Dette er historien om fjellbondesønnen og skogsarbeideren Egil Hylleraas (1898–1965). Han var så matematisk begavet at han ble headhuntet av en av Albert Einsteins samarbeidspartnere på 1920-tallet for å løse et av de vanskeligste problemene i kvantemekanikken.

Da professor Egil Hylleraas døde for 50 år siden, var det ingen som hadde forestilt seg at de matematiske metodene hans skulle bli brukt i superraske datamaskiner verden over for å simulere molekyler.

Kjemisk institutt ved Universitetet i Oslo hedrer nå Hylleraas med en permanent utstilling om hans vitenskapelige liv, i lokalene til Senter for teoretisk og beregningsbasert kjemi, som har spesialisert seg nettopp på kvantekjemiske beregninger av store molekyler.

Egil Hylleraas vokste opp, som yngst av 11 søsken, på en fjellgård i Engerdal, nord for Trysil. Han var med i gårdsarbeidet og drev et par år som skogsarbeider før han som syttenåring begynte i øverste klasse på middelskolen på Rena. Han var en sjelden, matematisk begavelse og ble innstilt til kongen for de teoretiske beregningene i hovedfaget i fysikk ved Det Kongelige Frederiks Universitet i Kristiania.

Kommende nobelprisvinner

Den tidligere samarbeidspartneren til Albert Einstein, den jødiske professor Max Born ved Universitetet i Göttingen, som fikk Nobelprisen i fysikk i 1954, la merke til de matematiske evnene til Hylleraas.

Born var med på å utvikle den moderne kvantemekanikken for å forklare fenomener som klassisk mekanikk ikke kunne beskrive, slik som stabiliteten og strukturen til atomer.

I et brev, der Born lovpriste Hylleraas for måten han løste vanskelige beregninger på, ble han invitert til Göttingen for å løse et av de viktigste problemene i den nye kvantemekanikken.

Den danske fysikeren Niels Bohr, som fikk Nobelprisen i 1922, hadde allerede i 1913 utviklet atommodellen for hydrogenatomet, som er det enkleste atomet, med bare ett elektron. Men modellen hans ga ingen riktig beskrivelse av det neste grunnstoffet i det periodiske systemet, heliumatomet.

Da den østerrikske fysikeren Erwin Schrödinger, som ble tildelt Nobelprisen i 1933, lanserte en kvantemekanisk ligning for å beregne energien til elektronet i hydrogenatomet i 1926, var det uklart om den også ville fungere på andre atomer.

For å bekrefte den generelle gyldigheten av kvantemekanikken, var det derfor viktig å vise at Schrödinger-ligningen også ga en korrekt beskrivelse av heliumatomet, som er det minste atomet med mer enn ett elektron.

– Det vanskelige med å beskrive atomer med flere elektroner kvantekjemisk, er når elektronene er i nærheten av hverandre, forteller professor Trygve Helgaker, som har vært drivkraften bak utstillingen om Hylleraas.

Matematisk gjennombrudd

Born satte Hylleraas på oppgaven med å løse Schrödinger-ligningen for heliumatomet. Gjennombruddet hans kom etter at Hylleraas vendte tilbake til Oslo i 1928.

– Beregningene hans var i fullstendig overensstemmelse med eksperimentelle målinger og bekreftet dermed kvantemekanikkens generelle gyldighet.

Oppdagelsen hans vakte oppsikt på Naturforskermøtet i København i 1929 og ble betegnet som et mesterverk av både Max Born og Niels Bohr.

• Les også: Gammelt kvante-problem løst

Mens Hylleraas prøvde å løse den matematiske gåten i Göttingen, skrev han et brev om den besynderlige, kvantekjemiske verden.

«Det som holder de utallige atomer og molekyler sammen … er jo ikke annet enn elektriske krefter. … Ja, dette tror jeg nesten ikke du må vise frem til noen, for ellers tror de vel at jeg er litt rar», skrev Hylleraas til broren sin i 1927, ti år før han ble professor i fysikk ved Universitetet i Oslo.

Etter hvert er kvantekjemiske beregninger blitt svært viktige for å forstå kjemiske reaksjoner og for å kunne forutsi resultatet av kjemiske eksperimenter. Takket være supergode datamaskiner er det nå mulig å beregne molekyler med flere hundre atomer.

Med mange milliarder beregninger i sekundet kan det likevel ta flere uker og måneder å beregne et molekyl kvantekjemisk.

– Hylleraas bekreftet gyldigheten av kvantemekanikken for flere partikler. Han var en pioner innen vitenskapelige databeregninger ved at han la grunnlaget for moderne presisjonsberegninger, forteller Helgaker.

Regnestykke tok sju sekunder

Da Hylleraas løste Schrödinger-ligningen, fantes det ingen datamaskin. Det eneste hjelpemiddelet hans var en tysk, elektrisk regnemaskin, Mercedes-Euklid.

– Når det er riktig store tall, kan den bruke sju til åtte sekunder. Hvis jeg tar en spasertur bortover gulvet, er det pussig å høre at den driver og regner helt av seg selv, fortalte Hylleraas den gang henført.

• Les også: Åpner døren til en mystisk kvanteverden

Datteren hans, Inger Hylleraas Bø (87), minnes regnemaskinen.

– Et av barndomsminnene mine er de berømmelige regnemaskinene. Far hadde også en slik hjemme, som han gjerne brukte til nattlige beregninger. Den var også med når vi dro til fjells, forteller datteren.

Mer enn historisk interesse

Selv om beregningene til Hylleraas var epokegjørende, viste de seg å være vanskelig å anvende på større systemer. På 1970-tallet ble Hylleraas kun husket med historisk interesse. Med stadig raskere datamaskiner er metodene hans tatt inn i varmen igjen og kan nå anvendes på store molekyler og gi langt mer nøyaktige resultater enn andre metoder.

• Les også: Kvantemystikk

De siste 25 årene er det blitt publisert svært mange vitenskapelige artikler med referanse til Hylleraas. Navnet hans er dessuten nevnt i vitenskapelige titler mer enn hundre ganger. Frekvensen er stadig økende.