Anja Røyne

Fysiker


2 kommentarer

Det er lurt å kunne programmere

Min spesialitet som forsker er at jeg gjør eksperimenter. Det betyr ikke at det er det eneste jeg gjør, for jeg har også publisert resultater av simuleringer, teoretisk arbeid og til og med feltarbeid. Men det betyr at jeg har bedre trening i det å gjøre eksperimenter enn mange andre, og at det er mange andre som er bedre til å løse ligninger og å skrive dataprogrammer enn det jeg er. Siden man gjerne oppnår mest når alle får gjøre det de er best til, holder jeg meg gjerne til eksperimentene.

Men eksperimentelt arbeid består slett ikke bare i å stå på labben og skru sammen ting og måle det ene og det andre. Man må også kunne bruke måleresultatene til noe. Når man har samlet en lang liste med data, kan man for eksempel lime dataene inn i et regneark, legge inn formler og plotte og lese av verdier til man får det man er ute etter.

Data.

Data.

Det fungerer helt fint, men jeg blir fryktelig lei av å klikke på filer og markere og kopiere og lime etterhvert. Alt for mye klikking.

Her kommer programmeringen inn. Om man bare kan de rette triksene, kan man skrive et program som gjør at datamaskinen selv kan åpne filer, kopiere inn tall, gjøre utregninger og lagre det som skal lagres. Ett trykk og vips (eller, mens du drikker en kopp kaffe) kommer resultatene ut helt av seg selv.

3890. Matlab fant svaret.

3890. Matlab fant svaret.

Ikke nok med det: Datamaskinen blir ikke sliten av av utregninger som er lange og kompliserte og som kanskje må gjøres en million ganger for å komme fram til svaret. Der man før i tiden måtte bruke forenklinger, for å i det hele tatt å ha muligheten til å komme fram til et svar, kan man nå helt uten anstrengelse få datamaskinen til å regne ut den eksakte løsningen.

Om man kan programmere så kan man altså ikke bare spare seg for enormt mye kjedelig arbeid i dataanalysen, man kan også få enda mer eksakte svar enn om man skulle gjøre analysen på gamlemåten.

Det kan kanskje virke rart, men de fleste som blir trent opp i eksperimentell fysikk, kjemi eller noen av de andre naturvitenskapene rundt omkring i verden ikke spesielt mye programmering. Her har studentene i Oslo en kjempefordel, siden de lærer å bruke programmering som verktøy helt fra første semester. Dessverre gjør visst dette at alle studentene vil drive med fysikk foran en datamaskin, istedenfor å leke med virkelige ting på laboratoriet. Det tror jeg vi bør gjøre noe med, men jeg vet ikke helt hva.

Instituttet har laget en fin liten video om databeregningene i utdanningen. Kommende fysikkstudenter: se og bli inspirert!


Legg igjen en kommentar

Nå blir det is!

IMG_3708.JPGOg ikke bare på vannet (selv om det er fantastisk nok igjen, jeg har nye skøyter jeg ikke har fått prøvd ennå) men også i labben! Vi går fikk vi nemlig den gledelige nyheten om at et av de fem nye «endringsmiljøene» som fakultetet skal gi penger til de neste årene er EarthFlows. Dette er et samarbeid mellom flere av mine gode kolleger fra Physics of Geological Processes, samt noen nye fra matematisk institutt og andre deler av geofag, og det beskrives slik på fakultetets hjemmeside:

Prosjektet handler om å lære mer om grenseoverflaten mellom væske og fast stoff som for eksempel jord – i ulike geologiske prosesser på jorda. Det er snakk om vann i alle former, gasser rundt jorda, magma, isbreer, stein med mere. I arbeidet tas blant annet i bruk satellittdata, bølgedata, samt studier at erosjonslinjer.

Min del av det hele er i et prosjekt der vi skal ansette en stipendiat til å studere frostsprengning – altså hvordan det kan ha seg at is åpner sprekker i stein. Dette er selvfølgelig viktig her i Norge, men forbløffende dårlig forstått. Jeg synes is er kjempekult og har lenge hatt lyst på en unnskyldning til til å jobbe med det. Og nå har jeg det! Hipp hurra! Følg med alle vordende issprengningsdoktorer, en gang på nyåret blir det mulig å søke jobb på dette fine prosjektet.

IMG_3710.JPG


2 kommentarer

Krystallmagi

I dag har mye av tiden på jobb gått med på å diskutere hvorfor krystaller oppfører seg slik de gjør. Krystaller er fantastiske saker, og vi har flere stipendiater i gruppen som prøver å forstå dem enda litt bedre, både med datasimuleringer og med eksperimenter der vi ser krystaller som vokser i små mikrokanaler i et mikroskop.

Jeg har også nettopp vært nordpå og truffets årets første nysnø. Som en forsmak til den kalde, fine tida, og som et glimt inn i krystallenes magiske verden, vil jeg derfor dele denne nydelige snøflak-filmen med dere.

Tenk at det er dette som foregår inne i skyene.


4 kommentarer

Jeg rydder og gjør i stand

Sted med potensial.

Her blir det bra.

Jeg har i løpet av de siste månedene bestilt utstyr for omtrent 1,5 millioner kroner (og har fortsatt nesten en halv million igjen på budsjettet). Når disse tingene etterhvert begynner å dukke opp må de ha et sted å bo, og derfor holder jeg nå på med å klargjøre min nye, flotte (den blir flott) lab. I dag har jeg og en labkollega ryddet ut absolutt alt som hadde hopet seg opp i denne labben i løpet av de siste, tja, minst 15 årene.

Enkelte ting er litt morsomme å finne. Som: En slags veldig stor bærbar printer, fra 1994, tilsynelatende ubrukt. Består av to meterlange armer som på en eller annen måte skal bevege seg og et slags pennholder på en programmert måte, for å tegne mønstre på et ark. Nå er dette litt utdatert. Vi lurer på om vi skal legge den ut på ebay. Kanskje man kunne bruke den til kunst? Noen som har lyst på?

Eller hva med en kaffekopp med centimeterstore krystaller av en ukjent substans i bunn? Noe fargeløst som jeg er temmelig sikker på at ikke er sukker:
IMG_3526IMG_3527

Nå skal rommet vaskes og skures fra topp til tå, og forhåpentligvis får jeg fikset opp en gammel vannskade så jeg slipper å få biter av murpuss i eksperimentene mine, og så er det bare å sette i gang med å flytte inn utstyr. Jeg har flere esker som står og venter på å bli åpnet. Det blir stas! Hoveddelen av instrumentet blir levert rundt jul, og da håper jeg at alt annet står klart.

De siste dagene har det også dukket opp penger til å ansette ikke bare en, men to doktorgradsstipendiater som skal jobbe med det nye utstyret sammen med meg. Hurra! Så en annen viktig ting jeg må få til de neste ukene er å månedene er å få tak i to dyktige personer til stillingene. Jeg har hørt det ikke er lett. Tips om engasjerte, tålmodige, nysgjerrige og hyggelige kandidater mottas med takk.

 


Legg igjen en kommentar

This is, like, the best conference ever

Artikkelskriving med utsikt.

Arbeid med utsikt.

Jeg må si meg enig med min amerikanske kollega: Dette er slett ikke verst.

Vi er halvveis gjennom dag to av konferansen, og jeg har allerede

  •  blitt kjent en som har skrevet flere av artiklene jeg baserer oppsprekkingsarbeidet mitt på. Han ble begeistret over å høre at jeg har tatt opp tråden og gav meg masse gode tips.
  • blitt kjent med en amerikansk stipendiat som er i ferd med å løse den største tekniske utfordringen i eksperimentene mine (YES!!!) (denne diskusjonen foregikk ute i havet, med en drink i hånden. For et liv.)
  • delt en forrett (karamellisert blekksprut, interessant) med en av pionerene i overflatekreftemålinger
  • gjort planer for utveksling av programmer for automatisering av eksperimenter
  • fått beskrevet en mikrocelle som jeg kan bruke i sement-eksperimentene mine

Listen kunne blitt enda lengre. Og det er fortsatt mange dager igjen!

Jetlagen gjør at jeg kan stå opp tidlig og se soloppgangen over havet.

Jetlagen gjør at jeg kan stå opp tidlig og se soloppgangen over havet.


4 kommentarer

Eksperimentvettreglene

20140521-171416.jpgOm du har en plan for å finne ut noe helt nytt på en enkel måte, er sjansene store for at 1) noen har gjort det før, 2) du har tenkt feil, eller 3) du er genial.

Om du (som meg) ikke er genial, men har lyst til å finne ut noe nytt, blir du pent nødt til å gjøre noe vanskelig. Disse reglene vil hjelpe deg med å lykkes:

Eksperimentvettreglene

1. Om det går til helvete, så prøv igjen.

2. Om det fortsatt går til helvete, så prøv igjen.

(repeteres så mange ganger som nødvendig)

3. Om du tror du må gråte, så ta en pause før du prøver igjen.

og sist, men absolutt ikke minst:

20140521-171449.jpg4. SKRIV NED ALT (og da mener jeg ALT), for noen ganger er det de håpløse resultatene som er de mest verdifulle. Du var bare ikke klar til å forstå dem.

 

Lykke til!

(takk for det. Jeg prøver igjen, jeg.)

(I dag fungerte ingen ting fra klokka 9 til klokka 14. Så trodde jeg det ikke fungerte, men prøvde allikevel. Og så oppdaget jeg noe helt uventet. Nå skal jeg fortsette og se om hellet har gitt seg, eller om det dukker opp noe mere morsomt.)

 


2 kommentarer

Jeg inviterer meg selv

Om man vil komme noen vei med denne vitenskapen, er det alfa og omega å finne ut hva andre har gjort. Det er umulig å finne ut av alt på egenhånd. Det gjelder å klatre opp på andres skuldre, og videre derfra.

Det finnes mye kunnskap finnes i artikler og bøker. Men de virkelig gode triksene finnes ofte bare i hodene, eller på laboratoriene, til de riktige menneskene. Denne kunnskapen kan bare deles ved å snakke sammen, peke på ting og skrible symboler på servietter og konvolutter. Derfor er forskere nødt til å flytte på seg og møtes i blant.

20140512-225802.jpg

Fint på ETH. Fant ut rett før jeg la meg i går at jeg ikke skulle til ETH i sentrum av Zürich, men i en forstad utenfor. Kjekt å finne ut av sånt i tide. Jeg var i det minste i riktig by.

Jeg har en metode som jeg vil lære meg og utvikle videre. Det finnes noen som kan alt om dette, folk som jeg har så stor respekt for at bare tanken på å skrive til dem for å invitere meg selv på besøk gjør meg svett. Men nå er jeg på vei fra Zürich, ferdig med besøk nummer tre og med spørsmål besvart. Det viser seg selvfølgelig at selv de største professorer er hyggelige, ihvertfall så lenge man har noen gode spørsmål å komme med. Og at jo lengre ned i systemet folk er, jo bedre tid har de til å snakke, og jo mer peiling har de på detaljene. Derfor lønner det seg å snakke med både sjefen og studentene.

Hver gang jeg har vært på en reise og diskutert forskning med nye folk, eller diskutert med forskere som er på besøk i Oslo, sitter jeg igjen med en følelse av at verden har åpnet seg. Nye perspektiver og muligheter popper frem. Derfor er dette virkelig vel anvendt tid. Og et besøk i Sveits trenger ikke ta alt for mye tid, heller: Ettermiddagsflyet ned søndag, hjemme mandag kveld. Et lite uttak fra familiekontoen: To legginger og en barnehagelevering. Først var jeg på skogstur med familien, og så vips var jeg på restaurant med en venninne i Zürich. Rare greier.

(På bussen i Zürich satt jeg forresten foran to damer, universitetsansatte, som diskuterte (på engelsk) hvordan de ville ha spart penger på å ikke jobbe, fordi barnehagen kostet så mye. Hele lønna og mer til går med til barnepass. Reising kan sette både det ene og det andre i perspektiv.)


Legg igjen en kommentar

Honningkrøller

En kollega har gitt meg en krukke med klar, gyllen honning, direkte fra bikubene til faren hennes i Romania. Den smaker nydelig på det meste, men jeg liker den spesielt godt på yoghurt. Honningen er så flytende at det bare er å hente opp en skjefull fra krukken og la en tynn stråle renne over yoghurten.

Jeg ender ofte opp med mer honning enn jeg hadde tenkt, fordi den lager så fine mønstre der den lander. Holder jeg skjeen i ro får jeg en fascinerende krusedull. Når jeg beveger skjeen rundt over skålen lager honningen pene, gjevne løkkeborder. Ved å variere høyden og vinkelen på skjeen, tykkelsen på honningstrømmen og vinkelen på underlaget, kan jeg få frem et uttall forskjellige mønstre.

Foto: Domiriel/Flickr/HoneyI. CC license.

Foto: Domiriel/Flickr/HoneyI. CC license.

For å komme til bunns i vakre mønstre som oppstår i naturen, må man dessverre ofte gjennom noen sider med komplisert matematikk. Men selv om det er vanskelig å forstå akkurat hvordan dette foregår, går det an å få en følelse for hvorfor.

Vann som treffer en overflate vil renne vekk i alle retninger. Derfor merker ikke vannet ovenfor noe særlig til overflaten før den plutselig har truffet den. Vann oppfører seg slik fordi vannmolekylene ikke holder seg så veldig godt fast i hverandre. Honningen, derimot, har ikke like lett for å forandre form. Den er mer viskøs. Molekylene klamrer seg fast i hverandre. Når den nederste delen av strålen treffer underlaget, dytter de nederste molekylene på naboene sine oppover i strålen. Dette blir som å klemme sammen en slank søyle, og det gjør at den bøyer seg. Når den nederste delen av honningstrålen bøyer seg, faller den mot siden, og dette får strålen til å rotere og tegne spiraler der den treffer underlaget.

Honningen klamrer seg ganske godt fast i skjeen, eller hva det nå er den renner fra. Tyngdekraften trekker honningen nedover, og det gjør at strålen er tynnere nederst enn øverst. Siden tykkelsen på strålen avgjør hvor store spiraler som tegnes, og hvor fort strålen roterer, kan du få mange forskjellige mønstre ved å flytte skjeen lengre opp eller ned.

Prøv selv! Om du ikke har honningen klar i skapet, og du ikke er redd for noen engelske fysikkuttrykk, kan du se en kul video om fenomenet under:


1 kommentar

Labfrustrasjoner

Jeg har lurt på om det bare er sånn at jeg skriver om forskningen min når det går bra, og på den måten lager et litt feilaktig inntrykk av hvordan det er å være forsker. For veldig ofte går det rett vest. I dag, for eksempel:

Jeg hadde planlagt en lang dag og kveld med eksperimenter på AFM-en på tannlegehøgskolen. Booket instrumentet, laget saltløsninger forrige uke, bestilt nye prober fra England, pakket sammen utstyret mitt i går og troppet opp med matpakke og godt mot i dag tidlig. Gruet meg litt til en lang dag med mye pirkearbeid, men gledet meg også veldig til å finne ut hvordan systemet mitt kom til å oppføre seg.

Her er utdrag fra labjournalen:

0942 installerer kantilever (dette skulle ha tatt 10 minutter)

1120 hadde problemer med fotodetektoren. Fikk hjelp fra Øystein og Jonas – fungerer nå

(så fikk jeg installert kantileveren, gjorde klar prøven, og gikk til lunsj – heldigvis med godt selskap! – før jeg skulle ta fatt på den mest pirkete oppgaven).

1249 har problemer med å få lim til å feste seg på kantileveren. Sklir av! Prøver den korte

1257 sliter fortsatt… kan jeg ha fått noe på kantileveren som gjør at ikke limet fester seg? Eller er limet anderledes? Prøver å bytte kantilever. Bytter limdråpe også. Eller prøver å bare bytte lim først. Jeg brukte kanskje en gammel sprøytespiss i sted. 

1308 Det hjalp med en gang! Fikk sannsynligvis noe i limet fra den gamle sprøytespissen. 

1323 (nå er jeg der jeg skulle ha vært klokka 11) Partikkel ser ut til å sitte fast. Prøver en FR i luft. 

og nå gikk det faktisk tilsynelatende bra, jeg fikk gjort siste steg før jeg kunne starte målingene. Og da….

bilde

Arg, arg. Fotodiode-problemet fra starten av dagen kom tilbake og ingen kunne forstå hvordan det skulle fikses. Jeg måtte pakke sammen og luske hjem. Krysse fingrene og håpe at problemet løses snart.

Se det positive i det. Jeg kom hjem tidlig. Fikk hentet barn. En uventet rolig kveld. Og jeg kunne tross alt gi meg klokka 14, det kunne ha tatt enda flere timer før jeg skjønte at det ikke ville gå veien. Eller det kunne ha vært mange dagers arbeid som gikk i vasken.

Men, altså. Søren heller.


21 kommentarer

Fryser varmtvann fortere enn kaldtvann?

20140108-204445.jpgDu setter to glass med vann inn i fryseren. Til å begynne med er temperaturen i det ene glasset ti grader, og femti grader i det andre. I hvilket glass blir vannet først til is?

Dette høres ut som et dustete spørsmål. Vannet som starter ved femti grader er jo nødt til å passere ti grader før det kan nå null. Når det kommer til ti, er det ti grader varmt vann, akkurat som det andre vannet var da det startet. Det er ingenting som tilsier at vannet som en gang var varmere, skal komme seg fortere fra ti til null enn det andre glasset. Vann er vann. Det kalde vannet fryser vel først?

Mpemba-effekten

Det varme vannet fryser først.

Denne effekten har vært kjent i tusenvis av år. Aristoteles skrev om den 350 før Kristus, det samme gjorde Francis Bacon og René Descartes.

I dag er fenomenet kjent under navnet Mpemba-effekten, og er således et av de få naturfenomener med afrikanskklingende navn. Ernesto Mpemba var en skoleelev i Tanzania som i 1963 oppdaget at melkeblandingen hans ble til iskrem fortere dersom den var varm når han satte den i fryseren. Han ble gjort til latter av lærere og medelever, men fikk, flere år senere, observasjonen sin bekreftet av en universitetsfysiker, Denis Osborne, som besøkte skolen. Denne fysikeren hadde lært at man aldri skulle gjøre narr av elevers spørsmål. Historien og resultatene ble publisert av Mpemba og Osborne i en nydelig artikkel i 1969. Jeg anbefaler alle å lese den.

Sirkulasjonsforklaringen

Man skulle kanskje ikke tro det, men frysing av vann er en komplisert sak. Det er alt for mye som kan varieres: Formen og størrelsen på beholderen, temperaturen på fryseren, luftstrømmene inne i fryseren, mengden av gass og salter som er oppløst i vannet… og lista kan gjøres mye lengre. Det er imidlertid vanskelig å tro at ti grader varmt vann som var femti grader for litt siden, skal være anderledes enn ti grader varmt vann som har vært ti grader lenge. Vann er vann. Derfor er den mest populære forklaringen på Mpemba-effekten basert på forskjellige sirkulasjonsmønstere som oppstår i beholderen med vann.

Når et glass med vann settes inn i fryseren, mister det varme fra sidene, bunnen og toppen. Vannet i midten av glasset holder seg forholdsvis varmt. Kaldt vann er tyngre enn varmt vann. Vann som kjøles ned langs kantene av glasset vil derfor synke ned til bunnen av glasset, mens varmt vann stiger opp. Denne sirkulasjonen gjør nedkjølingen mye raskere enn om vannet hadde ligget helt i ro. I varmt vann blir temperaturforskjellen mellom midten og kantene av glasset større, slik at sirkulasjonen blir raskere. Når den gjennomsnittlige temperaturen i glasset har nådd ti grader, er fortsatt en god del av vannet varmere, og fortsetter å drive de kraftige strømmene. Slik kan vannet i glasset fortsette å kjøles raskere enn det som ble satt inn ved ti grader.

Mpemba utenfor fryseboksen

Det fantes ingen frysebokser på Aristoteles tid, så Mpemba-effekten kan ikke være et rent fryseboksfenomen. Her i Norge har mange fått erfare at det er varmtvannsrørene som fryser først i sprengkulde. Mpemba-effekten får mye oppmerksomhet i USA for tiden, men ikke fordi amerikanerne har blitt veldig opptatt av å sette vann i fryseboksen, men fordi folk går ut i sprengkulda og kaster kokende vann opp i lufta. Vannet blir til en sky av is. Det samme skjer ikke med kaldtvann.

Screenshot 2014-01-08 20.42.55

Når vann fryser i rør, og ikke minst når en vanndråpe blir til is i brøkdelen av et sekund, er det vanskelig å bruke sirkulasjonsmønstrene fra glasset i fryseboksen som forklaring. Er vann – bare vann?

Vannvittig rart

Vannmolekylet består av ett oksygenatom og to små hydrogenatomer som er bundet tett sammen. Hydrogenene og oksygenet ligger ikke pent på linje, men danner en slags V, med oksygenet i bunnen av vinkelen. Dette gjør at vannmolekylet er har negativ ladning på den ene siden og positiv ladning på den andre siden, som igjen gjør at vannmolekyler har en tendens til å klistre seg sammen, hydrogen mot oksygen.

I fjor kom en gruppe kinesiske forskere med en temmelig dristig forklaring på Mpemba-effekten. De mener å ha beregnet at når vann varmes opp og utvides, beveger vannmolekylene seg fra hverandre, men dette får samtidig hydrogenene til å dyttes nærmere oksygenet inne i hvert enkelt molekyl. Den svake bindingen blir lengre, men den sterke blir kortere. Den sterke bindingen er omtrent som en fjær som blir dyttet sammen. Når vannet kjøles ned, må molekylene komme nærmere hverandre igjen. Den komprimerte fjæra inne i molekylet virker da som et slags ekstra batteri som hjelper molekylene til å komme sammen og temperaturen til å gå ned. Det finurlige med denne modellen er at det skal ta ganske lang tid, flere minutter, for disse fjærene å utvides igjen. Derfor er ikke nødvendigvis vannet som var femti grader og har blitt ti akkurat det samme som vannet som startet ved ti grader. Det trenger litt tid på å nå den avslappede vanntilstanden igjen.

Dette var fryktelig vanskelig, så jeg tar det igjen. Ola, Halvor og Odd står på rekke. Ola og Halvor er oksygen og hydrogen i molekyl nummer en, og er sterkt knyttet til hverandre. Odd er oksygenet i molekyl nummer to. Halvor og Odd henger løselig sammen. Når det blir varmt i været, vil Odd og Halvor stå lengre fra hverandre, men spillets regler er sånn at dette gjør at Ola og Halvor blir dyttet nærmere hverandre, mot sin vilje. Når temperaturen går ned igjen, synes Odd og Halvor det er greit å gå litt nærmere hverandre, mens Ola dytter og dytter på Halvor for å få ham nærmere Odd. Det er denne vedvarende dyttingen fra Ola som lar vannet forandre seg raskere når det har vært varmt.

Hva er rett svar?

Vann er både spesielt og viktig, og har blitt tillagt mange ekstraordinære egenskaper opp gjennom årene, som stort sett har vist seg å være feil. Jeg er skeptisk til forklaringen over, men åpen for at den kan ha noe for seg. Det er ikke sikkert at Mpemba-effekten noen gang vil få sin endelige forklaring, og kanskje kan ikke den samme forklaringen brukes på alle situasjonene der effekten oppstår. Det er helt greit.