PBF # 154
(via nicholasgurewitch)
Joseph von Fraunhofer (1787-1826) var en Bayersk glasmakare som är mest känd för de så kallade Fraunhoferlinjerna, det vill säga ett antal mörka linjer som Fraunhofer noterade i solens spektrum i början av 1800-talet, och som jag har nämnt i en tidigare text om fysikern Henry Rowland. Han var inte den som först upptäckte linjerna, men han studerade dem med yttersta systematik och med instrument som han själv tillverkat och som var de bästa av sina slag vid denna tid. Förklaringen till varför det uppkom svarta linjer i solens spektrum (materia i solens yttre hölje absorberar strålning från solens inre vid ett antal fixa, diskreta våglängder, definierade av de ämnen som omger solen) formulerades inte fullständigt förrän Kirchhoffs och Bunsens spektroskopiska experiment 40 år senare. Så, hur såg Fraunhofer på “sina” linjer och vad motiverade honom i sin dagliga verksamhet?
För att besvara detta behöver vi först diskutera kikare och teleskop. Ända sedan teleskopet uppfanns i början av 1600-talet hade det varit föremål för intensivt förbättringsarbete av optiker och instrumentmakare, allt i syfte att kunna skåda ännu skarpare, ännu längre bort. Astronomer ville såklart kunna få en bättre bild av vad som försiggick i universum, men det fanns också många bra tillämpningar av teleskopet/kikaren för mer jordnära människor - lantmätare, exempelvis.
Ett av de problem som man brottades med i tillverkningen av teleskopens linser under och innan Fraunhofers tid var så kallad kromatisk aberration, det vill säga tendensen hos en enkel lins att fokus varierar med avseende på färgen hos ljuset från det objekt som man vill avbilda. Resultatet blir att det röda i bilden kommer att vara skarpt på ett visst avstånd från linsen, medan exempelvis det violetta kommer att vara suddigt; justerar man teleskopet så att det violetta är i fokus, blir det röda suddigt. Under 1700-talet utvecklade man vissa sätt att komma runt detta, som exempelvis att sätta samman en positiv och en negativ lins med olika brytningsindex. Kvaliteten på teleskopen blev trots detta lidande, mycket på grund av att kvaliteten på själva glaset man tillverkade linserna av inte var så god som man kunde önska; dessutom var det svårt att få tillfredsställande reproducerbarhet i sina tillverkningsmetoder.
Brytningsindexet för ett glas beror på ett antal faktorer, inte minst vilka ämnen glaset består av och dess proportioner till varandra. För att brytningsindexet ska vara homogent i hela glaskroppen krävs dessutom att det ska vara fritt från bubblor och bristningar (som ser ut som mjölkiga stråk i glaset). Bristningar beror på att den heta, flytande glasmassan vid tillverkningen inte är helt homogen, och kan därför motverkas genom att ständigt röra runt i massan och hålla den så blandad som möjligt. Bubblor däremot, beror på gas som frigörs i glasmassan och som stiger uppåt, och rör man runt alltför kraftigt, frigörs mer gas och bubbelmängden ökar. Det krävs därför stort tålamod och mycket, mycket arbete för att hitta en perfekt avvägning mellan alla komponenter i tillverkningsprocessen för att glaset ska få en så god kvalitet som möjligt.
Här har vi första svaret på varför Fraunhofer var så uppskattad under sin tid: Han gjorde helt enkelt kick-ass-glas. Anledningen till detta var dels att han själv lyckades kombinera hantverksskicklighet med en djup förståelse för matematik och mer teoretisk optik, dels att han hade resurserna: Fraunhofer var föreståndare för det nyligen sekulariserade klostret vid Benediktbeuern som hade en 1000 år lång tradition av just glastillverkning, antalet anställda var uppåt 200. Dessutom stöddes glastillverkningen vid klostret rikligt av den bayerska staten. Med hjälp av sin egen skicklighet, och den institutionaliserade kunskap som redan existerade i klostermiljön tillverkade Fraunhofer glas vars kvalitet var oöverträffbar i början av 1800-talet.
För att nå det andra svaret på varför Fraunhofer var så uppskattad måste vi återgå till brytningsindex för glas: För att kunna tillverka akromatiska linser (det vill säga linser utan eller med väldigt liten kromatisk aberration) var det, som vi redan har nämnt, nödvändigt att kombinera material med olika brytningsindex. Brytningsindexet för ett material är typiskt beroende på det infallande ljusets våglängd; det är det som är orsaken till att det överhuvudtaget finns någonting som heter kromatisk aberration. (Exempel på hur brytningsindexet kan variera med våglängd för en handfull material kan ni se i figur 62 på denna sida.) Alltså, för att matcha olika glasmaterial med varandra var det inte bara nödvändigt att mäta upp ett allmänt brytningsindex för vardera material, utan för - i det ideala fallet - varje våglängd.
Det fanns ett antal olika metoder för att mäta upp brytningsindexens våglängdsberoende på Fraunhofers tid. Ett relativt enkelt sätt var att låta solens strålar falla in mot ett prisma tillverkat av det material man var intresserad av, och därefter mäta upp hur mycket varje färg i det resulterande solspektrumet spreds av prismat. För att nå en sådan precision som krävdes för att tillverka rejält akromatiska linser var man dock tvungen att mäta brytningsindexets variation över ett stort antal våglängder, eller färger. Problemet var bara - hur definierade man vad en specifik färg var i solspektrumet? Kolla in bilden nedan - ungefär så såg solens spektrum från ett prisma ut runt 1800. Kan ni tydligt peka ut var spektrumet är blått? Grönt? Orange? Inte så lätt va? Precis det problemet hade optikerna för 200 år sedan, och om man inte kunde peka ut exakt var i spektrumet en specifik färg befann sig, hur kunde man då med precision ange hur brytningsindex varierade med färgen, eller våglängden?
Återigen - enter Fraunhofer. Eftersom hans glas var så rena och fria från defekter lyckades han tillverka prismor med vilka man kunde studera solens spektrum i mycket högre detalj än tidigare. Vad han såg var tydliga, mörka linjer i spektrumet. Han konstaterade efter vissa undersökningar att linjerna kom från solen självt och inte var en artefakt i själva instrumentet; dessutom fanns de alltid på samma ställe i spektrumet, oavsett när och hur man studerade det. Bingo! Helt plötsligt hade han hittat vad optikerna länge varit ute efter - fixa riktmärken i solspektrumet som man kunde använda i sina mätningar av brytningsindex. Med hjälp av dessa kunde nu Fraunhofer, och andra efter honom, mäta upp de våglängdsberoende egenskaperna hos olika optiska material för att använda i exempelvis tillverkningen av akromatiska linser.
Det bör understrykas att Fraunhofer inte var intresserad av varför det fanns svarta linjer i solspektrumet - de var där, och han använde dem. Han var aldrig intresserad av spörsmål som vetenskaper som spektroskopi, atom- och astrofysik nu intresserar sig för och som i mångt och mycket bygger på Fraunhofers undersökningar; han ville göra gediget glas, fritt från defekter. Men, vetenskapen är så lustigt beskaffad att den tenderar att producera resultat och teorier som upphovspersonerna aldrig ens hade drömt om - eller brytt sig om. Där ser man.
(Den intresserade kan ladda ner engelska översättningar av Fraunhofers skrifter. En bra bok som beskriver Fraunhofers experiment och deras sociala sammanhang är Myles W. Jackson: Spectrum of Belief, som jag bara har hittat på Amazon.)
Jag har sedan några år tillbaka bedrivit viss släktforskning. När man väl har hittat en systematisk metod i sitt grävande i arkiven kan man ganska lätt gräva sig tillbaka i de flesta släktgrenar till i alla fall 1700-talets mitt och följa spåren av avlägsna släktled tillbaka till 1900-talets början. Listan på namn växer i snar takt och just nu sitter jag med ett träd på ungefär 580 släktingar.
580 pers låter ju roligt, men det är bara namn på en lista som egentligen inte säger en någonting om personerna i fråga. Ett par personer kan man få lite information om från mina äldre släktingar, men de är gamla och minnena sviker; dessutom verkar ingen direkt ha lyckats bemästra berättandets konst, om man säger så. Eftersom de flesta i min släkt är bönder så kan man inte heller förvänta sig att de ska ha gjort särskilt stort avtryck i historiska källor heller. Därför är det extra roligt om man bara råkar hitta något skrivet om någon av mina släktingar, oavsett hur lite det handlar om.
En av dessa små, historiska textstycken hittade jag på ett antikvariat i Karlstad igår: Folktro och folksed på Värmlandsnäs III. Tydligen fanns det en herre som hette Ragnar Nilsson som föddes ute på Värmlandsnäs (den där halvön som går ut i Vänern från dess nordvästra del) år 1893. Han blev tidigt engagerad i olika arkivinstitutioner i Sverige som Västsvenska folkminnesarkivet, på vilkas uppdrag han samlade in historier från främst äldre personer i Värmland, Dalsland och andra landskap. Dessa historier handlade till största delen om äldre seder, tro och myter som de äldre hade växt upp med och som man ansåg var på utdöende i och med industrialiseringen. Föga förvånande, eftersom han var född där, intervjuade han många äldre i de olika socknarna på Värmlandsnäs, där en stor del av min släkt härstammar från, och dessa intervjuer sammanställdes i Folktro och folksed på Värmlandsnäs, utgivna i tre volymer under 50- och 60-talet.
De flesta av historierna som återgivs i den tredje volymen som jag inhandlade igår är inte så jävla roliga, i min mening. Det är rad upp och rad ned av djävulen som förleder präster, skogs- och sjörår samt märkliga kreatur som spökgrisen och mjölkharen. Men vad som är mer roligt är dels att namnen på dem som berättat historierna är återgivna i direkt anslutning till historien själv, dels att slutet på boken innehåller texter till sånger som sjungits och lekar som lektes ute på Värmlandsnäs på 1800-talet.
En av sångtexterna kommer från en viss “And. P. Svensson f. i Eskilsäter 1855”, som råkar vara bror till min mormors farfar. Enligt Anders så sjöng hans farfar denna visa så att de skulle hålla sig lugna medan han gjorde skor om kvällarna:
Bonden gick åt timmerskog
skruv luv, bom för Beken.
Trilleri leken, trilla.
Så fick han höra att kråka gol,
skruv luv, bom för Beken.
Trilleri leken, trilla.
Så sköt han den kråka i högsta toppÅ huvudet tog de till en kyrkeknapp
Av halsen gjorde de en låtane lur
Av strupen gjorde de en vigselring
Av skrovet det gjorde de ett gångande skepp
det största som nônsing på Kattegatt geckAv tarmarna blev det till tackel och tåg
Av benen gjorde man master och rår
Med fjära täckte de alla våra tak
Jag vet inte vad jag tycker om texten i sig, mer än att man kan konstatera att man kunde göra mycket av kråkor på 1800-talet, särskilt inte utan någon melodi till, men det här sjöng alltså mormors farfars farfar för sina barnbarn när han gjorde skor. En fin ögonblicksbild som komplement till den där oändliga raddan av namn.
Hallandsåsen, 30 h oavbrutet regn. (Taken with Instagram)
I natt firar vi sommarsolståndet, och att natten inte blir kortare än så här. Det är fan i mig tur det, för jag vet inte hur mycket mer ljus jag hade pallat med. Jag blir bara allt mer ljuskänslig med åren och sover sämre och sämre ju fler somrar jag tvingas genomlida. Det ska liksom inte vara spirande ljust i sovrummet vid halv sex på morgonen, det är onaturligt.
Det är inte bara ljuset som stör min sömn under sommaren; det är även kvällens kväljande värme som irriterar. På grund av detta måste vi ha balkongdörren öppen, vilket i förlängningen innebär att vi varje sommarnatt vaggas till sömns av duvornas envisa kuttrande, fiskmåsarnas skrattande och det evinnerliga pipandet från måsarnas ungar som bor på taket. Det blir inte särskilt svalt heller för den delen, för största möjliga effekt måste vi öppna köksfönstret och skapa korsdrag. Ska man se positivt på vad som därpå följer så kan man säga att fågelljuden inte längre hörs när vi öppnar köksfönstret. Mindre positivt uttryckt så beror detta på att kvittrandet och skränandet istället dränks av bussarna på Södervärn som går på tomgång plus vansinneskörandet från Spårvägsgatan.
Jag hatar sommaren, kanske lika mycket som området som jag bor i. Men vi går bildligt talat mot ljusare tider, eftersom vi i och med sommarsolståndet i realiteten går mot mörkare tider, och om ett par månader flyttar vi dessutom härifrån! Tjoho!
Demonprinsessan av @bergting inköpt. Vilar på god, astrofysikalisk grund :) (Taken with Instagram)
Det cirkulerar en hashtag på twitter just nu som kallas #momentofscience. Här berättar forskare och annat löst folk om det livsavgörande ögonblick där de kom i kontakt med vetenskap och som fick dem att välja forskarbanan i sitt yrkesliv. Ögonblick som folk tar upp är bland annat månlandningen 1969 eller när man för första gången såg Saturnus i ett teleskop (vilket jag ska erkänna är väldigt häftigt och någonting som jag kan rekommendera alla att göra). Låt mig därför delge min avgörande kontakt med vetenskap:
…
…?
…!
Hm, nej, det verkar inte finnas något. Faktum är att även om jag självfallet tycker att det är roligt med så många människor som är entusiastiska över någonting som de håller på med och som tycks ha upplevt ögonblick som varit så vackra att det påverkat dem för resten av livet, så är jag inte särskilt förtjust i idén som sådan. Jag ska förklara varför, men låt mig först försöka reda ut vad katten det var som gjorde att jag började pyssla med vetenskap.
Jag har så länge jag kan minnas varit väldigt nyfiken och fantasifull av mig. Min favoritaktivitet som barn var länge att bygga med lego (vilket jag tycks ha haft gemensamt med många andra blivande ingenjörsstudenter) och teckna. Jag lärde mig läsa tidigt och läste allt som jag kom i kontakt med, vilket tidigt gjorde mig tämligen allmänbildad. Som så många andra barn var jag ohyggligt fascinerad av dinosaurier och ville bli paleontolog när jag blev stor (fast jag kallade det nog “arkeolog”).
Min första kontakt med någonting som kommer i närheten av fysik och annan naturvetenskap var sannolikt serier som Spindelmannen, X-men och Transformers, som ju alla innehåller vissa mer spekulativa element av sådant. Tack vare dessa serier började mina lekar och egna funderingar allt mer att kretsa kring svarta hål, tidsresor, parallella och alternativa universa, och så vidare. Samtidigt fortsatte jag att teckna, och när jag väl lärde mig skriva i skolan så började jag skriva ganska långa, fantasifulla alster (bland annat om den röda krokodilen Kroko och hans dagliga vedermödor i skolan, men också hans äventyr i dystopiska, alternativa universa, har jag för mig). Jag tror inte att jag hade någon tanke på att bli forskare eller hålla på med vetenskap när jag blev vuxen, däremot föreställde jag mig länge att jag skulle bli serietecknare och/eller författare.
Och ungefär så var läget fram till en bra bit in på gymnasiet. Jag minns att jag i tvåan fick frågan vad jag skulle göra när jag tagit studenten, och svarade att jag ville bli historielärare; det skulle jag fortfarande kunna tänka mig att bli eftersom jag både gillar historia och att lära ut. Men det som fick mig att börja gravitera lite mer mot naturvetenskapen - och det är väl det här som är så nära ett #momentofscience som vi kan komma i den här historien - var Uppsala-astronomen och författaren Peter Nilssons populärvetenskapliga böcker, som jag började läsa någon gång i mitten av gymnasiet. Jag kan verkligen rekommendera dem till alla som ännu inte har haft nöjet att dyka ner i dessa fina verk, som utgör en utsökt blandning av filosofi, historia, fysik och astronomi. Särskilt minns jag Nilssons fantasieggande beskrivning av (hans föreställning om) Schrödingers katt och de mer spekulativa momenten, som vita hål.
Allt detta väckte min nyfikenhet, men lämnade mig med en känsla av otillfredsställelse. Jag ville veta mer, och hur det egentligen låg till. Hur kunde man med matematikens hjälp skapa en så märklig varelse som den där stackars, instängda katten? Den enda lösningen var att börja läsa fysik på universitetet, och så blev det. Min plan var inte att därefter bli forskare inom naturvetenskap, utan kanske att läsa lite fysik och sedan hoppa till ett annat intressant ämne, jag funderade ett tag mycket på litteraturvetenskap, eller historia, och var nog nära att byta till något av dessa efter ett tufft första år i Lund.
Men allt bara rullade på, och nu råkar jag vara doktor i astrofysik. Det är ganska trevligt - jag kommer strax nämna vad jag tycker har varit trevligt under mina år med forskning - men jag skulle lika gärna kunnat vara doktor i historia. Eller lärare. Eller, ja inte vet jag - kamrer? Så livsavgörande har inte mina “moments of science” varit, tycker jag.
Nu kan vi komma till vad jag inte är särskilt förtjust i med den där twitter-taggen: Det faktum att man blev forskare beskrivs mer eller mindre implicit som ett kall. “And literally, from that moment on, I knew I wanted to be a scientist”, skriver ärkeastronomen Phil Plait när han beskriver hur han såg Saturnus i ett teleskop när han var fem år gammal. Och, okej, jag tycker verkligen att det är jätteroligt för honom, men jag är trött på bilden av forskare som de där som redan som barn var uppslukade av naturens mysterier och som både på arbete och fritid sysslar med det som de har älskat sedan de var fem år gamla. Eller, jag är inte trött på bilden i sig, utan på att den dyker upp så frekvent i förhållande till andra bilder.
Forskare kan nämligen vara på en mängd andra sätt. De kanske bara snubblade in på det hela ganska sent i livet, utan att ha upplevt att det varit förutbestämt sedan de var fem år gamla att det var detta de skulle syssla med. De kanske bara pysslar med vetenskap för att de råkar vara bra på det, inte för att de nödvändigtvis är särskilt förtjusta i sitt ämne. De kanske drömmer om ära och berömmelse som ett Nobelpris eller en välrenommerad professur kan ge. De kanske gör det för att deras föräldrar tyckte det.
Och så vidare. Jag kan på ett sätt förstå att man som forskare väljer att inte presentera vissa av dessa alternativa bilder av hur en forskares motiv kan te sig; vetenskaplig verksamhet är beroende av finansiärer, särskilt via det allmänna, och det är sannolikt bättre att visa upp att vetenskap är KOOLT och att universiteten är SPRÄNGFYLLDA med folk som ÄLSKAR vad de gör för dem som håller i pengapåsen. Men förutom det faktum att den bilden är ofullständig, så är jag som sagt inte förtjust i dess dominans av två skäl:
1) Jag tror att vetenskapen förlorar mycket talang och människor med andra perspektiv och erfarenheter genom att ensidigt presentera den som fylld med ett gäng entusiaster på gränsen till altruister som jobbar med sina vetenskapsprojekt 24 timmar om dygnet. “Jaha, är det det här som krävs av mig?”, tänker de sannolikt och så går de och läser företagsekonomi istället.
2) Forskarna skjuter sig själva i foten, rent arbetsmiljömässigt. Lets face it - att i ena stunden twittra om eller hålla en populärvetenskaplig föreläsning för allmänheten om hur HÄFTIGT och ROLIGT det är på jobbet, och i andra stunden kräva bättre arbetsmiljö av sin arbetsgivare, som oftast är universiteten och i förlängningen politikerna, är inkonsekvent. För, allvarligt, arbetsmiljön är många gånger inte bra. Man förväntas ofta vara tillgänglig och offra sig på kvällar och helger, man hoppar runt mellan svajiga två-åriga forskartjänster, ena perioden i Australien, andra perioden i Schweiz, och man ses inte sällan som en belastning och en kostnad man kan skära ned på. Men, om man försöker kommunicerar detta, hur ser det ut då? “Ok, ni har det lite stressigt och osäkert, men ni jobbar ju med det ni älskar och det är väl nästan belöning nog?!?” Det sägs inte explicit, men jag tror att eventuella klagomål från forskare lätt uppfattas så.
Så, snälla forskare, prata lite mer om hur mycket ni hatar ert forskningsämne. Eller hur likgiltiga ni är för det. Det är bättre på lång sikt, tro mig.
Men det skiter jag i nu, för att skriva den här texten har fått mig att fundera på vad jag egentligen har uppskattat under mina år på universitetet. Förutom uppenbara, mer allmänt beskrivande saker som själva problemlösningen och undervisningen, alltså, som jag stundtals har tyckt varit frustrerande, men oftast skitkul. De stunder då jag verkligen jag gillat vad jag har hållit på med har varit när man har suttit och gjort en mätning i labbet. Alla dagar och i vissa fall veckor av inställningar och tester har genomförts, och man sitter där och väntar på att mätningen ska bli klar. Klockan tickar, minut läggs till minut, och förväntningarna ökar; lite som jag föreställer mig sker när man sitter och tittar på lottodragningen. Och plötsligt är datan där på skärmen. Har man tur ser man genast om det är en fin mätning eller inte, har man otur måste man processa datan i någon timme eller dag(*) innan man kan avgöra. Men, oavsett vad, när man ser det där riktigt lyckade resultatet på skärmen, kan man luta sig nöjt tillbaka och bara njuta av välbehaget som drar genom kroppen på en. Vid dessa tillfällen är jag väldigt, väldigt glad över att jag inte valde att göra någonting annat efter gymnasiet.
Tack, Peter Nilsson.
(*) I några år om du är partikelfysiker, men det är jag ju inte, som tur är.
“Magneto: Herald of Galactus” - one of several PBF-flavored pieces commissioned by Marvel for their Strange Tales series.
(Source: nicholasgurewitch)
Fixar iordning i stugan på Hallandsåsen. (Taken with instagram)
Logisk positivism säger jag, och fram tonar antagligen en bild upp i era huvuden som föreställer en stram herre med runda glasögon, skägg och hög hatt som sitter på ett café i Wien 1925, och när någon utropar “Gud, vad törstig jag är!” så svarar gubben förfärat “Gud? App app app - inga metafysiska utsagor vid det här bordet!”
Eller så bryr ni er inte, men det gör jag, samt - förvånansvärt nog - många av de föreläsare som jag hade för 6-7 år sedan när jag läste sociologi, särskilt de mer hermeneutiskt inriktade. Inte så att de höll långa utläggningar om positivismen, men den var allestädes närvarande i spefulla bisatser; oftast avfärdades “den naturvetenskapliga världsbilden” - vad nu det var - som präglad av positivism, vilket underförstått var någonting dåligt i sig.
Jag håller generellt med om att logisk positivism är en kunskapsfilosofisk återvändsgränd. Tanken var att göra sig av med överflödiga utsagor inom alla sorters vetenskaper - från sociologi till fysik - och reducera så mycket som möjligt, gärna allt, till mätdata. Utan att gå in på rent filosofiska motargument, kan vi tämligen lätt konstatera att det i praktiken har visat sig vara omöjligt: Folk som bedriver vetenskap måste visualisera ett problem, bildspråk och metafysik guidar oftast en forskare när denne utformar och tolkar olika experiment och teoribyggen. Någonting jag däremot inte förstår är kopplingen mellan positivism och naturvetenskap, eller ens den “hårdaste” av alla naturvetenskaper - fysiken. Det finns många olika skolor och inställningar inom fysiken, av vilka Poppers vetenskapsfilosofi antagligen är den dominerande.
Men det var inte det som jag skulle prata om nu. Det finns en annan bild av den logiska positivismen som mekanisk, själlös och, tja, helt enkelt jävligt tråkig. Kastar vi ut all metafysik, har vi då så mycket roligt kvar? I princip håller jag med, tror jag, men jag börjar bli förvirrad och tittar man konkreta exempel från vetenskapshistorien blir bilden mer komplicerad.
Ett exempel kan vara de fysiker som under Niels Bohrs skyddande hand utvecklade kvantmekaniken under 1920-talet. Werner Heisenbergs så kallade matrisformulering av kvantmekaniken, utvecklad runt 1925, är tydligt influerad av den logiska positivismen: Formuleringen är snårigt matematisk och förkastar ej observerbara storheter - det är de observerbara storheterna som kvantmekaniken ska syssla med. Detta var en syn som i mångt och mycket anammades av dem som arbetade med Heisenberg och Bohr under 1920-talet, och utvecklades sedermera till den så kallade Köpenhamnstolkningen av kvantmekaniken. Här existerar olika möjliga utfall av ett vetenskapligt experiment parallellt med varandra fram tills någon gör en mätning av det fysikaliska systemet ifråga; mätningen tvingar fram ett definitivt utfall. Här öppnar en avgrund av frågor upp sig under våra fötter: Vad är en mätning, vad är en observatör, finns det någon objektiv verklighet, och så vidare? För att besvara detta tillfredsställande, om man kan, får man gräva ned sig i filosofins djupaste vatten - och kanske bortom detta. Niels Bohr tog upp dessa problem i ett föredrag 1937 som publicerats i textform i hans bok Atomic Physics and Human Knowlegde från 1958. Bohr säger bland annat:
Indeed, the whole conceptual structure of classical physics […] rests on the assumption, well adapted to our daily experience of physical phenomena, that it is possible to discriminate between the behaviour of material objects and the question of their observation. For a parallel to the lesson of atomic theory regarding the limited applicability of such customary idealisations, we must turn to quite other branches of science, such as psychology, or even to that kind of epistemological problems with which already thinkers like Buddha and Lao Tse have confronted, when trying to harmonize our position as spectators and actors in the great drama of existence.
Jag ska erkänna att jag aldrig har förstått exakt vad Bohr menar här, hans prosa är bitvis svårgenomtränglig. Han är noga med att understryka att han inte menar att atomfysik eller vetenskap i sig grundas på någon slags mysticism, snarare verkar han mena att frågeställningarna som man genom kvantmekaniken konfronteras med är besläktade med frågeställningar inom österländsk religion och filosofi. Man kan dock inte komma ifrån att Bohr och många andra som utvecklade kvantmekaniken tillsammans med honom under 1920-talet generellt använde sig av ett språk som om inte byggde på så i alla fall tycktes inspirerat av österländsk mysticism. På något sätt tycktes steget från logisk positivism till Buddha inte vara särskilt långt för vissa.
Wilhelm Ostwald (1853-1932) (Från Wikipedia)
Ett annat, mindre känt exempel på vad jag är ute efter är kemisten Wilhelm Ostwald och den debatt rörande atomens existens som han var inblandad i under decennierna runt år 1900. Personer som österrikaren Ludwig Boltzmann utvecklade från 1860-talet och framåt den statistiska mekaniken, som - i alla fall enligt Boltzmann - byggde på existensen av små, odelbara partiklar, det vill säga atomer, och som kunde förklara olika termodynamiska samband som hur gaser expanderar, värms upp och så vidare.
Vissa fysiker höll inte med Boltzmann. En av dessa var Ernst Mach, vars vetenskapsfilosofi fick stort inflytande under slutet av 1800-talet. Mach var av åsikten att vetenskapen inte skulle beskriva verkligheten, utan snarare sinnesförnimmelser och deras relation till varandra. Detta skulle göras så ekonomiskt som möjligt - antalet antaganden och principer var tvungna att hållas på ett minimum. I korthet ansåg Mach att Boltzmanns atomteori innehöll alltför många lösa antaganden och detta i kombination med att man inte kunde observera atomerna och därmed koppla dem till sinnesförnimmelser gjorde att Boltzmanns teori borde förkastas.
Det fanns goda skäl till att vara skeptisk mot atomernas existens - varför verkade det finnas så många olika typer av atomer, till exempel? Fysiken var i mångt och mycket - och är fortfarande - en reduktionistisk vetenskap, där till synes komplicerade företeelser förenklas genom införandet av mer generella principer. Men var fanns den generella princip som förklarade existensen av syreatomer, väteatomer, kolatomer, och så vidare, och deras olika egenskaper? Inga försök till att förklara mångfalden av atomer hade vid 1800-talets slut varit särskilt tillfredsställande, och det skulle dröja till 1920-talet och Bohrs, Heisenbergs och Schrödingers (med fleras) arbeten innan man fick fullständigt grepp om dessa frågor (även om atomernas existens generellt accepterades något tidigare än det). Den statistiska mekaniken var också långt ifrån tydlig på alla punkter och ledde till skenbara paradoxer; detta hjälptes inte av att Boltzmanns skrifter i ämnet oftast var långa, bitvis ofullständiga och omständliga att läsa.
Mach var helt klart en av de största inspirationskällorna för det tidiga 1900-talets logiska positivism. En av dem som inspirerades av Mach och hans positivism, och som hårdast kritiserade atomteorin var kemisten Ostwald, för övrigt en god vän till Boltzmann. Han betonade liksom Mach vikten av sinnesförnimmelser och vikten av att använda sina antaganden sparsamt.
Men om inte atomer fanns, vad borde man enligt Ostwald ersätta dem med i sina teoribyggen? Jo, energi! Enligt Ostwald var egentligen all materia som världen till synes var uppbyggd av energi. Alla partiklar och krafter dem emellan kunde, enligt Ostwald, reduceras till olika former av energi och processer där den ena energiformen omvandlades till den andra.
Det var inte helt uppenbart exakt hur detta system innehöll färre antaganden och var mer kopplat till sinnesförnimmelser än atomteorin, och det uppdagades snart att Ostwald inte fick matematiken att stämma i sin formulering av idén, som nu gick under benämningen “energetik”. Ytterst få naturvetare såg energetiken som en rimlig teori efter 1895. Men Ostwald kämpade vidare. Efter att han fick Nobelpriset i kemi 1909 blev han ordförande för Deutscher Monistenbund, en organisation som förespråkade monismen, det vill säga att allt i världen han kokas ned till en och samma substans eller princip. Hans energetik skulle nu användas för att skapa harmoni i all mänsklig verksamhet, och som vägledande princip för att beskriva alla aspekter av mänsklig kultur och samhället i stort. Han arrangerade monistiska söndagspredikningar och startade upp samarbeten med olika internationella fredsorganisationer.
Ostwald är måhända ett extremfall, jag menar inte att logisk positivism nödvändigtvis måste utmynna i ordförandeskap i organisationer som vill frälsa världen genom en slags allomfattande energiprincip. Ernst Mach var aldrig någon sympatisör av energetiken, inte ens i dess tidiga skede innan de mer frälsande inslagen framträdde, och var för övrigt ateist. Jag skulle heller inte klassificera Bohr som en renodlad positivist till att börja med.
Däremot är mitt intryck att personer som inspirerades av eller förespråkade positivismen aldrig var så torra och rigida som de brukar framställas som, vilket mina exempel med Bohr och Ostwald är illustrationer av. Varför de ibland mynnade ut i alldeles underbara esoteriska utsvävningar vet jag inte, men en möjlig anledning kan vara att positivister i högre grad tvingades fördjupa sig i vetenskapsfilosofi och metafysik än de forskare som var mer pragmatiska. Pragmatikern kan alltid rycka på axlarna åt alla diskussioner om implikationerna av olika fysikaliska principer eller formler, och bara använda sig av dem, medan positivisten måste dyka ner i all filosofisk gegga för att försvara och motivera sina utsagor. Och när man väl har dykt ned i geggan, vet man aldrig var man kommer upp igen…
För ett par dagar sedan uppmärksammade The Physics arXiv blog en kort artikel på arXiv som frågar sig om Einsteins första fru, Mileva Maric, hade någon del i Einstens speciella relativitetsteori från 1905, vilket vissa har hävdat lite här och där under de senaste åren, inte minst serietecknaren Liv Strömquist. Svaret blir: nej, hon hade högst sannolikt ingen del i relativitetsteorin. Detta är i sig ingen revolutionerande slutsats, eftersom det i princip inte är någon Einstein-kännare som hävdar eller har hävdat detta genom åren (för ett färskt exempel kan man läsa Walter Isaacsons Einstein-biografi som kom ut på svenska för några år sedan), men myten har ändå fått ett vandringssägen-aktigt eget liv.
Mileva Maric, 1896
Detta betyder inte att det inte finns saker att lära av Einsteins och Marics äktenskap, och Marics öde. Hon var matematiskt och naturvetenskapligt begåvad, men tyvärr också född i en tid när normen var att kvinnan skulle hålla sig ifrån laboratoriet för att istället hålla sig i köket och ta hand om familjens barn. Lägg därtill Einsteins notoriska otrohet, och Marics öde blir ett gripande exempel på villkoren för kvinnor i Europa under förra sekelskiftet - detta utan att blanda in relativitetsteorin i det hela. Vem vet hur långt Maric hade kunnat gå om hon hade fötts 100 år senare istället?
Rosalind Franklin, 50-talet-nånting?
Det finns bättre exempel på kvinnor som har blivit motarbetade inom forskarvärlden trots att de lämnade betydande bidrag till vetenskapen. Ett är Rosalind Franklin, som låg bakom den röntgendiffraktionsdata som ledde till upptäckten av DNA-molekylens struktur; hon blev sannolikt “side-steppad” av Francis Crick och James Watson, som senare fick Nobelpriset för sina arbeten om DNA-molekylen. (Franklin dog för övrigt några år innan priset delades ut.)
Lise Meitner, 1906
Ett annat exempel är Lise Meitner, som 1926 blev Tysklands förste kvinnliga professor, och var en av forskarna bakom upptäckten av fission, det vill säga kärnklyvning, som bland annat ligger bakom energiproduktionen i kärnkraftverk (och atombomber…). Det var dock hennes medarbetare Otto Hahn som fick Nobelpriset för denna upptäckt 1944. 1938 blev hon tvungen att fly från Tyskland, på grund av sin judiska härkomst, och hamnade slutligen i Stockholm. Där motarbetades hon tyvärr av sin chef, nobelpristagaren Manne Siegbahn, som var av åsikten att kvinnor inte hade någonting i fysiken att göra.
Så. Kan vi gå vidare nu? Tack.
Via tidskriften Populär Astronomis eminenta twitter-flöde hittade jag en intressant ny studie från ESO. Ingressen lyder:
Den mest noggranna studien hittills av hur stjärnorna i Vintergatan rör sig har inte hittat några bevis för mörk materia i ett stort område runt solen. Enligt dagens allmänt accepterade teorier borde rymden i vår närhet vara fylld av mörk materia. Detta mysteriska och osynliga ämne kan bara detekteras med indirekta metoder, tack vare dess gravitationella effekt. Men en ny studie gjord av astronomer i Chile har funnit att teorierna inte kan stämma överens med observationerna. Det kan betyda att experiment som försöker att detektera mörk materie-partiklar på jorden sannolikt kommer att misslyckas.
Jag kan för lite om gruppens observationer för att kunna peka på eventuella felkällor, men vi får utgå från att man har utfört ett gediget jobb. I sådana fall är resultatet mycket intressant.
Den huvudsakliga effekten som har tillskrivits mörk materia är observationen att all “vanlig” materia som man har detekterat i olika galaxer, som vår egen Vintergata, inte överensstämmer med den rotationshastighet man har uppmätt hos galaxerna. För att nå den rotationshastighet man har mätt upp måste galaxerna innehålla mycket mer massa än vad man hittills har kunnat upptäcka. Alltså har man dragit slutsatsen att galaxerna måste innehålla en ganska ruggig mängd av någon särskild sorts materia som bara interagerar med andra partiklar genom gravitation, och inte genom exempelvis elektromagnetiska krafter (som är dominant för exempelvis ljus).
Tyvärr är gravitationen den svagaste av alla naturkrafter och därför oerhört svår att studera på jorden, vilket kan tyckas vara lustigt eftersom vi känner av gravitationens effekter varje dag. Men anledningen till att vi märker av gravitationen är att det finns så mycket massa i vår närhet, i form av jorden. Följaktligen kan vi bäst undersöka gravitationens verkningar genom att observera andra objekt som består av en jäkla massa materia, som exempelvis stjärnor och galaxer. Och i dessa undersökningar är det mer effekterna av den förmodade mörka materien som man har detekterat, och inte partiklarna som utgör denna materia i sig själva.
Trots detta pratar astronomer och fysiker om den mörka materien som en realitet. ”Mörk materia utgör 83% av all känd materia”, fastslår man tämligen självsäkert, särskilt i olika populärvetenskapliga sammanhang. Dessutom har man under de senaste 15 åren fastslagit att vi nu vet att 77% av energin i universum utgörs av någonting helt annat än både mörk och synlig materia. Detta kallas “mörk energi”, vars effekter man först noterade på 90-talet och vars natur man egentligen har noll koll på.
Här kan det vara passande att påminna om, tja, säg, eter-teorin, bara för att ta ett exempel av många på äldre, numera förkastade teorier om universum. När man under 1800-talets senare hälft blev på det klara med att ljus var en elektromagnetisk vågrörelse (vilket inte var hela sanningen, men ändå), började man spekulera i vad katten det egentligen var som ljuset vibrerade i. Precis som ljudvågor behöver ett medium att fortplanta sig i, föreställde man sig - fullt rimligt - att detta gällde även för ljus. Detta medium kallade man för etern.
Efter att ha klurat lite insåg man att etern hade lite lustiga egenskaper. Eftersom ljus fortplantade sig genom världsrymden, var etern tvungen att uppfylla hela universum. Eftersom vi inte märkte någonting av etern här på jorden var det därför sannolikt att detta medium inte interagerade (särskilt mycket) med vanlig materia. Samtidigt var det ganska tydligt att vågrörelserna i etern - ljuset - interagerade kraftigt med prylar på jorden, vilket kan tyckas vara lite inkonsekvent med att vi inte direkt märkte av själva mediet ifråga.
Inte nog med att eterkonceptet var teoretiskt svårgreppbart; framåt 1800-talets slut hade man dessutom genomfört ett antal olika försök att experimentellt undersöka egenskaperna hos etern, utan att lyckas. Till slut dök det år 1905 upp en tysk patentingenjör från Bern som mer eller mindre sa “Hör ni, den här etern finns nog egentligen inte”, och gradvis övergav man idén helt och hållet. Ljuset var en vågrörelse, som kunde fortplanta sig i vakuum. (Patentingenjören hette för övrigt Albert Einstein.)
Min poäng är, om inte det redan har framgått, följande: Man bör vara försiktig när man fastslår existensen av flyktiga grejer - särskilt om man inte har gjort en direkt observation av föremålet i fråga(*). Nu vill jag poängtera att mörk materia - en idé som existerat sedan 30-talet - inte är en perifer teori som man hipp som happ kan ersätta med någonting annat: Effekten är ovedersägligt fastställd - det är någonting konstigt som pågår där ute i universum, på galaxskala. En av de mest intuitiva förklaringarna av denna effekt är just existensen av mörk materia, som, vad jag vet, inte innehåller liknande inkonsekventa element som eterkonceptet gjorde. Dessutom är den mörka materien inympad i en mängd olika modeller för diverse astronomiska fenomen (som universums expansion och galaxbildning) vars resultat överensstämmer tämligen väl med observationer. Men fram tills vi verkligen lyckas observera partiklarna som utgör den mörka materien bör vi nog vara lite försiktiga med uttalanden om vad vi känner till om vårt universum (och det här gäller definitivt också för den mörka energin, jeez). Ovanstående studie bara understryker värdet av denna inställning.
(*) Här kan man såklart diskutera vad katten en “direkt observation” av någonting egentligen är, men den diskussionen glider jag smidigt undan.
(Source: nicholasgurewitch)
Jag försvarade min avhandling i fredags (13/4). Det var svettigt, men trevligt (efteråt). Så om någon känner för att hänvisa till mig som doktor i astrofysik så är det helt okej från och med nu.
(Tack till Berry Holl, som fotade.)
2008 kablades det ut att en infraröd bild hade tagits av en planet i omloppsbana kring stjärnan Fomalhaut. Nyligen försökte man än en gång avbilda planeten, men det visade sig inte gå så bra. Frågan är vad man tog en bild av 2008, kanske var det bara en tät ansamling stoftrester som något år senare hade upplösts.
Det där med exoplanetsforskning är hett just nu, mycket på grund av de genombrott med diverse högprecisionsmätningar av intensiteter och våglängder av stjärnljus som har gjorts under de senaste två decennierna. Det är rent generellt peppande, men vad jag känner mig mindre peppad inför är alla dessa nyheter av “första upptäckten av…”-karaktär som har dykt upp i kölvattnet av den intensiva exoplanetsforskningen som just nu sker. Som exempel skulle jag vilja nämna sökandet efter specifika ämnen i exoplaneternas atmosfärer.
Hur letar man efter vattenånga i atmosfären hos en planet som befinner sig i ett annat solsystem? Jo, en metod kan vara att undersöka ljuset från stjärnan som planeten är i omloppsbana kring. När planeten råkar hamna precis mellan oss och dess stjärna kommer intensiteten hos ljuset från stjärnan att minska. Minskningen beror (bland annat) på hur stor planeten är i förhållande till stjärnan - ju större planet, desto mer förmörkar den stjärnan.
Vad händer om vi undersöker intensiteten hos specifika våglängder av stjärnljuset? I nedanstående (rätt så schematiska…) bild tänker vi oss hur det skulle kunna se ut om man kollar på ljuset genom ett rött respektive violett färgfilter:
Den färgade bollen är stjärnan, och den svarta är planeten som befinner sig mitt framför stjärnan. Planeten har vi ritat som svart eftersom den inte sänder ut något eget ljus, eller i varje fall väldigt lite. Men varför ser planeten större ut i det röda färgfiltret? Jo, i det här fallet råkar planetens atmosfär bestå av atomer och molekyler som absorberar mycket ljus av just röda våglängder, medan atmosfären är praktiskt taget genomskinlig för violett ljus. Följaktligen kommer bestämningen av planetens radie att variera lite beroende på i vilken våglängd vi undersöker ljuset. För vilken våglängd som vi har absorption kommer dessutom att variera beroende på vilket ämne som befinner sig i atmosfären. Genom spektroskopiska mätningar och beräkningar här på jorden vet vi exakt vid vilka våglängder som radien bör se mindre och större ut för olika ämnen.
Det bör kanske påpekas att ovanstående är ett övertydligt tankeexempel - dels finns det ingenting som säger att större delen av absorptionen bör ske för röda våglängder, även om många vanliga molekyler har hög absorptionskoefficient i den infraröda delen av spektrumet, dels brukar inte skillnaderna i radie vara så stora som i bilden ovan. Det handlar om mycket små, subtila skillnader i radie som kräver mycket noggrann analys för att upptäcka. Men i vissa fall har man lyckats att hitta specifika signaturer för vissa ämnen; bland annat upptäckte Charbonneau et al. år 2001 natrium i atmosfären hos exoplaneten HD 209458b.
2007 publicerade Tinetti et al. en artikel i Nature där man utannonserade den första detektionen av vattenånga hos en exoplanet, i det här fallet HD 189733b. Man observerade intensiteten för två olika våglängdsband i infrarött och, tillsammans med ytterligare en mätning från en annan forskargrupp, tolkade resultatet som att intensitetsskillnaderna berodde på vattenånga. Sannolikt finns det vattenånga i denna atmosfär, men man kan notera att två andra studier - varav en analyserar data från samma mätning som Tinetti et al. - dragit andra slutsatser. Nedanstående graf är tagen från en av dessa studier (som finns på nätet som preprint hos arXiv), utförd av Désert et al.:
Här jämförs de olika mätningarna och analyserna av exoplaneten med varandra. y-axeln visar uppmätt radie och x-axeln visar våglängd på strålningen. Som synes skiljer sig de olika analyserna från varandra, särskilt för punkten runt 3.5 mikrometer, som råkar vara den punkt vars intensitetsdipp Tinetti et al. ansåg vara signifikant för vattenånga. (Mätpunkterna från Tinettis artikel är de två i blått.) Utan att vara jätteinsatt i ämnet, är jag inte övertygad om att vad man observerade 2007 verkligen var vattenånga.
Ett annat exempel kan vi hitta i studier av exoplaneten XO-1b, som en artikel av Tinetti et al. från 2010 har publicerat mätningar av. Intensitetsvariationerna här tolkar författarna som signaturer från vattenånga, metan och koldioxid. Slutsatsen kan illustreras med följande graf, som finns i preprintet hos arXiv:
De svarta punkterna är mätvärden och den röda linjen är datorberäkningar av hur intensiteten borde se ut, givet en planetatmosfär som består av just dessa ämnen. Observationerna och beräkningarna ser ut att stämma ruggigt bra med varandra. Problemet är bara att en mycket intressant undersökning av olika exoplanetsmätningar, publicerad 2011 av Gibson et al., försökte reproducera resultatet av Tinetti-gruppens mätningar, vilket resulterade i följande graf (som även den finns på arXiv):
De gråa punkterna är mätvärdena från Tinetti-artikeln (samma värden som i grafen ovan alltså), medan de röda punkterna representerar samma data (alltså från samma observationer som Tinetti et al.), fast analyserad på ett något annorlunda sätt. Som synes överensstämmer dessa två analyser föga med varandra, och någonting är således att betrakta som skumt. Frågan är vad?
Som sagt, utan att vara insatt i ämnet, så vill jag våga mig på en gissning (som råkar vara detsamma som Gibson et al. nämner i sin artikel): Vad man gör när man försöker mäta upp signaturer från molekyler som vattenånga och metan är att trycka mätinstrumenten till sin maxkapacitet. De signaler från molekyler som man letar efter råkar tyvärr vara av samma storlek som de signaler som uppkommer på grund av instabiliteter och systematiska fel i själva instrumenten. Kort sagt - instrumenten är inte riktigt gjorda för den precision som krävs. Analysen av datan måste ta alla dessa instrumentdefekter(*) i beaktande, och eftersom man inte har full koll på alla knasigheter i instrumenten och behandlar dessa lite olika i analysen, så landar man på radikalt skiljda resultat beroende på analysmetod. Metoden som sådan är verkligen inte meningslös - se exempelvis på upptäckten av natrium från 2001 som vilar på stabil grund - men man kanske i nuläget måste använda den på de allra mest ljusstarka och mest stabila stjärnorna, för att leta efter de allra mest starka absorptionsdipparna bara hos vissa väl valda molekyler och atomer.
Vad jag rent generellt vill komma till är en skepsis mot uttryck som “första upptäckten av…”. Ofta är första upptäckten av någonting resultatet av en mätning som är behäftad med många osäkerheter, annars skulle någon redan ha hunnit utföra observationen för länge sedan. Ibland visar sig vad man trodde vara första upptäckten av någonting bara vara ett mätfel. Därför är det viktigt att vänta på uppföljande studier, och vara medveten om vetenskapen som en kollektiv verksamhet där resultaten från flera forskargrupper tillsammans skapar en bild av hur det vi kallar verkligheten ter sig.
(*) Att kalla det “defekt” är egentligen fel, ungefär på samma sätt som att det är fel att kalla en cykel defekt för att man inte kan flyga med den.