Sånt man trodde man visste

För en dryg vecka sedan var det vårfest med mat, mingel och quiz pǻ mitt jobb. Eftersom vi är en fysikinstitution så handlade en del av frågorna i quizet om fysik - sån där vardagsfysik som vi alla tyckte att vi kunde.
Tänk så fel man kan ha.

Några av de här frågorna gav upphov till ganska livliga diskussioner. Det var också de frågorna där ett av svarsalternativen var det som står i fysikböcker på grundskolan - och det svarsalternativet var inte rätt. Därför tänkte jag diskutera några av frågorna här. Den första är:

Föremål från rymden värms upp när de kommer in i atmosfären för att:
    a. De trycker ihop luften framför sig
    b. De gnids mot luften (friktion)
    c. De är varma på grund av kosmisk strålning och luften isolerar dem.

Alternativ c kan uteslutas ganska lätt. Hur varmt ett föremål från rymden är torde mest bero på hur långt det är till närmaste stjärna och om det är i skuggan av nåt eller inte. Även om ett föremål från rymden (en sten, till exempel) skulle vara upphettat av den kosmiska strålningen så skulle det vara mer välisolerat, och därför förbli varmare, i vakuum. I vakuum kan stenen nämligen bara kylas ner genom att den strålar ut värmestrålning. I atmosfären kan den, förutom att ge ifrån sig strålning, också göra av med värmeenergi genom att luftmolekyler krockar med den och då kan ta med sig en del energi bort från stenen.

De andra två alternativen kan kräva lite mer eftertanke. Alternativ b är så vitt jag minns det som står i fysikböckerna i grundskolan. Man tänker sig att när molekylerna i luften krockar med stenen så bromsas den ner och rörelseenergi omvandlas till värme. Det låter ju ganska rimligt, men eftersom det är ganska långt mellan molekylerna i luften (framför allt på hög höjd) så kan man fråga sig om effekten verkligen är tillräckligt stor för att förklara att de flesta meteorer hinner förångas innan de når jordytan.

Rätt svar var alltså alternativ a. Sambandet mellan tryck, volym och temperatur i atmosfären beskrivs på ett ungefär av den ideala gaslagen
pV=NkT
där p är trycket, V volymen, N antalet partiklar och T temperaturen. Om vi antar att antalet partiklar är konstant så ser vi att det finns två sätt att höja temperaturen: vi kan öka volymen eller öka trycket (eller göra både och, eller minska det ena och öka det andra i lagom grad, men låt oss göra det lite lätt för oss). Eftersom luften framför meteoren sannolikt har gott om plats att flytta på sig kan vi anta att den håller sin volym ganska konstant. Däremot kommer den att krocka med den framrusande stenen vilket leder till en ökning av trycket, och alltså också en ökning av temperaturen. En del av denna temperaturökning kommer att överföras till stenen genom alla krockande molekyler, och så blir stenen varm.

Det ska tilläggas att några jag pratade med efter quizet tyckte att alternativ a och b egentligen inte gick att skilja åt eftersom de båda handlar om vad som händer då stenen krockar med molekyler i atmosfären, tryckökningen kan ju ses som en effekt av friktion. I alla fall får man nog tänka sig att man får ett bidrag från båda effekterna, men att alternativ a är det som dominerar. 

Åter från konferensen

Förra veckan var jag på konferens i Strasbourg, Frankrike. Det var en stor konferens (ca 3000 deltagare) som arrangerades av European Materials Research Society. Det var på många sätt väldigt intressant och trevligt, jag fick till och med hålla en presentation - fast inte för alla 3000 utan för en mycket, mycket mindre grupp i ett symposium tillägnat protonledning i fasta material (det jag pratade om är en fortsättning på det jag beskrivit här och här).

Många andra konferensdeltagare höll väldigt spännande föredrag, men något av det mest intressanta var faktiskt att se och lyssna på personer vars artiklar jag har läst (vissa hann jag hälsa på också). Även om vetenskapliga artiklar skrivs på ett ganska standardiserat och opersonligt sätt bildar man sig en uppfattning om artikelförfattarna och deras syn på forskningsfältet, speciellt om man läst flera artiklar från samma forskargrupp. Nu har jag så att säga ansikten till några av namnen också.

Vissa föredrag på konferensen satte igång en del tankar hos mig som förhoppningsvis kommer att utmynna i bloggposter någon gång under sommaren, men det blir inte idag. Ni får nöja er med en bild av konferenscentret så länge.

Sånt som också ska göras...

När jag tänker på ordet forskning associerar jag till en massa saker: att läsa vetenskapliga artiklar, programmera eller köra simuleringar, framställa och mäta på prover, visa resultat i grafer, statistik... en massa saker som man gör som forskare. Mina associationer är naturligtvis påverkade av att jag varit doktorand i snart två år så jag vet inte vad andra skulle tänka på... labbrockar och pipetter kanske?

Jag tror i alla fall inte att någon direkt tänker på att googla på hur man omvandlar figurer mellan olika filformat och färgsystem på ett bra sätt. Det är ju inte direkt forskning heller, men faktiskt något man kan bli tvungen att göra när man forskar.

När man är klar med att formulera frågeställningar, göra sina försök och analysera sin data så ska det hela presenteras för andra också. Vi är i den processen nu då vi arbetar med två artiklar till en konferens i mitten av maj. Det finns naturligtvis en ganska strikt uppsättning regler för hur en vetenskaplig artikel ser ut i allmänhet, med sammanfattning, inledning, metod och så vidare. Varje vetenskaplig tidskrift har också en uppsättning regler för hur det inskickade materialet ska se ut: Formatering av text och tabeller, filformat, numrering av stycken, et cetera. Just figurer är (enligt min uppfattning) lite extra känsligt eftersom de är viktiga för att kunna presentera resultaten på ett visst sätt. Därför har jag den gångna veckan lärt mig skillnaden på RGB och CMYK-bilder (det kokar tydligen ner till att färgerna är definierade på lite olika sätt och att RGB är bra att använda om man ska visa bilden på en skärm medan CMYK är bättre om den ska tryckas).

Man lär sig nåt nytt varje dag...

En bra fråga

Häromdagen när jag satt på kontoret och begrundade resultatet av en beräkning ringde telefonen. Det var en tjej som ville ha svar på en fråga av fysikalisk karaktär och på något sätt fått tag på mitt telefonnummer. Frågan var ganska intressant så jag tänkte upprepa den här.

Saken gällde energi och hur den kan finnas i olika former. Tjejen hade fått höra att värmeenergi inte kan omvandlas till andra typer av energi utan är en sorts "slutstation". Det tyckte hon var konstigt eftersom man ofta har värme som ett mellansteg i olika processer, exempelvis i kärnkraftverk där energin från fissionsreaktionen används till att  koka vatten (=värme) så att ångan kan driva en turbin som genererar ström. Ett annat exempel på detta är hur rörelseenergin i vinden uppstår för att solen värmer upp olika delar av atmosfären olika mycket så att det börjar blåsa (tänk sjöbris en sommardag).

Det är dock inte den här typen av processer man syftar på när man säger att värme inte kan omvandlas till andra energislag. Exemplen ovan innehåller processer som inte är spontana i ett avskiljt system utan där det hela tiden tillförs energi till systemet från något annat energislag; kärnenergi i fallet med kraftverket och elektromagnetisk strålning i fallet med vinden. Andra energislag som exempelvis kemisk energi kan spontant omvandlas till värme - det är därför man inte bara ska lämna en trasa med linolja på var som helst. Gör man det ändå kommer den kemiska energin i linoljan spontant att börja omvandlas till värme och ljus - trasan börjar brinna. Värme i luften kan dock aldrig omvandlas till linolja, inte ens om alla ingående grundämnen finns tillgängliga.

När en process bara kan gå åt ett håll, som med linoljan, säger man att den är irreversibel. Det brukar innebära att entropin ökar under processens gång. Entropi är ett ganska abstrakt begrepp på många sätt men man brukar säga att det är ett mått på graden av oordning i ett system, ju högre entropi desto högre oordning. Entropin i ett slutet system kan aldrig minska om man inte tillför energi utifrån. Därför måste också den totala entropin i universum hela tiden öka.

Det lutar åt det tråkiga svaret...

Detta är visserligen långt utanför mitt område, men jag vill ändå dela med mig av ett pressmeddelande från CERN angående de snabbflygande neutrinerna från förra året. Neutriner är yttepyttesmå, neutrala elementarpartiklar med väldigt liten massa som samverkar väldigt lite med saker omkring dem. Förra året mätte en mätstation under namnet OPERA hastigheten på en puls av neutriner från CERN och kom fram till att de färdats dit med en hastighet som överskrider ljusets, vilket borde vara omöjligt enligt de teorier vi har idag om hur världen fungerar. Nu har en annan mätstation, ICARUS, gjort en mätning på en motsvarande puls av neutriner och fått en hastighet som underskrider ljusets. Dessutom har OPERA-projektet identifierat två mättekniska svårigheter som måste kontrolleras, vilket de tydligen ska göra någon gång i maj. Det lutar alltså åt att fysiken fungerar som vi trodde i det här fallet. Trots att det kanske varit roligare om Einstein haft fel...

Obligatoriska svettringar?

De senaste veckorna har jag på min fritid gått en kurs i kreativt skrivande. Efter förra kurstillfället pratade jag lite med en av de andra deltagarna, en trevlig något äldre dam som arbetar som lärare. Det föll sig så att hon frågade vad jag arbetar med och jag förklarade att jag är doktorand i teoretisk fysik.
- Ja, det är ju det värsta... då måste du ha svett under armarna, replikerade damen.
- Tja... det kanske jag har i och för sig, sade jag lite förvånat.
- Jamen du vet, teoretiska fysiker är ju ofta killar med svettringar under armarna.

Jag blev inte speciellt förvånad över själva åsikten, även om sättet den framfördes på var ovanligt spontant. Bilden av fysikern som en man med ganska litet intresse för utseende och liknande är ganska vanligt förekommande, och när man tänker efter så är ju faktiskt de flesta av mina kollegor män (några framträdande svettringar har jag inte lagt märke till).

Man kan ju fråga sig varför det är så? Något som fortfarande brukar komma upp är eventuella biologiska skillnader mellan den manliga och kvinnliga hjärnan, där den manliga skulle vara bättre utrustad för logik och matematik, och därmed för naturvetenskap. Det har skrivits mycket om detta, oftast i ett väldigt uppskruvat tonläge både från de som hävdar att skillnaderna är viktiga och de som hävdar att de inte är det. Mer sansade bedömningar pekar dock på att skillnaderna i kognitiv förmåga är ganska små: Män har generellt lite lättare att orientera sig i rummet och skulle därför kunna vara bättre på geometri medan kvinnor överlag har en starkare språklig förmåga och bättre minne (egenskaper som också kan vara till hjälp i en vetenskaplig karriär, för övrigt). Lägger man ihop detta med att graden av begåvning är mer spridd hos män kan man kanske ana att riktiga supergenier på det matematiska området oftare är män.

I detta sammanhang är det viktigt att komma ihåg två saker: Att kvinnliga genier kan vara ovanligare betyder inte att de inte finns. Världens första programmerare Ada Lovelace och matematikern Emmy Noether kan nog aspirera på genistatus, liksom Marie Curie som lyckades med konststycket att få Nobelpris två gånger. För det andra måste man inte vara ett supergeni för att lyckas inom matematik och naturvetenskap. Om alla fysiker var tvungna att hålla Einsteins eller Hawkings nivå skulle många av mina kollegor få ge upp, både manliga och kvinnliga. Det faktum att det finns många framgångsrika kvinnliga forskare visar helt enkelt att kvinnor kan - punkt.

Så varför så få kvinnliga fysiker? Jag tror att det kan ha med just bilden av fysikern att göra. Min kurskamrat på Kreativt skrivande måste ju inte vara representativ för vad alla tror, men en fjorton-femtonåring som ska välja utbildning och som får höra att alla fysiker är män med svettringar under armarna blir nog inte så attraherad av yrket. Personer i omgivningen med samma bild av hur en fysiker är kanske inte är så positiva heller. Jag tycker det är tråkigt att fysik och naturvetenskap över huvud taget så ofta associeras med enbart män, inte för att alla kvinnor måste bli naturvetare utan för att det riskerar att skrämma bort personer som hade kunnat bli utmärkta fysiker, kemister, matematiker, biologer och ingenjörer. Med eller utan svettringar under armarna.

Ett litet steg för vetenskapen men ett stort steg för doktoranden

I veckan som gått nåddes jag av den glada nyheten att min första artikel (nåja, den första artikeln jag är med på - en kollega är synnerligen välförtjänt förste författare) har publicerats. Den handlar om bariumzirkonat och tänkbara förklaringar till varför korngränserna har så dålig protonledningsförmåga, som jag skrev om i mitt förra inlägg här.

I kort sammanfattning så har vi kollat på om så kallade syrevakanser gillar att sitta i korngränserna i bariumzirkonat och hur det i så fall påverkar protonerna. Syrevakanser är när en plats i materialet som borde ha innehållit en syreatom är tom. Syrejonen har en elektrisk laddning på minus två elementarladdningar eftersom den har två extra elektroner, så när den försvinner ser det ut som om tomrummet den lämnar är positivt laddat. Om syrevakanser har lägre energi i korngränsen än i resten av materialet, vilket de verkar ha, så kommer de att samlas där och korngränsen blir positivt laddad. Protonerna, som också är positivt laddade, kommer att stötas bort av den positiva korngränsen och får då svårt att ta sig förbi den vilket sänker ledningsförmågan.

Artikeln är, som de flesta vetenskapliga artiklar, tyvärr inte öppen för allmänheten. Man kan dock alltid läsa den korta sammanfattningen eller abstract.