Alla inlägg av Sebastian Holm

En kylig januarimorgon med katastrofala antaganden

En o-ring är en ringformad packning. I diskhon så hjälper den till med att hålla vattnet kvar i rören. I rymdfärjan Challenger användes o-ringar som packningar i kopplingar mellan olika delar av booster-raketerna (eng. SRB), vilka används vid uppskjutningarna. Dessa testades under alla tänkbara förhållanden, extrem hetta och höga tryck, förutom ett: kyla. Och varför skulle man ha gjort det? Rymdfärjorna sköts upp från Cape Canaveral i Florida, en plats som sällan förknippas med kyla. Men natten till den 28 januari 1986 sjönk temperaturen ner till minus 8 grader celsius och steg aldrig över nollstrecket under uppskjutningsdagen.

Materialet som o-ringarna var gjorda av hade aldrig testats vid temperaturer under 4 grader. Vid temperaturer under noll grader hade gummimaterialets egenskaper förändrats. De blev styva, mindre flexibla. Detta i kombination med kraftiga vibrationer vid uppskjutningen ledde till att gaser på över 2500 grader kunde läcka igenom kopplingen. 73 sekunder efter uppskjutningen hade dessa gaser bränt hål på den externa bränsle tanken och förvandlade Challenger till ett brinnande eldklot.

En expertpanel utsågs med uppgiften att hitta orsaken bakom olyckan. En av experterna var den teoretiska fysikern och Nobelprisvinnaren Richard Feynman. Vid sina undersökningar blev Feynman överraskad av okunnigheten hos NASA:s högsta chefer och splittringen mellan dem och NASA:s ingenjörer. Till exempel så ansåg NASA:s ledare att det fanns en risk på 1 på 100000 att en katastrofal olycka skulle uppstå i samband med rymdfärje-programmet, medan Feynman upptäckte att NASA:s egna ingenjörer ansåg att det fanns en sannolikhet på 1 på 200 att en katastrof skulle uppstå. Flera av de ledtrådar som Feynman kom över, riktade hans uppmärksamhet mot o-ringarna. Vid en TV-sänd utfrågning av chefer från NASA och företaget som byggt raketen utförde Feynman ett mycket enkelt men lika så effektivt experiment: Han tog en bit av samma sorts o-ring som använts på SRB-raketen, klämde ihop den med en skruvtving och placerade den i ett isbad, i ett vanligt dricksglas. Efter ett par minuter tog han upp gummibiten ur isbadet och avlägsnade skruvtvingen. Biten av o-ringen återgick inte till sin ursprungliga form, utan förblev hopklämd.

För en vecka sedan var det trettiotvå år sedan Challenger-olyckan där alla sju av besättningen omkom. Allt detta på grund av att en av de 2,5 miljoner delarna som rymdfärjan var uppbyggd av inte var tillräckligt noggrant testad.

 

Sebastian H

Fake news och felmarginaler

Det sägs att en bild säger mera än tusen ord, trots det står en man och påstår att det som syns på bilden är en lögn och detta med endast två ord: ”Fake news”. Falska nyheter är inte på något sätt ett nytt begrepp. Termen har dock börjat dyka upp allt oftare. Vad är egentligen ”fake news” och vad kan de ha för koppling till fysik?

Falska nyheter eller ”fejknyheter” är ett medvetet spridande av desinformation, antingen via traditionella nyhetsmedier eller sociala medier. Falska nyheter har förekommit ända sedan antikens Rom och har under årtusendena använts för att ingjuta osäkerhet och skräck hos fiender, starta osanna rykten om politiska motståndare eller för egen ekonomisk vinning. Användningen av ”fejknyheter” har ökat under de senaste åren och speciellt på sociala medier.

I samband med presidentvalet i USA 2016 så förekom ”fake news” nästintill dagligen i nyhetsrapporteringarna, tillsammans med nya termer såsom: ”alternativa fakta” och ”alternativ information.” Alltså att beskriva något som fakta, trots att det strider mot vad som kan bevisas från tillgängliga källor. Till exempel att påstå att storleken på en publik var mycket större än vad ett fotografi av publiken klart visar. Vid detta tillfälle så påstods den ”alternativa fakta” vara den korrekta, medan den bevisligen korrekta informationen ansågs vara osann. De erkänt seriösa och traditionella nyhetsbolagen som rapporterade den korrekta informationen fick stämpeln ”fake news” av president Donald Trump och omnämns oftast således i hans tweets. Trump deklarerar sina egna åsikter som fakta och bevisligen sanningsenlig fakta som ”fake news”. Han skapar egen fakta och egna verkligheter för att förbättra sin egen situation. Presidenter ljuger, det är ingen nyhet. Faktagranskningshemsidan Politifact analyserar påståenden som amerikanska politiker framför och enligt dem så visade sig 26 % av president Obamas utsagor vara osanna. Trumps felprocent är 69 %, d.v.s. över två tredjedelar av hans officiella utsagor är till större delen icke sanningsenliga.

Som fysiker så approximerar jag dagligen. Jag använder inte helt exakta värden på konstanter och förenklar verkliga situationer genom t.ex. att negligera luftmotstånd. Jag använder mig alltså av delvis osann information och erhåller således ett delvist felaktigt svar. Jag skapar likt Trump en verklighet som är bättre anpassad för mig. Men mina approximationer är baserade på att jag förstår situationen. Till exempel: jag vill bestämma sluthastigheten hos en metallkula som släpps från en höjd på 2 meter. Då gör jag följande antaganden för att förenkla situationen: antar att kulan kommer att accelereras med gravitationsaccelerationen g = 9,81 m/s² och att kulan är så liten att luftmotståndet kommer ha minimal verkan på kulan under den korta sträckan den faller. Jag vet dock att gravitationsaccelerationen är bestämd mer exakt: g = 9,8197… m/s² för Helsingfors (beroende av breddgrad, höjd över havet, lokala densitetsskillnader i jordskorpan, etc..) och för att få ett exakt svar borde jag även ta luftmotståndet i beräkningarna.

Vill jag experimentellt bestämma hastigheten så behöver jag mäta tiden som det tar för kulan att falla till golvet. Denna tid kan bestämmas med en viss noggrannhet, inte exakt. Mäter jag med ett stoppur så är noggrannheten ca +/- 0.4 sekunder, medan ifall jag använder ljusportar så är noggrannheten ca +/- 0.001 sekunder. Experiment ska sedan utföras flertalet gånger under liknande förhållanden för att slutligen erhålla ett medelvärde och ett medelfel. Hur dyr och fin mätutrustning en fysiker än använder sig av så kommer den ha en felmarginal. (LIGO-detektorn kunde mäta en förändring i dess 4 km långa armar med en noggrannhet på 1/1000 av en protons diameter ). Detta gör att mitt resultat också kommer ha en noggrannhet eller en felmarginal. Denna felmarginal bestäms enligt principen för felens fortplantning, ett par olika formler som används beroende på hur uträkningen ser ut. Enkelt förklarat så fungerar det som trasiga telefonen: en ursprunglig felmarginal (noggrannhet) färdas genom mätdata och kombineras med andra felmarginaler och kommer slutligen ut som en kombinerad felmarginal. Resultatet från exempelexperimentet skulle kunna ha formen: hastigheten = 6.3 +/- 0.1 m/s.

I dagens informationssamhälle kan felmarginalen för ett påstående motsvaras av den omtalade ”nypan salt” som man ska ta vissa saker med. På nyhetssajter och sociala medier, främst Facebook och Twitter, så är nyhetsflödena fyllda av artiklar med varierande nivå av sanningsenlighet. Problemet är att i nyhetsflödet så är det betydligt svårare att observera felmarginalerna och felens fortplantning än i laboratoriets kontrollerade miljö. Det krävs sakkunnighet för att kunna hitta de, av politiker och journalister, utförda approximationer och felgränser. Läsaren behöver förkunskap i ämnet för att inte hen ska falla för ”fake news” propagandan. Den dystra sanningen är att ”fejknyheter” alltid har funnits och högst antagligen tyvärr alltid kommer att förekomma. Men med en allmänhet som är källkritisk, nyfiken och villig att förvärva kunskap om okända ämnen, så kommer spridningen att hindras.

Sebastian H, källkritisk och vetgirig fysiker.

Galileos hämd och den olycklige tidsoptimisten

En tidsoptimist är en person som ofta kommer för sent, genom att tro sig hinna mer än hen faktiskt gör. Jag tillhör den skara individer som identifierar sig som tidsoptimister och dagligen finner jag mig vara försenad till diverse program. Ifall jag själv inte påverkas av min försening, så finns det ofta någon annan som berörs. Det gynnar sig inte alltid att vara tidsoptimist i dagens hektiska samhälle där stora delar av människans vardag är tidsbestämd ner till sekunden.

Vi har idag klockor som är så exakta att GPS-satelliter måste med jämna mellanrum justeras, efter att märkbart påverkats av den relativistiska tidsdilatationen, så att de är i synk med de på jordytan. Tidmätningen har dock inte alltid varit lika exakt men den har alltid varit relevant. Redan de första människorna räknade dagar mellan regntider, mellan sommar och vinter. De bestämde tiden med hjälp av solen och en nedstucken käpp i marken. Deras klocka hade tre markeringar: soluppgång, middag och solnedgång. Deras dag hade två tidsangivelser: förmiddag och eftermiddag. De levde enkelt och kände knappast av någon tidspress. Detta var tidsoptimistens gyllene tidsålder.

Men sedan kom en vetenskapsman och förstörde allt. Antagligen visste han inte vad han hade upptäckt. Eller egentligen, kanske han inte visste just då. Men många år senare visste han precis vad upptäckten kunde användas till. Och han använde sig av den. På ett sofistikerat och mästerligt uttänkt sätt. Allt för att tala om för utvalda människor i kommande generationer att det var han som hade rätt. Utvalda människor därför att just de hade förmågan att inse varför och att de just därför kunde inse vad de skulle göra för att klara sig undan hans arv till eftervärlden, hans förbannelse, nedkallad över en i uppblåst övermod dömande mänsklighet, en mänsklighet som försökte göra något utanför dess förmåga.

Jag talar förstås om Galileo Galilei och hur han betraktade en ljuskrona som pendlade i vinddraget i katedralen i Pisa. Med sina egna hjärtslag som tidsbestämning insåg han att pendelns svängningstid, dess period, var oberoende av hur lång pendelrörelsen var. Han hade upptäckt det viktigaste elementet i ett urverk: tidhållaren, frekvensgivaren. I ett urverk ingår dessutom en kraftkälla, en regulator, en växelmekanism och en urtavla. Det hade förekommit klockor med mekaniska urverk innan Galileos upptäckt men de var närmast mekaniska leksaker.

Upptäckten av pendeln gjorde att dygnet kunde delas in på ett mycket mer exakt sätt än tidigare. Galileo var en vetenskapsman, fascinerad av astronomi, fysik och matematik. Han hade sedan tidigare förstått att människans förhållningssätt till ett nytt naturfenomen gick enligt en bestämd ordning: att förstå, att definiera, att behärska och sen att ta kontrollen över fenomenet och försöka styra över det.

Det här hade Galileo i bakhuvudet när han yttrade de berömda orden: ”och likväl rör den sig”. Det gjorde han efter att han tvingats att ta tillbaka påståendena om att jorden var rund och kretsade kring solen. Han dömdes till livstids husarrest. Kort innan sin död gjorde Galileo en ritning på ett pendelurverk. Han satte pendeln i svängning och bollen i rullning. Han visste att människan därefter inte skulle ge sig innan dagen var sönderspjälkad i minsta beståndsdel och tiden indelad i nanosekunder. Men han hade redan då insett att människan aldrig kommer att kunna styra över tiden.

Det här var hans hämnd. Ett arv som tog kål på den lycklige tidsoptimisten. Mänskligheten som ideligen försöker göra något utanför dess förmåga är för evigt dömd att känna stress och ideligen titta på klockan. Och konstatera att den likväl rör sig.

Sebastian Holm, evig tidsoptimist med konstant tidsbrist.