Anja Røyne

Fysiker

Stikkordarkiv: forskning


av Legg igjen en kommentar

Verdens grønneste olje?

Forskere på den andre siden av verden har lagt merke til hvordan vi her i Norge omtaler oljen vår som «grønn» og «klimavennlig», og bestemt seg for å undersøke det nærmere.

I starten av januar ble det publisert en artikkel i forskningstidsskriftet Polar Record. A Journal of Arctic and Antartic Research med tittelen Green oil? Arctic melting and Norway’s climate change obstruction discourses. De to forfatterne jobber ved universitetet i Wellington, New Zealand, omtrent så langt fra Norge som det går an å komme, og hovedforfatteren, Juan Pablo Rendon-Betancur, kommer opprinnelig fra Colombia. Allikevel har de altså funnet det verdt å bruke tid på å studere hvordan oljepolitikken diskuteres her i Norge.

Paradokset i nord

Arktis er et interessant område i historien om menneskeskapte klimaendringer.

På den ene siden gjør et varmere klima at det blir mindre havis i nord, og når det blir mindre hvit is og mer mørkt hav reflekteres mindre av sollyset vekk fra jordoverflaten. Dermed gir mindre is mer oppvarming, og mer oppvarming gir mindre is: en selvforsterkende mekanisme som bidrar til at klimaendringene blir ekstra merkbare i nord.

På den andre siden gjør den krympende sjøisen det mulig å drive med olje- og gassutvinning i stadig mer nordlige områder. Mindre is gir mer fossile brensler, som gir mer drivhusgasser i atmosfæren, som gir mer oppvarming og mindre is. Nok en selvforsterkende mekanisme, men til forskjell fra den første inkluderer denne økonomiske interesser og menneskers beslutninger.

Produksjonsplatformen til Goliat-feltet i Barentshavet, et av våre nordligste petroleumsfelt i drift, under slep fra verftet i Sør-Korea der den ble bygget. Goliat FPSO, av (Wikimedia), T. (https://ndla.no/image/71284). CC BY-SA 4.0.

Den nordligste delen av Norge er også en del av Arktis. Vi merker godt at klimaet er i endring. Samtidig blir det stadig mer aktuelt å drive utvinning av fossile energikilder langt mot nord. Det har vi gjort nytte av, og dermed bidratt til å forsterke klimaendringene. Vi har drevet letevirksomhet i Barentshavet, havområdet som ligger rett nord for Troms og Finnmark, siden 1980-tallet, men utvinningen kom ikke i gang før i 2007, med Snøhvit-feltet (som sender gassen sin til et prosessanlegg på Melkøya, aktuelt i dagens diskusjoner om elektrifisering og kraftutbygging i Finnmark). I tillegg er det startet opp produksjon fra Goliat-feltet i 2016 og Johan Castberg i 2025.

Fortellingenes makt

Hvordan endte vi opp med å la økonomiske interesser gå foran hensynet til klimaet? Forskerne i denne artikkelen angriper spørsmålet ved å studere det som kalles diskursen, altså hvordan problemstillingen omtales av ulike aktører. For kan det være slik at norske myndigheter forsvarer utvidelsen av petroleumsutvinning inn i nye arktiske områder med argumenter som i forskningslitteraturen omtales som «climate change obstruction», en måte å snakke på som stiller petroleumsindustrien i et godt lys, på tross av hva klimavitenskapen sier om at det er nødvendig med raske og store utslippskutt?

For å dette har forskerne studert fire Stortingsmeldinger:

Ja takk, begge deler

Klimaendringene er menneskeskapte og alvorlige, store kutt i klimagassutslipp er nødvendige. Det er ingen benektelse av klimavitenskapen i de norske dokumentene. Faktaene som presenteres er korrekte, og reflekterer høy tillit til forskningen. Det er heller ingen fortellinger om at klimahandling uansett ikke nytter, i motsetning til hva forskere har observert i tilsvarende diskurser i andre land.

Samtidig finner forskerne flere grep kjent fra «climate change obstruction». Det som imidlertid går igjen i de norske dokumentene er at vi ikke trenger å velge. Norsk petroleumsaktivitet skal fortsette langt inn i fremtiden, samtidig som det er viktig å kutte klimagassutslippene. Ansvaret for klimakuttene ligger nemlig ikke hos dem som produserer og tjener på å selge olje og gass, men hos dem som velger å brenne den i andre land, og det vises til at olje og gass fortsatt vil være viktige energikilder fram til slutten av dette århundret. Det er altså ingen behov for storstilt omstilling, og ansvaret ligger hos noen andre – to typiske argumenter for å fremme petroleumsindustrien. Norge fremstiller seg som en aktør som reagerer passivt på hendelser og markedskrefter der ute i verden, i stedet for å ta en aktiv rolle for å redusere klimagassutslippene.

Norsk utvinning beskrives som «ren» fordi den fordi den utvinnes med lave klimagassutslipp sammenlignet med andre land (ifølge en artikkel publisert i det prestisjetunge tidsskriftet Science i 2018 ligger Norge på en 6. plass blant totalt 50 land i konkurransen om å ha den reneste petroleumssektoren. Vi ble slått av Ghana, Thailand, Bahrain, Saudi-Arabia og Danmark), samtidig som det planlegges for å bytte ut mer av gasskraften på oljeinstallasjonene med fornybar energi – på den måten kobles fornybar- og oljenæringene tett sammen. Forskerne advarer om at fortellingen om «grønn olje», der fornybar energi brukes til å utvide petroleumssektoren, kan fortsette å være et betydelig hinder for omstillingen som skal til for å omstille verden vekk fra fossile energikilder.

Akademisk arbeidsdeling

Hva om det stemmer, det som står i Stortingsmeldingene? At de globale utslippene blir lavere enn de ellers ville ha blitt dersom Norge opprettholder sin produksjon ut dette århundret? Det er noe man kan undersøke i forskjellige modeller, men siden fremtiden ikke har skjedd enn, finnes det ingen fasit. Og uansett er ikke det spørsmålet som stilles i denne artikkelen. Her undersøkes bare diskusjonen.

Denne artikkelen er del av et stort fagfelt som undersøker hvordan politikk blir som den blir. Også flere norske forskere er aktive her. Men jeg ser sjelden noe til resultatene deres på min del av Blindern. I mitt eget fagområde er vi interessert i tall, energi, materialer og slikt som kan måles og regnes ut. Jeg kunne ha stilt spørsmålet «stemmer det at norsk olje har lavere klimagassutslipp i utvinningen enn olje fra andre land» og visst omtrent hvordan jeg skulle gått fram for å finne svaret, men jeg er ikke trent til å analysere hvordan diskusjonen omkring disse tingene faktisk foregår.

Til syvende og sist er begge perspektivene (og mange flere) viktige for å kunne forstå hvordan ting har blitt har blitt som de har blitt, og for å kunne mene noe om hvilke beslutninger som kan være kloke og mindre kloke på veien framover.

Jeg skulle gjerne ha tatt del i flere diskusjoner på tvers av fagfelt, ikke for å bli ekspert på alt, men for å få vite noe om hva slags innsikt som faktisk finnes der ute. Dette er kanskje en oppfordring til meg selv om å holde øynene og ørene åpne.

Podcastanbefaling

Om du vil lære mer om hvordan den norske oljediskusjonen ser ut med et blikk utenfra vil jeg anbefale podcastserien The Black Thread, som er et samarbeidsprosjekt mellom den norske organisasjonen Klimakultur og den internasjonale Communicating Climate Change.


av Legg igjen en kommentar

Global solskjerming – teknologisk galskap eller siste utvei?

Da vulkanen Pinatubo i Filippinene hadde utbrudd i 1991, førte det til at den globale gjennomsnittstemperaturen sank merkbart i årene som fulgte.

Årsaken var at utbruddet sendte store mengder av gassen svoveldioksid opp i stratosfæren (mer enn 10 km opp i lufta, høyere enn de fleste av skyene på himmelen) der den reagerte med vanndamp og dannet ørsmå dråper av svovelsyre. Disse dråpene reflekterte bort en del av lyset fra sola, som dermed ikke nådde ned til jordoverflaten, som et globalt og veldig tynt slør rundt jorda. Og som vi selv merker når vi beveger oss fra åpent landskap inn under skyggefulle trekroner en solfylt sommerdag, er skygge en effektiv metode for å skape litt lavere temperatur.

Når menneskeskapte utslipp av drivhusgasser får den globale gjennomsnittstemperaturen å stige stadig mer fra det nivået sivilisasjonen vår har tilpasset seg, dukker Pinatubo opp som en fascinerende utvei. Hva om vi gjør noe tilsvarende selv? Det er ikke uoverkommelige mengder med svoveldioksid eller et annet reflekterende materiale som skal til for å få til en merkbar nedkjøling, i alle fall ikke i teorien.

Hadde det eksistert en teknologisk kvikk-fiks for klimaet uten negative bivirkninger, så hadde den sikkert vært tatt i bruk for lenge siden. Det er haugevis av grunner til å være kritisk til global solskjerming (på engelsk kalt Solar Geoengineering eller Solar Radiation Management), noe som siden 2022 har fått mer enn 600 forskere fra hele verden til å skrive under på et opprop mot bruk av teknologien. I et åpent brev til FN og verdens myndigheter ber de om at ingen skal hverken finansiere utvikling av teknologier for global solskjerming, tillate utendørs eksperimenter knyttet til slik teknologi, innvilge patenter, ta i bruk teknologi som er utviklet av andre, eller inkludere muligheter for global solskjerming i utredninger av mulige klimatiltak.

Betenkelige bivirkninger

Litt mindre sollys over hele jorda vil ikke være det samme som å få litt mindre kraftig drivhuseffekt. Partikler i stratosfæren kan redusere gjennomsnittstemperaturen, men virkningen vil variere mellom ulike steder på jorda. Hvem er det da som får bestemme hvilken «innstilling» som er best? Sannsynligvis ikke dem som allerede er mest utsatt for klimaendringene: verdens fattigste – de som har aller minst skyld i at jorda blir varmere. Og om for eksempel Norge skulle ta ansvar for et globalt solskjermingsprogram og det året etter blir tørke og avlingssvikt i India, vil det da være vår skyld?

Det er skrevet mange interessante bøker både for og imot klimafiksing – dette er de jeg hadde i bokhylla nå (ja, den ene er min)

Om temperaturen holdes konstant ved å slippe inn mindre sollys, samtidig som biler, fly og kraftverk pøser stadig mer CO2 ut i atmosfæren, vil det også bli mer og mer CO2 i havet, slik at det blir surere. Denne effekten gjør det blant annet vanskelig for en del viktige planktontyper å lage skjellet sitt. Og hva skjer om firmaet eller den internasjonale organisasjonen som finansierer solskjermingen går tom for penger, eller bestemmer seg for å prioritere annerledes? Da blir himmelen klar igjen og all oppvarmingen som har blitt maskert de foregående årene vil merkes fort og brutalt. Fenomenet kalles Termination shock og er tema for romanen av Neil Stephenson fra 2021 med samme navn, som anbefales alle som liker tykke og nerdete bøker om ubehagelig realistiske fremtidsmuligheter.

Kan det allikevel være lurt med litt forskning?

På den annen side: klimaendringene skjer, det er godt kjent at de kommer til å ha dramatiske og negative konsekvenser, og hvert år lar reduksjonene i klimagassutslipp vente på seg. Det går an å se på global solskjerming som en medisin mot symptomene en farlig sykdom, en medisin som riktignok kan gi mange skumle bivirkninger, men fortsatt kan være god å ha om sykdommen blir for ille. Det blir gjort forskning på temaet, også i Norge, men bare med datamaskiner der man kan legge inn en liten reduksjon i innstrålingen fra sola og se hvilke sannsynlige følger det kan få for klimaet ulike steder på jorda. Harvard University har hatt et stort forskningsprogram på temaet, der de også planla et begrenset utendørs eksperiment i Sverige, men denne aktiviteten ble innstilt i fjor.

Å forske på mulige konsekvenser av global solskjerming er ikke det samme som å jobbe for at det skal innføres. Forskning kan gjøre oss i bedre stand til å veie ulemper mot fordeler, selv om den aldri vil gi alle svarene. Og kanskje er det ikke så dumt at offentlige institusjoner følger litt med på slik hypotetisk teknologi, for før vi vet ordet av det kan den ha blitt til virkelighet. I en spørreundersøkelse som nylig ble gjort blant klimaforskere svarte flertallet at de frykter at «enkeltland eller milliardærer vil ta klimasaken i egne hender». Det har dukket opp flere oppstartselskaper de siste årene som gjør seg klare til å levere solskjermings-løsninger dersom noen er villige til å betale for det. Verdens rikeste mann har også nettopp sagt at han mener global oppvarming kan unngås med en KI-drevet satellitt-sverm som reflekterer sollys ut i verdensrommet. What could possibly go wrong?

Det er så kjedelig, det der at løsninger ofte gir nye problemer. Fossile energikilder har vært løsningen på en hel haug med problemer tidligere. Vi klarer sikkert ikke løse oss ut av dette problemet heller uten at det oppstår nye problemer å gå løs på, men det er nok lurt å huske hva løsning nummer en er og må være: å slutte å øke mengden med drivhusgasser i atmosfæren.


av Legg igjen en kommentar

Birkeland – fysikeren som laget kunstgjødsel for å studere nordlys

Vi trenger mer penger til grunnforskning!

Alle forskere, alltid.

Grunnforskningen, den nysgjerrighetsdrevne forskningen som egentlig ikke har annet formål enn å la oss forstå enda litt mer om hvordan verden henger sammen, er selve gullet ved universitetene. Samtidig kan den være lett å nedprioritere når de som bevilger penger trenger å vise fram håndfast samfunnsnytte fra forskningsprosjektene. Nytten av grunnleggende kunnskap kan være vanskelig å måle i arbeidsplasser og eksportinntekter, selv om det finnes plenty av eksempler på at tilsynelatende meningsløs forskning har fått viktige konsekvenser for samfunnet mange år senere.

På jakt etter en oppfinnelse

Professor Birkeland på bakgrunnen av Universitetet, Oslo. Foto tatt med skjult knapphulls-kamera av Fredrik Carl Mülertz Størmer (senere professor i matematikk ved UiO) på 1890-tallet. Norsk Folkemuseum.

Kristian Birkeland ble født 13. desember 1867 i det som da het Christiania. Bare 31 år gammel ble han i 1898 ansatt som professor ved Fysisk institutt, Universitetet i Oslo. I dag holder vi til i en egen bygning på Blindern, men den gangen holdt fysikerne hus i kjelleren i den midterste av universitetsbygningene som i dag ligger ved Nationaltheateret stasjon.

Birkelands hovedområde var elektromagnetisme, og det han aller helst ville forske på var nordlys. Det var imidlertid heller ikke den gangen enkelt å få tak i penger til å drive kostbar forskning uten umiddelbar nytte for industrien. Da Birkeland på en internasjonal konferanse klaget sin nød til en av fysikkens store skikkelser, Lord Kelvin, ble han rådet til å komme opp med en oppfinnelse han kunne selge. Så kunne han bruke pengene fra oppfinnelsen til forskningen sin.

Birkeland prøvde seg på flere oppfinnelser, og det som virket mest lovende var utviklingen av en elektromagnetisk kanon, der prosjektilet skulle akselereres ut av kanonløpet ikke ved hjelp av eksploderende krutt, men ved magnetiske krefter skapt av strømspoler rundt røret. Han kom langt nok til at han kunne holde flere demonstrasjoner der han skøyt kanonkuler inn i treplater foran store publikum, men hadde problemer med å få skikkelig kontroll på strømkretsene. Noen ganger endte eksperimentene i store kortslutninger, som menneskeskapte lyn gjennom lufta.

Fra kanon til kunstgjødsel

Det var ikke kanonen som skulle gjøre Birkeland rik, men kortslutningene. I februar 1903 var Birkeland i en middag sammen med gründeren Sam Eyde, som satt på rettighetene til kraften fra flere av de store norske fossene. På den tiden fantes det ikke teknologi for å frakte strøm over store avstander gjennom høyspentledninger, slik vi gjør det i dag, så for å tjene penger på fossekraft måtte det bygges industri der fossen lå.

Birkeland Eyde ovn / lysbueovn med sikkerhetsadvarsel på skilt; «Under drift må ledninger ikke berøres. Livsfarlig». Fotograf ukjent 12.12.1917. Norsk Industriarbeidermuseum, CC lisens.

Eyde var på utkikk etter kraftkrevende industri, og trengte et stort lyn. På denne tiden pågikk det nemlig et kappløp for å utvikle industriell nitrogenfiksering – metoder for å splitte nitrogenmolekylene i lufta, som utgjør mesteparten av lufta rundt oss, og omdanne dem til kjemiske stoffer der nitrogen er kombinert med enten oksygen eller hydrogen og dermed kan brukes både som gjødsel og til å lage sprengstoff.

Når lynet slår ned i naturen, kombineres nitrogen med oksygen og blir tilgjengelig som gjødsel for planter. Birkeland, med sin kunnskap om elektromagnetisme, kunne bidra til å utvikle metoden for å lage gjødsel av luft på stor skala. Eyde hadde tilgang på penger og fossekraft.

Bare åtte år senere ble den første lasten av kunstgjødsel levert fra Norsk Hydros anlegg på Rjukan, som hadde gått fra å være et øde dalføre til å bli en industriby med jernbane, to kraftverk, skoler og fotballbaner. Og Birkeland fikk en innbringende avtale med Hydro som sikret ham midlene han trengte for å utforske nordlyset videre.

Kunstgjødsel til nordlysforskning – og videre til romværvarsling

Birkelands teori om at nordlyset skyldes ladde partikler fra sola som vekselvirker med jordas magnetfelt, og skaper lys når de treffer gassene i den øverste delen av atmosfæren, var omstridt på hans tid.Etter utviklingen av lysbuemetoden for å produsere kunstgjødsel fortsatte Birkeland sine ekspedisjoner og eksperimenter for å studere nordlyset og andre atmosfæriske fenomener. I dag har teoriene hans blitt etablert vitenskap, men nå er ikke lenger nordlys bare et fascinerende fenomen på himmelen. I dagens høyteknologiske samfunn har forståelsen av hva som sendes ut fra sola, og mulighetene til å varsle det, faktisk blitt svært viktig fordi solaktiviteten kan påvirke både satelitter og romfartøyer og elektroniske installasjoner her nede på jorda.

Grunnforskningen, altså. Det er noe å ta vare på.

Kristian Birkeland på 200-kroners seddelen som var i bruk fra 1994 til 2020. Nordlyset vises i bakgrunnen, og til venstre ser man en strektegning av terellaen, Birkelands eksperimentelle oppsett for å lage nordlys på laboratoriet. (eget foto av utgått seddel)

Videre lesning

Om du vil lese mer om Birkeland kan jeg anbefale to fine bøker: den korte Historien om Kristian Birkeland, Nordlysets far av Pål Brekke, og den litt lengre Kristian Birkeland – Naturvitenskapsmann og industriforsker av Alf Egeland. Jeg har også fått anbefalt boka Nordlysets gåte – beretningen om Kristian Birkeland av Lucy Jago, men har ikke fått lest den selv ennå. Historien om Birkeland er sentral i min egen Livet, døden, krig og korn. Historier om nitrogen.


av Legg igjen en kommentar

Boktips mot natursorg

Trist over alt som ser ut til å gå galt i verden? Naturtap, klimaendringer, krig, mørketid, det er vel unødvendig å liste opp flere grunner til å kjenne seg nedfor nå for tiden.

Jeg vil påstå at boka Braiding sweetgrass av den amerikanske forfatteren Robin Wall Kimmerer kan være et kraftfullt lyspunkt i alt dette mørket, og jo flere jeg snakker med som også har lest boka, desto mer får jeg inntrykk av at dette er en skatt som mange ønsker å dele.

Braided sweetgrass. Jamfam1000, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons.

Boka er fra 2013, og handler om forholdet mellom mennesker og natur. Kimmerer er botaniker og professor i skogbiologi. Hun tilhører også Potawatomi-folket og arbeider med hvordan hun kan kombinere urfolkskunnskapen om vekstene i naturen med den vitenskapen hun har blitt opplært i gjennom studiene.

For selv om vitenskapen gir oss kraftfulle verktøy til å forstå verden rundt oss, finnes det fortsatt mye som er ubesvart. Det gjelder ikke minst hvordan vi mennesker skal te oss for å bevare, og kanskje til og med støtte og gi tilbake til, den naturen vi alle er del av. Tidligere generasjoner har kanskje ikke forstått hvordan atomer kobles sammen til gener som bestemmer plantenes funksjon, men de har allikevel funnet fram til måter å gjøre ting på som fortsatt kan ha verdi. I boka viser Kimmerer fram flere eksempler på hvordan nitidig forskning ender opp med å bekrefte de gamle tradisjonene, selv om de i første runde har blitt avfeiet som uvitenskapelige.

Kimmerer beskriver en tradisjon der mennesker ikke bare er noen som tar og ødelegger, og naturen ikke bare er noe som må beskyttes mot oss. I stedet tegner hun et bilde av gjensidighet, der man både tar og gir tilbake, alltid med respekt.

Jeg kjenner meg igjen i boka, og ikke bare fordi det er lett å lengte «tilbake» til noe udefinert og naturnært når teknologisamfunnet kan virke rått og ubarmhjertig. Det er mer konkret. Det er ikke så mange generasjoner siden vi selv var mer prisgitt natur enn tek-giganter. Jeg kjenner igjen holdninger og fortellinger fra boka fra min egen historie, fra hvordan mine besteforeldre snakket og hva de fortalte om sine gamle.

Boka er optimistisk fordi den minner oss om at det ikke bare finnes en måte å gjøre ting på. Vi har både gammel og ny kunnskap. Det er fint å stille spørsmål. Naturen og menneskene er ikke to lag som står mot hverandre, vi er uløselig vevet sammen og vil alltid gjøre klokt i å ikke glemme det.


av Legg igjen en kommentar

Om å bruke modeller til å forstå verden

Jeg synes ofte at kritikk mot forskning, det kan være klimaforskning eller det kan være annet som har med store og viktige spørsmål å gjøre, går omtrent slik:

1. Her har forskerne brukt en modell.
2. Modellen er en forenkling av virkeligheten.
3. Siden virkeligheten er mye mer komplisert, stemmer ikke resultatene av modellen.
4. Jeg vet mye om [fyll inn det som passer, for eksempel hvordan skyer dannes, hvor fort CO2 løses opp i havet, eller historiske temperaturverdier på hytta]. Dette har ikke forskerne fått med i modellen sin.
5. Om de hadde tatt med det som jeg vet, hadde de funnet ut at [fyll inn det som passer, for eksempel at jorda blir kaldere istedenfor varmere].

Dette er jeg litt lei av. Her er hvorfor:

1. Ja, forskerne har brukt en modell.
Forskere bruker alltid en modell. Og det gjør alle andre også. Modeller er den eneste måten det går an å sette tall på verden på. La oss si for eksempel at jeg lurer på hvor lang tid jeg vil bruke på å kjøre til et sted som ligger 100 km unna (og at jeg ikke har internett tilgjengelig, noe som kanskje er en litt drøy antakelse). Hvordan i all verden skal jeg finne ut av det?
Først skal jeg starte bilen, kanskje skru på radioen, og rygge ut av parkeringsplassen. Så skal jeg kjøre ut på veien der det er 30-sone, før jeg kommer til et lyskryss der jeg må vente en stund, og så kommer jeg til en vei med 50-sone, men noen ganger er det trafikk. Og så videre.
Om jeg skulle tatt med alle detaljene som finnes i virkeligheten, ville jeg aldri ha kommet frem til noe svar. Det jeg gjør istedenfor er å lage en modell. Jeg vet at jeg skal kjøre på motorvei mesteparten av veien, der jeg vil kjøre i mellom 90 og 100 kilometer i timen. Men i starten og slutten av turen skal jeg kjøre et stykke på småveier med lavere fartsgrense. Derfor lager jeg en modell som går ut på at jeg kjører hele strekningen i konstant hastighet på 80 kilometer i timen. Ved å anta en konstant men litt lavere hastighet, går jeg ut i fra at det veier opp for småveiene, tiden det tar å starte og stoppe bilen, røde lys og litt trafikk. Nå har modellen gitt meg et regnestykke: Tiden det vil ta å komme frem er lik lengden jeg skal kjøre delt på hastigheten. Svaret blir at det vil ta megen time og ett kvarter å komme meg dit jeg skal.
Ut i fra hva jeg vet om systemet jeg analyserer – hvordan trafikken vanligvis er, og hvor fort jeg pleier å kjøre – er svaret jeg kommer frem til en god antakelse. Men den trenger ikke å være riktig. Om det skjer en stor ulykke mens jeg kjører på motorveien, kan jeg ende opp med å sitte en time i kø. Eller bilen min kan få motorstopp, så jeg kanskje ikke kommer frem i det hele tatt. Jeg vet at slike ting kan skje, men at sannsynligheten er nokså lav.
Modellen kan også brukes til å finne en nedre grense for tiden jeg bruker. Det kan jo hende at jeg treffer en grønn bølge og det ikke er en eneste annen bil på veien, og at jeg får en fandenivoldsk ide om å ligge langt over fartsgrensen. Om jeg regner med en gjennomsnittshastighet på 120 kilometer i timen, vil jeg bruke 50 minutter på å komme frem. Jeg er sikker på at jeg absolutt ikke kan komme fram tidligere enn dette.
Modellen min har altså fortalt meg tre ting: En nedre grense, en mest sannsynlig verdi, og at det ikke finnes noen øvre grense for maksimaltiden, men at svært høye verdier er usannsynlige. Uten en modell hadde jeg ikke hatt noen tall i det hele tatt.

2. Ja, modellen er en forenkling av virkeligheten.
Sånn vil det alltid være. Man kan ikke regne ut virkeligheten. Virkeligheten er dugg i gresset, hull i veien og barn som protesterer. Virkeligheten er humor og humør og overtro.
Siden modeller er forenklinger, er det ikke nok å gjøre regnestykket en gang og si seg fornøyd med det. Man må sjekke hva som skjer når man varierer alle de forskjellige tallene og sammenhengene som går inn i modellen, innenfor de grensene som virker rimelige, og se hva det har å si for utfallet. Noen ting kan varieres så mye man bare vil uten at det påvirker resultatet i det hele tatt. Da kan man bestemme seg for å ta dem helt ut av modellen. Andre ting kan gi kjempeeffekter, og da er det ekstra viktig at man får disse delene så riktige som mulig. Og noen ganger kan ting virke inn på hverandre og gi helt uventede effekter.

3. Selv om virkeligheten er mye mer komplisert, stemmer resultatene av modellen.
Så lenge du ikke har regnet feil, vil resultatene av en modell gi resultater som stemmer for den virkeligheten som beskrives av modellen. Om modellen passer dårlig med virkeligheten, vil det selvfølgelig gi resultater som har mindre med den faktiske virkeligheten å gjøre. Det er her forskningen kommer inn. Det vi gjør som forskere, er å lære om hvordan vi kan bli bedre og bedre til å beskrive virkeligheten ved hjelp av tall og formler. Når resultatene av en modell viser seg å ikke stemme overens med virkeligheten, gjør vi vårt ytterste for å finne ut av hvilken del av modellen som er dårlig, og hvordan den kan gjøres bedre. Store modeller, som dem som brukes til å studere klimaet på jorda, består av svært mange mindre modeller som påvirker hverandre, og som hele tiden forbedres.

4. Om du faktisk vet noe – ikke bare som en anekdote eller en familiehistorie, men som noe som er kvalitetskontrollert og akseptert som vitenskap – er sannsynligheten stor for at forskerne som arbeider med en modell der dette er viktig, også vet om det. Det er en stor og vanskelig jobb å holde oversikt over all den nye kunnskapen som produseres, og resultatene i en vitenskapelig rapport kan godt motsies i flere andre. Dersom det faktisk er sånn at forskerne ikke har fått med seg det du vet, er du velkommen til å gjøre det arbeidet som kreves for å gjøre dataene kjent og aksepterte, eller til å overbevise andre til å gjøre arbeidet for deg eller sammen med deg.

5. For å trekke konklusjoner om klimaet på jorda, eller andre store og viktige spørsmål, er man nødt til å se på helheten. Det er derfor vi bruker disse store modellene. Når flere systemer virker inn på hverandre, kan resultatet noen ganger bli det motsatte av det som virker intuitivt riktig.

Alternativet til å bruke en modell, som ganske riktig er en forenkling av virkeligheten, kan umulig være å forenkle ting enda mer. Jeg skulle ønske jeg hadde en kort og god måte å si dette på, som jeg kunne bruke i møte med slike argumenter. Forslag mottas med takk.

(Og forresten, i tilfelle noen lurer: Jeg er ikke klimaforsker. Noe av det jeg forsker på har sammenheng med klima. Og jeg bruker modeller.)

Globe Environment World Planet Earth Blue Planet

En forenklet modell av jorda, lånt fra denne siden.


av Legg igjen en kommentar

Hydrogenmetall

Vi trenger gode nyheter for tiden, og meldingen om at noen har greid å lage metall av hydrogen for aller første gang kan være en god kandidat.

Hva er hydrogenmetall?
Hydrogen er det minste atomet, og det grunnstoffet det finnes aller mest av i verden. Det består av ett proton og ett elektron. Vi finner det overalt i naturen, men stort sett ikke alene, fordi det er glad i å hekte seg sammen med andre stoffer. Rent hydrogen danner en gass der to og to hydrogener henger sammen i molekylform, og temperaturen må helt ned til 20 grader over det absolutte nullpunkt før denne gassen blir til en væske, for deretter å bli fast stoff ved 14 grader.
I dette faste hydrogenet, der temperaturen er nesten så lav som den kan bli, sitter atomene pent og rolig på rader og rekker, der hvert proton passer på sitt elektron. Imidlertid har det lenge vært kjent at dersom trykket blir veldig høyt, slik at hydrogenatomene blir dyttet mot hverandre med masse kraft, bør atomene gi slipp på elektronene sine. Protonene i kjernen vil ordne seg i et gitter, med alle elektronene svirrende løst rundt dem, akkurat som i et metall. Dette er det som kalles metallisk hydrogen, og forskere har brukt årtier på å prøve å fremstille det.

Hva skal vi med metallisk hydrogen?

739px-superconducting_levitation_and_candle_on_a_magnet

Med superledere kan man få ting til å sveve. Bilde: Wikimedia Commons

De teoretiske beregningene som har vært gjort tyder på at metallisk hydrogen vil være en superleder, det vil si et stoff som kan lede strøm helt uten tap. I dag sender vi elektrisiteten vår gjennom ledninger av kobber eller aluminium, og desto lengre avstand det er mellom stedet der strømmen lages og der den skal brukes, desto mer går tapt underveis. Om vi kunne lage metallisk hydrogen, og det oppførte seg stabilt ved normalt trykk og temperatur, kunne vi få mer ut av den strømmen vi lager fordi mindre av den ville gå tapt. Superledere kan også brukes til å få mer effektiv transport ved å få tog til å sveve. Vi har foreløpig ingen materialer som kan brukes som superledere ved romtemperatur.

Hvor høyt må trykket være?
Det ble først antatt at hydrogen ville gå over i metallform ved 25 GPa (det er omtrent 250 ganger høyere enn trykket i det dypeste havet i verden, Marianergropen). Senere har mer nøyaktige utregninger vist at en må opp i minst 100 GPa. Forsøk som ble gjort ved rundt 350 GPa, som tilsvarer trykket i Jordas sentrum, viste ingen tegn til metallisk hydrogen.
I eksperimentene som nettopp har blitt publisert, ble overgangen funnet ved omtrent 495 GPa.

Hvordan får man trykket så høyt?
Et greit prinsipp for å få høyt trykk er: Stor kraft, lite areal. Når forskere skal studere hva som skjer med materialer ved ekstreme trykk bruker de ofte noe som kalles diamant-ambolt-celle: To slepne diamanter plasseres med spissene pekende mot hverandre. Tuppen av spissen er polert, slik at du får to runde flater med diameter omtrent så stor som et hårstrå på tvers. Mellom disse flatene plasserer du en beholder laget av et sterkt materiale, som for eksempel rhenium, wolfram, beryllium eller diamant. Du fyller beholderen med det du ønsker å studere gjennom et lite hull som plasseres der midten av diamantspissen treffer, slik at ingenting kan komme seg ut gjennom hullet. Så plasserer du diamant-paret inne i en slags klemme, og skviser til. For å finne ut av hva som skjer inne i cella kan du skinne elektromagnetisk stråling (synlig lys, røntgen eller varmestråling) inn fra den ene siden og måle hva som kommer ut på den andre siden. Du kan også bruke elektroder for å måle hvor godt materialet i cella leder strøm, og du kan varme opp eller kjøle ned cella med laser eller flytende helium eller andre kule triks. For å vite hvilket trykk du har fått inne i cella bør du, i tillegg til materialet du ønsker å studere, legge inn noe kjent, som for eksempel en liten bit av en rubin.

Hva var det forskerne klarte nå?
Ranga Dias og Isaac Silvera ved Harvard University hadde brukt mye tid på å finne ut hvordan man skulle unngå at diamantene sprekker når trykket blir høyt. De polerte spissene og etset vekk det ytterste laget for å få vekk alle mikroskopiske ujevnheter, og varmebehandlet diamantene for å få vekk alle spenningene. Hydrogen har en irriterende tendens til å krype inn i andre materialer og gjøre dem lettere å knuse, men denne krypingen trenger temperatur for å fungere, så forskerne brukte flytende helium til å holde cellen kald. I tillegg dekket de diamantene og rhenium-kapselen med et 50 nanometer tykt lag av aluminiumoksid, som det er vanskelig for hydrogen å trenge gjennom. For å unngå temperaturutvidelser som kunne gi spenninger i diamantene, brukte de bare veldig forsiktig varmestråling til å måle på hva som skjedde inne i cella, med noen ekstra målinger med laser når de kom nær det høyeste trykket de kunne oppnå.
Da trykket nærmet seg 495 GPa ble hydrogenet først svart og deretter reflekterende, akkurat som man skulle forvente seg for et metall.

Så nå er det bare å sette i gang og produsere hydrogenmetall?
Nei, ikke helt. Resultatene var lovende, men ikke alle er overbevist. Noen mener for eksempel at forskerne kan ha blitt lurt av aluminiumoksid-laget på diamantene. Det største problemet er at, siden det er så fryktelig vanskelig å oppnå så høye trykk, er det foreløpig bare er gjort et eneste eksperiment. Eksperimentet er ikke engang avsluttet. Ifølge denne reportasjen lot forskerne det metalliske hydrogenet bli værende i kjølemaskinen sin, for å gjøre flere eksperimenter på det etter at de første resultatene var publisert. Akkurat dette virker jo litt mistenkelig. Om du har laget noe så fantastisk, vil du ikke utforske det nærmere med en gang? Hva er vitsen med å vente til det er gjort offentlig? Er de redde for at neste måling skal vise noe annet?
Så om trykkmålingen stemmer, og den optiske målemetoden er god nok til å faktisk vise at det var metall der, så gjenstår det bare å finne ut hva som skjer med stoffet når man reduserer trykket igjen, og deretter å lage en maskin som kan skvise massevis av hydrogen under enormt trykk. Så er vi i gang.


av 1 kommentar

Nytt leketøy på plass!

Nå er labben enda kulere, for vi har fått en splitter ny AFM. Forkortelsen står for Atomic Force Microscope, noe som muligens kunne oversettes som atomkraftmikroskop, men det har ingenting med atomkraft (kjernekraft) å gjøre. Det AFM-en gjør er å måle kraften mellom en spiss nål og en overflate. Og om nålen er spiss nok, og det ikke er vibrasjoner i rommet og man stiller inn alle parametere riktig og så videre og så videre, så kan man gjøre dette så nøyaktig at man kan få et bilde av enkeltatomer på overflaten. Derav atomkraft – krefter mellom atomer.

AFM-en klar på mikroskopet inne i boksen sin.
Her sitter nåla!
Alt er pakket opp…
Den nye AFM-boksen på plass.
Julaften på labben!

I første omgang skal vi bruke det til to ting:

  1. «Ta bilder» av mineraloverflater. Vi kan gjøre eksperimenter inne i AFM-en, der vi har mineraler (enkeltkrystaller, altså) i en væske og ser på hvordan overflaten forandrer seg på nanoskala når den vokser eller løses opp. Eller vi kan ta bilder av overflater før og etter at vi har gjort ting med dem i andre eksperimenter.
  2. Måle krefter mellom overflater. Da bruker vi ikke en tynn nål, men limer fast en partikkel på «pinnen» nålen vanligvis er festet til. Det er dette jeg har gjort i eksperimenter som jeg har skrevet om på bloggen tidligere (her, for eksempel).

De siste eksperimentene gjør vi for å finne ut mer om hva som skjer når møtet mellom vann og stein gjør at steinen forandrer egenskaper. Nå er det ikke bare jeg som gjør eksperimentene: En PhD student, som allerede har gjort noen av dem i København, skal begynne på vår maskin neste uke. Og på slutten av året kommer en postdoc som skal gjøre lignende ting.

Vi fikk penger til å kjøpe denne utrolig kule maskinen som del av et ERC-prosjekt som Bjørn Jamtveit, professor ved PGP, fikk nylig. Det lønner seg altså å blande seg inn i store prosjekter. Før jul var jeg og Francois Renard, fransk professor tilknyttet PGP, på en tre dagers reise i Tyskland der vi besøkte forskjellige AFM-produsenter og fikk demonstrert utstyret deres og de alle gjorde sitt beste for å overtale oss til å kjøpe deres maskin. Etterpå  måtte vi skrive en utlysning til et offentlig anbud og vurdere tilbudene vi fikk. Ganske stressende og kompliserte greier, men heldigvis får vi glimrende hjelp fra fakultetet til slike prosesser (jeg gjorde jo det samme for SFA-en, så jeg begynner å bli dreven).

Forrige uke var temmelig intensiv og tettpakket med installering, demonstrering og opplæring på alt utstyret. Men nå er det på plass og jeg gleder meg som bare det til å komme i gang med å titte på ting på nanoskala. Med de to instrumentene vi har på labben nå (atomkraftmikroskopet og overflatekraftmikroskopet) kan vi få et ganske utfyllende bilde av hvordan forskjellige overflater påvirker hverandre når de er i kontakt. Jeg skal passe på å få lagt ut noen fancy AFM-bilder på bloggen etterhvert.


av 4 kommentarer

Dråpefysikk med lego

Vi ville at studentene på denne forskerskolen skulle få gjøre et praktisk eksperiment i tillegg til all kvantemekanikken og molekylærdynamikken. Men det er jo ikke alt vi gjør på labben som så enkelt lar seg transportere til et hotell på Gran Canaria og gjennomføres av 15 studenter på en gang. Heldigvis kan man lære mye av å studere dråper.

Utstyr: Utrolig kule, små lommelykt-aktige USB-mikroskop av typen DinoLite. Kalsittkrystaller, mikroskopglass, pipetter, vann, olje, sprit, hansker, skalpeller, og ikke minst tape, lego og lommelykten på mobilen.

IMG_5080

Resultat: Vinkelen mellom dråpen og underlaget varierer ut i fra hva du har hatt på underlaget før. Helt nye overflater av kalsittkrystaller fukter vann utrolig bra. Vinkelen for en dråpe som utvider seg er større enn en som krymper. Når en dråpe fordamper, beveger kontaktlinjen seg innover i periodiske rykk. Observasjoner stemmer overens med simuleringer tidligere i uken, med en del tolkning.

Nå er det snø på toppene her i syden, så det er på tide å dra hjem til vinterferien. Heldigvis er en av veiene til flyplassen fortsatt åpen.

IMG_5100


av Legg igjen en kommentar

Fysikksydentur

Hjemme er denne uka full av foreldremøter, karneval, vennegrupper og fotballtreninger, men jeg er ikke med på noe av det, for jeg er på jobb på Gran Canaria. IMG_5053.JPG

Her er det vår og fint og sol. Dette er en forskerskole for doktorgradsstudenter i et europeisk nettverksprosjekt med fokus på overflateprosesser på nanoskala i sement og lignende materialer. Poenget med å møtes på dette hotellet midt inne på øya på Gran Canaria er at vi skal være sammen hele tiden og snakke masse vitenskap med hverandre.

Vi startet dagen med to timer forelesning om kvantemekaniske beregninger. Så skulle studentene ha to timer skrivekurs, men siden jeg ikke er student fikk jeg gå en tur.

IMG_5050

 

Nå gjør studentene kvantemekaniske beregninger, som jeg lurte på om jeg skulle bli med på, men jeg begynte å synes at jeg skulle ha jobbet med de forelesningene jeg selv skal holde, så da gikk jeg på rommet mitt (og skrev blogg?). Til arbeid!

IMG_5054.JPG


av 1 kommentar

Ting på plass!

Det viser seg at desto viktigere ting er, desto vanskeligere blir det å blogge om det. Dette har ført til uvant lite blogging i det siste. Nå er det på tide å gjøre noe med det, så her kommer en oppdatering fra labben.

I slutten av mars ble apparatet mitt levert. Labben var klar... klar nok. Ting fungerte. Det ble noen hektiske dager med foredrag, møter, middager og fikling med ting som skulle justeres og limes og tilpasses i siste liten.

Siden det var så viktig å få alt på plass før leveransen, ble det til at jeg ryddet alt annet til side en stund. Etterpå dukket alle de andre tingene opp. Derfor ble det en hektisk måned som endte i en hesblesende uke, fulgt av noen flere hektiske uker der jeg måtte gjøre alt det andre som jeg egentlig skulle ha gjort.

Det ser lovende ut!

Professor Jacob Israelachvili, SFA-ens «far», tester utstyret. Det ser lovende ut!

Apparatet «mitt» er altså et Surface Forces Apparatus, som brukes til å måle krefter mellom overflater når de er mindre enn noen hundretalls nanometer fra hverandre. Det er disse kreftene som sørger for at ting henger sammen – eller ikke henger sammen. Jeg har tenkt å bruke det til å finne ut av hva som bestemmer hvorvidt mineraler klistrer seg til hverandre, sånn at vi får solide materialer, eller dytter hverandre vekk og får ting til å sprekke opp.

I apparatet monterer vi opp to flater av ønsket materiale, 2-3 mikrometer tykt, med sølv på baksiden. Disse er limt på hver sin buede glassbit. Når overflatene er nær hverandre og vi sender hvitt lys gjennom den, oppstår det et morsomt fenomen. Det av lyset som kommer seg gjennom den første sølvflaten uten å bli reflektert tilbake til lampen, vil bli reflektert frem og tilbake mellom de to speilene. Dersom bølgelengden til dette lyset er slik at et helt antall av halve bølger får plass mellom speilene, vil lyset forsterkes ved hver refleksjon. Til slutt er det bare disse bestemte bølgelengdene som slipper gjennom, og alt annet blir sendt tilbake. Lyset som har sluppet gjennom begge overflatene sender vi inn i et spektrometer, der lys med forskjellig bølgelengde blir sendt i forskjellige retninger. Så sendes lyset til et kamera, og om vi har gjort ting riktig får vi et bilde som ser slik ut:

IMG_3901

Hipp hurra! Så er det bare å sende bildet til Matlab og beregne avstander og slikt. Jeg greier ikke forklare dette mer skikkelig i løpet av et trøtt blogginnlegg, men om dere følger bloggen videre vil det nok dukke opp flere liknende bilder i fremtiden. Når man bare har sett og hørt noe mange nok ganger, kan man begynne å synes at man forstår det. Så hold ut.

Alt har selvfølgelig ikke gått helt på skinner etter leveransen, men det kommer seg.

For eksempel: Jeg hadde tre motorer og tre kontrollkort. Hvor skal jeg sette ledningene? Jeg gav elektronikklabben kortene og det jeg kunne finne av manualer og bad dem om å putte det i en boks som jeg kunne sette ledning i og slå på, og så skulle det fungere.

Det var ikke riktig så lett. I det hele tatt. Men nå funker det, og det er bare å sette seg ned å skrive programmet for å styre motoren. Det er nok heller ikke så lett, men det kommer til å gå det også .

Den FUNKER!!

Den FUNKER!!

Det som er litt skummelt med sånne store tekniske prosjekter er at jeg synes jeg kan bli så overveldet av de praktiske tingene som skal gjøres at jeg mister målet litt av syne. Nå er vi snart der at vi kan begynne å gjøre eksperimenter. Får vi gjort noe vettugt? Legg merke til at jeg sier vi, for nå er det ikke bare jeg som skal jobbe med dette prosjektet, det er også to doktorgradsstudenter. Det er ille nok om jeg roter meg bort og ikke får til noe, men det er helt uaktuelt at jeg skal rote bort årevis av andre personers liv til å gjøre ting som ikke funker. Så det er bare nødt til å bli bra.