Nobelpris i fysik 2019

Årets Nobelpris i fysik handlar om förståelsen av jordens plats i universum. Ena hälften handlar om universums historia och sammansättning, den andra hälften om existensen av andra solsystem.

Här en länk till presentationen av årets pris…

… där de flesta läsare av en blogg som denna nog känner igen de första meningarna i presentationen av det vetenskapliga innehållet efter ungefär 6.10…

Om du vill briljera inför dina vänner, servera dem en kopp kaffe där 69% är kaffe, 26% mjölk och 5 procent socker (var noga när du blandar!), rör om och förklara att de får smaka universum självt. Just så är proportionerna mellan den mörka materien, den mörka energin och den materia som vi och stjärnorna består av. Det är bara sockret i koppen vi har någon koll på, resten vet vi att den finns men inte vad den består av. James Peebles får priset för att ha klurat ut hur man ur återskenet från ursmällen kan läsa av innehållet.

Den andra delen av priset, till Michel Mayor och Didier Queloz, handlar om en uråldrig dröm: finns det planeter kring andra stjärnor? Finns det andra solsystem? 1995 upptäckte de den allra första planeten runt en annan sol. Du kan själv se stjärnan under en mörk och klar hösthimmel i stjärnbilden Pegasus, den flygande hästen. Planeten är av oväntat slag: lika stor som Jupiter men så nära sin sol att den bara behöver drygt fyra dagar för ett varv. Hett om öronen är det också, runt tusen grader.

Någon som inte skulle ha varit förvånad är Anders Celsius som i De pluritatate mundorum (Om existensen av andra världar) från 1743 (eller kanske hans student Isak Svanstedt) skriver:

Eftersom de enskilda fixstjärnorna alltså också är solar som skickar ljus och värme lika långt ut som vår egen sol och de dessutom troligen befinner sig lika långt från varandra som från vår egen sol och sålunda är ytterst lämpliga att fungera som solar, och de alltså inte på något sätt kan sägas vara skapade för vår jords eller ens för vårt solsystems skull, blir det inte bara troligt utan nödvändigt att det kring dem cirklar planeter som behöver deras ljus och värme. Ty annars skulle enorma solar ha skapats, från vilka ingen nytta någonsin strålade till någon, ja inget vore bekant för någon om dess existens, och det är det mest dåraktiga man kan tänka sig. Alltså bör vi tänka oss lika många solsystem som det finns fixstjärnor, och även om de inte liknar vårt till fullo överensstämmer de likafullt med planeterna i detta solsystem i så måtto att de tjänar som boställen åt såväl förnuftiga som oskäliga varelser. (Översättning Krister Östlund.)

Inget nytt under solen, vare sig vår egen eller någon annans.

Full fart på LIGO: svarta hål som äter neutronstjärnor

Det har inte varit så mycket i offentligheten om LIGOs nya observationer. LIGO har i sin nya uppdaterade skepnad varit igång i ungefär en månad och hittar kolliderande svarta hål och neutronstjärnor en gång i veckan. Bästa sättet att hålla sig uppdaterad är med hjälp av en fiffig app.

Hittills har man samlat på sig GW190408an, GW190412m, GW190421ar, GW190425c (inte bekräftad), GW190425z och GW190426c. Två stycken samma dag den 25 april så det räcker inte att bara benämna händelserna med datum. De tre första handlar om kolliderande svarta hål (börjar bli vardagsmat…), medan GW190425z tycks vara två kolliderande neutronsjärnor. Något sådant har man bara sett vid ett tidigare tillfälle – den spektakulära händelsen i augusti 2017 där man också kunde se kollisionen med vanliga teleskop. Läs mer här. Avståndet lite längre denna gång, runt en halv miljard ljusår. Man har försökt hitta den optiska motsvarigheten men hittills har man bara haft falsklarm. Området på himlen man behöver söka av är också mycket större.

GW190426c verkar möjligen kunna vara något nytt: ett svart hål som äter upp en neutronstjärna. Analysen är långt ifrån klar. Men någonstans här:

… på himlen inträffade det.

Skaffa appen! Men glöm inte att stänga av larmet om du inte vill väckas mitt i natten av kosmiska kollisioner.

Interstellar – på riktigt

Vilken fantastiskt tid om man är intresserad av fundamental fysik – särskilt svarta hål. LIGO och observationen av gravitationsvågor från kolliderande svarta hål för några år sedan, och nu det här.

Vid dagens världsomspännande preskonferens presenterades resultaten från en bokstavligt talat världsomspännande forskningsprojekt: Event Horizon Telescope. Mer om bakgrunden finns att läsa här.

Nu har man alltså äntligen lyckats att ta den allra första bilden – en riktig bild – av ett svart hål. Verklighetens svar på filmen Interstellar. Det är två svarta hål man fokuserat på. Det i centrum av vår Vintergata med en massa på några miljoner gånger solens och det i centrum av galaxen Messier 87 i Virgohopen som är tusen gånger större. Eftersom det senare ligger tusen gånger längre bort ser de ungefär lika stora ut på himlen. Eller små. Som en golfboll på månen. Fast svart.

I praktiken visade det sig att det var det svarta hålet i M87 som var lättast att avbilda med lagom mycket materia i vägen. Delvis nog beroende på att det vänder sin ena pol nästan rakt mot oss. Vinkeln är bara 17 grader. Detta är skälet till att bilden inte ser riktigt ut som i Interstellar som visar ett svart hål med skiva med infallande gas rakt från sidan. Mer förklaring här.

Bilden är inom felmarginalen helt cirkulär vilket är att vänta om man ser det svarta hålet från ett sådant håll. Från sidan skulle rotationen platta till det. Ett nästa steg – om man vill hitta ny fysik – blir att mäta formen riktigt noga och se om det finns någon avvikelse.

Håll koll på EHT framöver. Det här är bara början.

Vårt universum rider på en mörk bubbla i en extra dimension

English translation below.

Idag publicerar Physical Review Letters vår nya teori om universums mörka energi. För teoretisk fundamental fysik är PRL den mest prestigefulla tidskriften (Nature och Science kan i sammanhanget jämföras med Hemmets Journal). Artikeln omnämndes i somras av Scientific American i en intervju om den nya krisen inom strängteorin.

I korthet går det ut på att hela vårt universum rider på randen av en bubbla som expanderar i en extra dimension. Det ser ut ungefär så här:

Vårt universums tre rumsdimensioner svarar mot randen av bubblan, medan radien av den växande bubblan är den extra dimensionen. Liknande bilder av vårt universum kan man hitta i den populärvetenskapliga litteraturen men vad vi visar är att det bokstavligt kan vara sant om man har koll på sin strängteori. Av strängteorins nio rumsdimensioner måste fem vara riktigt små och ihoprullade medan fyra hyfsat stora för att det skall fungera. Den fyrdimensionella (eller femdimensionella om man räknar in tiden) rymden är instabil och här och var bildas bubblor som börjar växa. Detta svarar mot ett universum som föds. Det märkliga med modellen är att bubblorna expanderar på ett sådant sätt att den som rider på randen får för sig att det finns en mörk energi. Egentligen handlar det bara om en effekt av den extra dimensionen.

Men hur är det med de underliga dödsstjärneliknande strålarna på bilden? För att allt skall fungera måste den materia som du, jag och stjärnorna består av utgöras av strängar som sträcker sig ut i den extra dimensionen. Deras ändpunkter på bubblan tolkar vi som fundamentala partiklar typ kvarkar och elektroner.

Och varför skall man tro på detta? För att det ser ut att fungera och att andra alternativ inom strängteorin inte längre verkar hålla ihop. Nästa steg blir att kontrollera alla matematiska detaljer och hitta sätt att testa teorin mot observationer…

In English:

Our universe rides a dark bubble in an extra dimension

Today, Physical Review Letters publishes our new theory about the dark energy of the universe. For theoretical fundamental physics, PRL is the most prestigious journal (Nature and Science can in this context be compared to The Sun). The article was mentioned this summer by Scientific American in an interview on the new crisis in the string theory.

In short, our universe rides on the boundary of a bubble that expands into an extra dimension. It looks like this:

Our three space dimensions correspond to the boundary of the bubble, while the radius of the growing bubble is the extra dimension. Similar images of our universe can be found in the popular science literature, but what we show is that it can literally be true if you believe in string theory. Of the nine space dimensions of string theory, five must be really small and rolled up while four fairly large for it to work. The four-dimensional space (or five-dimensional if you include time) is unstable and here and there bubbles are formed that begin to grow. This corresponds to the birth of a universe. The marvelous thing about the model is that the bubbles are expanding in such a way that the rider on the bubble observes dark energy. Actually, it’s just an effect of the extra dimension.

But what about the strange death-star-like rays in the picture? For everything to work, the matter that you, me and the stars consist of must be strings that extend out in the extra dimension. We interpret their end points on the bubble as fundamental particles like quarks and electrons.

Why should you believe in this? Because it seems to work and that other options within string theory no longer seem to hang together. The next step is to check all mathematical details and find ways to test the theory against observations …

Årets Nobelpris i fysik – knep och knåp med ljus

Årets Nobelpris i fysik går till Arthur Ashkin, USA, får det för den optiska pincetten, samt Gerard Mourou, Frankrike, och Donna Strickland, Kanada, för ultrasnabba och högintensiva laserpulser.

Den som kan sin Star Trek känner direkt igen den optiska pincetten i form av tractor beams -strålarna som kan fånga in och flytta stora rymdskepp. Ashkins pincett är lite beskedligare och verkar i den mikroskopiska världen. Liksom man kan känna luftdraget från en hårtork kan också en stark ljusstråle ge upphov till ett tryck. Det är just därför solljuset gör att kometernas stoftsvansar pekar bort från solen. Med en stark laser kan man fånga in och hålla mikroskopiska partiklar svävande, inte minst bakterier som till och med kan hinna föröka sig där de stillsamt svävar runt ridande på ljusstrålar. Med den optiska pincetten kan man manipulera enskilda organ i det inre av en cell, och direkt känna av hur DNA stegvis läses av när proteiner byggs upp. Mycket lattjo för en biolog.

Om du vill förstå hur det fungerar, bläddra fram till 7 minuter in på videon från presskonferensen. Där demonstrerar min kollega i Nobelkommitten Anders Irbäck med hjälp av en hårtork och en pingpongboll. Eller också kan du titta på mitt eget försök här under genrepet inför Nobel calling.

Långt kvar till Star Trek? Vi får väl se. Mourou och Strickland får pris för att ha utvecklat en metod att åstadkomma ruskigt starka laserpulser. Pulserna är korta, bara någon miljondel av en miljardel av en sekund, men intensiteten enorm motsvarande en miljon kärnkraftverk eller värmeffekten hos hela golfströmmen. Fast under en väldigt kort tid… Om man rakt av försöker förstärka laserljus så mycket i en laser går den helt enkelt… sönder. Morous och Stricklands fiffiga idé var att dra ut den korta pulsen så att den blev mycket längre – och därmed svagare. Det kan man göra genom att dela upp ljuset i olika färger och låta de ta lite olika lång väg beroende på färgen. Resultatet blir en långvarig, men svag, puls. Den kan man sedan förstärka så långt det är möjligt utan att utrustningen går sönder. Sedan trycker man ihop pulsen igen så att den blir JÄTTESTARK!

Användningsområdena är många. Förbättrade närsynthetsoperationer där den högintensiva och vassa strålen skär bort precis det som behövs och inte skadar omgivande vävnad. Och kanske en dag partikelacceleratorer som får plats på köksbänken. Vem vet, kanske årets julklapp någon gång i framtiden blir ”Den lille partikelfysikern” där 10-åringen får möjlighet att skapa sina alldeles egna Higgspartiklar.

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.

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?

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.