Känner ni till Nätverket för Evidensbaserad Policy? Det startades 2015 och har sen dess verkat för att politiska beslut ska bli bättre grundade i kunskap om vad deras konsekvenser kommer att bli, bland annat genom att delta i samhällsdebatten. Sen i slutet på januari har de också en egen tidskrift, Evidens och beslut, varav första numret finns tillgängligt i pdf-form på deras hemsida. Jag har läst det och vill dela med mig av några funderingar.
Enligt den inledande texten i första numret är syftet med tidskriften att skapa en gemensam mötesplats och ett diskussionsforum för den samhällsvetenskapliga evidensrörelsen i Sverige. Den ambitionen är väldigt tydlig i de två efterföljande texterna, där den ena introducerar själva Nätverket för Evidensbaserad Policy och den andra handlar om vad evidensbasering är. Det andra huvudtemat verkar vara nudging, som behandlas i två texter. Andra texter handlar om att reda ut fakta bakom några vanliga missförstånd rörande t.ex. Phineas Gage eller om det verkligen krävs 10000 timmar för att bli expert på något.
Texten om vad evidensbasering innebär är enligt min åsikt en av de mest intressanta. Den börjar med en rejäl bredsida riktad mot forskning som inte baseras på experiment och empiriska observationer av verkligheten utan på diverse skolbildningar och ideologiska ställningstaganden. Istället förespråkas vetenskapliga metoder hämtade från framför allt medicinsk forskning. Texten berör alla möjliga aspekter av evidensrörelsen, från vilka begrepp som är lämpliga att använda till vikten av logik. Olika typer av evidens, och olika metoder för att skaffa evidens, tas upp i de sista styckena. Skribenten nämner frågan om hur olika frågeställningar kräver olika metoder, men går tyvärr inte närmare in på ämnet. Å andra sidan är texten ganska uppenbart en inbjudan till vidare diskussion, så förhoppningsvis kommer man att återkomma till detta i kommande nummer.
Nudging behandlas i två rätt olika texter, en som syftar till att förklara själva företeelsen nudging och vad som räknas som en nudge, och en som handlar om en specifik 'nudge' med syftet att få folk att sluta slänga fimpar på marken. Artikeln som definierar nudging tar upp flera intressanta aspekter, t.ex. hur poängen är att använda mentala genvägar och tankemönster för att ändra folks beteenden till det bättre. men hoppar tråkigt nog över frågan om hur man definierar vad som är ett bättre eller sämre beteende. Den andra artikeln ger en intressant inblick i hur man försöker studera effekterna av nudging och vilka problem man kan träffa på.
Allt som allt är innehållet i det första numret av Evidens och beslut läsvärt, men framtiden får utvisa om kommande nummer kommer att gå mer på djupet i de filosofiska och etiska frågor som hänger ihop med tillämpning av evidensbaserade beslut. Det vore utmärkt om tidskriften faktiskt kunde fungera som ett forum för diskussion av sådana ämnen, men inriktningen av de första två texterna får mig att misstänka att den också kommer fungera som en möjlighet för Nätverket att nyansera bilden av vad de själva menar med evidensbaserad policy. Hur som helst kommer jag antagligen att hålla ögonen på den här tidskriften i fortsättningen.
lördag 16 februari 2019
söndag 20 januari 2019
Termodynamik, fiktion och verklighet
Det verkar som om Dan Brown (han med DaVinci-koden, om nån minns den) har skrivit konstigheter om vetenskap igen, i sin senaste roman Origin. En del av konstigheterna har att göra med att han tar med en verklig forskare, professor Jeremy England från MIT, i sin roman men tillskriver honom uppfattningar han inte delar och påstår att hans forskning visar saker den inte visar. Exempelvis skriver han att Englands forskning skulle vara ett bevis på att det inte finns någon gud, något som England själv senare tagit avstånd från.
Att författare av fiktion inte låter verkligheten stå i vägen för en bra historia är nu inget nytt, speciellt inte när det gäller Dan Brown (Änglar och Demoner, någon?). Ändå är det lätt att bli lite nyfiken. Vad det är i professor Englands forskning som inspirerar till vilda spekulationer om guds existens och syftet med universum?
Jeremy England ägnar sig åt en fascinerande gren av fysiken som enligt min åsikt får alldeles för lite uppskattning, nämligen termodynamik och statistisk fysik. Termodynamiken beskriver hur energi förflyttas och omvandlas. Den har sitt ursprung i studier av ångmaskiner och liknande i början av 1800-talet, men förutom sådana direkta tillämpningar har termodynamiken också lett till fundamentala insikter i hur världen fungerar. Mest kända av dessa är termodynamikens första och andra huvudsats, som säger att energi inte kan skapas eller förstöras utan bara omvandlas och att entropin (ett mått på hur utspridd energin är) måste vara konstant eller öka i ett system som är avskuret från omgivningen.
En sak som termodynamikens lagar kan användas till är att dra gränser för vad som är fysikaliskt möjligt. Det är till exempel relativt lätt att räkna ut en övre gräns för hur effektiv en förbränningsmotor kan bli bara med hjälp av första och andra huvudsatsen. (Termodynamik åberopas av den anledningen också i debatter om hållbarhet, vilket jag skrev om för några år sen.)
Vad Jeremy England gör är att undersöka just sådana gränser, men i betydligt mer komplicerade sammanhang. Hans artiklar utforskar vilka gränser termodynamiken sätter för komplexa kemiska och till och med biologiska system, som molekyler som kan kopiera sig själva (tänk RNA) eller celler som delar sig. Framför allt studerar han vilka gränser termodynamiken sätter för samspelet mellan t.ex. en bakterie i färd med att dela sig och dess omgivning.
Eftersom termodynamik omgärdas av en hel rad med missförstånd kan det vara bra att reda ut en sak här. I termodynamiken arbetar man så ofta som möjligt med antagandet att saker och ting är i, eller mycket nära, termodynamisk jämvikt eftersom flera användbara samband bara är giltiga i jämvikt. Detta har gett upphov till den seglivade myten att termodynamik generellt bara kan appliceras på system som är i jämvikt, vilket inte stämmer. Termodynamisk jämvikt syftar på att föremål som är i kontakt med varandra efter en stund hamnar i liknande tillstånd när det gäller t.ex. temperatur ellet tryck (ett exempel: Ditt kaffe är i termodynamisk jämvikt med omgivningen när det svalnat till rumstemperatur). Levande system jobbar ofta hårt för att inte hamna i jämvikt med omgivningen, så om man i likhet med Jeremy England vill studera sådana behöver man en termodynamik för det som avviker från jämvikt. Vilket är precis vad professor England sysslar med.
Många av Englands nyare artiklar tar upp självorganisering, alltså fenomenet att enkla beståndsdelar spontant kan bilda större, regelbundna strukturer. Ett exempel är vattenmolekyler som bildar snöflingor, ett annat exempel är levande celler. England visar hur självorganisering blir mer sannolik ju mer den leder till ökat energiutbyte med omgivningen. Framför allt verkar det vara fördelaktigt om självorganiseringen leder till att mycket värme dumpas i omgivningen, vilket ökar den totala entropin. Det är det här Dan Brown fått nys om och omvandlat till idén att universum har som syfte att öka sin entropi och att liv, som ju är en form av självorganiserade system, egentligen bara är ett sätt att uppnå entropiökning. Brown gör som sagt en hejdlös övertolkning av resultaten - universums syfte nämns inte i artiklarna och är antagligen inte något man kan härleda ur termodynamikens lagar - men är man intresserad av hur komplexa system uppstår är Englands resultat fascinerande i sig.
Att författare av fiktion inte låter verkligheten stå i vägen för en bra historia är nu inget nytt, speciellt inte när det gäller Dan Brown (Änglar och Demoner, någon?). Ändå är det lätt att bli lite nyfiken. Vad det är i professor Englands forskning som inspirerar till vilda spekulationer om guds existens och syftet med universum?
Jeremy England ägnar sig åt en fascinerande gren av fysiken som enligt min åsikt får alldeles för lite uppskattning, nämligen termodynamik och statistisk fysik. Termodynamiken beskriver hur energi förflyttas och omvandlas. Den har sitt ursprung i studier av ångmaskiner och liknande i början av 1800-talet, men förutom sådana direkta tillämpningar har termodynamiken också lett till fundamentala insikter i hur världen fungerar. Mest kända av dessa är termodynamikens första och andra huvudsats, som säger att energi inte kan skapas eller förstöras utan bara omvandlas och att entropin (ett mått på hur utspridd energin är) måste vara konstant eller öka i ett system som är avskuret från omgivningen.
En sak som termodynamikens lagar kan användas till är att dra gränser för vad som är fysikaliskt möjligt. Det är till exempel relativt lätt att räkna ut en övre gräns för hur effektiv en förbränningsmotor kan bli bara med hjälp av första och andra huvudsatsen. (Termodynamik åberopas av den anledningen också i debatter om hållbarhet, vilket jag skrev om för några år sen.)
Vad Jeremy England gör är att undersöka just sådana gränser, men i betydligt mer komplicerade sammanhang. Hans artiklar utforskar vilka gränser termodynamiken sätter för komplexa kemiska och till och med biologiska system, som molekyler som kan kopiera sig själva (tänk RNA) eller celler som delar sig. Framför allt studerar han vilka gränser termodynamiken sätter för samspelet mellan t.ex. en bakterie i färd med att dela sig och dess omgivning.
Eftersom termodynamik omgärdas av en hel rad med missförstånd kan det vara bra att reda ut en sak här. I termodynamiken arbetar man så ofta som möjligt med antagandet att saker och ting är i, eller mycket nära, termodynamisk jämvikt eftersom flera användbara samband bara är giltiga i jämvikt. Detta har gett upphov till den seglivade myten att termodynamik generellt bara kan appliceras på system som är i jämvikt, vilket inte stämmer. Termodynamisk jämvikt syftar på att föremål som är i kontakt med varandra efter en stund hamnar i liknande tillstånd när det gäller t.ex. temperatur ellet tryck (ett exempel: Ditt kaffe är i termodynamisk jämvikt med omgivningen när det svalnat till rumstemperatur). Levande system jobbar ofta hårt för att inte hamna i jämvikt med omgivningen, så om man i likhet med Jeremy England vill studera sådana behöver man en termodynamik för det som avviker från jämvikt. Vilket är precis vad professor England sysslar med.
Många av Englands nyare artiklar tar upp självorganisering, alltså fenomenet att enkla beståndsdelar spontant kan bilda större, regelbundna strukturer. Ett exempel är vattenmolekyler som bildar snöflingor, ett annat exempel är levande celler. England visar hur självorganisering blir mer sannolik ju mer den leder till ökat energiutbyte med omgivningen. Framför allt verkar det vara fördelaktigt om självorganiseringen leder till att mycket värme dumpas i omgivningen, vilket ökar den totala entropin. Det är det här Dan Brown fått nys om och omvandlat till idén att universum har som syfte att öka sin entropi och att liv, som ju är en form av självorganiserade system, egentligen bara är ett sätt att uppnå entropiökning. Brown gör som sagt en hejdlös övertolkning av resultaten - universums syfte nämns inte i artiklarna och är antagligen inte något man kan härleda ur termodynamikens lagar - men är man intresserad av hur komplexa system uppstår är Englands resultat fascinerande i sig.
söndag 30 december 2018
Varför har vi inga osynlighetsmantlar?
År 2018 var det 10 år sen jag snubblade över möjligheten att skriva min kandidatuppsats på ämnet fotoniska kristaller. Fotoniska kristaller är en typ av metamaterial, artificiella material som skapas genom att man sätter samman många små bitar av olika vanliga material för att få nåt som har ovanliga egenskaper. En fotonisk kristall kan t.ex. effektivt stoppa elektromagnetisk strålning (ljus, mikrovågor o.s.v.) med en viss frekvens, medan andra frekvenser släpps igenom utan problem. Material med sådana egenskaper kan ha många spännande användningsområden, men den (populärvetenskapligt) mest omskrivna tillämpningen är ändå att metamaterial kanske, kanske kan användas för att göra saker osynliga. Frågan blir då, har man kommit nån vart med osynlighetsmantlarna de senaste 10 åren?
För 10 år sen var det just fotoniska kristaller som gällde. En fotonisk kristall består av minst två material som inte är elektriskt ledande och som släpper igenom ljus men har olika brytningsindex - det skulle t.ex. kunna vara två olika sorters plast eller plast och glas. De två materialen placeras i en periodisk struktur, vilket till exempel kan innebära en hög med tunna skivor där varannan är plast och varannan glas (den engelskspråkiga Wikipediasidan har några bra figurer som visar hur det kan se ut). Tjockleken på skivorna ska då motsvara ungefär en halv våglängd hos den elektromagnetiska strålning man vill hindra från att passera.
Att bara hindra strålning av en viss frekvens från att passera räcker dock inte för att göra något osynligt. Helst skulle man vilja leda ljuset runt det föremål som ska göras osynligt, så att ögonen hos den som tittar på det bara tar emot ljus från det som finns bakom föremålet. Teoretiskt sett är detta möjligt med fotoniska kristaller, på grund av något som kallas effektivt negativt brytningsindex.
När ljus passerar mellan två olika material, t.ex. från luft till glas, fortsätter det inte i en rät linje utan ändrar riktning med en viss vinkel. Hur stor vinkeln är beror på hur stor skillnaden mellan ljusets hastighet i de två materialen är. Den skillnaden uttrycks av skillnaden på materialens brytningsindex. I vanliga material är brytningsindex positivt, men i metamaterial kan ljus av vissa frekvenser ändra riktning med en mycket större vinkel än vad som är möjligt i ett vanligt material (se bild nedan). Man säger då att metamaterialet har ett effektivt negativt brytningsindex. Genom att justera metamaterialet för att få ett speciellt värde på brytningsindex kan man använda denna egenskap för att styra ljusets väg, till exempel runt ett föremål man vill dölja.
Det finns emellertid två problem med detta. För det första är frekvensområdet där fotoniska kristaller har negativt brytningsindex ofta väldigt smalt, så med ett givet metamaterial fungerar det bara för ett fåtal frekvenser (d.v.s., man kanske skulle kunna bli osynlig i grönt ljus men inte rött eller blått). Det andra är att även om varje lager i den fotoniska kristallen är väldigt tunt så behövs det många lager för att få god effekt. Det betyder att även för synligt ljus, med en våglängd på under en mikrometer, kan en osynlighetsmantel av fotoniska kristaller bli rätt otymplig.
Sen min första kontakt med det här ämnesområdet har emellertid en annan typ av metamaterial blivit mer populärt. Istället för att använda material som inte är elektriskt ledande bygger man upp metamaterial av små metalliska element eller elektriska kretsar. Gemensamt för de flesta av de nya metamaterialen är att de utnyttjar olika resonansfenomen som kan uppstå i metalliska material som utsätts för elektromagnetisk strålning. Ett vanligt exempel är en så kallad ringresonator (split-ring resonator), som består av två ringar av metalliskt material där den ena är mindre och placerad inuti den andra. Ringarna har var sin öppning, som är placerade mittemot varandra (se bilden nedan, den är för övrigt lånad från Wikipedia-sidan). När den här konstruktionen utsätts för elektromagnetisk strålning orsakar det en elektrisk ström i ringarna (induktans) och ansamlingar av elektrisk laddning vid ringarnas öppningar (kapacitans). Dessa strömmar och laddningar påverkar i sin tur de omgivande elektriska och magnetiska fälten.
En stor skillnad mellan traditionella fotoniska kristaller och metamaterial med metalliska komponenter är att med metalliska komponenter bör de enskilda elementen i metamaterialet, som ringresonatorerna till exempel, vara mycket mindre än våglängden på den strålning man vill hejda eller styra. Det är positivt om man vill göra en "osynlighetsmantel" på lägre frekvenser (d.v.s., där strålningen har längre våglängd) men för synligt ljus stöter man på problemet att det fortfarande är rätt svårt att tillverka stora mängder komponener som bara är några tiotal nanometer stora, speciellt om man behöver tillverka dem med hög precision. Dessutom funkar även de metalliska metamaterialen också bara i begränsade frekvensområden som beror på de ingående elementens storlek. Frekvensområdet är lite bredare än för fotoniska kristaller, men såvitt jag kunnat ta reda på vore det fortfarande svårt att täcka hela det synliga spektrat. Trots att forskningen definitivt gått framåt verkar vi alltså inte vara särskilt nära en osynlighetsmantel à la Harry Potter än.
Slutligen bör jag nog också nämna att även om en osynlighetsmantel för synligt ljus vore rätt coolt så är det inte det som driver forskningen på området framåt. De flesta artiklar jag sett handlar om elektromagnetisk strålning med våglängder från någon millimeter upp till flera centimeter, som används för t.ex. radar. I det frekvensområdet funkar metalliska metamaterial rätt bra och har givna tillämpningar för de som vill göra sina stealth-flygplan ännu mer stealth-iga.
Att bara hindra strålning av en viss frekvens från att passera räcker dock inte för att göra något osynligt. Helst skulle man vilja leda ljuset runt det föremål som ska göras osynligt, så att ögonen hos den som tittar på det bara tar emot ljus från det som finns bakom föremålet. Teoretiskt sett är detta möjligt med fotoniska kristaller, på grund av något som kallas effektivt negativt brytningsindex.
När ljus passerar mellan två olika material, t.ex. från luft till glas, fortsätter det inte i en rät linje utan ändrar riktning med en viss vinkel. Hur stor vinkeln är beror på hur stor skillnaden mellan ljusets hastighet i de två materialen är. Den skillnaden uttrycks av skillnaden på materialens brytningsindex. I vanliga material är brytningsindex positivt, men i metamaterial kan ljus av vissa frekvenser ändra riktning med en mycket större vinkel än vad som är möjligt i ett vanligt material (se bild nedan). Man säger då att metamaterialet har ett effektivt negativt brytningsindex. Genom att justera metamaterialet för att få ett speciellt värde på brytningsindex kan man använda denna egenskap för att styra ljusets väg, till exempel runt ett föremål man vill dölja.
Det finns emellertid två problem med detta. För det första är frekvensområdet där fotoniska kristaller har negativt brytningsindex ofta väldigt smalt, så med ett givet metamaterial fungerar det bara för ett fåtal frekvenser (d.v.s., man kanske skulle kunna bli osynlig i grönt ljus men inte rött eller blått). Det andra är att även om varje lager i den fotoniska kristallen är väldigt tunt så behövs det många lager för att få god effekt. Det betyder att även för synligt ljus, med en våglängd på under en mikrometer, kan en osynlighetsmantel av fotoniska kristaller bli rätt otymplig.
Sen min första kontakt med det här ämnesområdet har emellertid en annan typ av metamaterial blivit mer populärt. Istället för att använda material som inte är elektriskt ledande bygger man upp metamaterial av små metalliska element eller elektriska kretsar. Gemensamt för de flesta av de nya metamaterialen är att de utnyttjar olika resonansfenomen som kan uppstå i metalliska material som utsätts för elektromagnetisk strålning. Ett vanligt exempel är en så kallad ringresonator (split-ring resonator), som består av två ringar av metalliskt material där den ena är mindre och placerad inuti den andra. Ringarna har var sin öppning, som är placerade mittemot varandra (se bilden nedan, den är för övrigt lånad från Wikipedia-sidan). När den här konstruktionen utsätts för elektromagnetisk strålning orsakar det en elektrisk ström i ringarna (induktans) och ansamlingar av elektrisk laddning vid ringarnas öppningar (kapacitans). Dessa strömmar och laddningar påverkar i sin tur de omgivande elektriska och magnetiska fälten.
En stor skillnad mellan traditionella fotoniska kristaller och metamaterial med metalliska komponenter är att med metalliska komponenter bör de enskilda elementen i metamaterialet, som ringresonatorerna till exempel, vara mycket mindre än våglängden på den strålning man vill hejda eller styra. Det är positivt om man vill göra en "osynlighetsmantel" på lägre frekvenser (d.v.s., där strålningen har längre våglängd) men för synligt ljus stöter man på problemet att det fortfarande är rätt svårt att tillverka stora mängder komponener som bara är några tiotal nanometer stora, speciellt om man behöver tillverka dem med hög precision. Dessutom funkar även de metalliska metamaterialen också bara i begränsade frekvensområden som beror på de ingående elementens storlek. Frekvensområdet är lite bredare än för fotoniska kristaller, men såvitt jag kunnat ta reda på vore det fortfarande svårt att täcka hela det synliga spektrat. Trots att forskningen definitivt gått framåt verkar vi alltså inte vara särskilt nära en osynlighetsmantel à la Harry Potter än.
Slutligen bör jag nog också nämna att även om en osynlighetsmantel för synligt ljus vore rätt coolt så är det inte det som driver forskningen på området framåt. De flesta artiklar jag sett handlar om elektromagnetisk strålning med våglängder från någon millimeter upp till flera centimeter, som används för t.ex. radar. I det frekvensområdet funkar metalliska metamaterial rätt bra och har givna tillämpningar för de som vill göra sina stealth-flygplan ännu mer stealth-iga.
söndag 11 november 2018
Om en omöjlig uppfinning
Ny Teknik publicerade i veckan en kort artikel om ett potentiellt revolutionerande framdrivningssystem för rymdfarkoster, kallat Emdrive. Artikeln handlar om att det amerikanska forskningsinstitutet DARPA utreder potentialen hos Emdrive, trots att idén bakom framdrivningssystemet har kritiserats för att vara fysikaliskt omöjlig. Hur hänger det här ihop? Vad är det Emdrive påstås kunna göra, och varför är det så omöjligt? Det tänkte jag försöka förklara, men först behövs kanske en liten mekanik-repetition.
Motkraft, rörelsemängd och reaktionsmassa
Tänk dig att du befinner dig på en tom skridskobana med väldigt blank is. Tyvärr har du inte dina skridskor på dig utan ett par riktigt hala dansskor, så du får inget som helst fäste på isen - ytan är friktionsfri. Kan du gå till kanten av skridskobanan?
Intuitivt säger nog de flesta av oss nej, vilket är helt rätt. För att vi ska börja röra oss, alltså accelerera, krävs det en kraft. På ett normal underlag skapas den kraften genom att vi skjuter ifrån mot marken - vi ger då upphov till en kraft som verkar på marken och marken påverkar oss med en lika stor kraft i motsatt riktning. Detta är helt i enlighet med Newtons tredje lag, som säger att för varje kraft finns en lika stor och motsatt motkraft. Det är också i enlighet med en annan fysikalisk lag som säger att rörelsemängden, alltså massan gånger hastigheten, är konstant i ett system som inte påverkas av några yttre krafter. Du får en viss rörelsemängd när du börjar gå, och planeten Jorden får en lika stor rörelsemängd i motsatt riktning (vilket inte kommer att märkas - eftersom Jordens massa är så mycket större än din blir förändringen i dess hastighet väldigt liten).
På vår friktionsfria skridskobana kan vi emellertid inte skjuta ifrån mot marken, så det blir ingen motkraft i riktningen mot kanten på skridskobanan (det finns ju alltid en kraft på oss mot jordens mittpunkt som ger upphov till andra motkrafter, men de hjälper oss inte i det här fallet). Tänk dig istället att vi har nåt tungt föremål med oss - kanske en sån där trägrej med handtag som barn kan hålla sig i när de ska lära sig åka skridskor? Om du knuffar iväg den i motsatt riktning mot den du vill flytta dig själv i så har du ju utövat en kraft på den och den har fått en rörelsemängd. Ska Newtons tredje lag och rörelsemängdens bevarande fortfarande gälla - och det gör de - måste träklumpen då utöva en motkraft på dig och du måste få en lika stor rörelsemängd i motsatt riktning. Därmed kan du ta dig till kanten på skridskobanan.
Vad har det här med rymden att göra? Om man vill att en rymdfarkost av något slag ska accelerera hamnar man i samma läge som på skridskobanan - det finns inget man kan skjuta ifrån mot. För att lösa detta har man med sig stora mängder så kallad reaktionsmassa, som man kan skjuta iväg i motsatt riktning mot den man själv vill röra sig i. Tyvärr innebär detta att man måste ha med sig en försvarlig mängd reaktionsmassa från Jorden, vilket gör uppskjutningen besvärligare. Reaktionsmassan kan dessutom ta slut. Det är detta som Emdrive försöker lösa.
Tanken med Emdrive
För att förstå tanken med Emdrive behöver man känna till två andra fysikaliska fenomen, nämligen strålningstryck och grupphastighet. Strålningstryck innebär att elektromagnetisk strålning, som mikrovågor eller ljus, utövar en kraft på föremål det träffar. I vardagliga situationer är den här kraften för liten för att märkas, men med intensivt ljus kan man faktiskt flytta på små föremål - som den optiska pincetten som kan lyfta celler och som belönas med Nobelpris i år.
Grupphastighet har också med elektromagnetisk strålning att göra. När man vill leda strålning till en specifik punkt använder man ofta en vågledare, ett rör av metall som styr strålningen i rätt riktning. Ett sådant rör påverkar inte bara riktningen på de elektromagnetiska vågorna, utan också hur fort den energi de bär med sig färdas. Ljuset i sig färdas alltid med en konstant hastighet, men man kan visa att energin i strålningen (och eventuellt informationsinnehåll, om det till exempel är en radiovåg) färdas med en lägre hastighet som beror på vågledarens form och storlek och på strålningens våglängd.
Idén med Emdrive är att konstruera en vågledare för mikrovågor på ett sådant sätt att grupphastigheten är större i ena änden än i den andra. I ändarna på vågledaren placerar man reflekterande metallskivor. Strålningstrycket skulle då, enligt Emdrives uppfinnare, bli högre i den ända av vågledaren där grupphastigheten är högre. Det skulle i sin tur leda till en större kraft i ena riktningen än i den andra, vilket Emdrive-uppfinnarna hävdar skulle få hela vågledaren att börja röra på sig.
Invändningarna mot Emdrive
Efter vår diskussion av motkrafter och rörelsemängder ovan så är det inte konstigt om Emdrive-konstruktionen får oss att höja på ögonbrynen. Om satt i nån sorts farkost på vår friktionsfria skridskobana skulle vi väl inte kunna sätta fart på den genom att trycka på väggarna? Det är, i ett nötskal, den mest fundamentala kritiken mot Emdrive - själva idén bortser från Newtons tredje lag. Från uppfinnarnas sida försöker man förklara det hela med att det blir annorlunda för att ljus rör sig i relativistiska hastigheter, så man måste betrakta ljuset och vågledaren som två separata system (eller som de själva formulerar det, vågledaren plus strålning utgör ett öppet system). Tyvärr kan jag inte göra nån grundligare utvärdering av det påståendet eftersom de inte egentligen härleder det eller förklarar hur de menar i sina egna artiklar. Det finns också en del andra konstigheter i deras teori, exempelvis ett väldigt märkligt resonemang kring kraft och acceleration som enligt dem leder till att man inte kan mäta på systemet i en statisk experimentuppställning.
Det starkaste argumentet hittills har ändå varit att man i experiment med systemet faktiskt mätt upp en resulterande kraft, om än en liten sådan. Emellertid har de resultaten också sina kritiker, som pekar på en studie av Emdrive från universitetet i Dresden. Där insåg man att den resulterande kraften var oförändrad även när man minskade intensiteten på strålningen i vågledaren, vilket inte borde inträffa. När man fortsatte undersökningen hittade man en felkälla, nämligen interaktion mellan Jordens magnetfält och kablarna som försåg testutrustningen och Emdriven med ström. Den här interaktionen ger upphov till en kraft som i normala fall är försumbar, men som i Emdrive-fallet var tillräckligt för att ge helt fel resultat. När man skärmade av kablarna bättre för att minska interaktionen lyckades man nämligen inte mäta upp nån resulterande kraft från Emdrive.
Det verkar som om Newtons tredje lag klarar sig ett tag till. Emdrive-teorin är lite för bra för att vara sann.
Motkraft, rörelsemängd och reaktionsmassa
Tänk dig att du befinner dig på en tom skridskobana med väldigt blank is. Tyvärr har du inte dina skridskor på dig utan ett par riktigt hala dansskor, så du får inget som helst fäste på isen - ytan är friktionsfri. Kan du gå till kanten av skridskobanan?
Intuitivt säger nog de flesta av oss nej, vilket är helt rätt. För att vi ska börja röra oss, alltså accelerera, krävs det en kraft. På ett normal underlag skapas den kraften genom att vi skjuter ifrån mot marken - vi ger då upphov till en kraft som verkar på marken och marken påverkar oss med en lika stor kraft i motsatt riktning. Detta är helt i enlighet med Newtons tredje lag, som säger att för varje kraft finns en lika stor och motsatt motkraft. Det är också i enlighet med en annan fysikalisk lag som säger att rörelsemängden, alltså massan gånger hastigheten, är konstant i ett system som inte påverkas av några yttre krafter. Du får en viss rörelsemängd när du börjar gå, och planeten Jorden får en lika stor rörelsemängd i motsatt riktning (vilket inte kommer att märkas - eftersom Jordens massa är så mycket större än din blir förändringen i dess hastighet väldigt liten).
På vår friktionsfria skridskobana kan vi emellertid inte skjuta ifrån mot marken, så det blir ingen motkraft i riktningen mot kanten på skridskobanan (det finns ju alltid en kraft på oss mot jordens mittpunkt som ger upphov till andra motkrafter, men de hjälper oss inte i det här fallet). Tänk dig istället att vi har nåt tungt föremål med oss - kanske en sån där trägrej med handtag som barn kan hålla sig i när de ska lära sig åka skridskor? Om du knuffar iväg den i motsatt riktning mot den du vill flytta dig själv i så har du ju utövat en kraft på den och den har fått en rörelsemängd. Ska Newtons tredje lag och rörelsemängdens bevarande fortfarande gälla - och det gör de - måste träklumpen då utöva en motkraft på dig och du måste få en lika stor rörelsemängd i motsatt riktning. Därmed kan du ta dig till kanten på skridskobanan.
Vad har det här med rymden att göra? Om man vill att en rymdfarkost av något slag ska accelerera hamnar man i samma läge som på skridskobanan - det finns inget man kan skjuta ifrån mot. För att lösa detta har man med sig stora mängder så kallad reaktionsmassa, som man kan skjuta iväg i motsatt riktning mot den man själv vill röra sig i. Tyvärr innebär detta att man måste ha med sig en försvarlig mängd reaktionsmassa från Jorden, vilket gör uppskjutningen besvärligare. Reaktionsmassan kan dessutom ta slut. Det är detta som Emdrive försöker lösa.
Tanken med Emdrive
För att förstå tanken med Emdrive behöver man känna till två andra fysikaliska fenomen, nämligen strålningstryck och grupphastighet. Strålningstryck innebär att elektromagnetisk strålning, som mikrovågor eller ljus, utövar en kraft på föremål det träffar. I vardagliga situationer är den här kraften för liten för att märkas, men med intensivt ljus kan man faktiskt flytta på små föremål - som den optiska pincetten som kan lyfta celler och som belönas med Nobelpris i år.
Grupphastighet har också med elektromagnetisk strålning att göra. När man vill leda strålning till en specifik punkt använder man ofta en vågledare, ett rör av metall som styr strålningen i rätt riktning. Ett sådant rör påverkar inte bara riktningen på de elektromagnetiska vågorna, utan också hur fort den energi de bär med sig färdas. Ljuset i sig färdas alltid med en konstant hastighet, men man kan visa att energin i strålningen (och eventuellt informationsinnehåll, om det till exempel är en radiovåg) färdas med en lägre hastighet som beror på vågledarens form och storlek och på strålningens våglängd.
Idén med Emdrive är att konstruera en vågledare för mikrovågor på ett sådant sätt att grupphastigheten är större i ena änden än i den andra. I ändarna på vågledaren placerar man reflekterande metallskivor. Strålningstrycket skulle då, enligt Emdrives uppfinnare, bli högre i den ända av vågledaren där grupphastigheten är högre. Det skulle i sin tur leda till en större kraft i ena riktningen än i den andra, vilket Emdrive-uppfinnarna hävdar skulle få hela vågledaren att börja röra på sig.
Invändningarna mot Emdrive
Efter vår diskussion av motkrafter och rörelsemängder ovan så är det inte konstigt om Emdrive-konstruktionen får oss att höja på ögonbrynen. Om satt i nån sorts farkost på vår friktionsfria skridskobana skulle vi väl inte kunna sätta fart på den genom att trycka på väggarna? Det är, i ett nötskal, den mest fundamentala kritiken mot Emdrive - själva idén bortser från Newtons tredje lag. Från uppfinnarnas sida försöker man förklara det hela med att det blir annorlunda för att ljus rör sig i relativistiska hastigheter, så man måste betrakta ljuset och vågledaren som två separata system (eller som de själva formulerar det, vågledaren plus strålning utgör ett öppet system). Tyvärr kan jag inte göra nån grundligare utvärdering av det påståendet eftersom de inte egentligen härleder det eller förklarar hur de menar i sina egna artiklar. Det finns också en del andra konstigheter i deras teori, exempelvis ett väldigt märkligt resonemang kring kraft och acceleration som enligt dem leder till att man inte kan mäta på systemet i en statisk experimentuppställning.
Det starkaste argumentet hittills har ändå varit att man i experiment med systemet faktiskt mätt upp en resulterande kraft, om än en liten sådan. Emellertid har de resultaten också sina kritiker, som pekar på en studie av Emdrive från universitetet i Dresden. Där insåg man att den resulterande kraften var oförändrad även när man minskade intensiteten på strålningen i vågledaren, vilket inte borde inträffa. När man fortsatte undersökningen hittade man en felkälla, nämligen interaktion mellan Jordens magnetfält och kablarna som försåg testutrustningen och Emdriven med ström. Den här interaktionen ger upphov till en kraft som i normala fall är försumbar, men som i Emdrive-fallet var tillräckligt för att ge helt fel resultat. När man skärmade av kablarna bättre för att minska interaktionen lyckades man nämligen inte mäta upp nån resulterande kraft från Emdrive.
Det verkar som om Newtons tredje lag klarar sig ett tag till. Emdrive-teorin är lite för bra för att vara sann.
lördag 6 oktober 2018
En Nobel-spådom
Så har vi fått reda på vilka årets Nobelpristagare är - utom i ekonomi förstås, men personligen är jag mest intresserad av fysikpriset. Som bekant delas det i år av tre personer, hälften går till Arthur Ashkin för utvecklandet av den optiska pincetten och andra hälften till Gérard Mourou och Donna Strickland för deras metod att alstra högintensiva, korta laserpulser. Båda upptäckterna är av den sorten som leder vidare till andra upptäckter eftersom de möjliggör nya sätt att studera olika fenomen. Som vanligt är det väldigt intressant, och som vanligt är Kungliga Vetenskapsakademins populärvetenskapliga sammanfattning läsvärd.
Emellertid har det blivit en del uppmärksamhet kring en annan aspekt: Donna Strickland är den tredje kvinnan som fått ett Nobelpris i fysik under de knappt 120 år priset delats ut.
Min Nobel-spådom är att vi kommer att få se den fjärde, femte och sjätte kvinnliga Nobelpristagaren i fysik inom de närmaste tolv åren.
Nej, jag pratar inte om kvotering. Jag pratar om att Nobelprisen helt enkelt börjar komma ikapp de förändringar i samhället som gjort att kvinnor och män fått mer jämlika förutsättningar inom akademin.
Tänk på hur mycket Nobelprisen släpar efter de upptäkter de belönar. Årets Nobelpris handlar om upptäkter som gjordes 1985 (pulslasern) och 1986 (optisk pincett). Donna Strickland är 59, ungefär jämnårig med många av de kvinnliga professorer jag själv träffat på under min tid i akademin. Även om jag förstått att deras karriärer inte direkt varit nån dans på rosor så är det ett faktum att de delvis vuxit upp och inlett sina karriärer under 60- och 70-talen - en period då samhällsutvecklingen, och kanske framför allt andravågsfeminismens inflytande, medförde stora förändringar i synen på kvinnor på arbetsmarknaden över huvud taget.
Nobelprisen kommer alltså inom kort med nödvändighet att börja belöna upptäkter som gjorts efter jämställdhetens senaste stora genombrott i Europa och USA (som trots allt är de regioner som genererat flest Nobelpristagare hittills). Samtidigt börjar vi som samhälle röra oss bort från idén om att forskningsframsteg är beroende av en ensam, genial forskare och mot den mer verklighetsnära insikten om att forskning faktiskt oftast utförs i grupp. Min gissning är att dessa två strömningar tillsammans kommer att leda till en större andel kvinnliga pristagare i framtiden.
Tidigare kvinnliga Nobelpristagare:
Den första (1903) var Marie Curie som forskade inom radioaktivitet och joniserande strålning och delade priset med sin make Pierre Curie och kollegan Henri Bequerel. Enligt uppgift hade Nobelkommittén först inte tänkt inkludera madame Curie, men matematikern Gösta Mittag-Leffler (bror till författaren Ann-Charlotte Leffler, och för övrigt involverad när Sonja Kovalevskaja fick sin välförtjänta professur i matematik, men det är en annan historia) skvallrade för Pierre Curie, som insisterade på att hans hustrus insatser också skulle belönas.
Den andra kvinnliga Nobelpristagaren i fysik (1963) var teoretikern Maria Goeppert Mayer, som inte är lika känd men som man kan läsa mer om i en utmärkt artikel i Physics Today som publicerades nyligen. Där får man bland annat veta att det trots hennes exceptionella arbete dröjde 30 år efter hennes disputation innan hon fick en fast, betald tjänst. Vid flera tillfällen under sin karriär forskade hon utan både anställning och lön, vilket var möjligt delvis just för att hon var teoretiker och därmed inte behövde något laboratorium.
(Sen finns det ju de andra. Det har blivit lite av en sport bland fysiker med intresse för ämnets historia att fundera ut vilka kvinnor ur det förflutna som hade fått ett Nobelpris om de varit verksamma idag, men som blev utan på grund av de tid de levde i. Det första namn som nämns brukar vara Lise Meitner, som i så fall antagligen borde ha delat priset med Otto Hahn 1944, tätt följt av Emmy Noether. Samt Jocelyn Bell Burnell, vars handledare fick Nobelpris för arbete hon varit med om att genomföra.)
Emellertid har det blivit en del uppmärksamhet kring en annan aspekt: Donna Strickland är den tredje kvinnan som fått ett Nobelpris i fysik under de knappt 120 år priset delats ut.
Min Nobel-spådom är att vi kommer att få se den fjärde, femte och sjätte kvinnliga Nobelpristagaren i fysik inom de närmaste tolv åren.
Nej, jag pratar inte om kvotering. Jag pratar om att Nobelprisen helt enkelt börjar komma ikapp de förändringar i samhället som gjort att kvinnor och män fått mer jämlika förutsättningar inom akademin.
Tänk på hur mycket Nobelprisen släpar efter de upptäkter de belönar. Årets Nobelpris handlar om upptäkter som gjordes 1985 (pulslasern) och 1986 (optisk pincett). Donna Strickland är 59, ungefär jämnårig med många av de kvinnliga professorer jag själv träffat på under min tid i akademin. Även om jag förstått att deras karriärer inte direkt varit nån dans på rosor så är det ett faktum att de delvis vuxit upp och inlett sina karriärer under 60- och 70-talen - en period då samhällsutvecklingen, och kanske framför allt andravågsfeminismens inflytande, medförde stora förändringar i synen på kvinnor på arbetsmarknaden över huvud taget.
Nobelprisen kommer alltså inom kort med nödvändighet att börja belöna upptäkter som gjorts efter jämställdhetens senaste stora genombrott i Europa och USA (som trots allt är de regioner som genererat flest Nobelpristagare hittills). Samtidigt börjar vi som samhälle röra oss bort från idén om att forskningsframsteg är beroende av en ensam, genial forskare och mot den mer verklighetsnära insikten om att forskning faktiskt oftast utförs i grupp. Min gissning är att dessa två strömningar tillsammans kommer att leda till en större andel kvinnliga pristagare i framtiden.
Tidigare kvinnliga Nobelpristagare:
Den första (1903) var Marie Curie som forskade inom radioaktivitet och joniserande strålning och delade priset med sin make Pierre Curie och kollegan Henri Bequerel. Enligt uppgift hade Nobelkommittén först inte tänkt inkludera madame Curie, men matematikern Gösta Mittag-Leffler (bror till författaren Ann-Charlotte Leffler, och för övrigt involverad när Sonja Kovalevskaja fick sin välförtjänta professur i matematik, men det är en annan historia) skvallrade för Pierre Curie, som insisterade på att hans hustrus insatser också skulle belönas.
Den andra kvinnliga Nobelpristagaren i fysik (1963) var teoretikern Maria Goeppert Mayer, som inte är lika känd men som man kan läsa mer om i en utmärkt artikel i Physics Today som publicerades nyligen. Där får man bland annat veta att det trots hennes exceptionella arbete dröjde 30 år efter hennes disputation innan hon fick en fast, betald tjänst. Vid flera tillfällen under sin karriär forskade hon utan både anställning och lön, vilket var möjligt delvis just för att hon var teoretiker och därmed inte behövde något laboratorium.
(Sen finns det ju de andra. Det har blivit lite av en sport bland fysiker med intresse för ämnets historia att fundera ut vilka kvinnor ur det förflutna som hade fått ett Nobelpris om de varit verksamma idag, men som blev utan på grund av de tid de levde i. Det första namn som nämns brukar vara Lise Meitner, som i så fall antagligen borde ha delat priset med Otto Hahn 1944, tätt följt av Emmy Noether. Samt Jocelyn Bell Burnell, vars handledare fick Nobelpris för arbete hon varit med om att genomföra.)
söndag 23 september 2018
Recension: "Alternativa fakta" av Åsa Wikforss
Böcker om vår relation till sanning, fakta och kunskap var något av en trend under 2017. Emma Franz' Larmrapporten och Arne Jarricks Det finns inga häxor kom ut förra året, liksom filosofiprofessor Åsa Wikforss bok Alternativa Fakta. Det är ett ämne som ligger i tiden av flera skäl, men i Wikforss fall verkar det finnas en specifik händelse som var avgörande för att boken skulle bli skriven. Vi återkommer till den.
Alternativa Fakta är indelad i sex kapitel. De handlar om sådant som begreppen kunskaps- och faktaresistens, vad fakta egentligen är, kognitiva skevheter och relationen mellan lögn, falska nyheter och propaganda. Ett helt kapitel ägnas åt en svidande kritik av kunskapssynen och pedagogiken inom den svenska skolan, och det avslutande kapitlet handlar om vad man kan göra åt problemen med kunskapsresistens.
En oerhörd styrka hos den här boken jämfört med andra texter om alternativa fakta är den tydliga genomgången av vad som faktiskt menas med de ord och uttryck som används. Wikforss skriver begripligt om vad som krävs för att något ska räknas som fakta och om vad kunskap egentligen är. Hennes genomgång av olika typer av falska påståenden är också en väldigt givande del av boken. Ska man kritisera något är så är det kanske att diskussionen av olika filosofiska inriktningars ståndpunkter kan kännas lite väl grund, men å andra sidan är detta ju ingen lärobok och den som vill gräva ner sig i ämnet har en diger lista med referenser att vända sig till. Är man sen tidigare medveten om kognitiva skevheter som bekräftelsebias och Dunning-Krugereffekten kan det kapitlet kännas som skåpmat, men vet man inte så mycket om tankefällor sen tidigare så är det en bra introduktion.
Något annat jag verkligen uppskattar med Alternativa Fakta är att Wikforss lyfter fram kunskap som ett socialt fenomen, framför allt hur vi får det mesta av vår kunskap om världen från andra människor och vilka konsekvenser det kan ha. Här betonar hon också vikten av att försöka få sin kunskap från folk som verkligen vet vad de pratar om och inkluderar en del tips på hur man känner igen en äkta expert.
Men vad var den där avgörande händelsen som gjorde att den här boken blev skriven? Om någon inte har gissat det än så handlar det om valet av Donald Trump till USAs president. Trumps diverse uttalanden, och medias sätt att hantera dem, får stå för de flesta exemplen i kapitlet om osanna påståenden. Andra källor till osanna påståenden, och de mekanismer de sprids genom (t.ex. sociala medier) tas också upp, men den huvudsakliga inspirationskällan är självklar. Detta gör också att större delen av boken får en rätt internationell prägel, ända fram till kapitlet om den svenska skolan.
För mig är detta fokus på Trump något av en svaghet hos boken. Det mesta som Wikforss tar upp, om fakta och kunskap och osanningar, kan appliceras på så mycket mer än den amerikanska presidenten och de ständiga hänvisningarna till honom riskerar att stöta bort grupper av läsare som hade kunnat ha nytta av den här boken. Beroende på hur dagspolitiken utvecklar sig kan man också misstänka att boken kommer att kännas lite föråldrad inom inte alltför många år. Som det är har den helt enkelt lite för mycket av debattbok över sig, och de brukar inte bli långlivade. Den hade antagligen kunnat vara relevant längre som en mer renodlad introduktion till både kunskap och osanning som begrepp och våra kognitiva skevheter och svagheter.
Min slutsats blir ändå att Alternativa Fakta är väl värd att läsa, framför allt för den som vill veta mer om kunskapsresistens och tankefällor men som inte nördat ner sig i något av ämnena tidigare.
Alternativa Fakta är indelad i sex kapitel. De handlar om sådant som begreppen kunskaps- och faktaresistens, vad fakta egentligen är, kognitiva skevheter och relationen mellan lögn, falska nyheter och propaganda. Ett helt kapitel ägnas åt en svidande kritik av kunskapssynen och pedagogiken inom den svenska skolan, och det avslutande kapitlet handlar om vad man kan göra åt problemen med kunskapsresistens.
En oerhörd styrka hos den här boken jämfört med andra texter om alternativa fakta är den tydliga genomgången av vad som faktiskt menas med de ord och uttryck som används. Wikforss skriver begripligt om vad som krävs för att något ska räknas som fakta och om vad kunskap egentligen är. Hennes genomgång av olika typer av falska påståenden är också en väldigt givande del av boken. Ska man kritisera något är så är det kanske att diskussionen av olika filosofiska inriktningars ståndpunkter kan kännas lite väl grund, men å andra sidan är detta ju ingen lärobok och den som vill gräva ner sig i ämnet har en diger lista med referenser att vända sig till. Är man sen tidigare medveten om kognitiva skevheter som bekräftelsebias och Dunning-Krugereffekten kan det kapitlet kännas som skåpmat, men vet man inte så mycket om tankefällor sen tidigare så är det en bra introduktion.
Något annat jag verkligen uppskattar med Alternativa Fakta är att Wikforss lyfter fram kunskap som ett socialt fenomen, framför allt hur vi får det mesta av vår kunskap om världen från andra människor och vilka konsekvenser det kan ha. Här betonar hon också vikten av att försöka få sin kunskap från folk som verkligen vet vad de pratar om och inkluderar en del tips på hur man känner igen en äkta expert.
Men vad var den där avgörande händelsen som gjorde att den här boken blev skriven? Om någon inte har gissat det än så handlar det om valet av Donald Trump till USAs president. Trumps diverse uttalanden, och medias sätt att hantera dem, får stå för de flesta exemplen i kapitlet om osanna påståenden. Andra källor till osanna påståenden, och de mekanismer de sprids genom (t.ex. sociala medier) tas också upp, men den huvudsakliga inspirationskällan är självklar. Detta gör också att större delen av boken får en rätt internationell prägel, ända fram till kapitlet om den svenska skolan.
För mig är detta fokus på Trump något av en svaghet hos boken. Det mesta som Wikforss tar upp, om fakta och kunskap och osanningar, kan appliceras på så mycket mer än den amerikanska presidenten och de ständiga hänvisningarna till honom riskerar att stöta bort grupper av läsare som hade kunnat ha nytta av den här boken. Beroende på hur dagspolitiken utvecklar sig kan man också misstänka att boken kommer att kännas lite föråldrad inom inte alltför många år. Som det är har den helt enkelt lite för mycket av debattbok över sig, och de brukar inte bli långlivade. Den hade antagligen kunnat vara relevant längre som en mer renodlad introduktion till både kunskap och osanning som begrepp och våra kognitiva skevheter och svagheter.
Min slutsats blir ändå att Alternativa Fakta är väl värd att läsa, framför allt för den som vill veta mer om kunskapsresistens och tankefällor men som inte nördat ner sig i något av ämnena tidigare.
lördag 8 september 2018
Om radar och "den snurrande grejen"
En sak jag lagt märke till under de senaste två åren är att om nån frågar vad man jobbar med och man svarar "radarutveckling", så finns det en följdfråga som är vanligare än alla andra. Nämligen: Har den en sån där snurrande grej?
Oftast syftar "snurrande grej" här på den typiska radardisplayen man ser i fartyg i filmer och tv-serier, där en grönaktig stråle sveper runt, runt på en rund display som visar ljusa punkter eller prickar där radarn ser något. Ibland kan "snurrande grej" också syfta på själva antennen, som ju ofta sitter nånstans högt upp på fartyget och snurrar. Inte så konstigt eftersom det är den här typen av radar som vi ser mest i populärkultur etc.
Emellertid har radarn jag jobbar med ingen av dessa snurrande grejer, så nästa fråga brukar vara nåt i stil med, men hur funkar den i så fall? Vilket är en fråga som tar tid att svara på, och så går konversationen vidare till något annat. Men det är en väldigt bra fråga, så nu tänkte jag ta mig tid att svara på den lite mer utförligt.
Om man funderar lite mer på den där klassiska radardisplayen så inser man raskt att den på ett väldigt bra sätt visar två saker: Avståndet till det radarn ser, och riktningen relativt den egna radarantennen. Avståndet är en av de saker som är mest rättframt att mäta med en radar: Man skickar iväg en puls av radiovågor och ser om den reflekteras av något och därför kommer tillbaka. Sen räknar man ut avståndet från tiden det tog innan pulsen kom tillbaka. Riktningen är ofta mer besvärlig, men för en snurrande fartygsradar finns en enkel lösning - det man ser måste ju finnas i samma riktning som antennen var riktad i när den tog emot signalen. Den snurrande grejen har alltså att göra med hur man avgör riktningen till det radarn känner av.
Om man inte vill ha en snurrande grej behöver man hitta ett annat sätt att avgöra vilken riktning en sekvens radiovågor kommer ifrån. Ett sätt att förstå hur det kan gå till är att börja med en typ av vågor som är lättare att föreställa sig, exempelvis vattenvågor. Om du sitter och metar med ett metspö i en sjö där det går lite vågor kommer flötet (ja, den röda grejen i bilden nedan föreställer ett flöte) att följa med vågorna, så ibland är det på en vågtopp och ibland i en vågdal.
Tänk dig nu istället att du av nån anledning har fyra flöten i en rad på vattenytan. Om vågorna kommer rakt framifrån, så att vågkammarna är parallella med raden av flöten, så kommer de att vara på en topp eller i en dal samtidigt. Skulle vågorna däremot komma från någon annan riktning så kan vissa hamna på vågtoppar samtidigt som andra är i vågdalar. Även om alla fyra påverkas av samma vågrörelse, med samma amplitud och frekvens, så är fasen alltså olika för varje flöte. Om du vet våglängden på vågorna och avståndet mellan dina flöten skulle du då kunna räkna ut, åtminstone på ett ungefär, vilken riktning vågorna kommer ifrån.
Om du nu istället har en radar som inte snurrar utan alltid ser åt samma håll (som en framåtriktad radar på en bil, till exempel) så kan du använda det här på två sätt. Om antennen du skickar ut radiovågor med har flera så kallade antennelement kan du bestämma att de ska skicka ut radiovågorna med olika fas. Det kommer då att styra radiovågorna i en viss riktning, precis som i exemplet med vattenvågorna ovan (antennelementen motsvarar flötena). Genom att ändra den relativa fasen för de olika antennelementen kan du skicka radiovågor i olika riktningar och därmed "scanna av" omgivningen (snyggare figurer / animationer som förklarar detta finns här).
Det andra alternativet är att ha en mottagarantenn med flera antennelement. I det här fallet har man oftast en lite enklare sändantenn som belyser ett bredare område med radiovågor. När vågorna reflekteras av föremål i området fångas de upp av mottagarantennen, och den relativa fasen som uppmäts av olika antennelement ger riktningen.
Sen finns det naturligtvis saker som gör det här mer komplicerat i verkligheten - till exempel kan man behöva rätt många antennelement om man vill se ett stort område med hög upplösning. Det kan också vara besvärligt när det finns flera föremål som reflekterar. En sak som gör det sistnämnda lättare att hantera är att reflexer från föremål på olika avstånd kommer att nå mottagarantennen vid olika tidpunkter, så det går att separera dem med avseende på avståndet innan man försöker avgöra riktningen. I den typ av radar som oftast används i bilar mäter man också hastigheten relativt det egna fordonet och särskiljer olika föremål baserat på det - så reflexer från en mötande bil och en lyktstolpe som råkar befinna sig på samma avstånd går att skilja åt beroende på hastigheten, och sen kan man förhoppningvis räkna ut riktningarna till båda. Även utan snurrande grejer.
Prenumerera på:
Inlägg (Atom)