Kortfattat: Spela för vetenskapen

Det brukar påstås att man inte lär sig förstå kvantfysik, man vänjer sig vid den. Därför kan det låta lite märkligt att någon försöker använda sig av vanliga människors intuition för att lösa kvantfysikaliska problem. Ändå är det precis det ett antal forskare på Århus Universitet har gjort. I en artikel i tidskriften Nature beskriver de hur utvecklat ett spel kallat QuantumMoves där användaren med hjälp av olika strategier ska flytta en atom mellan olika positioner. Kruxet är att atomen inte är en liten rund kula som i kemin på högstadiet, utan en kvantpartikel som kan hamna i olika energitillstånd beroende på t.ex. hur fort man flyttar den. Atomens energitillstånd illustreras med hjälp av kvadraten på dess vågfunktion, som beskriver sannolikheten för att man ska hitta atomen på en viss position och i ett visst tillstånd. I spelet ser den här vågfunktionen väldigt mycket ut som en vätska som skvalpar omkring. Målet är att flytta atomen och samtidigt få den att hålla sig kvar i ungefär samma tillstånd, d.v.s. vätskan ska skvalpa så lite som möjligt.

Att få folk att hjälpa till med vetenskapliga problem genom att göra spel av dem är inte ett helt nytt koncept, det har t.ex. tidigare använts för att få fram proteinstrukturer, men detta verkar vara första gången man försökt använda det för kvantfysik. Enligt artikelförfattarna var det också tämligen framgångsrikt, på så sätt att spelarna hittade effektiva metoder att flytta atomerna. I slutändan är meningen att den här informationen ska kunna användas för att konstruera en kvantdator.

Färg, färg på väggen där...

Nu har det varit jul och man skulle kunna tro att jag tagit mig tid att skriva något djuplodande om bariumzirkonat och bränsleceller. Istället har jag ägnat mig åt att måla väggarna i hallen rosa, vilket fick mig att tänka på ett annat roligt fenomen: icke-newtonska vätskor. (Om du inte tycker att icke-newtonska vätskor verkar kul, kolla här.)

Fenomenet som visas i klippet ovan kallas shear thickening (skjuvningsförtjockning). Vätskan som de går på är en blandning av majsstärkelse och vatten. När man rör i den långsamt beter den sig som en vanlig vätska, men om man rör i den snabbt (eller hoppar på den) ger den inte efter utan beter sig som ett fast material. Detta beror på att majsstärkelsen bildar små korn som stöter bort varandra. När man rör långsamt i vätskan är kraften man utövar på kornen mindre än den repulsiva kraften mellan dem, så de glider undan. När man rör med hög hastighet utöver man en större kraft och får kornen att röra sig snabbare. De kan då krocka med varandra och packas ihop, vilket gör att vätskan känns hårdare.

En vätska som består av ett lösningsmedel, till exempel vatten, och en eller flera sorters partiklar kallas en kolloidal suspension eller en kolloidal lösning. Det är inte alla lösningar som är kolloidala - partiklarna i lösningen ska vara betydligt större än molekylerna i lösningsmedlet men fortfarande så små att de kan påverkas av hur molekylerna rör sig (större än en vattenmolekyl men mindre än en fotboll, som en föreläsare jag haft uttryckte det).

Motsatsen till skjuvningsförtjockning är skjuvningsförtunning, att en vätska flyter lättare när man påverkar den med en större kraft. Det var det som fick mig att tänka på de här fenomenen när jag målade eftersom det är en egenskap man gärna vill att målarfärg ska ha: Den ska vara "tunn" och lätt att smeta ut när man bearbetar den med penseln (stor kraft) men inte rinna nerför väggen när den väl strukits på (liten kraft). När man rör snabbt i vätskan kan partiklarna flytta sig för att hitta en position där de får låg energi, vilket gör att vätskan blir mer lättflytande. Rör man däremot långsamt hinner partiklarna knuffas tillbaka till sina utgångslägen av termiska (temperaturdrivna) rörelser i vattnet. Då känns vätskan tjockare.