Klassiska experiment!

Det finns en kampanj på gång just nu, under hashtagen #hurvetdudet? — poängen är tydligen att få en vetenskapsförankrad debatt och bättre diskussionsfrågor inför valet. Men jag tycker att frågan nästan alltid är relevant, och särskilt när det handlar om vetenskap. Det är ju i den frågan hela vetenskapen gömmer sig, liksom!

I ljuset av den frågan är det roligt att gå till rötterna, till de där klassiska experimenten som sägs ha avgjort viktiga frågor. Ofta visar det sig att experimenten hade en lite annan tolkning och betydelse i sin samtid än de har fått i historieskrivningen efteråt. Samtidigt rymmer de väldigt mycket av den där nyfikenheten på världen. Hur vet vi egentligen att jorden är rund? Hur vet du det, kan du vara helt säker? Det går ju att testa, och någon har gjort det. Först famlande, sen allt säkrare och noggrannare.

För att få grotta ner mig i sånt införde jag inslaget Klassiska experiment i Forskning & Framsteg. Där har jag återbesökt ganska olika typer av klassiska experiment. Jag har gått tillbaka till originalkällor i möjligaste mån, och försökt ta reda på hur de här sakerna ursprungligen gjordes. Sen har jag förstås inte skrivit en akademisk uppsats, utan något ganska kort och snärtigt som ska vara begripligt för var och en som är nyfiken.

Nu har vi haft två nummer helt utan klassiskt experiment. Det har märkligt nog inte blivit någon folkstorm. Men hur som helst tänkte jag att det kunde vara kul att samla länkarna till dem jag har gjort hittills, ifall nån skulle vilja grotta ned sig i sånt här.

Rutherford och alfastrålningens gåta — hur gjorde Ernest Rutherford för att ta reda på vad alfastrålarna bestod av?

Galileo och fallet från det lutande tornet — det mest berömda experiment som antagligen inte genomförts.

Så lyckades Henry Cavendish väga jorden — hans experiment var ett av dem vi fick göra i den första mekanikkursen på universitetet.

Så plockade Newton isär regnbågen — men däremot gjorde han nog inte det där med att sätta ihop ljuset så att det blev vitt igen. (Och för övrigt håller optiken på det där skivomslaget inte riktigt för närmare granskning. Men men.)

Wilsons moln på burk — inte visste han att det skulle bli en partikeldetektor!

Hur fick månen sina märken? — inte riktigt som Robert Hooke trodde, trots bra experimenten.

Bråk om hoppande grodben födde två nya forskningsfält — och spelade viss roll för bakgrunden till romanen Frankenstein.

De här sakerna har varit så fint utformade i tidningen. Mycket av den känslan går förlorad när man läser detta på nätet. Men texten finns ju, och själva innehållet är hoppeligen intressant hur som helst.

Annonser

Kan jag övertyga någon om att bry sig om atomfysik?

En lång stund sitter jag och skriver, helt absorberad. Det är spännande, det här ämnet! Ord läggs till ord. Lite svårt att foga ihop dem till en helhet, men det kommer, det kommer.

Så tittar jag upp och tar en paus. Jag måste, om inte annat för att släppa ner axlarna och sträcka på kroppen ibland. Då slår självtvivlet till. Det kommer inte att FUNKA! Ingen bryr sig om atomfysik. Jag har för knöliga metaforer. Mitt sätt att skriva är fel, själva rytmen i meningarna kommer att kastas ut av nästa språkgranskare och redaktör som tittar på det. Vad är det för mening med att ens fortsätta?

Egentligen vill jag ju bara förklara den där coola fysiken. När jag har tänkt på något och frågat ut människor och känner mig jättefascinerad, då vill jag dela med mig av det. Ge en liten aning om något som de flesta inte känner till. Visa på att det faktiskt till och med går att förstå sig på själva grundidéerna. Jag vill ta med mig läsaren in i de hemliga rummen, in i laboratorierna där så få sätter sin fot, men också dela med mig av någon aha-upplevelse. In i materien, ut i rymden!

Egentligen sitter jag på exakt rätt position för att kunna göra detta. Jag är för sjutton fysik- och astronomiredaktör på Forskning & Framsteg — något som ofta slår mig som något orimligt fantastiskt. Men så kommer de där inre rösterna. Det är så extremt lätt att tänka mig människor som suckar och lägger tidningen åt sidan. Som säger att snälla du, sånt här begriper jag mig inte på och inte är jag intresserad heller. Och sedan tänker jag på alla mina förebilder som skriver så fantastiskt och medryckande och underbart, och tycker att mina egna famlande försök blir så löjliga i jämförelse.

Det är då jag börjar trampa runt och hitta något annat jätteviktigt som säkert behöver göras först. Eller också stänger jag av nätanslutningen och tvingar mig själv att stirra på texten medan stressklumpen växter i magen. Det måste ju bli något. Måste.

Astronautgener och andra fallgropar i att berätta om forskning

För ett par veckor sedan såg jag plötsligt i mitt flöde en massa rubriker om astronautgener. Det här hade att göra med en studie där NASA jämför astronauten Scott Kelly med hans enäggstvilling Mark efter att Scott tillbringade ett år i rymden. Hur den här saken tog skruv i medierna är intressant både för att det knyter an till min gamla fundering om när något blir en nyhet, och för att det säger viktiga saker om svårigheterna med att berätta på ett riktigt och begripligt sätt om nya och lite krångliga saker.

Det hela började med ett pressmeddelande från NASA från 31 januari. Observera datumet, det här låg ute rätt länge. Sedan plockades det upp av Newsweek den 9/3, med rubriken ”Scott Kelly: NASA Twins Study Confirms Astronaut’s DNA Actually Changed in Space”. Därifrån togs det upp av CNN med flera. Men också av Scott Kelly själv, som skojade på twitter om att han inte längre behövde kalla Mark för sin ”identical twin” som det heter på engelska. Därifrån spred sig den här saken vidare, och tydligen tog även SVT upp den här saken i Rapport (men jag har inte lyckats leta upp det inslaget).

What? My DNA changed by 7%! Who knew? I just learned about it in this article. This could be good news! I no longer have to call @ShuttleCDRKelly my identical twin brother anymore. https://t.co/6idMFtu7l5

— Scott Kelly (@StationCDRKelly) March 10, 2018

https://platform.twitter.com/widgets.js

Men vad var det alltså som hade hänt med ”rymdgenerna”? Hur påverkades Scott Kelly? Kan gener bara ändra sig, så där, och kroppen fortsätter att fungera? Jag som inte kan jättemycket biologi (mitt område är fysik) undrade vad det var som faktiskt hade hänt i Scott Kelly. Jag frågade också en person som kan en del om biologi, som läste det där NASA-pressmeddelandet och inte heller förstod vad det här faktiskt betyder.

Lärdom 1: den som skriver ett pressmeddelande vet inte alltid vad det är som är svårt att förstå. Om inte ens folk som faktiskt vet något om hur kroppen fungerar kan dechiffrera innehållet är det tyvärr inte alls bra. Det här är en av mina käpphästar: en text måste funka för olika sorters förförståelse, och den som kan ämnet måste kunna koppla det som står till sina kunskaper. Annars hänger informationen liksom löst. Jag vet att inte alla håller med mig om detta, de tycker att det enda viktiga är att de som inte har så mycket förkunskaper ska kunna få ut något av en text. Det här exemplet tycker jag illustrerar varför det är dumt.

Hade jag rotat lite mer hade jag kunnat gå till botten med vad det var med de här generna, för NASA gjorde redan förra året en rätt så begriplig video om saken. Men nu ryckte jag mest på axlarna och struntade i det så länge. Senare råkade jag snubbla på rubriken Astronauts Mark and Scott Kelly Are Still Identical Twins, Despite What You May Have Read från New York Times. Den gav mig en liten bekräftelse på att det inte var så konstigt som det först lät, det hade visst att göra med ”gene expression”. Vad ”gene expression” är var förstås fortfarande diffust för mig. Men det var först i morse när jag läste en krönika av Agnes Wold i Fokus som jag fick en förklaring som jag tyckte att jag förstod: det var inte Scott Kellys DNA som hade skrivits om av rymdmiljön, utan det som hade ändrats var vilka gener som är aktiva respektive inaktiva. (Bra krönika, men den ligger bakom betalvägg, så du får köpa tidningen om du vill läsa den.) Sitt DNA har han kvar. Då så.

När NASA märkte vartåt det här var på väg lade de till en anmärkning i början av sitt pressmeddelande (vilket du redan har märkt ifall du klickade på länken ovan).

Mark and Scott Kelly are still identical twins; Scott’s DNA did not fundamentally change. What researchers did observe are changes in gene expression, which is how your body reacts to your environment. This likely is within the range for humans under stress, such as mountain climbing or SCUBA diving.

Det var detta New York Times refererade till. Personligen tycker jag att detta inte är en särskilt bra förklaring av vad ”gene expression” är för något. Agnes Wold gjorde det betydligt bättre. Men NASA har alltså gjort det ganska rimligt också i videon jag nämnde. Där sägs det tydligt att det som hänt är att ”tusentals gener ändrar hur de slås av och på”. Det intressanta att denna video ligger överst i Newsweek-artikeln, så den som började i den änden hade kunnat ta till sig informationen redan där. Men som vanligt är det mest rubrik och ingress som folk tar till sig, uppenbarligen även somliga rätt rutinerade journalister. Och det var förstås så hela cirkusen började.

Lärdom 2: fråga inte bara ”hur vet du/han/hon/de det?” (det är där hela grejen med vetenskap finns!) utan också ”vad betyder det här egentligen?”. Det är nyckeln till att faktiskt förstå nånting.

”Förklara!” Hmm…

”Vi hoppas att hon förmår
förklara så att vi förstår”

Ungefär nåt sånt hade mina klasskompisar diktat ihop till beskrivningen av mig i skoltidningen när vi gick ut gymnasiet. Min kompis Koffe gjorde vid något annat tillfälle en sorts imitation av mig där han ritade upp en trasselsudd av tanketrådar i luften med många komplicerade handgester.

Det hemska är att jag fortfarande är sådan. Något har fängslat mig och jag har gått och tänkt på det för mig själv. Så möter jag en annan människa och vill berätta hur fantastiskt häftigt och intressant detta är. Responsen är ofelbart antingen en glasartad blick och ursäkter att tala om annat, eller också en vänlig förklaring av att det där nog är bra men det inte går att hänga med i min förklaring riktigt.

Jag gör mig helt enkelt inte så bra i realtid. Jag behöver klura och putsa och jobba och vända och vrida på ord och formuuleringar. Ibland behöver jag dessutom visa det för nån som säger vad som är krångligt så att jag får gå tillbaka och mangla ut skrynklorna i texten en gång till.

När blir något en nyhet? Exemplet ‘Oumuamua

”Varför publicerar vi det här just nu?” Det är en fråga jag har fått lära mig att ställa. Den kan vara mer eller mindre viktig, men i stort sett värderas det högre att prata om något som är aktuellt än om något som hände någon annan gång. Någon form av aktualitetskrok behövs.

Jag brottas ofta med det där, för det finns så mycket som jag vill berätta om därför att jag själv tycker att det är häftigt. Inte för att det finns något nytt med det, nödvändigtvis. Det går förstås att skruva till saker så att de blir en nyhet. (Eller att börja med en nyhet och sen tappa bort nyhetskroken för att det fanns intressantare delar i det hela. Jo, jag har gjort så. Jag säger inte att det är bra.) Men igår började jag i alla fall tänka på det igen. Plötsligt började människor omkring mig på redaktionen mumla om ”rymdsensation”, och ”alla pratar om den där asteroiden idag”. Men vad nu! Det var ju min nyhet, som jag gjorde redan förförra veckan! Det var ovanligt för mig, att ha osynk med nyhetsflödet genom att ligga före, snarare än att ligga efter.

Vad handlar det om? Den 19 oktober upptäcktes en asteroid som gjort en snäv sväng ganska nära solen, och nu var på väg bort igen. Det intressanta var att dess bana låg helt utanför planet där planeterna och de flesta av solsystemets egna asteroider och kometer kretsar. Den hade en ovanligt hög hastighet också. Så hög att den inte kan vara bunden i solsystemet, utan måste komma någon annanstans ifrån. En besökare från en annan stjärna!

Det är väldigt häftigt. Sådana besökare finns i vår närhet kanske tio gånger om året, enligt beräkningarna, men ingen har tidigare lyckats få syn på en.

Kring den 26 oktober, när jag fick två pressmeddelanden om upptäckten (via AAS, American Astronomical Society), var jag tyvärr upptagen med annat och hann inte skriva något. Sedan kändes det hela gammalt och redan gjort, och jag funderade på om jag skulle göra något bara till tidningen. Då råkade jag se på twitter att det fanns en ny grej: asteroiden hade fått ett namn och hette nu ‘Oumuamua. Bra! En nyhet! Så skrev jag om den då.

Fast sen visade det sig att det var igår saken fick genomslag. Då hade en studie publicerats i Nature, och det kom ut glassigare pressmeddelanden med fina bilder. Nasa gjorde en liten film. Då gjorde kvällspressen sin grej, och bekantas bekanta plockade upp olika tagningar och spred i sociala medier. (Hrmpf. De borde såklart ha delat min notis också, tycker jag! Gjorde jag den inte häftig nog?)

Det här är ganska intressant när saker som egentligen har gjorts vid något tidigare tillfälle plötsligt blir omtalat. Nyhetskroken som gör att medier väljer att publicera vid ett visst tillfälle kan vara att något sådant har publicerats i en vetenskaplig tidskrift — eller kanske bara att ett universitet har skickat ut ett pressmeddelande om en avhandling som publicerades tidigare samma år. Något händer som puffar upp det på agendan, även om det råkar vara lite godtyckligt vad och när. Och även om de som är insatta i en viss fråga tycker att det är gammal skåpmat.

Så vad är själva nyheten? När ett nytt fenomen presenteras är nyheten för de flesta att fenomenet alls finns. Upptäckten. Nya rön kan tillkomma, och ge en ursäkt att publicera, men det är ändå inte det som går fram. I det här fallet var det asteroidens form som var det nya som kom fram i Nature-publiceringen. För de flesta var det nog ändå asteroid från annat stjärnsystem som var grejen.

Jag är på det stora hela väldigt nöjd med att jobba i ett ganska långsamt medium, där det inte spelar så stor roll exakt vilken dag jag pratar om saker. Det som är häftigt är häftigt varje dag, inte bara när surr uppstår. Men jag tycker också att det är kul att vara med när andra pratar om sådant jag vet något om. Jag måste nog trots allt försöka jobba lite på det.

Kraft i arm och fysikförståelse i barm

— Med kraft, helt enkelt.

En medpassagerare visade mig hur jag skulle stänga dörren till min kupé, som var förankrad i öppet läge för att inte stå och slå när tåget krängde. Det visade sig att den satt fast i väggen med en magnet, och jag hade bara inte tagit i tillräckligt för att lossa den.

Jag tänkte på den där repliken nu när jag läste om hur Newton började definiera fysikens begrepp. Kraft, massa, rörelsemängd, tröghet, och så vidare. Alla sådana ord har nu sin precisa betydelse inom facket, och kopplas till matematiska symboler som används för att beskriva deras relation till varandra. Men så var det inte på 1600-talet. Då fanns bara de vanliga, vardagliga betydelserna. Med kraft! Du tar i, och det känns!

Men kraft är fortfarande svårt, mer än trehundra år efter Newtons Principia. Inte minst just därför att vi har det där vardagsbegreppet i bakhuvudet hela tiden.

Tänk dig att du sitter i en slänggunga i en gammaldags karusell. Snurrar den tillräckligt fort svänger du mer utåt, högre upp och längre från mitten. Det är som om en kraft drar i dig, och vill pressa dig ut från karusellens mitt. Men Newton ser det på ett annat sätt. En kraft är något som förändrar en rörelse, bromsar den eller snabbar upp den eller får den att ändra riktning. Din kropp fortsätter rakt fram, ända tills den påverkas av en kraft. Det är karusellgungan som först drar i dig så att du får upp farten, och sedan håller fast dig inåt, och hindrar dig från att flyga iväg. Skulle kedjorna gå av skulle du snabbt fortsätta bortåt. Inte rakt ut från karusellens nav, som du skulle ha gjort om det faktiskt fanns en yttre kraft som drog dig utåt. Nej, du skulle flyga iväg längs tangenten — i en rät linje med just den riktning och hastighet som du hade när kedjorna brast. Det du känner är ändringen i rörelsen — det som hindrar din rörelse från att vara likformig, att behålla samma riktning och fart.

Det tankesprång Newton gjorde var att koppla ihop månens rörelse kring jorden med äpplets fall. Äpplet faller till marken. Hur stark behöver kraften som håller fast månen i sin bana egentligen vara? Om månens bana styrs av samma kraft som drar äpplet till marken — gravitationen — stämmer styrkan? Kraften borde avta som kvadraten på avståndet, om inte annat av geometriska anledningar: ett föremål sett på dubbelt så långt avstånd ser en fjärdedel så stort ut. Samma minskning borde gälla en kraft som strålar utåt och på dubbelt så stort avstånd ska verka över fyra gånger så stor yta. Newton räknade på den rörelseförändring (allså kraft) som behövdes för att hålla fast månen i sin bana och fann att den stämde överens med hur äpplet föll till marken, med hänsyn taget till att månen är så mycket längre bort.

Jag tror att nutida vetenskapshistoriker misstänker att Newton fuskade lite med beräkningarna, för att få resultet att stämma trots att han inte hade så bra mätningar. Men det minskar inte det effektfulla i att dra slutsatsen att gravitationen är universell, och att samma kraft påverkar alla kroppar i världsalltet.

Men det kan fortfarande vara lite förvirrande. Äpplet faller ju faktiskt nedåt. Varför faller inte månen ned? Här känns det som om det vore fint med en centrifugalkraft ändå, en utåtriktad kraft som skulle hålla kvar månen på himlen. Och sen har vi hört i skolan om Newtons tredje lag, att varje kraft har en lika stor och motriktad kraft. Om jorden drar i månen, måste det inte finnas en till kraft som drar i månen åt andra hållet för att det ska stämma?

Nja. Nej.

Kraft och motkraft, det stämmer. Men motkraften i det här fallet är månens dragningskraft på jorden. Lika mycket som jorden drar i månen drar månen tillbaka. Månen har också massa, och tyngdkraften fungerar åt alla håll, mellan alla föremål med massa.

Dessutom faller månen faktiskt. Det är bara det att den till skillnad från äpplet missar jorden. Kanske har du någon gång sett en klassisk förklaring till det här med omloppsbanor, med en kanon på ett berg. Om kanonkulan lämnar mynningen med rätt liten hastighet faller den ned en bit bort. Med lite högre utgångshastighet når den marken längre från kanonen. Och eftersom jorden är rund kommer den kanonkula som skjuts iväg tillräckligt hastigt för att följa jordens krökning att missa jorden helt och hållet, och färdas hela vägen runt. Det är den delen av farten som är riktad längsmed jordytan som är nyckeln. Så länge inget bromsar i framåtriktningen måste kanonkulan fortsätta. (I praktiken blir det problem med luftmotstånd, men i vi kan ju tänka oss att kanonen står på ett berg som sträcker sig utanför atmosfären.) Tyngdkraften ändrar då riktningen på rörelsen, men den bromsar inte farten.

Det är samma sak med månen. Den faller, runt runt, varv på varv. Rymdstationen också. Och jorden runt solen. Allt som befinner sig i en omloppsbana gör det genom att falla och missa. Rymden är stor, och det är rätt osannolikt att två kroppar ska befinna sig precis på kollisionskurs. De drar i varann, men passerar på tryggt avstånd. Den enda kraften i sammanhanget är gravitationen!

Tricket för att se hur det funkar är att tänka på att i fysiken är kraft något som ändrar en rörelse. För rörelser fortsätter annars i samma riktning och med samma fart, utan att ändras. Det skrev jag om i texten ”Är du trög eller?” här på bloggen för ett tag sen. Kika gärna på den också!

***

Sen kan folk ibland tänka ett varv extra, och komplicera bilden en smula. Som i den här XKCD-serien. Men det här med att lösa ekvationer i speciella koordinatsystem är ändå inte till hjälp för den som bara vill få ett grepp om det där med månen och äpplet, så jag undviker att gå in på de där resonemangen.

Diverse rymdiga grejer

Det händer mig ganska ofta att jag har öppnat en rad med flikar i min webbläsare, med intressanta saker som jag tänker att jag vill titta på igen eller läsa noggrannare. När jag satte igång att rensa några såna tyckte jag att en rad av dem var ganska fint tematiskt länkade, i en serie om rymdfart och rymdteknik och lite astronomi på kanten. Här kommer de, pplagda i en sorts crescendo från jorden och bortåt, ifall nån annan också kanske skulle tycka att det är kul.

Nästa år är det tänkt att det nya James Webb Space Telescope (JWST) ska skickas ut i rymden. Många sätter hopp till JWST för till exempel att försöka få fram detaljer från atmosfären på de nyupptäckta planeterna kring stjärnan Trappist-1. Vad jag inte visste var att Hubbleteleskopet kanske kan behöva repareras för att fungera som komplement — och som backup ifall något går fel med JWST. Det säger i alla fall Universe Today, och berättar samtidigt om den nya farkosten Dream Chaser, som jag faktiskt inte kan påminna mig om att jag hört om tidigare. Den är en sorts rymdflygplan, mindre än den gamla rymdfärjan, som ska kunna ta människor till och från omloppsbana. Mer om Dream Chaser finns bland annat på Space.com. Fast jag undrar lite hur det går med den, det är inte alla planer som blir av i slutänden.

Ett annat rymdföretag, som är mer känt för allmänheten, är SpaceX. Som många redan har hört den här veckan tänker Elon Musk skicka ett par rymdturister kring månen (utan att landa alltså) redan 2018. rymdfartskännaren Ariel Waldman har pratat i australiensisk radio om SpaceX månfärd, och säger som många andra: vi får väl se hur det går.

Men Elon Musks planer knyter tydligen an till andra nya tongångar. Att Donald Trump har uttryckt månfartsambitioner snappade jag inte upp förrän i en krönika från Spektrum der Wissenschaft. Föregångaren Barack Obama talade om månen som något som redan är gjort och ville sikta direkt på Mars, men nu är det nytt ljud i skällan. Krönikören i Spektrum uttrycker sig lagom reserverat. Men frågar också: behövs det galningar och oförnuft för att alls få ihop någon ny fas av mänsklig rymdfart?

Elon Musk och andre entusiaster siktar ju på att i längden etablera mänskliga kolonier, med bofasta människor, på andra platser i solsystemet. Jag har inte sett tv-serien The Expanse (än), men via den här artikeln om hur solsystemet har koloniserats i seriens universum fick jag nys om boken Beyond Earth: Our Path to a New Home in the Planets, som verkar kul. Där driver författarna tydligen tesen att det är bland asteroiderna och på Jupiters månar som möjligheterna finns, snarare än på Mars.

Blickar vi ännu längre ut i rymden kan det handla om att utforska andra stjärnsystem. Rymdsonderna Voyager 1 och 2 fyller snart 40 år i rymden, men de har knappt tagit sig utanför solsystemets gräns. Breakthrough Starshot är kanske det första projektet att någorlunda realistiskt sikta på att skicka sonder till en annan stjärna och få information tillbaka därifrån. Idén är alltså att skicka en svärm av små och lätta miniatyrsonder som ska skjutas iväg på en laserstråle. Nature hade nyligen en rätt fin artikel om vad som krävs för att lyckas med det här projektet. Den är värd att läsa för den som inte har satt sig in i projektet. Det verkar möjligt att få sonderna dit, men att skicka tillbaka en bild är svårare.

Längre bort än så sträcker sig inte mina lästips just idag. Men det kanske räcker så.