lördag 11 juli 2015

Nej DN, solen innehåller ingen vätska

DN.se skriver idag att brittiska forskare anser att vi är på väg mot en ny mini-istid. Detta beror på att solaktiviteten är på väg att minska, vilket påverkar klimatet (hur det kan gå till förklaras här). Forskarna har gjort en ny, förbättrad modell av rörelser i solens inre och hävdar utifrån den att ett minimum i aktiviteten kommer mellan 2030 och 2040.

Det är emellertid inte den kommande istiden som får mig att reagera på den här artikeln, utan artikelförfattarens ordval. Det står nämligen att "Variationerna i aktiviteten beror på flytande vätska som rör sig djupt inne i solen".

Flytande vätska? I Solen?

Nej, det låter inte så vettigt. Solen är ca. 5500 grader Celsius på ytan och ännu mer inuti*, alldeles för varmt för vad man normalt sett kallar en vätska. Klickar man vidare till de artiklar i The Independent och The Telegraph som artikeln på DN.se bygger på så ser man att de har använt det engelska ordet fluid, som visserligen kan betyda "vätska" men också kan översättas med "fluid", en teknisk term som innefattar både vätskor och gaser. Den kan också användas om så kallad plasma, som är vad solen mestadels består av. En plasma består av laddade partiklar och bildas när en vanlig gas blir väldigt, väldigt varm. Då nämligen negativt laddade elektroner från atomerna, som då kallas joner och får en positiv laddning. Forskarna i Storbritannien har alltså med största sannolikhet kallat det som solens inre består av för en fluid, inte en vätska.

Men vad spelar det för roll? Ingen egentligen, förutom att formuleringen i DN:s artikel får det att låta som om solen är nån sorts vattenballong.




 *Introduction to the Sun and Stars, Simon F. Green & Mark H. Jones (red), Cambridge University Press, 2004



onsdag 8 april 2015

Avhandling och disputation

Om precis en månad, den 8:e maj, ska jag försvara min avhandling med titeln Significance of grain boundaries for transport processes in graphene and proton-conducting barium zirconate. I avhandlingen beskriver jag dels mitt arbete med protonledaren bariumzirkonat, som jag till exempel skrivit om här, och dels mitt arbete med fononer i grafen, som jag skrivit om här. Avhandlingen består av en inledning om sex kapitel samt fem artiklar. Artiklarna ägs som vanligt av tidskrifterna som publicerat dem, men de sex inledande kapitlen ägs av mig och kan läsas i Chalmers Publication Library.

onsdag 18 februari 2015

Avhandling, artikel och annat

Det har varit synnerligen tyst på den här bloggen de senaste månaderna, och det kommer antagligen att vara ganska tyst i fortsättningen också. Anledningen till det är att jag jobbar med att få klart de sista artiklarna och skriva en avhandling. Den näst sista artikeln skickade jag in till en tidskrift i går, en ogranskad gratisversion dyker för övrigt upp på Arxiv i morgon om det är någon som är intresserad.

Apropå avhandlingen så är en av de trevliga sakerna med skrivandet att man lär sig nya saker. Det kan handla om att man börjar förstå sitt ämnesområde bättre när man måste förklara det i text, men också om att man måste läsa på om intressanta saker som andra har gjort. Till exempel denna artikel i tidskriften Nature, som beskriver hur grafen kan användas i bränsleceller. Grafen, det en atom tjocka supermaterialet, är känt för att vara ogenomträngligt för allt. Inte ens heliumatomer eller vätemolekyler kommer igenom. Om man däremot joniserar väteatomen, d.v.s. tar bort dess elektron, så kommer den tydligen igenom. Detta innebär att grafen skulle kunna funka som en oerhört tunn och effektiv elektrolyt. Alltså, det skulle fylla ungefär samma funktion som vi hoppas att mitt andra favoritmaterial, bariumzirkonat, ska kunna göra.

Kanske skulle jag ha satsat på grafen redan från början.

tisdag 4 november 2014

Ett gyllene tillfälle?

Första gången jag hörde talas om genmodifiering var för cirka 20 år sedan, när jag fick syn på en äcklig bild utanpå ett kuvert som mina föräldrar fått med posten. Bilden visade en grön groda med en röd tomat som kropp. Jag fick veta att det var en manipulerad bild - det fanns inga tomat-grodhybrider på riktigt - och att de som gjort den var emot att man ändrade i organismers gener och bytte ut dem mot gener från andra arter. Senare lärde jag mig att genmodifiering och patentering av gener kunde förstöra för bönder i fattiga länder (t.ex. genom att grödorna görs sterila så de måste köpa nytt utsäde varje år), ödelägga ekosystem (superplantorna kan ju spridas utanför åkern), påverka hälsan på okända sätt och till och med få en att omedvetet bryta mot lagen (om en Roundup-resistent planta självsår sig i din trädgård ska du egentligen betala licenspengar till Monsanto).

Såvitt jag minns var det inte förrän jag gick ut universitetet och gick med i facket som jag hittade några sammanhängande argument för den "andra sidan", det vill säga de som gillar genmodifiering av andra orsaker än "det är lönsamt och tekniken går inte att stoppa". Fackföreningen jag gick med i organiserar nämligen naturvetare av alla slag, inklusive ekologer och mikrobiologer. Just dessa två kategorier har vid några tillfällen rykt ihop på medlemstidningens diskussionssidor. Många ekologer anser nämligen att riskerna med genmodifierade organismer, deras effekt på omgivande ekosystem till exempel, vida överväger den eventuella nyttan. De flesta molekylärbiologer som deltog i debatten var istället övertygade om att genmodifiering kan ge oss grödor som tål klimatförändringar, minskar behovet av konstgödsel och besprutning och dessutom är nyttiga.

Förutom att ekologer och molekylärbiologer naturligtvis har olika perspektiv på och kunskaper om levande organismer så verkar kontroversen också vara en effekt av hur man ser på drivkrafterna bakom genmanipulering. Medan många ekologer verkar se utvecklingen som driven av storföretag på jakt efter säkra vinster tycks åtminstone en del molekylärbiologer se möjligheter att låta andra hänsyn styra. Det är en fin tanke, men hur ofta har den blivit verklighet?

Det finns faktiskt åtminstone ett exempel, och det är så kallat gyllene ris. Ris är en stapelvara för oerhört många människor, speciellt i fattiga länder. Samtidigt lider många i dessa länder av brist på vitamin A, vilket kan orsaka blindhet och leda till döden. Tanken är att om man inkluderar gener från till exempel majs i riset så börjar det producera betakaroten, som omvandlas till vitamin A i kroppen. Betakaroten är rödgult så det genförändrade riset blir gult, därav namnet.

Det verkar ju som en fantastisk idé att förse människor med grödor som faktiskt ger dem den näring de behöver. Trots det finns det många som kritiserar det gyllene riset. I senaste Nature beskrivs hur människor som från början är positiva ändrar sig helt när de hör att det är frågan om "GMO", och att Greenpeace hävdar att riset kan vara farligt att äta. Forskare som arbetar med genmodifiering påpekar i sin tur att inga risker påvisats än.

Debatten om fördelar och nackdelar med GMO lär fortsätta. Personligen tycker jag att det är positivt att man försöker använda tekniken till att lösa problem hos de som verkligen behöver mer näringsrik mat snarare än att bara kränga superbroccoli till välbärgade västerlänningar med hälsoångest. Och så undrar jag naturligtvis hur det gyllene riset smakar.

fredag 5 september 2014

Vad säger termodynamiken om tillväxten?

För nästan tre veckor sedan, tisdagen den 19:e augusti, inträffade den så kallade "Overshoot day". Enligt beräkningar är det den dag då vi förbrukat de resurser jorden producerar i år och denna dag verkar infalla tidigare och tidigare för varje år. I samband med detta skrev Birger Schlaug en artikel i Svenska Dagbladet om hur ökad ekonomisk tillväxt leder till ett överutnyttjande av jordens resurser. Schlaug frågar sig vad som händer bortom tillväxtsamhället och hur vi ska finansiera den välfärd vi alla vill ha.

Den här artikeln fick naturligtvis snabbt svar, först från ekonomen Per Bylund som hävdade att det ur ett ekonomiskt perspektiv inte kan finnas vare sig "Peak oil" eller "Overshoot day", eftersom priser bestäms av tillgång och efterfrågan. Minskar tillgången så höjs priset och då kommer efterfrågan automatiskt att bli mindre. Senare hävdade Mats Williander och Markus Linder att problemet inte är tillväxten i sig utan kopplingen mellan ökad tillväxt och ökad miljöpåverkan. De föreslog en så kallad "cirkulär ekonomi" som utväg för att minska denna koppling. Slutligen påpekade Mikael Höök och Simon Davidsson att naturresurser faktiskt är begränsade trots lagen om tillgång och efterfrågan, samt att inte ens en cirkulär ekonomi kan åstadkomma total frikoppling mellan tillväxt och miljöpåverkan på grund av termodynamikens andra huvudsats.

Så kan termodynamiken tala om för oss vem som har rätt, och vad är egentligen termodynamikens andra huvudsats? Termodynamik rent allmänt handlar om energi, energiomvandlingar och relationen mellan värme och arbete. Historiskt sett utvecklades mycket av termodynamiken från studier av ångmaskiner, och två av de mest grundläggande sambanden i termodynamiken är den första och andra huvudsatsen. Första huvudsatsen säger att energi inte kan skapas eller förstöras, bara omvandlas. När fusionsprocesserna i solen omvandlar massa till strålning, när solens strålar genererar elektricitet i en solcell eller när jag använder elektrisk ström för att koka vatten till en kopp te omvandlas energin mellan olika former, men den finns alltid kvar.

Andra huvudsatsen brukar vara lite svårare att få grepp om eftersom den handlar om entropi. Entropi brukar väldigt förenklat översättas med "oordning", men det är inte vilken oordning som helst. En ökning i entropin innebär att energin i ett system har blivit mer utspridd (och oftast svårare att använda). Om jag lämnar min varma tekopp på ett bord kommer värmeenergi att strömma från tekoppen ner i bordet och ut i den omgivande luften. När tekoppen och rummet har samma temperatur är energin maximalt utspridd och systemet (tekopp+rum) har maximal entropi. Entropin ökar varje gång energi flyttas eller omvandlas (teoretiskt sett kan den vara konstant i vissa fall, men det är svårt att lyckas med i verkligheten). Första och andra huvudsatsen säger alltså att man inte kan skapa ny energi och att varje gång man flyttar eller omvandlar den energi man har så blir den mer utspridd och svårare att använda till något annat.

Sätter detta någon gräns för ekonomisk tillväxt? Antagligen, eftersom produktion av varor och tjänster kräver energi. Med den teknik vi använder idag får vi energi från fossila källor (olja och kol), kärnkraft och förnyelsebar energi. Olja, kol och uran finns alla i en begränsad mängd på jorden och de kan alltså ta slut. Den förnyelsebara energin kommer från solen och där finns en annan gräns: Jorden tar bara emot en viss mängd solstrålning per tidsenhet. Vi har alltså en begränsad mängd energi från fossila bränslen och kärnkraft plus en begränsad energiström från solen. Gränsen för ekonomins tillväxt är då att den inte får kräva mer energi än vad som finns tillgängligt.

Det finns naturligtvis invändningar mot det här resonemanget. Jag föreställer mig att en ekonom skulle invända att tillväxt inte nödvändigtvis betyder att vi konsumerar mer prylar eller tjänster. Vi skulle kunna skapa prylar och tjänster som kan tillverkas och användas med samma energi - och materialåtgång, men som vi tillmäter ett större värde. Ibland kan vi till och med producera saker effektivare, så att vi får fler prylar eller tjänster från samma råvaror. Samtidigt hävdas det att effektivisering av produktion brukar ätas upp av ökningar i konsumtionen, så att energiåtgången ökar ändå [1].

En ekonom skulle faktiskt också kunna hävda att termodynamikens andra huvudsats är helt irrelevant för resonemang kring ekonomi och tillväxt. Detta bygger på två missförstånd. Det första stod en ekonom vid namn Georgescou-Rougen för när han hävdade att all entropi som skapas av mänsklig verksamhet finns kvar på Jorden och förstör den [2]. Det är fel. Jorden är inget isolerat system utan tar hela tiden emot solenergi och ger ifrån sig värmestrålning. Den långvågiga värmestrålningen har högre entropi än solstrålningen, och resultatet av detta är att Jorden hela tiden gör sig av mer entropi än den tar emot. Det andra missförståndet är att eftersom man kan visa att Georgescu-Rougen hade fel så betyder det att termodynamik inte alls är relevant. Som vi har sett ovan är det dock så att den första och andra huvudsatsen tillsammans innebär att vi har en begränsad mängd energi som inte kan återvinnas, och det är i allra högsta grad relevant.

En fysiker, å andra sidan, skulle kunna invända att det finns en potentiell ny energikälla: fusion. Detta går ut på att härma kärnprocesserna i solen och slå ihop kärnor av grundämnet väte för att bilda tyngre grundämnen. Får man detta att fungera så är energiproblemet löst för en lång tid framöver.

Slutligen skulle någon som inte är fullt så insnöad på termodynamik kunna invända att gränsen för tillväxten borde sättas av andra saker än energitillgång. Exempelvis kan vi inte använda all energi som är bunden i olja och kol utan att orsaka betydande klimatförändringar. Dessutom är andra viktiga råvaror begränsade, till exempel metaller som används i industrin eller fosfor och kalium som används i konstgödsel. Även om det i ekonomisk mening inte kan bli brist på t.ex. fosfor, eftersom priset sätts av tillgång och efterfrågan, så kan en lägre tillgång med tillhörande högre pris få allvarliga konsekvenser för människor som behöver mer än de har råd att efterfråga. Den invändningen har jag inget bra svar på.

[1] Tim Jackson, Välfärd utan tillväxt, Ordfront förlag
[2] Martin Andersson och Christer Gunnarsson, Hållbarhetsmyten, SNS förlag 

tisdag 1 juli 2014

Inte helt klockrent om konspirationer

Det finns människor som tror att månlandningen var en bluff. Det finns människor som tror att 11 september-attacken var ett insiderjobb, att världen styrs av Illuminati eller att farliga kemikalier sprids ut i hemlighet från vanliga passagerarplan (så kallade chemtrails). De här konspirationsteorierna målar upp bilden av en spännande och farlig värld där man kan utmana makten bara genom att ha en viss världsbild. Själv är jag mycket, mycket skeptisk till konspirationsteorier, men jag tycker ändå att de är lite spännande. Framför allt är det intressant att se hur stor del av en konspirationsteori som framstår som omöjlig eller orimlig när den ställs mot beprövad vetenskap.

Sveriges Radio verkar också tycka att konspirationsteorier är spännande, i alla fall sänder de fyra program om dem i sommar. Rubriken är Genier och foliehattar och första programmet, som handlade om chemtrails, sändes i lördags. Vi fick höra människor som tror på teorin, exempelvis miljöpartisten Pernilla Hagberg, förklara att det handlar om kondensstrimmor från flygplan. När kondensstrimmorna ligger kvar ovanligt länge ses det som ett tecken på att de innehåller olika metaller eller sjukdomsalstrande kemikalier. Som ansvariga pekar man ut bland andra USA (mer specifikt CIA) och Bilderberggruppen. Motivet anses vara att göra människor mer lättstyrda och/eller att styra över vädret. Några icke-troende intervjuades också, bland annat en meteorolog från SMHI som förklarade varför helt vanliga kondensstrimmor kan ligga kvar olika länge beroende på hur hög luftfuktigheten är.

Jag blev inte speciellt imponerad av programmet i lördags, delvis för att programledarnas dialog kändes oerhört styltig. De lyckades inte gå på djupet i sina intervjuer med de som tror på teorin, vilket dels kan ha berott på konstiga frågor ("Känner du dig som Neo i Matrix?") och dels på att många chemtrailstroende blev provocerade av frågan om varför någon skulle vilja förgifta dem. De lyckades dock förmedla att det finns en bra, enkel vetenskaplig förklaring till hur kondensstrimmor beter sig, även om de i sann SR-anda undvek att ta ställning till om chemtrails finns eller inte. (För all del, man kan sällan bevisa att en konspirationsteori inte stämmer, men går det att förklara alla fakta med en enklare teori så är det frestande att göra ett raskt snitt med Ockhams rakkniv.)

Ytterligare en sak som jag hakar upp mig på är att det gjordes en jämförelse mellan chemtrails och vad som avslöjats kring NSA:s avlyssning av Internet, på ett sätt som antyder att eftersom det ena visade sig vara sant så kanske det andra är det också. Jag tycker det är en konstig jämförelse. När det gäller chemtrails så handlar det om något som skulle vara komplicerat och sannolikt dyrt att genomföra, motiven är luddiga (Varför skulle man behöva dölja om man försöker påverka vädret? Skapar de extra regndagar i Sverige under industrisemestern, månne?) och dessutom borde det ivriga sprejandet lämna tydliga spår i form av ökade halter av vissa metaller. Som påpekas i radioprogrammet har man inte hittat några sådana spår, åtminstone inte i Sverige. Situationen när det gäller massövervakning på Internet var i stort sett den motsatta innan Snowdens avslöjande: Det fanns gott om rimliga motiv (industrispionage, möjlighet att skaffa sig ett försprång vid förhandlingar, terrorbekämpning), informationen man ville åt samlades redan in av företag som Google och Facebook, och förfarandet lämnar inga spår som är synliga för den som utsatts.

Jag blev inte speciellt förvånad när jag hörde talas om NSA:s övervakning, men jag skulle bli mycket förvånad om det visade sig att teorierna kring chemtrails är sanna.

lördag 21 juni 2014

Vacker musik, komplicerad fysik

Vad är likheten  mellan grafen och en pianosträng? Tja, i min senaste artikel använder jag ekvationer som bygger på kontinuumsmekanik för att beskriva svängningar i grafen. När jag satt och letade efter olika sätt att lösa de här ekvationerna hittade jag förvånansvärt många artiklar där samma ekvation användes för att beskriva vibrationer i pianosträngar.

Förutom det lustiga (nåja) i att två så olika system beskrivs av samma ekvationer så var det en annan sak jag fann intressant i de här artiklarna. Många av dem handlade om hur man på bästa sätt reproducerar ljudet av ett piano (på en synt exempelvis), något som jag uppriktigt sagt trodde var enklare än det tydligen är. Om man bara använder själva "grundsvängningen" med precis den frekvens som krävs för att få t.ex. ett A så får man en ganska platt ton som absolut inte låter som ett piano, eller något annat instrument heller för den delen. För att det ska börja närma sig ett igenkännbart piano-A måste man räkna med att grundsvängningen ger upphov till övertoner, vibrationer med högre frekvens. Inte ens det räcker dock, för i artiklarna jag hittade hade man beräknat effekten av så kallade longitudinella vibrationer. När man trycker ner en pianotangent slås strängen an med en hammare, vilket ger upphov till vad man kallar transversella vibrationer. De kan i sin tur skapa longitudinella vibrationer med vissa specifika frekvenser i strängen, och det påverkar klangen.

En mer allmänn diskussion av detta finns i denna artikel om utvärdering av musikinstrument i Physics Today. Här avhandlas övertoner, transienter och annat som skiljer ett synt-A från ett piano-A (eller fiol-A, eller flöjt-A...). Att konstruera en matematisk modell av ett instrument är tydligen oerhört komplicerat, och att mäta kvalitén med vetenskapliga metoder är nästan lika svårt. Tur att det är så mycket enklare att bara njuta av musiken...