forskjellige oppløsninger.  Samme år møtte han H. Kramers som kom fra København for å besøke Arrhenius. Han arbeidet der sammen med Niels Bohr på problemer med Bohrs atommodell. Kramers var den første utenlandske medarbeideren til Bohr. Klein ble raskt opptatt av  disse nye ideene og takket være et stipendium, kunne han selv begynne å arbeide med Bohr våren 1918. Om høsten ble han syk og var ikke tilbake i København før sommeren 1919. Klein ble da offisielt assistent for Bohr, men var likevel snart tilbake i Sverige for å arbeide med sin avhandling om elektrolytter. 

Sommeren 1920 var han tilbake igjen ved instituttet i København. Der møtte han S. Rosseland fra Norge, som ble den tredje utenlandske medarbeider til Bohr. Allerede om høsten samme år ble Klein og Rosseland, som var like gamle, ferdige med et felles arbeid  om opasiteter til stellare atmosfærer. Arbeidet deres var det første fra Bohrs nye institutt i København og ble publisert i 1921. Det er fremdeles godt kjent og et av de aller første arbeid hvor kvantefysikk ble benyttet innen astrofysikken. I de følgende årene fortsatte samarbeidet med Bohr, kun avbrutt av et opphold i Lund hvor han ble tilbudt et dosentur i teoretisk fysikk.

I tiden 1923 - 1925 arbeidet Klein  ved  University of Michigan i Ann Arbor. Gjennom forelesninger han ga der, ble han opptatt av å bruke Hamilton-Jacobi-teori for å beskrive dynamikken til partikler som beveger seg i kombinerte elektromagnetiske og gravitasjonelle felt. Dette skulle få stor betydning for hans senere forskningsarbeide. Oppholdet i USA betydde at han gikk glipp av den kvantemekaniske revolusjonen som fant sted i Europa. Han reiste tilbake til København og etter flere måneder med alvorlig sykdom gikk han i gang med å utforske forskjellige konsekvenser av den nye fysikken. Spesielt var han opptatt av å forene den med Einsteins relativitetsteori. Dette var starten på hans mest kreative periode som forsker, og han publiserte i de følgende årene en serie med arbeider som åpnet opp nye horisonter. 

Han ble professor i teoretisk fysikk ved Stockholm Universitet i 1930. I 1958 publiserte han et arbeid for Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab hvor han to år senere ble innvalgt som medlem. Igjen var det problemet rundt kvantemekanikk og relativitetsteorien som opptok han, denne gangen dynamikken til Dirac-partikler i krumme rom beskrevet ved Einsteins generelle relativitetsteori. Oskar Klein døde i 1977.

Vitenskapelig arbeid 

De fleste av hans viktigste arbeider ble skrevet i perioden 1926 - 1929. Disse omfatter i første rekke hans utledning av den relativistiske bølgeligningen for partikler uten spinn og som idag kalles Klein-Gordon-ligningen .   Dette arbeidet i 1926 var et direkte resultat av hans enhetlige teori for gravitasjon og elektromagnetisme basert på en ekstra, femte dimensjon .  Han utforsket denne muligheten etter at den først var blitt foreslått i 1919 av den tyske matematiske fysiker T. Kaluza. Klein gjorde dette radikale forslaget mer realistisk ved å vise at den ekstra dimensjonen er så mikroskopisk liten at den vil være svært vanskelig å observere direkte . I de siste ti-årene har en slik utvidelse av vårt tidrom blitt videreført med flere ekstra dimensjoner under navnet Kaluza-Klein-teorier, og har vært en viktig aktivitet innen moderne, teoretisk fysikk . 

Sammen med den tyske fysiker  P. Jordan viste han hvordan man kunne utvide kvantemekanikken til også å kvantisere skalare felt . Denne mulighet blir ofte omtalt som andre kvantisering og la grunnlaget for moderne kvantefeltteori. Dette ble av enda større betydning da Dirac i 1928 publiserte sin relativistiske bølgeligning for elektroner. Sammen med den japanske fysiker Y. Nishina gikk Klein  i gang samme med å bruke denne for å beregne hvordan fotoner med meget høy energier vil spredes av elektroner.  Denne prosessen var blitt eksperimentelt undersøkt av Compton. Resultatet de kom frem til ble publisert i 1929 og kalles i dag for Klein-Nishina-tverrsnitteten . Den er fremdeles av stor praktisk og teoretisk betydning i høyenergifysikk og astrofysikk. 

På samme tid som Klein arbeidet med denne kompliserte beregningen, påpekte han også et tilsynelatende  alvorlig problem ved Dirac-ligningen. Når et elektron sendes inn mot et meget sterkt, elektrisk felt, kan det komme ut flere partikler enn man sender inn i motstrid med fundamentale fysikklover. Denne merkverdighet ble raskt omtalt som Kleins paradoks . Problemet ble først bedre forstått ved oppdagelsen av positronet noen år siden. Disse kan pardannes i sterke elektriske felt, og Dirac-ligningen må derfor behandles som en del av kvantefeltteorien.

Et par år senere viste Klein også hvordan kvantemekanikken kunne forklare til termodynamikkens andre hovedsetning om entropiens vekst. Men det var teorien for elementærpartiklene som lå hans hjerte nærmest. i 1938 presenterte han for første gang en enhetlig teori for den, svake kjernekraften. Denne teorien hadde matematiske egenskaper som lå tett opp til ikke-abelske gaugeteoriene i dagens Standardmodell . 

Det siste, originale bidrag til fysikken presenterte han i 1963 sammen med den svenske plasmafysikeren  Hannes Alfvén  . Det var en ny, kosmologisk teori som skulle være et alternativ til standard kosmologi med et Big Bang. Det viste seg snart at den ikke stemte med virkeligheten.

Heder 
 1945 innvalgt i Kungliga Vetenskapsakademien 
 1951 æresdoktor ved Universitetet i Oslo
 1960 innvalgt i Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab

Ettermæle 
 Ved Stockholms universitet ble det i 2008 opprettet et senter  for forskning innen kosmologisk fysikk.
 Støttet av  det svenske videnskapsakademi blir det hvert år gitt en minneforelesning i Kleins ånd.

Referanser

Eksterne lenker 
 Oskar Klein, biografi, Kosmologika, Sverige.
 AIP intervju med Klein  (1962).
 Biografi om Klein ved  matematisk institut, St Andrews University.
 David Gross, Oscar Klein and Gauge Theory Stockholm (1994).

Svenske fysikere
Æresdoktorer ved Universitetet i Oslo
Personer fra Stockholm