julkalendern

Kan tiden stanna?

Ulf Danielsson Universum , ,

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

Ulf Danielsson Universum , , ,

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

Ulf Danielsson Universum

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://www.universetoday.com/wp-content/uploads/2012/02/enceladus_geysers.jpg

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

Ulf Danielsson Universum , ,

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…

The physics of Julkalendern 1/12

Ulf Danielsson Universum ,

 

Spoilervarning rörande de första sekunderna av årets julkalender.

Nu med förklarande video.

”The physics of Star Trek”, ”The physics of the Middle Earth”, det finns många exempel. Och nu är det dags för “The physics of Julkalendern.” Fram till julafton kommer fysiken i årets julkalender att välvilligt kommenteras i bloggen. Kanske inte varje dag men så fort det dyker upp något intressant. Och det drar igång omedelbums. Bara några sekunder in i det första programmet talas det om universums mittpunkt. Var skulle den kunna ligga? Finns det verkligen någon sådan punkt?

Låt oss se hur man kan resonera…

När man ger sig i kast med att försöka beskriva Big Bang infinner sig omedelbart frågan från vilken punkt explosionen utgår. En sådan punkt skulle ju också kunna utgöra en tänkbar mittpunkt för universum. Men, brukar man hävda, någon sådan mittpunkt finns inte! För att förstå varför måste vi dela upp i två fall. Antingen är universum oändligt stort eller så är det inte det.

Först: antag att universum är oändligt stort. Då är det enkelt att inse att det inte finns någon mittpunkt. Eller hur? Oavsett var man befinner sig är det ju lika långt till kanten, dvs oändligt långt, och ingen punkt är bättre än någon annan. Universum är oändligt stor idag, kommer att vara oändligt stort på julafton, och var oändligt stort redan när det, vid Big Bang, föddes. Det är bara det att all materia sedan dess rört sig bort från all annan materia likadant överallt.  Att vara oändligt stor är inget hinder att växa ytterligare. I någon mening kan man väl säga att alla punkter är mittpunkter, fast det känns i larvigaste laget och inte värdigt en julkalender.

Låt oss istället anta att universum inte är hur stort som helst utan ändligt stort. Om man inte vill behöva fundera över vad det skulle innabära att det finns en kant tvingas man överväga ett universum.format som tex ett klot. Jämför med jorden. Jordytan är varken oändligt stor eller har någon kant, istället är den rund. Man kommer tillbaka till samma plats om man reser tillräckligt långt! Så skulle det kunna vara med vår tredimensionella rymd också. Om man reser tillräckligt långt kommer man tillbaka igen. Hur en tvådimensionell yta (som jordytan) kan kröka sig runt till ett klot går förstås att föreställa sig. Finns det någon särskild mittpunkt på ytan? (PÅ ytan alltså. Du får inte fuska och bege dig in i jordens inre.)  Njae, alla punkter på ytan av en boll är jämlika och ingan punkt kan sägas vara utvald och i mitten. Så också i vår tredimensionella rymd om den är krökt på motsvarande sätt. Det är lite knepigare att föreställa sig, men matematiskt går det, och återigen får man inte fuska och försöka bege sig ut i någon extra dimensionen som matematiskt inte ens behöver finnas.

Det ser alltså illa ut för universums mittpunkt. Men kan detta verkligen stämma? I julkalendern kan man i de inledande sekunderna till och med se en bild av mittpunkten, och givet att julen själv står på spel måste uppgiften tas på allvar. Så låt oss granska det vi kommit fram till.

Först, ett klotformade universum. Visst saknas det mittpunkt i själva universum. Men om vi nu tänker oss att den där extra dimensionen i vilken klotet kröker sig faktiskt är på riktigt, finns ju en mittpunkt INUTI klotet, Kan detta vara det man avser? Asrin, Lima och Max måste alltså resa ut i en extra dimension för att ta sig dit. Kan man tänka sig att det finns en planet där? Verkar vanskligt, men möjligheten kan inte uteslutas.

Och om universum är oändligt? I fysiken existerar inga absoluta oändligheter. Oändlighet är bara ett annat sätt att säga att man menar något jättejättesuperstort – större än vad du någonsin kan säga eller ha anledning att bry dig om. Det finns goda skäl att tro att riktigt långt borta ändrar universum helt karaktär och något annat tar vid. Kanske tar det i all praktisk mening faktiskt slut. Faktum är att inflationsteorin förutsätter just detta. Den del av universum som vi ser utgör bara en pytteliten del av ett område som blåsts upp under en övergående period i det tidiga universums historia. Inte oändligt, bara obegripligt stort. I så fall kan man också tala om en mittpunkt även om den är meningslös, och dessutom svår, att bestämma. Gissningsvis kommer intergalaktiska lantmätare att tvista om dess läge under (sätt in valfri löjligt stor siffra) år utan att kunna komma överens.

Så var ligger egentligen universums mittpunkt? Hur kan man resa dit? Varför är den så viktig? Frågorna hopar sig. Ovanstående analys är baserad på de första sekunderna av årets julkalender och än är det långt till jul.

To be continued.