Taggarkiv: Fysik

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.

Lär dig kvantfysik, medan du har roligt?

Det sägs att en bild säger mer än tusen ord, men om du, så som jag, hellre läser de tusen orden i en bok, men för tillfället har idétorka gällande bokval, så är detta artikeln för dig. Under alla mina år som bokmal har jag aldrig tänkt tanken att man skulle kunna kombinera sitt intresse för naturvetenskap med nöjet av att läsa en bok, men nu kan jag meddela att detta i allra högsta grad är möjligt. Fysiker, håll fast vid er hatt, ty detta är exakt den bok som ni inte vetat att ni längtat efter.

”How to teach quantum physics to your dog” av Chad Orzel är den perfekta blandningen av gullig humor, kvanfysikens under och lättbegriplig dialog.  Precis som bokens titel lite antyder så handlar boken om hur man lär ut kvantfysik till sin hund (om man nu råkar äga en sådan), eller mer direkt hur författaren lär ut kvantfysik till sin egen hund. Och trots att läsaren av denna bok troligtvis inte är någon hund, är den lättförståelig även för denne.

I egenskap av en person som läst en del fysik på universitetsnivå, så kan jag ärligt säga att jag troligtvis lärt mig mer om kvantfysik från denna bok än från någon av kurserna jag hittills gått. Precis så som man borde göra så börjar denna bok med att förklara grunderna för kvantfysik, för att sedan gå vidare till svårare saker. Men även de svårare sakerna blir lättare att förstå när de sätts i sådana exempel som en hund förstår.

Vem vill inte lära sig hur diffraktion fungerar genom att att höra exempel om hur en hund ska fånga en ekorre på andra sidan dammen, eller varför hunden förtjänar hundgodis på grund av Schrödingers katt. Varför inte höra hur tunneleffekten skulle kunna användas för komma genom grannens staket till andra sidan.

Boken byggs upp väldigt enkelt, först har författaren en diskussion med sin hund, Emmy, varpå hunden försöker lösa ett problem med kvantfysik. Efter detta kommer en del bakgrundinfo om ett visst fenomen inom kvantfysiken, till exempel Heisenbergs osäkerhetsprincip, och förklarar vad den betyder i lite mer vetenskaplig ton. Så gott som alla av de viktigaste fenomenen inom kvantfysiken tas upp i denna bok och förklaras grundligt.

http://images.iop.org/objects/ccr/cern/51/3/27/CCboo2_03_11.jpg

Jag kan inte annat än rekommendera denna bok till alla som vill lära sig om kvantfysik och ha roligt medan man gör det. Fastän man kanske tror att man inte vill lära sig om kvantfysik är denna bok ändå att rekommendera, eftersom den högst troligen kommer att ändra ditt sett att se på detta ämne.  Boken är ett underhållande tidsfördriv, men framför allt ett enkelt sätt att lära sig grunderna för den moderna fysiken. Boken har tyvärr inte blivit översatt till svenska, men detta kan vara ett bra sätt att öva på din engelska eller varför inte på din tyska, genom att läsa den tyska översättningen Schrödingers Hund : Quantenphysik (nicht nur) für Vierbeiner. Chad Orzel har även skrivit två a}ndra böcker; How to Teach Relativity to Your Dog och Eureka! Discovering Your Inner Scientist. Vilka båda två har samma stil över sig.

 

Sandra