A long time ago in a galaxy far away

I en galax långt, långt borta – för att vara exakt NGC 4993 i Hydrans stjärnbild– flammade en stjärna upp den 17 augusti. Ännu en av alla de gåtfulla gammastrålningsexplosioner som inträffar lite varstans på himlen lite då och då. Denna gång inte bara synlig i gammaområdet med satelliten Fermi, utan också i röntgen med satelliten Chandra och i synligt ljus som i bilden nedan tagen av Hubbleteleskopet.

On 17 August 2017, the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) and the Virgo Interferometer both detected gravitational waves from the collision between two neutron stars. Within 12 hours observatories had identified the source of the event within the lenticular galaxy NGC 4993, shown in this image gathered with the NASA/ESA Hubble Space Telescope. The associated stellar flare, a kilonova, is clearly visible in the Hubble observations. This is the first time the optical counterpart of a gravitational wave event was observed. Hubble observed the kilonova gradually fading over the course of six days, as shown in these observations taken in between 22 and 28 August (insets).

Nu vet vi säkert vad det handlar om. Precis samtidigt som det lyste till i galaxen skakade det till i den i år Nobelprisbelönade gravitationsvågsdetektorn LIGO. Läs mer här. En skälvning i rumtiden passerade jorden efter att ha rest den 130 miljoner år långa vågen från NGC 4993 till jorden lika snabbt som ljuset.

Ironiskt nog såg inte det europeiska Virgoinstrumentet någonting — fast att det borde. Detta innebar att källan måste ligga i en av Virgos blinda fläckar vilket gjorde det möjligt att få en noggrann positionsbestämning. Helt i överenstämmelse med var man sett stjärnan tändas.

Formen på vågen ställde det utom allt tvivel att det handlade om två kolliderade neutronstjärnor. Tidigare har LIGO tillkännagivit upptäckten av kolliderande svart hål, men nu var det alltså neutronstjärnor som spelade huvudrollen. Neutronstjärnor är rester av stora tunga stjärnor vars inre kollapsat samtidigt som stjärnan i övrigt sprängts i bitar som en supernova.

Ryktena om händelsen gick igång direkt efter den 17 augusti. På nätet rapporterade bloggar om att alla de stora teleskopen spanade mot samma ställe på himlen. Varför? Det måste vara något stort på gång. Men så lades locket på. Inte ett knyst förrän allt var säkerställt. Jag var själv på konferens i Polen i början av september när ryktena redan varit på gång under en tid. En representant för OGLE (ett projekt som bevakar himlen) visade oförhappandes en bild av den uppflammande stjärnan. De var inte bundna av några tystnadsavtal och såg inget skäl att inte visa vad de hade.

Först vid dagens presskonferens kunde resultaten äntligen släppas. Och jag måste säga att detta slår det mesta jag har varit med om. För egen del är förvisso de svarta hålen det som känns som det allra mest intressanta – där lever hoppet om att finna ny fundamental fysik. Men de kolliderande neutronstjärnorna är på sitt sätt än mer spektakulära. Samtidigt som LIGO uppfattar de obegripligt små skälvningarna i rumtiden tänds en stjärna på himlen. Vilket  fantastiskt märkligt universum!

Mer information hos LIGO.

 

Årets Nobelpris i fysik – för dig som kan jonglera

Kan du jonglera? Då är årets Nobelpris i fysik något för dig. Du behöver två svarta bollar. Om du inte hittar några av rätt färg kan du som jag använda en svart, permanent, märkpenna. (Var försiktig så du inte kladdar ner dig.) Låt sedan bollarna rotera runt varandra i luften i allt snävare banor. Om du vill briljera kan du i samma ögonblick som du fångar bollarna gömma dem bakom ryggen och trolla fram en lite större svart boll. Se där! En elegant illustration av hur två svarta hål kolliderar med varandra och smälter samman till ett större!

Strax före lunch den 14 september 2015 hände just precis detta. Eller egentligen för nära 1,5 miljarder år sedan, på ett avstånd av lika många ljusår i en avlägsen och okänd galax. Två svarta hål med massorna 29 och 36 gånger solens kolliderade och skapade ett enda svart hål med 62 solmassor. Men 29+36=65, så det fattas något… Hela 3 solmassor försvann på vägen och omvandlades till gravitationsvågor som sedan med ljusets hastighet bredde ut sig över universum.   En rejäl smäll men rumtiden är stel, och det krävs mycket för att den skall börja ruska.

Ta fram en skål med vatten! Eller fyll badkaret om du har större ambitioner.

gravitations

Om du knyter handen och slår mot ytan skapas den enklaste typen av våg – en monopol. Drar du med din ena hand fram och tillbaka får du en dipol, och stoppar du ned båda händerna får du en kvadrupol. Den enklaste sortens radiovåg sänds ut från en dipol där en ström går fram och tillbaka i en radioantenn. Men några motsvarande gravitationsvågor finns inte. För varje massa i rörelse måste det finnas en annan massa som rör sig åt andra hållet. Du måste alltså blöta ner båda händerna om du vill visa hur det går till! Det krävs alltså minst två kroppar i omloppsbana – tex två svarta hål.

Gravitationsvågorna från de kolliderande svarta hålen uppmättes med hjälp av de två amerikanska LIGO-detektorerna placerade på ett avstånd av 300 mil från varandra. Uppgiften var inte lätt och det har tagit decennier att utveckla och bygga dem. De vibrationer man lyckats mäta är många gånger mindre än en atomkärna i storlek. Man kan jämföra det med att mäta avståndet till en stjärna 10 ljusår bort med en noggrannhet som motsvarar vidden av ett hårstrå. Ett helt nytt fönster har öppnats mot universum och för första gången kan man komma de svarta hålen riktigt nära in på livet.

Och nu är det alltså dags för Nobelpris till pionjärerna Rainer Weiss och Kip Thorne, och vetenskapsmannen och ledaren Barry Barish som fick det komplicerade projektet i hamn. Grattis!

Mer information finns på bloggen och hos KVA.

Den fjärde smällen!

Ett, två, tre många – så varför denna uppståndelse? Skälet är att den europeiska Virgodetektorn utanför Pisa i Italien äntligen är igång och att en gravitationsvåg för första gången setts passera genom Toscana. Den 14 augusti – bara två veckor efter att Virgo startade —  uppfattade LIGOs två detektorer i USA tillsammans med Virgo händelsen GW170814. Ett chirp, eller kvitter, uppfångades i stereo av de tre detektorerna. Lite svårare för den mindre känsliga Virgo att skilja ut ur bruset…

… men visst syns den! Eller hörs om man skulle omvandla det till ljud.

Ett svart hål med massan 30 gånger solen och ett med 25 solmassor smälte samman till ett enda med massan 53 solmassor. Två solar förlorades alltså på kuppen. Ungefär som i tidigare fall…

Med tre detektorer är det möjligt att få en betydligt bättre riktningskäsnlighet och det går också att bättre bestämma resten av parametrarna. Att med precision testa om teorierna för svarta hål håller kommer att bli intressant.

Men nu är LIGO avstängd för en uppgradering. 2019 är den igång igen och vi får se vad man hittar då. Fast riktigt slut på överraskningar är det nog inte. Många rykten har varit i svang och fler resultat är att vänta från LIGO och Virgo. Håll utkik!

Mer på bloggen här, här och länkar bakåt.

Inga supercivilisationer i Andromedagalaxen?

Man uppskattar att det kan finnas 100 miljoner jordliknande planeter bara i Vintergatan. Det kan därför finnas goda skäl att i likhet med SETI-projektet vända örat mot rymden för att försöka snappa upp eventuella meddelanden. Kanske sägs det något intressant? Detta alldeles oavsett om signalerna är direkt menade för oss eller utgör del av interstellär kommunikation som vi inte har med att göra. Men det finns hundratals miljarder stjärnor i Vintergatan och det kan vara svårt att hitta rätt.

Ett mer systematiskt tillvägagångssätt vore att lyssna till alla stjärnor i en stor galax på en gång. Och om civilisationen är tillräckligt avancerad borde det väl vara möjligt att snappa upp signaler som sänds också mellan galaxer. Så varför inte söka av den närmaste riktigt stora galaxen, Andromedagalaxen? Detta är just vad man nyligen gjort med VLA, 27 stora radioteleskop i New Mexico. Den vetenskapliga artikeln hittar du här.

Forskarna har undersökt inte bara Andromedagalaxen utan också den mindre Triangelgalaxen (M33) och på så sätt täckt in en biljon stjärnor med potentiellt flera hundra miljoner jordliknande planeter. Under 12 timmar har man lyssnat i ett våglängdsområde kring vätes 21-centimeterslinje. Man brukar ofta argumentera för att det är just den kanalen man skall ratta in om  man vill lyssna till de intergalaktiska sommarprogrammen.

Om civilisationer är någorlunda vanliga, och framförallt överlever tillräckligt för att utveckla riktigt avancera teknik – kanske i miljoner år — vore det väl inte så konstigt om någon av dessa riktade sina antenner mot en närbelägen stor galax, i Andromedagalaxen ligger Vintergatan bäst till, för att locka lite nya lyssnare. En effekt på 1017 W i en sändning som täcker hela Vintergatan skulle räcka för VLA. Man lyssnade… och hörde inte någonting.

(Ett test visade förövrigt att man med lätthet kunde fånga upp rymdsonden Voyager 1 på sin väg ut från solsystemet. Den befinner sig nu på ett avstånd av 17 ljustimmar och sänder med den ynkliga effekten 10 W. På Andromedagalaxens avstånd, en miljard gånger längre bort, skulle signalen ha varit 1018 gånger svagare, och det skulle ha krävts att man brassade på med 1019 W för att få samma utslag.)

1017 W är mycket. 100 miljoner Forsmark 1 skulle det motsvara. Men om man istället använder stjärnljus skulle en solfångare på jordens avstånd från en solliknande stjärna inte behöva vara större än 10000 km i kvadrat. Låter väl inte alldeles omöjligt för en civilisation som haft tusentals år, eller kanske miljoner, på sig att rita och bygga?

Men några sådan projekt tycks alltså inte vara i drift just nu bland Andromedagalaxens alla stjärnor. Så då vet vi det. Och detta säger väl åtminstone något om hur det står till med kommunikationsintresset där ute. Mer får vi veta när Yuri Milners Breakthrough Listener skannat av 100 galaxer med mycket högre känslighet och i ett vidare våglängdsområde.

Vetenskapsjournalisten Eugen Semitjov skrev på 1970-talet en bok med titeln ”Det kommer en dag då hela världen håller andan”. Den syftade på första gången människan får kontakt med utomjordingar. Som barn läste jag den gång på gång. Hoppas inte att det snart är dags för en lite dystrare titel: ”Det kommer en dag då det börjar kännas lite ensamt”.

Läs mer på bloggen i relaterade ämne här, här, här och även i Vårt klot så ömkligt litet. Lyssna gärna också på Filosofiska rummet med mig och Peter Linde.

Undergångsbubblorna

English translation below

Jag har i de senaste blogginläggen förvarnat om att jag skulle berätta om vad ett svart hål egentligen är för någonting. Nu är det dags. Håll i dig, för det här är nytt, vilt och kanske alldeles åt skogen fel. Eller så är det rätt. Vi får se.

Man brukar ju föreställa sig ett svart hål som en avgrund utan återvändo. När man faller genom händelsehorisonten är allt för sent och en liten stund senare krossas man i singulariteten där tid och rum upphör. Så har man trott, men stämmer det verkligen?

Svarta hål leder till besvärliga paradoxer när man slår på kvantmekaniken – trogna läsare av bloggen drar sig till minnes en serie av inlägg. Problemet är faktiskt så besvärligt att det bästa nog vore om de svarta hålen i strikt mening inte fanns. Kan det till och med vara så att en fungerande teori för kvantgravitation, som strängteorin, faktiskt inte tillåter att de skapas? Tankar har börjat tänkas i den riktningen, och nu har jag, Giuseppe Dibitetto och Suvendu Giri hittat en sådan möjlighet just med hjälp av strängar. Artikeln finns här.

Vad vi påstår är att ett svart hål är som en såpbubbla. Ja, just en såpbubbla. Fast inte riktigt vilket slags såpbubbla som helst.

På långt håll ser det ut som ett svart hål av vanligt slag, men om man reser närmare finner man att det inte alls finns någon farlig horisont att trilla igenom. En bit utanför där horisonten skulle ha legat möter man istället en hård yta som i själva verket är en bubbla som omsluter en tom rymd. Tom så när som på en extremt stor negativ energi. Man talar om ett anti de Sitter-rum – AdS i dagligt tal. Bubblans vägg består av ett membran av hög massa som dessutom lindar sig kring osynigt små extra dimensioner. Membranets höga massa tar ut den negativa energin innuti bubblan och mellanskillnaden är det svarta hålets massa. På membranet kryper det dessutom runt en massa vibrerande små strängar. För det är förstås strängteori det handlar om.

Men det gäller att inte förhasta sig. Bubblans vägg är lika farlig att komma nära som en riktig horisont. Om man hoppar ner på bubblan sugs man upp av av gasen av strängar och blir fast. Att komma därifrån är nästan lika hopplöst som att komma ut ur ett svart hål.

Var kommer bubblan ifrån? I den vanliga tomma rymden bildas det inga bubblor. Sannolikheten är låg, mycket låg för att det skall hända. Om det ändå inträffar är det en katastrof för hela universum som kommer att ätas upp av den expanderande bubblan. Den första gång en bubbla skapas utan ett skyddande hölje av materia kan vi alla hälsa hem. Men det är inget att oro sig över, den dagen den sorgen.

Men om en stjärna får för sig att kollapsa och hotar att skapa ett svart hål förändras spelreglerna. Plötsligt blir det istället överväldigande sannolikt att en bubbla plötsligt blåser upp sig och fångar in den kollapsande materien. Materien i stjärnan får möjlighet att förvandlas tilll strängar som sitter fast på bubblan. Detta gör det möjligt att kraftigt öka entropin, eller oordningen, och därför är det också just det som händer.  Läs mer om entropi här.   En evig (nästan) balans infinner sig och bubblan stabiliserar sig.

Det är en vacker tanke att tänka sig svarta hål som såpbubblor som svävar runt i rymden. Samtidigt är det förstås också lite skrämmande. I sin buk bär de svarta bubblorna en föraning om en framtid där hela universum kommer att gå under.

English version:

Black holes as bubbles of doom

In recent blog posts, I have hinted that I would tell you what a black hole really is. Now it’s time. But keep in mind, all of this is new, wild and possibly completely wrong. Time will tell.

You usually imagine a black hole to be like an abyss from which there is no return. When you have fallen through the event horizon there is no way back, and you can only wait for being smashed to pieces in the singularity, where time and space cease. So we have believed, but is it really true?

Black holes lead to awkward paradoxes when you turn on quantum mechanics – faithful readers of this blog recall a series of posts (in Swedish) describing this. The problem is so profound, that it would probably be better if the black holes in a strict sense did not exist. Could it even be that a working theory of quantum gravity, such as string theory, prevent them from ever be created? Many physicists have started to entertain thoughts like this, and together with Giuseppe Dibitetto and Suvendu Giri, we propose such a possibility with the help of strings. The paper we recently wrote can be found here.

What we claim is that a black hole is like a soap bubble. From a long distance it looks like an ordinary black hole, but if you move in for a close up you find that there is no dangerous horizon at all to fall through. A bit outside where the horizon would have been, you encounter a hard surface, which in fact is a bubble that encloses an empty space. Empty except for the presence of an extremely large and negative vacuum energy called anti de Sitter space, or- AdS for short. The wall of the bubble consists of a membrane of extraordinary high mass density that wraps around small invisible extra dimensions. The high mass of the membrane is barely cancelled by the negative energy inside the bubble, with the difference giving rise to the mass of the black hole. On the membrane one also finds a gas of vibrant little strings. After all, we are doing string theory.

But one better be careful. The wall of the bubble is as dangerous as a real black hole horizon. If you jump down and try to step on the bubble, you are sucked up by the gas of strings and get stuck. To escape is almost as difficult as getting out of a black hole.

Where does the bubble come from? In empty space there are no bubbles. The likelihood is low, very low, for bubbles to form. If it does happen, it would spell disaster for the entire universe that inevitable will be eaten by the expanding bubble. The first time such a bubble of doom is created, without a protective envelope of matter, all hope is gone. But for now there is no need to worry.

If a star starts to collapse and threatens to create a black hole, the rules of the game change.  It becomes overwhelmingly likely that a bubble nucleates out of nothing and expands to catch the collapsing matter. The matter of the collapsing star can now rapidly transform into strings attached to the bubble and greatly increase its entropy, or disorder. All in accordance with the second law of thermodynamics. An eternal (almost) balance is set up and the bubble stabilizes.

It is a beautiful thought that black holes are like soap bubbles floating around in space. At the same time, it is also a little scary. In the bellies of the black bubbles there is a foreboding of the future death of the universe.

Stjärnan som försvann

I fyrverkerigalaxen NGC 6946 i Cepheus verkar det finnas mycket att fira. Supernovor smäller av både titt och tätt. I januari 2005 kunde jag med eget teleskop följa hur en av galaxens stjärnor exploderade. Men 2009 hände något konstigt. Ytterligare en jättestjärna hade nått slutet av sitt liv, kärnreaktorn i dess center havererat och stjärnan börjat att kollapsa. Ljusstyrkan steg till en miljon gånger solens och om allt hade gått som det skulle hade resultatet blivit en explosion där stjärnan lyst starkare än flera hundra miljarder stjärnor tillsammans. Men något hände. Stjärnan försvann.

Att man överhuvudtaget upptäckte fenomenet var tack vare ett projekt där man följde en miljon utvalda stjärnor i ett knappt  trettiotal galaxer som man misstänkte kunde vara i färd med att explodera. Men just den här stjärnan ville inte riktigt fullfölja det den påbörjat. Vad var det som egentligen hände? Varför misslyckades den, och hur kunde den bara försvinna?
Problemet var att stjärnans inre var för tätt, gravitationen  var för stark, explosionen ströps och kollapsen kunde inte stoppas. Det oundvikliga inträffade och stjärnan blev till ett svart hål.

Bilden ovan visar stjärnan före den misslyckade explosionen och den nästan helt tomma rymden några år senare där det knappast syns ett spår av stjärnan. Bara ett tunt moln som svagt glöder i infrarött ljus. Men där i mörkret gömmer sig alltså ett nyfött svart hål. Läs mer här.

Hur ofta misslyckas en supernova? Det kan röra sig om så mycket som 10-30% av alla kollapser som slutar med ett fiasko. Det här ger också en möjlighet att skapa större svarta hål än vad som annars skulle vara möjligt. Nästan all materia hamnar ju i hålet när inget behöver gå förlorat i en fullbordad explosion. Kan det vara på så sätt de överviktiga svarta hål skapas som varit inblandade i de kollisioner som LIGO sett? Kanske det.

Du kan hitta mer på bloggen om du börjar här.

Men vad är då ett svart hål? Egentligen? Det var ju det jag lovade att återkomma till. I väntan på att jag berättar, prova att blåsa en såpbubbla. Som en förberedelse.

Nu har det smällt igen

LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)

Det har smällt till igen. LIGO har precis tillkännagivit upptäckten av ytterligare ett par av kolliderande svarta hål. Fenomenet är fortfarande så pass nytt och spektakulärt att det förtjänar en kort rapport. Denna gång handlar det om två svarta hål med rotationsaxlarna i olika vinklar. Detta leder till lite extra finesser när de rullar ihop och bildar ett större svart hål. Bland annat tar det lite längre tid för dem att smälta samman eftersom de måste räta upp rotationsaxlarna och komma överens om hur det sammansmälta svarta hålet skall rotera. Det faktum att de roterar olika tyder på att det är svarta hål som inte vuxit upp tillsammans i samma stjärnsystem utan funnit varandra först på äldre da’r.

LIGO kommer att tillfälligt stänga ner i början på hösten, kanske hittar man ytterligare några händelser innan dess? Man kommer att ägna sig åt en del uppgradering under kommande år och förväntar sig att runt år 2020 uppnå en känslighet som gör det möjligt att se en kollision varje dag. Får bli lite längre intervaller mellan bloggandet då.

År 2030, ungefär, kommer det rymdbaserade LISA-observatoriet att vara i drift. Tre satelliter med avstånd mellan sig på några miljoner km kommer att leta efter gravitationsvågor med en helt annan känslighet än LIGO. LISA kommer att kunna lyssna till kollisioner mellan supermassiva svarta hål och kommer att kunna förvarna om kollisioner av mindre svarta hål tio år i förväg.

Mer om de kolliderande svarta hålen finns här och via länkar bakåt.

Svarta hål kan möjligen vara det mest spännande foskningsområdet inom den fundamentala fysiken framöver. Man är helt enkelt inte riktigt säker på om allt det man trott sig veta egentligen stämmer. Kan det vara så att helt ny fysik blir betydelsefull i närheten av ett svart hål och till och med leder till effekter som man kan observera? Kan det vara så att det inte alls ser ut som i filmen Interstellar?

Jag har en idé om hur det skulle kunna se ut, men mer om detta i en kommande blogg. Det är både vackert och skrämmande på samma gång. Håll utkik.

P.S: Är just nu på en fysikkonferens i Toscana som arrangör – vilket passade bra i tid med tanke på LIGO. Nu för tiden är det vanligt att allt som sägs och görs på en konferens skall filmas och läggas ut på nätet. Här är allt tvärtom ganska hemlighetsfullt, med tanken att man skall kunna spekulera fritt utan att bli utskämd. Hade hur som helst A room with a view:

Kors i taket: iPTF 16geu!

Det här nog en av de märkligare bilder jag sett. Gravitationslinser är inte ovanliga, inklusive Einstenkors. Men det här är något alldeles speciellt.

Det är nämligen inte riktigt vad som helst som hamnat under den intergalaktiska luppen. En supernova har exploderat i en avlägsen galax, ljuset har tagit fyra olika vägar runt den mer närbelägna galaxen, och där har vi korset. Ett kors som lyste under några veckor innan det försvann. Ungefär så här:

Och inte heller är det vilken supernova som helst — det handlar om en av typ IA. En vit dvärgstjärna i tät omloppsbana runt en annan stjärna har ätit för glupskt, blivit proppmätt och exploderat. Resultatet blir ungefär detsamma varje gång. Alltid ungefär lika ljusstarkt, i klass med den samlade styrkan hos alla de hundratals miljarder stjärnorna i en hel galax. På så sätt får man vad man kallar ett standardljus som man kan nyttja till att avståndsbestämma när de vanliga måttbanden sträckts bortom sin bristningsgräns och inte längre räcker till. Mäter man hur ljus en supernova av typ IA ser ut att vara får man genast (nästan) avståndet. Det var med hjälp av supernovor av just typ IA som man upptäckte universums accelererande expansion och den mörka energin.

Gravitationslinsen splittrar inte bara bilden av supernovan till ett kors utan förstärker dessutom ljuset. Ganska mycket dessutom. Ett naturligt teleskop som gör det möjligt att se ännu längre bort och ännu längre bakåt i tiden! Ljuset i den kvadrupla bilden  av iPTF 16geu har varit på väg i 4,3 miljarder år, och är ungefär jämnårigt med vårt solsystem.

Ariel Goobar vid Stockholms universitet, medlem av ett av de Nobelprisbelönade forskarlag som upptäckte universums acceleration och därtill upptäckare av iPTF 16geu,  letar fler kors i taket. Med hjälp av dem kan man inte bara i detalj noggrant studera den mörka materiens fördelning i de linsande galaxerna, utan också få till riktigt noggranna avståndsbestämningar som i sin tur kan nyttjas till att polera på de kosmologiska modellerna. Och det kan behövas, det är inte alla siffror som stämmer.

Tack till Ariel för bilderna! Mer finns att läsa här.

 

Den fria viljan testad med stjärnljus

Är allt förutbestämt eller finns det en fri vilja? Ett besynnerligt experiment som nyligen utförts ger skäl att luta lite mer år det senare.

Men låt oss ta det från början. Det har i dagarna gått 90 år sedan den vårvinter då det på allvar stod klart hur gåtfull kvantmekaniken egentligen är. Det var under ett av Werner Heisenbergs många besök hos Niels Bohr i Köpenhamn som allt började falla på plats. Vad Heisenberg insåg under en promenad i parken bakom institutet där han arbetade var att det måste finnas en inbyggd osäkerhet hos naturen vilken leder vidare till en absolut slump och en omöjlighet att ens i princip förutsäga framtiden. Året efter upptäckten, i en taxi i Berlin tillsammans med den 16-årige Carl Friedrich von Weizsäcker, senare välkänd fysiker och filosof, förklarade Heisenberg att han visat att Kant hade fel. Det är inte a priori självklart att det måste finnas orsakssammanhang. Kvantmekaniken antyder att det finns ett glapp i naturen, ett nödvändigt utrymme för en absolut slump.

Idag, 90 år senare, har nya experiment förstärkt bilden. Det handlar om fenomenet sammanflätning. Det här är inga lätta saker, men vi gör ett försök:

En källa skickar iväg par av fotoner, dvs ljuspartiklar. Det ena paret efter det andra. De två fotonerna  i ett par rör sig åt olika håll och når så småningom var sin avlägsen mätstation. Vid respektive mätstation väljer en observatör att mäta hur respektive foton är polariserad. Hen håller upp ett polaroidglas av samma slag som i ett par polaroidglasögon och noterar om fotonen slipper igenom eller ej. Hen noterar också hur glaset är vridet. I enlighet med kvantmekaniken kommer resultaten att vara slumpmässiga. Chansen att en foton slipper igenom eller ej är 50%. Men om fotonerna skapas i vad man kallar ett intrasslat tillstånd händer något märkligt. Mätserierna vid de två detektorerna är var och en för sig slumpmässig, men när man jämför dem upptäcker man märkliga korrelationer. Om den ena slipper igenom är sannolikheten för att den andra också skall göra det bestämd av den relativa vinkeln mellan polaroidglasen vid de två olika mätstationerna.

Detta är inte i sig konstigt. Fotonerna skapades ju tillsammans. Men när man granskar resultatet i detalj visar det sig att de faktiska korrelationerna är sådana att de inte kan uppstå utan att fotonen vid den ena mätstationen vet hur observatören vid DEN ANDRA mätstationen väljer att vrida på sitt polaroidglas! Detta alldeles oavsett det faktum att observatören bestämmer sig i allra sista sekunden och att ingen signal ens med ljusfarten skulle kunna hinna fram med den nödvändiga informationen.

Jättekonstigt, men just så konstig är världen. Skälet till att det inte leder till några paradoxer är kvantmekanikens absoluta och omutliga slump. Den förhindrar ansvarslöst missbruk av intrasslingen som annars skulle kunna leda till förödande tidsreseparadoxer. Heisenberg- Kant, 1-0.

Men det finns ett kryphål i argumentet. Vem har sagt att vi verkligen har en fri vilja? Kanske det redan är bestämt på förhand hur den ene eller andre observatören kommer att vrida sitt glas och att inga signaler därför behöver skickas? Allt är redan fixat i förväg!

För att på bästa möjliga sätt utesluta den lite oroväckande möjligheten använder man i praktiska experiment kvantmekaniska slumpgeneratorer för att bestämma hur glasen skall vridas. Men är man konspiratoriskt lagd är inte ens detta betryggande. De två slumpgeneratorerna kanske har påverkats av en gemensam händelse i det förflutna och är inte alls oberoende av varandra. I laboratorietest behöver en sådan händelse inte ligga mer än några mikrosekunder bakåt i tiden.

Nyligen har några fysiker och astronomer använt ljuset från stjärnor på avstånd av några hundra ljusår för att åstadkomma slumpval av hur polariodglasen i laboratoriet är vridna. Det handlar alltså om att låta samtidiga händelser separerade med hundratals ljusår avgöra vridningarna. På så sätt har man lyckats trycka tillbaka det konspirerande valet med minst 600 år – till början av 1400-talet med andra ord. Finns det en begränsing av den fria viljan måste det alltså röra sig om längre tidsperspektiv än så.

Läs mer här: länk till obegriplig artikel

Och så kan det förstås vara. Vad som aldrig kan uteslutas är att det är först när vi går hela vägen tillbaka till universums allra första ögonblick (om det nu finns något sådant) som konspirationen slår till: man kallar det superdeterminism. ALLT, precis ALLT, inklusive alla de val du gör eller utfallen hos en kvantmekanisk slumpgenerator är förutbestämda. Just på ett sådant sätt att några signaler aldrig behöver skickas mellan intrasslade fotoner. Vilken tråkig värld!

Att det skulle vara så illa vill jag ändå inte tro. Och min gissning blir att det steg från mikrosekund till några hundra år bakåt i tiden som nu tagits kan utsträckas i all evighet. Det blir roligare så.

Signaler från utomjordiska civilisationer?

Är vi ensamma eller har vi sällskap i universum? Givet att den mänskliga civilisationen just nu har det lite tufft är det en lockande fråga. Tänk om man det är möjligt att hitta spår efter andra civilisationer som kommit längre och kan ge oss kloka råd!

Istället för att vänta på att ett tefat landar och en grön geleklump rullar ut och på bruten sanskrit gurglar motsvarande ”take me to your leader” (förhoppningsvis på en plats långt från Washington)  kan man hålla ögonen öppna efter mystiska astronomiska fenomen som saknar naturlig förklaring. Just nu finns det två sådana exempel som särskilt diskuteras av de som inte har något bättre för sig. Båda fenomenen har omnämnts tidigare på bloggen.

Tabbys stjärna, eller skrotstjärnan som jag brukar kalla den, blir alltmer mystisk. Någon förklaring till dess ryckiga ljuskurva finns inte och det spekuleras att det skulle handla om uppförandet av en Dysonsfär: En avancerad civilisation skall alltså ha byggt ett jättelikt industrikomplex i omloppsbana kring sin sol för att fånga in så mycket som möjligt av dess strålning.  (Läs mer här). Till råga på underligheten har man upptäckt att ljusstyrkan långsamt avtagit över åren. Betyder det att man fortfarande snickrar på Dysonsfären?

Det andra exemplet handlar om de mystiska FRB, Fast Radio Brusts, eller snabba radioexplosioner — plötsliga skurar av radiostrålning som saknar förklaring. Nu har en av dessa källor, FRB 121102, haft vänligheten att ha flera utbrott, och tack vare detta har man kunnat lokalisera den till en liten galax 2,5 miljarder ljusår bort. En seriös redogöresle av vad man faktiskt hittat finns här. Skulle detta kunna vara kommunikationsförsök från en av vårt universums allra mest framstående livsformer?

Hur skall man då bedöma sannolikheten för att något av dessa två hittills oförklarade fenomen verkligen har det ursprung man så gärna drömmer om?

Man kan komma långt med lite enklas uppskattningar och gissningar. Först, hur vanligt är det med liv? I vår Vintergata tror man att det finns ungefär 100 miljoner jordliknande planeter. (En liten lagom blöt och varm planet runt mindre än var tusende stjärna med andra ord.) Om en på hundra av dessa utvecklar liv finns det en miljon mögliga planeter i Vintergatan. Om en på av hundra av dessa leder till liv av det mer ståtliga slaget hamnar vi på tio tusen världar med det vi skulle kalla djur eller växter. Och om en av hundra av dessa leder till civilisationer hamnar vi på hundra samtalspartners om politik och teknologi bara i vår egen Vintergata. Avståndet till den närmaste skulle vara några tusen ljusår och… bingo! Det passar ju med skrotstjärnan!

Riktigt så enkelt är det inte. Dels måste man komma ihåg att de observationer som ledde till att man identifierade skrotstjärnan bara sökt av en liten, liten del av rymden ut till några tusen ljusårs avstånd. Antalet civilisationer måste upp rejält för att man av en slump skulle ha råkat på en vinstlott bland de få stjärnor man hunnit undersöka. Det skulle annars  behövas finna betydligt fler än hundra civilisationer och  fullkomligt drälla av halvfärdiga Dysonsfärer också på mycket närmare håll som bara väntar på upptäckt. Om man nu inte bara haft en bokstavligt talat himla tur.

Dessutom, om dessa civilisationer har uppkommit slumpmässigt över tid under Vintergatans många miljarder år långa existens måste de i snitt överleva rätt länge för att någon skall vara samtida med oss. Med hundra civilisationer krävs flera tiotals miljoner år, medan en mer optimistisk uppskattning om säg 100 000 civilisationer leder till livslängder på mer beskedliga några tiotusentals år. Men om vi dessutom vill att en sådan levande civilisation skall ligga så nära som bara ett par tusen ljusår bort måste de vara betydligt mer långlivade. Miljarder respektive miljoner år i de två exemplen. Men då borde de väl åtminstone någon hunnit med att få till något mer spektakulärt än en halvfärdig Dysonsfär? Troligare är nog att det man hittat är resterna av en sedan miljarder år gången värld.

Slutsats: vi är förmodligen rätt ensamma i Vintergatan just nu och skrotstjärnan är i bästa fall en övergiven ruin full av industriavfall som vi med astronomisk tursamhet ramlat över. (Vilket ändå skulle vara alldeles ruskigt spännande.)

 

Bild av galaxen med den oförklarade radiokällan tagen med Gemini North teleskopet på Maunakea, Hawaii.

Och hur är det med FRB? Nu blir beräkningarna lite annorlunda. Det finns så oerhört många galaxer att det skulle räcka med att en på miljarden utvecklade civilisationer kapabla att åstadkomma FRB. Sådana civilisationer består ju rimligen över långa tider, kanske miljarder år, och det krävs bara att de är ihärdiga och fortsätter med ovanan att vilja signalera sin närvaro. Kanske till andra likasinnade. Man kan leka med tanken att en smart och tidig dinosaurie på vår jord skapat en civilisation som överlevt till denna dag där man far runt i Vintergatan och konstruerar fyrar att signalera med.

Summa summarum. Det är inte alls omöjligt att vi en dag hittar något riktigt konstigt som faktiskt är skapat av en utomjordisk civilisation. Kvarglömda eller fortfarande aktiva artifakter i Vintergatan eller långt ut i universum kan bli de första bevisen för att vi inte är ensamma. Om vi nu verkligen inte är just ensamma. Allra troligast är nog att vi hittar något riktigt spektakulärt väldigt långt bort. Vad vi än hittar — eller inte hittar — kommer att säga mycket om vilket öde som väntar spirande civilisationer som vår. Min misstanke är att budskapet vi kommer att kunna läsa ut handlar mycket om krav på skärpning för de som vill hänga kvar. Så där särskilt ljust ser det väl inte ut för livet på just denna jord,