Is string theory in crisis?

String theory is not in crisis – on the contrary – but string theorists are. The theory refuses to adopt to human preconceptions, and the ruling paradigm since the turn of the millennium is questioned.

After the discovery of dark energy, just over 20 years ago, there was a healthy shift in the attitude to string theory. The hope of developing a unique theory of everything, capable to predict in detail all the properties of the standard model of particle physics, as well as the absence of dark energy, gave way to its exact opposite. Our universe was nothing more than a tiny corner of a gigantic multiverse with wildly varying properties – including the value of the dark energy. In this way, finely tuned aspects of the fundamental laws of nature, apparently necessary for the appearance of stars, planets and life, could easily be explained by the anthropic principle.  If the value of the dark energy had been any bigger we would not have been here. There is furthermore no particular reason why it should be much smaller than this. So simple chance, conditioned on the fact that we actually exist, suggests that the most likely value is close to what we actually observe.

There was only one catch, how would you construct all of these solutions within string theory? Luckily, new and powerful tools had been developed during the 1990’s, and they were rapidly put to work.  The progress was astounding, and an enormous number of solutions, the string theory landscape, was claimed to exist. An estimate of 10500 became popular, and was used to indicate the vastness of the multiverse. Physics had finally matured in a way that biology had done already in the 19’th century through the discovery of evolution. Neither the living world, nor the universe itself, had to be the result of design or purpose. It was just that the universe (let us call it the multiverse) was so much larger than what we so far had been able to observe (let us call it the universe).

An almost perfect parallel are the conditions on Earth so miraculously habitable to life. Surely, this is in need of an explanation. If the Earth had been the only planet in the universe, you would have had to choose between two options: someone made it so on purpose, or the nature of the Earth is by necessity and built into the mathematical laws. The latter is what the German astronomer Johannes Kepler believed in the beginning of the 17’th century, when he tried to mathematically deduce the distances between the planets of the solar system. But why would math care about life? The way out of the dilemma is the realization that Earth is not alone. The universe is large and there are billions upon billions of possible planets. By pure luck, some of them should have just the right properties and we must live on one of them. This is the essence of an anthropic explanation. String theorists argued that a similar reasoning applies to the laws of particle physics and the dark energy, and when the string theory landscape was discovered it seemed case close.

Not all were as positive, and there were critics. The multiverse was seen as a sign that the string theorists had lost it, and were working on a theory that could not predict anything. The theory was deemed meaningless.

Ironically, it now seems as if the proponents of the stringy multiverse, as well as their critics, were equally wrong. The theory now seems to be much more clever and meticulous, and it is likely that not a single one of all those vacua exhibiting dark energy actually exists. The criticism against the theory turned out to be completely beside the point and, in a sense, not even wrong. The problem was instead that the string theorists themselves had been led astray not appreciating how  wonderful string theory actually is.

During the last decade or so, hints have been accumulating that there are no de Sitter vacua in string theory at all. (de Sitter vacuum is a technical term for having a positive cosmological constant – the simplest kind of dark energy). When you are able to perform reliable calculations, you cannot find any, and when you do find a solution, your calculations turn out to rely on unjustified assumptions or good fate.

Together with another string theorist, Thomas van Riet, we wrote a review this spring describing some of the efforts elucidating the properties of the landscape. In the work we have been involved in over the past decade, we have seen one mysterious conspiracy against de Sitter after the other. Despite its richness, the theory always seems to fail in one way or the other to yield de Sitter. In fact, could it be that the string theory landscape is completely barren, and all the de Sitter are out in swampland1 and shown by string theory to be inconsistent?

A turning point that finally caught the attention of people in the field came just recently in a paper by Cumrun Vafa – a leading figure within the field of string theory for decades. In a talk at the conference Strings 2018 on Okinawa, Japan,, at the end of June, he puts forward a conjecture that would rule out the complete string landscape, and put all that we hoped for into the swampland. The battle about the landscape of string theory has begun.

It reminds me be a bit about the Monty Python Dead Parrot sketch:

Adopted to the present context it would run something like this:

Mr. Pheno: I wish to complain about this string landscape what I purchased not 20 years ago from this very boutique.

Owner of string theory shop: Oh yes, the, uh, the one with dS vacua…What’s wrong with it?

Mr. Pheno: I’ll tell you what’s wrong with it, my lad. It’s barren, that’s what’s wrong with it!

Owner: No, no, it’s full of stable dS vacua!.

Mr. Pheno: Look, matey, I know a swampland when I see one, and I’m looking at one right now.

Owner: No no it’s not barren! Remarkable landscape, the de Sitter one, isn’it, ay? Beautiful supersymmetry!

Mr. Pheno: The supersymmetry don’t enter into it. It’s a stone dead swampland.

Owner: Nononono, no, no! It’s not a swampland!

 (owner hits Mr. Pheno’s computer)

Owner: There, an antibrane uplift!2

Mr. Pheno: No, there isn’t, that was you hitting my computer!

Owner: I never!!

Mr. Pheno: Yes, you did!

Owner: I never, never did anything…

Mr. Pheno: Look, I took the liberty of examining that landscape when I got it home, and I discovered the only reason that the de Sitter vacua seemd to be there in the first place was that they had been NAILED there.

Owner: Well, o’course they were nailed there! If I hadn’t nailed that landscape down, your computer would have exploded, VOOM! Feeweeweewee!

These are exciting times. String theory is an extrapolation of quantum field theory and general relativity from which we are starting to learn the rules of the game when constructing a theory of quantum gravity. What we thought would easily work turns out to be much more tricky – and interesting. The string landscape is becoming a swampland, but somewhere there should still be a little island that could harbor our universe. That is a least what string theorists hope.

It is not at all true that string theory cannot be tested. Its first test, which we thought was easy to pass, is to accommodate the accelerated expansion of the universe. At the moment, we do not know how, and if no answer is found string theory does not work. We would have to go back in our tracks and see where it went wrong.

I am an optimist. Finally, the community has a clear goal, an important puzzle, to resolve. There are a few possibilities. Vafa suggests quintessence pointing out that even if the universe is accelerating it may not go on forever. The acceleration might be decreasing, lasting no longer than string theory permits and for us to appear, with a scary and rapid end. Instead of the universe growing old and wary through billions of billions of billions of… years of expansion, it might end in a catastrophic breakdown of the known laws of physics in just some tens of billions of years. Enjoy it while you can.

Another possibility that I find even more intriguing, and have developed together with a number of other string theorists, is that we are living on the edge of bubble expanding into an extra dimension. The positive dark energy is not a property of a stable vacuum, but induced in a subtle way through the interplay between the bubble walls on which we are living and the higher dimensions.  In this way you can perhaps find a way around the difficulties and turn the instability that killed the landscape into a virtue. Or maybe the answer is something all together different?

As Vafa puts it in his response to a question during his talk: “You might be right, I’m not saying you are wrong. You might be right, but this might also be right.”  It has nothing to do with postmodern relativism, By studying the mathematics of the theory we will find out what it predicts, and by comparing with observations we will learn whether it has anything to do with reality. I, for one, think it has.  It is just good old natural science. There is a chance that there will be some exciting progress in the next few years, but it may take some time before we really know. To quote the Swedish author and Nobel Laureate Harry Martinson: “It takes time to know it all. Meanwhile, Nature just carries on.”

1. The swampland refers to laws of nature that cannot be realized in string theory and, therefore, would be inconsistent.

2. A popular technique argued to give a positive cosmological constant.

Liv på Mars?

Svaret dröjer, men indicierna hopar sig. Nu senast har NASAs envisa marsbil Curiosity, under det att den klättar allt högre upp på Mount Sharp i kratern Gale, rapporterat om små mängder metan i atmosfären som varierar med årstiden och organiska molekyler i marken. Det troligaste är att metanet tränger upp från underjorden genom sprickor.

This low-angle self-portrait of NASA's Curiosity Mars rover shows the vehicle at the site from which it reached down to drill in

Inget av detta bevisar på något sätt närvaron av liv men det är intressant. Geologiska processer skulle kunna vara ansvariga för metanet och organiska molekyler dräller det av bland solsystemets asteroider. Men ändå.

Den delvis katastrofala historien om hur klimatet på Mars utvecklats över årmiljarderna börjar klarna. Det råder nog inget tvivel om att det såg helt annorlunda ut under den första årmiljarden än vad det gör idag. Tecknen är många på att stora mängder vatten flöt på ytan av planeten, och att det fanns floder, sjöar, kanske till och med en vidsträckt ocean på det norra halvklotet.

 

(från wikipedia)

Sedan gick det snett. Jättesnett. Förutsättningen för detta tidiga välstånd var en tjock atmosfär. Och en tjock atmosfär förutsätter ett starkt… magnetfält. Kanske inte det första man tänker på när man väljer sig en planet att bo på? (Gott råd till den som är på väg att förvärva hus, sommarstuga eller ny planet: anlita en pålitlig besiktningsman som tänker på allt.) Magnetfältet behövs för att skydda atmosfären mot laddade partiklar (de som orsakar norrsken) från solen. Man kan alltså föreställa sig hur det i det förgångna  flammade norrsken över Mars norra ocean. (Faktum är att det liknande fenomen frörekommer också nu — fast utan magnetfält kondentreras det inte till polerna utan sprid ut över hela planeten.)  Problemet som besiktningsmannen hade påpekat är att Mars är alldeles för liten för att kunna upprätthålla ett magnetfält över någon längre tid. Det är den heta inre roterande kärnan som fungerar som en slags elektromagnet som ger upphov till magnetfältet. Och för 3,5 miljarder år sedan hade den lilla Mars kylts ner så pass mycket att aktiviteten avstannade. I den större jorden har värmen (ständigt påfylld av radioaktiviteten) kunnat behållas till våra dagar. När magnetfältet började tyna, eroderades atmosfären bort.

Den amerikanska marssonden Insight som startade den 5 maj, och landar den 26 november. kommer att försöka bekräfta just detta. Den har en sesimograf med sig och skall studera marsbävningar som ett sätt att kartlägga planetens inre. Genom att tima vågor som når sonden via olika vägar genom och runt planeten kan man få en bild i genomskärning.

 

OK, men liv då? Om det nu kom igång så snabbt på jorden efter några futtiga hundratals miljoner år kan det väl ha gått lika snabbt på Mars om den nu också var någon slags Edens lustgård. Livet på jorden har ju sedan visat sig oerhört tåligt och har också sökt sig i mikroskopisk form långt ner under marken. När magnetfältet och atmosfären försvann på Mars, kan inte det evolutionära trycket utvecklat allt tåligare varelser som överlevde ytterligare något tag. Kanske finns det fortfarande kvar och pyser metan? Jag är böjd att tro det.

Om några år kommer nya sonder att leta specifikt efter liv, inklusive mikroskopiska fossiler. Särskilt intressanta är ESAs ExoMars 2020 och NASAs Mars 2020 Rover (inklusive helikopter). Man funderar intensivt över vad det är man skall leta efter. Men så svårt kan det väl inte vara?

Skuggan av ett svart hål

Vad är det mest spektakulära att vänta från den fundamentala fysiken under de närmaste några åren? Eller kanske redan i år? Det man vill avbilda ser ut typ så här i animerad form:

Från eventhorizontelescope.org, Hotaka Shiokawa.

Vad är det fär något? Ett svart hål! Låt mig förklara så ni är beredda på vad som komma skall.

Svarta hål är inte alltid ensamma i rymden utan gör sig ibland påminda genom att påverka materia i sin omgivning. De kan sluka stjärnor och gasmoln som ramlar in och blir en del av en roterande, glödande skiva innan de faller in i mörkret. För att få en bild i huvudet tänk dig en svart Saturnus omgiven av en ring. Det kan också vara tal om strålar av energi som sänds ut längs rotationsaxeln med magnetfält inblandade. Magnetfälten lindas upp och omvandlar systemets rotationsenergi till glansfulla fyrverkerier. Faktum är att detta ger upphov till universums allra starkast strålande objekt, kvasarerna, som just utgörs av stora svarta hål i centrum av vissa galaxer. Inte helt olikt en generator på ett cykelhjul som ger ström till cykellampan. Förställ dig ditt framhjul som den roterande skivan runt ett svart hål och lyset som en kvasar nästa gång du är ute och cyklar i mörkret!

Hur ser det ut? I filmen Interstellar från 2014 kan man få en ganska bra uppfattning. Låt oss föreställa oss att vi tittar på det svarta hålet och dess skiva från sidan. Då borde det väl se ut typ så här:

Icke! Ljuset från skivan bakom det svarta hålet kröks av gravitationen och man får möjlighet att se det som ligger BAKOM det svarta hålet. Ljuset kan gå både under och över och det blir så här…

Bättre bild hittar du här. Animationerna i Interstellar är de bästa som någonsin gjorts och det skall till en Nobelpristagare i fysik, Kip Thorne, för att det skall bli så bra. Läs mer här och här och sök på bloggen efter svarta hål. (Finns en hel del.) När Kip var på plats i december förra året kunde er himmelske korrespondent naturligtvis inte låta bli att få sitt exemplar av boken om Interstellar signerad…

Copyright UNT, fotograf Sven-Olof Ahlgren.

I filmen såg man sig nödsakade att fuska lite grand. Verkligheten överträffar dikten och man kom fram till att publiken inte skulle begripa ett smack om man var helt naturtrogen. I och med att det svarta hålet i filmen roterar (liksom alla svarta hål med självaktning) blir bilden asymmetrisk. Den sida som är på väg emot betraktaren blir blåare och ljusare och den som är på väg bort rödare och svagare. För svårt.

Istället för att animera, kan man försöka sig på att ta en bild av ett RIKTIGT svart hål. Och detta är just vad Event Horizon Telescope är i färd med att göra! Det finns två möjliga fotomodeller: Dels det svarta hålet i Vintergatans centrum som har en massa på fyra miljoner gånger solens och har en diameter på runt 25 miljoner km. Eftersom det ligger nästan 30000 ljusår bort kommer det inte att te sig större än en  svart golfboll på månen. Och dels det svarta hålet i galaxen M87 i Virgohopen som är drygt tusen gånger större men befinner sig drygt tusen gånger längre bort och kommer att se en aning mindre ut.

(Parantes: det finns faktiskt två golfbollar på månen som Alan Shepard slog iväg under Apollo 14. Inte en chans att se den från jorden. Först ganska nyligen lyckades man via en satellit i omloppsbana ta bilder ens av månlandarna.)

Med hjälp av ett nätverk av readioteleskop utspridda över hela jorden hoppas man inom en snar framtid ta de första bilderna. Teleskopen ligger i Nordamerika, Sydamerika, Afrika, Europa, Hawaii och… på Sydpolen. Tillsammans bildar de ett teleskop lika stort som jorden som i princip skulle kunna avbilda en radiostrålande golfboll på månen. Eller mer intressant, de svarta hålen i  mitten av Vitnergatan eller M87.  Man har redan utfört mätningar och påbörjat arbetet med att kombinera ihop resultaten. Det handlar om enorma mängder data som vida överstiger till och med det som hanteras vid CERN. Signalerna tidsbestäms med en noggranhet på en tiondel av en miljardels av en sekund och sedan gäller det att kombinera fram en bild. Eftersom internettäckningen är lite sisådär vid Sydpolen måste data skickas med vanlig post.

Lyckas man redan i år? Vad man  förväntar sig är något som alltså ser ut så här…

Class. Quantum Grav., Falcke & Markoff (2013)

… att direkt jämföras med Interstellar, men utan något fusk där man försöker göra bilden mer symmetrisk för att tillfredsställa publiken. Bilderna till vänster visar systemet sett uppifrån och de till höger rakt från sidan.

Det riktigt roliga vore ju om det blev lite annorlunda mot vad man förväntat sig, vilket skulle vara tecken på ny fysik. Varför inte min favorit domedagsbubblorna?

När fake news blir norm

Om ni inte redan sett den är det hög tid: intervjun med Svenskt Flygs generalsekretare har goda utsikter att bli en klassiker.

Regin är oslagbar och dialogen genial. Är detta kunskapsförnekelsens och trumpismens slutgiltiga genombrott i Sverige? Avsändaren är ju inte vilken som helst. Branchorganisationen Svenskt Flyg organiserar bland annat det statliga flygplatsbolaget Swedavia och myndigheten Luftfartsverket vilket i praktiken innebär att svenska staten är med och finansierar kampanjen.

Nej, tycker miljöministern som vill att både Swedavia och Luftfartsverket drar sig ur organisationen. Någon måtta får det ändå vara. Men se, det vill de inte alls. Swedavia ”välkomnar debatten” och ”vill inte recensera enskilda uttalanden.” Luftfartsverket tycker att ”flyget är viktigt för Sverige” och ser heller ingen anledning att lämna Svenskt Flyg. Svenskt Flyg fär förstås luft under vingarna, går till motattack, ministern KU-anmäls för ministerstyre, och allt blir till en enda röra där det mest handlar om huruvida en minister hoppat över skaklarna eller ej.

Kvar, bortglömd, står sakfrågan. Skall skattepengar verkligen gå till klimatförnekande kampanjer? Och oavsett vad man anser om medlemskap eller ej, oavsett hur sur man blir över ministerns uppmaning,  varför orkar en svensk myndighet inte ta avstånd från uppenbart förryckta påståenden inom sitt eget specialområde? Hur kan det vara politiskt känsligt för en myndighet att ta avstånd från alternativa fakta? Hur vanligt är detta? Är det ett tecken i tiden? Det är om detta debatten borde handla.

Titta på filmen igen och ha i minne att den är menad att tas på fullaste allvar och är ingen parodi.  Blir den en klassiker?

Läs mer om hur fake news blir norm.

Vi blir bara dummare och dummare

 

Egentligen gick det väl snett redan för 20000 år sedan då människans hjärna antas ha varit som allra störst, även om vi under en stor del av 1900-talet har kunnat trösta oss med ett stigande IQ. Sedan  kom Windows 95.

I tidskriften Intelligence (var annars) kan man läsa om hur tonåringar världen över, inte minst i Skandinavien, blir allt dummare för varje generation. (Se också här.)  Effekten är stor. I ett trettioårigt perspektiv handlar det om ungefär sju steg på IQ-skalan i fel riktning. Detta är ett enormt tapp sett som ett medelvärde och tappet sker dessutom inte likformigt över alla begåvningsnivåer. Det är främst i det högre skiktet som försämringen sker och innebär därför att de yngre medlemmarna av den så kallade eliten inte längre har alla flingorna i paketet. De som förväntas styra och ställa i världen, hitta på de nya fiffiga uppfinningarna och i största allmänhet hålla reda på saker och ting börjar bli som folk är mest. Någon skillnad vad gäller kön kan inte skönjas. Flickor och pojkar dyker tillsammans.

Och vad är då förklaringen? Jag har redan gett den: Windows 95. Trendbrottet kom i mitten av 1990-talet och kopplas till ett alltmer utbrett skärmtittande i olika form. Det som tar stryk är förmågan till koncentration vilket i sin tur är en riskfaktor för dumhet.

Vilka är det då som påstår detta? Det handlar om två nyzeeländska forskare, James Flynn och Michael Shayer. Förvisso hör de till en generation som nog gärna tycker ju förr dess bättre, men det är icke desto mindre oroväckande resultat de presenterar. Flynn är heller inte vem som helst. Det var just han som upptäckte den ökning av intelligenskvoten som vi hittills kunnat glädja oss åt: den så kallade Flynneffekten. Och som nu alltså har gått in i väggen.

Så hur skall man hantera utvecklingen? Receptet är enkelt. Arbetsgivare bör tänka sig för när de anställer någon under 40, föräldrar bör dra ur sladden och tvinga sina barn att läsa böcker. Tjocka böcker. Och du själv bör inte läsa alltför många bloggar.

Kan tiden stanna?

I vårt vardagsrum står morfar och mormors gamla moraklocka. Den har stått still nitton minuter i sex så länge jag kan minnas. Det är förmodligen mer än ett halvsekel sedan den senast tickade fram tiden och med dova slag markerade varje timme. Mamma hade idéer om att lämna in den till en urmakare men det blev aldrig av. Pendeln och loden finns kvar men själv har jag gett upp sådana planer.

Nitton minuter i sex. Någonstans, någon gång i det förflutna, existerar detta infrusna ögonblick. Är det på morgonen eller på kvällen? Jag tycker nog att det passar sig bättre för tiden att stanna på morgonen, kanske en lördagmorgon när ingen ännu vaknat. Morfar och mormor ligger och sover när tiden plötsligt stannar. Några fåglar i trädgården utanför fastnar i luften, och en solstråle fryser fast högt ovanför huset. En stund senare stiger morfar upp ur sängen, mormor ligger kvar och drar sig en stund till. Det är alldeles tyst i huset. Inget tickande eller dongande från moraklockan. ”Nu har den väl stannat för alltid” tänker morfar innan han går och sätter på kaffet.

Kan tiden stanna? På riktigt? Är det något som är relativt så är det just tiden. Beroende på hur du rör dig, eller på vilken höjd du befinner dig, går tiden olika fort. Skillnaden är inte stor. En resa tur och retur över Atlanten ger en skillnad på nägra miljardelar av en sekund. Men om du reser med hög fart, nära ljusets, tycks din tid nästan stå still jämfört med den som håller sig hemma på jorden. I ett bekvämt accelererande ryndskepp kan du ta dig till det observerbara universums yttersta ände och tillbaka igen på en livstid. Fast på jorden kommer det att ha gått miljarder år och inte ens minnet finns kvar av de som i en obegripligt avlägsen forntid vinkade avsked. På liknande sätt kan du resa till framtiden genom att hålla dig svävande i närheten av ett svart hål. Om du vågar.

Men allt är alltså relativt. Utan något att jämföra med kan du inte avgöra om tiden går långsammare eller om den till och med har stannat. Dina tankar tänks ju på motsvarande sätt långsammare och du kommer inte att hinna med att ha tråkigt även om inget händer. Kanske tiden alldeles precis har stannat? Och gått igång igen? Du skulle inte ha märkt någonting alls.

Värre förstås om den aldrig på nytt skulle börja flyta och inga ytterligare ögonblick någonsin inträffa. Att ingenting någonsin mer skulle hända. I julkalendern har tiden stannat, dagen före julafton, och frågan är om det handlar om det allra sista ögonblicket? Sex-åringen som följt julkalendern kan nog känna igen sig. Skall denna dan före dan aldrig ta slut? Kan det inte bli julafton snart? Vi får se. I morgon.

När någon frågar mig vad tid är brukar jag svara: ”tid det är vad man mäter med en klocka”. Den klocka jag då föreställer mig är den bästa tänkbara med en mekanism som osvikligt styrs av den allra mest fundamentala fysik och har en direkt kontankt med tillvarons fundamentala grund. Varje klocka vi själva försöker att konstruera är bara en eller mindre välfungerande approximation.

Detta gäller också den gamla moraklockan i vårt vardagsrum som fastnat i ett förevigt fruset och okänt ögonblick klockan nitton minuter i sex en morgon, eller kväll, för nu mycket länge sedan.

Tillägg efter julaftonens avsnitt:

I sista avsnittet sammanfattar Asrin:

”Man ska inte göra så med tiden. Den ska inte stanna eller vridas tillbaka. Den skall fortsätta framåt.”

Kan det sägas bättre?

Läs mer (och titta på video) på bloggen om The Physics of Julkalendern. Lyssna också på Vetenskapsradions veckomagasin (30 minuter in).

The physics of Julkalendern 15/12-20/12

Det är uppenbart att portalen nu äntligen fungerar. Asrin, Lima och Max har äntligen lyckats ta sig till universums mittpunkt (var den nu ligger, för spekulationer se tidigare inlägg. )

Men vad kan hemligheten bakom portalen vara?  Det måste förstås handla om ett maskhål. Ungefär som maskhålet i filmen Interstellar (där en av årets Nobelpristagare i fysik Kip Thorne har ett finger med) som leder från omloppsbana kring Saturnus till ett planetsystem runt ett svart hål någonstans.

Ett maskhål är ju just en genväg från ett ställe i rummet till ett annat. Ungefär som en tunnel. Ingången till ett perfekt maskhål skulle se ut ungefär som en kristallkula. Om man tittar in i den ena kulan ser man ut genom kulan som är belägen i den andra änden. Och är den tillräckligt stor kan man kliva in i den och ut genom maskhålets andra ände. Praktiskt om man vill resa långt bort och snabbt.

Här en förklarande video!

Olyckligtvis är det inte särskilt lätt att åstadkomma maskhål – vilket ju är uppenbart för var och en som följt julkalendern. Portalen krånglar ständigt och barnen har hamnat lite här och där i universum.

Problemet de har att tampas med är kopplat till hur man skall kunna kröka till rumtiden på det sätt som  krävs. Låt oss använda farmors julduk som ett exempel…

 

Den typ av krökning som vanlig materia ger upphov till är att likna vid vad som händer om man spänner upp duken och lägger dit något lagom tungt, säg ett äpple. Det bildas en liten grop. Om man istället lägger dit något riktigt tungt dras gropen ut till en strut och tyget kanske rentav brister. Detta får svara mot singulariteten i mitten av ett svart hål. (Lite mer om detta här.)

Men om vi vill åstadkomma att maskhål får vi plocka fram sax, nål och tråd. Vi behöver sedan få till två strutar som vi syr ihop till en tunnel som leder från ett ställe på duken till ett annat. En krävande uppgift om man inte är riktigt duktig (som farmor) på syslöjd.

Finns det materia som kan kröka rumtiden så illa? Njae, det är inte säkert även om man tydligen fått till det på något sätt i julkalendern. Problemet med maskhål, och ett av skälen till att man är tveksam till om sådan materia kan existera, är att en genväg i rummet lätt kan göra som till en genväg i tiden om man är oförsiktig. Portalen i julkalendern skulle alltså kunna ge en möjlighet till en resa bakåt i tiden. Och det kan leda till en massa väldigt jobbiga situationer. Som att man hoppar in i maskhålet, förflyttas bakåt i tiden, och sedan förhindrar att man hoppade in i maskhålet. Vilket i sin tur… Så kan man förstås inte ha det, eller?

P.S. Vilket slags äpple kan det vara som ligger mitt i farmors julduk? Newtons äpple förstås — på riktigt. Äpplet på bilden kommer från ett träd som kan räkna sin härstamning från det träd som en gång stod vid huset i Woolsthorpe där Newton såg ett äpple falla. Nog är det lite extra svikt i farmors duk? Tack till äppelodlare Olle Ridelius i Vassbo som skickade mig äpplet.

The physics of Julkalendern 5/12-14/12

Spoilervarning, läs på bloggen också om tidigare avsnitt.

Temat under den gångna veckan har varit astrobiologi. Våra hjältar har under ett antal försök att via portalen nå universums mittpunkt (var den nu kan ligga) hamnat alldeles galet. Vid ett tillfälle damp de ned i vad som ser ut som en tropisk skog. Trots att det rimligen handlar om en avlägsen planet, som väl kan befinna sig var som helst i universum, verkar allt ändå märkligt bekant. Atmosfären har dessutom en lämplig sammansättning som gör det möjligt att andas, och planetens tyngdkraft verkar vara ungefär som jordens. Monstret de träffar ser i och för sig förskräckligt ut och dess avsikter, även om de till en början är oklara, ligger helt i linje med vad Hans och Greta råkade ut för. Men just detta är nog det allra märkligaste. Hur kan det vara möjligt för Asrin, Lima, Max och professor Styregaard att överhuvudtaget kunna äta den mat som monstret försöker lura i dem? Är inte risken rätt stor att de helt enkelt blir förgiftade? Och monstret borde väl också ta sig en funderare över vad det vågar sätt upp på menyn? Man skulle ju kunna tro att livets kemi kan skilja sig rätt rejält på en främmande planet. Om det nu inte finns någon slags grundprincip som är densamma överallt? Kanske allt liv är baserat på DNA-molekyler, aminosyror och proteiner? De bär som professorn hittar har förvisso en olustig effekt som är en antydan i denna riktning,  Men hur liv på andra planeter kan gestalta sig har hittills varit okänt och Julkalendern ger i detta sammanhang en viktig ledtråd.

De senaste dagarna har barnen kämpat för livhanken på en planet till synes helt täckt av is och snö. Förmodligen handlar det om en stor måne i omloppsbana kring en jätteplanet som Jupiter eller större. Den uppmärksamme kan ju på himlen ibland ana en stor planet med ringar och ytterligare någon måne. Vi har redan innan Julkalendern känt till att jätteplaneter är vanliga och de som finns i vårt solsystem har flera större månar. Det är vanligt att de är rejält isiga, och under istäcket döljer sig ofta djupa hav. Saturnus måne Enceladus är ett intressant exempel med geysrar som sprutar ut vattenånga…

https://i1.wp.com/www.universetoday.com/wp-content/uploads/2012/02/enceladus_geysers.jpg?w=700&ssl=1

Planeten Asrin, Lima, Max, och så småningom professor Styregaard, hamnat på kan alltså mycket väl vara en ganska typisk jordliknande planet. Olyckligtvis är nätterna rejält kalla – det hävdas att temperaturen går ner till den absoluta nollpunkten, minus 273 grader. Värme innebär rörelse och vid den absoluta nollpunkten upphör alla skakningar och de flesta ämnen stelnar till is vid långt högre temperaturer. När det gäller kväve och syre strax under 200 minusgrader. Detta innebär att hela atmosfären nattetid regnar ner som vätska och sedan fryser till is. På morgonsidan tinar allt upp igen och atmosfären återställs. Den sovsäck som professor Styregaard har med sig när hon räddar barnen måste alltså var av ett sällsamt slag för att klara påfrestningarna. (Detta gäller också tältet.) Man har spekulerat i att någonting liknande kan vara fallet vid årstidsväxlingarna på Pluto, men mycket tyder nu på att stora delar av Plutos atmosfär klarar även den värsta midvintern.

Det är nu bara en dryg vecka kvar tills dess att tiden stannar. Oroväckande skakningar drabbar världen. Möjligen rör det sig om kraftfulla gravitationsvågor som på något sätt alstras i samband med den analkande katastrofen. En slags rymdbävning som i sin tur orsakar en jordbävning. Just i år har ju Nobelpriset i fysik gått till de första direkta mätningarna av gravitationsvågor från kolliderande svarta hål (leta runt på bloggen om mer i ämnet!), men dessa kommer inte i närheten av den styrka det handlar om i Julkalendern. För att orsaka jordbävning skulle det krävas två kolliderande svarta hål på ett  avstånd av bara några tusen kilometer.

Men att det har att göra med gravitationsvågor är förstås bara en ren spekulation.

Mer om rymdbävningar.

The physics of Julkalendern 2/12-4/12

Fortsättning från tidigare inlägg. Spoilervarning!

Vi har fått veta ytterligare några viktiga saker i de senaste avsnitten av julkalendern. Kanske det allra viktigaste är att tiden riskerar att ta slut den 23 december. Låter ruskigt!

Men kan tiden verkligen ta slut? Det finns faktiskt exempel på det. När man korsar horisonten till ett svart hål finner man att den riktning som pekar inåt mot hålets mitt blivit till tiden. Tid och rum har liksom bytt identitet. Mitten av det svarta hålet är därför inte längre en punkt i rummet utan en punkt, eller händelse, i tiden. När man kommer dit upphör tiden och man krossas tillsammans med all annan materia i den fruktansvärda singulariteten. I ett svart hål av det slag som finns i centrum av många galaxer kan det röra sig om minuter eller timmar innan tiden upphör efter det att man seglat in genom horisonten.

Titta mer här.

Kan det vara en sådan singularitet som hotar universum den 23 december? I och för sig befinner vi oss inte (väl?) inuti ett svart hål, men kanske det kan röra sig om något slags kosmisk singularitet?

Men detta var inte allt vad vi fick veta.

Tydligen styrs allting av en tidskristall – olyckligtvis trasig – som sitter på ett berg vid universums mittpunkt. (Mer om mittpunkten här.) Vad i all sin dagar kan en tidskristall vara? Själva begreppet existerar faktiskt. De föreslogs av Frank Wilczek (Nobelpristagare 2004) för några år sedan. En vanlig kristall har ett mönster som upprepar sig i rummet. En tidskristall har ett mönster också i tiden och svarar mot någon slags periodiskt svängande kristall. Poängen med tidskristallen är att liksom mönstret hos en vanlig kristall kan vara väldigt stabilt, tänk på en dimant tex, kan svängningarna hos tidskristallen vara envist ihållande. Typ ungefär så.

Man har nyligen lyckats skapa tidskristaller. Ett spektakulärt exempel åstadkoms vid Harvard där man förorenade en diamant med några miljoner kväveatomer. Med hjälp av mikrovågor lyckades man få systemet att börja svänga och bilda en tidskristall. Diamanten började till och med att lysa…

Bild: Soonwon Choi, Harvard

… nog påminner detta lite grand om den avbrutna spetsen av tidskristallen i julkalendern? Men på vilket sätt kan den kopplas samman med en hotande kosmisk singularietet den 23 december? Ingen aning. Jag tittar vidare…