Nordlys - nettet

Prosa-redaksjonen banker på ulike instituttdører ved norske høyskoler og universiteter for å finne ut hva som rører seg i fagfeltet akkurat nå, og hvordan faget har utviklet seg over tid. Denne gang: Fysikk.

Det er ikke de spektakulære, naturvitenskapelige fenomenene som er hoveddrivkraften bak professor Alfred Hanssens engasjement for fysikkfaget. Instituttlederen for fysikk og teknologi ved Universitetet i Tromsø (IFT) er mest opptatt av energi, klima, målemetoder og det nære verdensrom.

Blant naturvitenskapene regnes fysikken og matematikken for de hardeste av de harde. Dette er også de to fagfeltene hvor Norsk faglitterær forfatter- og oversetterforening sliter mest med å rekruttere både medlemmer og skribenter. Søknader om stipend for å skrive populærvitenskapelige sakprosabøker innen fysikk og matematikk skorter det også på. Kanskje er det en sammenheng?

– Jeg har popularisert en god del selv, men først og fremst i foredragsform. Jeg er amatørmusiker, og har hatt stor glede av å bruke lyd som utgangspunkt for blant annet å formidle noen av fysikkens temaer til barn. Det hjelper å ta utgangspunkt i et fenomen alle har et forhold til når man skal prøve å formidle fysiske lover og sammenhenger, sier Hanssen.

Det blir mye vanskeligere når man beveger seg vekk fra fenomener fra dagliglivet?

– Jo hardere realfaget og tematikken er, jo lengre og tyngre vei er det å gå fra ens eget felt til den gode populariseringen av faget. Ser du på et noe mykere fag som biologi, er det lettere å skrive populærvitenskapelig. Hvor mye spiller kjemi og biologi inn i forbindelse med valg av partner? Det er en type spørsmål mange av oss er interessert i å vite noe om, og som er mulig å formidle på en god måte, uten at man beveger seg for langt fra selve faget. Det blir vanskeligere når man snakker om protoner og nøytroner, selv om det finnes mange gode populærvitenskapelige bøker både innen kvantefysikk og kosmologi. De veldig små størrelsene og de uendelig store er det også lettere å få folk til å bli engasjert i enn det mer jordnære nivået jeg jobber innenfor. Her har astronomene og kvantefysikerne en fordel. Mange undrer seg over universets størrelse, hvor det kom fra og Big Bang-teorier. I kvantefysikken dukker det opp mange paradokser som går på tvers av vanlige oppfatninger om hvordan de fysiske lovene fungerer i vår hverdagslige virkelighet. Det skaper også interesse og undring, sier han.

– De fleste av oss fysikere jobber generelt med langt kjedeligere ting sett fra det allmenne publikums synspunkt, selv om det vi gjør, kan være like viktig. Skulle jeg skrevet en populærvitenskapelig bok fra de delene av fysikken jeg er opptatt av, måtte jeg også tålt å gå på akkord med ønsket om presisjon og etterrettelighet. Man ender fort opp med et billedlig språk i populariseringer, og da er man svært langt fra det språket vi bruker i forskningen vår – matematikken.

Det nære rom og nordlyset har hele tiden vært hoveddrivkraften ved Nordlysobservatoriet ved Universitetet i Tromsø (Foto: Orsolya Haarberg)

Jordnær fysikk og klima
Det mest spektakulære som det forskes på ved IFT, er det nære verdensrom, og spesielt nordlyset. Instituttet holder da også til i Nordlysobservatoriet, flere kilometer fra det store universitetsområdet lenger nord på Tromsø-øya. Observatoriet ble etablert så tidlig som i 1928, og er det eldste forskningsinstituttet i Tromsø. Finansieringen kom fra USA, gjennom en pengegave fra The Rockefeller Foundation.

– Høyt utdannede fysikere og forskere som var aktive på den internasjonale forskningsarenaen, ble tilknyttet observatoriet fra starten av. Dette var 40 år før Universitetet i Tromsø ble vedtatt etablert. Det var hele tiden det nære verdensrom, det som skjer rett over hodene våre og som vi kan observere, som var observatoriets hovedfokus, sier Hanssen mens han tar opp en 200-kroneseddel fra pengeboken sin.

– Vet du hvem det er bilde av på 200-lappen?

Nei

– Det er det nesten ingen som vet, så det kan du ta helt rolig. Det er Kristian Birkeland som var professor i fysikk ved Universitetet i Oslo og som sammen med Sam Eyde fant opp kunstgjødselet gjennom en prosess som heter hydrolyse. Dermed var Norsk Hydro et faktum, og Birkeland ble industrimagnat i tillegg til å være forsker og oppfinner. Men Birkeland var også en av de store pådriverne innen nordlysforskning, sier Hanssen mens han bøyer seg fram og peker på en liten figur over tallet 200 på framsiden av seddelen. Illustrasjonen viser en firkantet boks med noe rundt som henger ned fra taket på boksens innside.

– Det der er nordlys i en liten eske. Birkeland klarte å framkalle nordlyset i observatoriet, gjennom å bygge denne innretningen. Med en elektromagnet plassert inne i metallkulen i midten skapte han et kunstig magnetfelt rundt kulen, så bombarderte han metallkulen med ladde partikler fra den ene siden av boksen. Han observerte at partiklene ble samlet i ringer rundt kulens nordpol og sydpol, og under visse forhold glødet det – det var nordlyset han så. Det er nøyaktig dette som skjer når partikler fra sola treffer ionosfæren som ligger 80-90 km over jordens overflate. De energirike elektronene og ionene samles rundt polene. Når disse ladde partiklene kolliderer med atmosfæren, oppstår det lysglimt som vi ser som nordlys, sier han.

Nordlysgåten er for det meste løst, derfor har utforskningen av det nære rom endret karakter ved Nordlysobservatoriet de siste årene. Fellesnevneren er likevel at forskningen handler om å forstå koblingen mellom sola og jorda på ulike nivåer, og hvordan ulike fenomener på sola påvirker atmosfæren og forhold på jorda. På nyåret i år opprettet instituttet en ny forskningsgruppe som skal jobbe med energi og klimafysikk. Sentralt her er å bidra til å finne ut av hvordan forhold på sola bidrar til klimaendringer på jorda.

Dere vil bidra til å utfordre oppfatningen om at klimaendringene vi nå ser, i hovedsak er menneskeskapte?

– Det er ikke utgangspunktet. Vi stiller oss helt nøytrale til hva som har bidratt til hva. Klimadebatten er svært polarisert mellom de som mener det menneskeskapte bidraget til klimaendringene er altomfattende, til de som mener at våre CO2-utslipp ikke har noen betydning i det hele tatt. Sannheten finnes et sted mellom de to. De som mener de antropologiske faktorene ikke er så store, må kunne belegge det med modeller og forklaringer som holder vann, og her er det et stykke igjen. Men heller ikke FNs klimapanel sitter inne med nok kunnskap til å være skråsikker på hva som er årsaken til hva. Det er mange forløp som kan lede til samme resultat, vi ønsker å bidra til å minske usikkerheten i de ulike klimamodellene som finnes.

Energikrisen
Uavhengig av om klimaendringene er menneskeskapte eller ikke, er det et faktum at de fossile energikildene om relativt få år vil være borte. Behovet for å finne nye, rene energikilder øker, og sterk global befolkningsvekst bidrar til at energibehovet bare vil øke i framtiden. Her har fysikerne en betydelig rolle.

– Det er særlig to kraftkilder jeg ser på som svært interessante i framtiden. Den ene er sikker atomenergi og den andre er varme fra jordas indre.

Sikker atomenergi – uten radioaktive avfallsprodukter – finnes altså?

– Dagens atomkraftverk er basert på fisjon, eller splitting av atomer. Splittingen frigjør store mengder energi som vi kan utnytte, men en bieffekt er radioaktive stoffer. Men får man til en fusjon isteden, altså at lette atomkjerner smelter sammen, vil man også få frigjort energi, men uten at det oppstår farlige avfallsprodukter. Denne energien er fullstendig ren. Det ville heller ikke være mulighet for nedsmelting av en atomreaktor i et fusjonsdrevet atomkraftverk, slik man var redd for ville skje ved Fukushima i Japan nylig.

Hva er problemet med å utvikle et fusjonsdrevet atomkraftverk, i og med at det ikke finnes ennå?

– Et slikt kraftverk krever svært høye temperaturer, over 100 millioner grader. Sola er et fusjonsbasert atomkraftverk hvor hydrogenatomkjerner fusjonerer til heliumkjerner, en prosess som frigjør kolossale energimengder. Nær Marseille i Frankrike utvikler man nå verdens største testreaktor (ITER) for å prøve å få til fusjon av deuterium og tritium, altså å gjenskape prosessen på sola i kontrollerte former på jorda. Å få til temperaturer på over 100 millioner grader er ikke noe problem i seg selv, men det er umulig å lukke atomene inne i et rom avstengt av et eller annet fysisk materiale. Ingen materialer tåler så høye temperaturer. Det man derfor forsøker å gjøre, er å sperre atomene («plasmaet») inne i et magnetfelt når temperaturen blir høy nok. Problemet er at plasmaet blir svært ustabilt ved svært høye temperaturer, og da er det vanskelig å holde atomene på plass der inne. Det er den største utfordringen ved dette prosjektet. Klarer man å løse dette problemet, har man også løst energikrisen. Tidsperspektivet er 20–30 år for å prøve å få dette til, sier Hanssen.

Da er kanskje varme fra jordas indre et mer – bokstavelig talt – jordnært og interessant prosjekt på kortere sikt.

– Her er ideen at man borer seg 5–6 km ned i jorda, hvor temperaturen ligger på 130–150 grader. Tanker er at man borer to brønner, den ene hvor du presser ned kaldt vann, og så en returbrønn hvor det kommer opp varmt vann og damp. Denne dampen kan så gjøres om til elektrisk energi. Norge er jo i verdenstoppen innen boreteknologi, og det bør være et godt utgangspunkt for å utvikle ny teknologi for denne typen boring. Fordelen med varmeenergien fra jordas indre er at den finnes overalt og er konstant. Graver du nedover, vil det til slutt bli så varmt at du kan utvinne energi derfra.

Hva er omkostningene?

– Foreløpig er det svært dyrt. Og er man i nærheten av kontinentalplatene, kan det også være en viss fare for at boringen skaper små rystelser og jordskjelv. Jeg tror dette er en kraftkilde som kan få et stort omfang innen ikke altfor lang tid, sier Hanssen.

Mindre grunnforskning
Nylig ble det trolig oppdaget en ny elementærpartikkel ved partikkelakseleratoren Tevatron i USA. Det blir også spekulert på om denne partikkelen indikerer at det finnes en femte naturkraft som vi ennå ikke har oppdaget. Grunnforskning som dette vil mange kalle essensen av hva naturvitenskapen skal holde på med, men synspunktet er på vikende front, ifølge Hanssen: – Naturvitenskapen har alltid vært drevet av nysgjerrighet og ønsket om å finne ut av hvordan den fysiske verden henger sammen. Ofte har denne typen grunnforskning gitt resultater som vi har kunnet anvende til å utvikle ny teknologi til gode for mennskene. Et av de beste eksemplene i nyere tid er laserstråler. Da de ble oppdaget på slutten av 50-tallet, hadde man ingen formening om hva de kunne brukes til. Det oppdaget man etter hvert, og i dag kan vi ikke klare oss uten. Vi merker godt at grunnforskningen er under press. Det er lettere å få finansiering fra forskningsrådet innen prosjekter som har en sterk anvendt profil, og de setter ofte spørsmålstegn ved relevansen til prosjekter som det er vanskeligere å se den faktiske nytten av. Det mener jeg er en uheldig utvikling ved dagens universitet, sier han.

I tillegg har den såkalte Kvalitetsreformen bidratt til tidsbruk som heller ikke gagner forskningen, ifølge fysikkprofessoren.

– Disse reformene på undervisningssiden gjør at man overbelaster de kreative sjelene med rapportering, bokholderi og administrasjon. Konsekvensen er at den frie forskningen i stor grad har tapt. Gjennom tellekantsystemet har kunnskapsdepartementet oppnådd et større fokus på vitenskapelig publisering, og kvantiteten har definitivt økt. Men har kvaliteten på forskningen og det som publiseres økt ? Hvordan måler man om Kvalitetsreformen bidrar til bedre forskning? Ingen har gode svar på dette.

Fysikkens språk
Hanssen er en svært engasjert formidler, og hvis han er like god til å skrive som til å snakke, burde han være en god kandidat til å nå oss vanlige dødelige med populærvitenskapelig litteratur om ulike temaer fra fysikkens mer eller mindre spektakulære felt. Men Hanssen har ingen ambisjoner om dette.

– Det er ikke meritterende i akademia å skrive populærvitenskapelig litteratur. Ergo velger jeg det bort. Slik systemet er, kan vitenskapelig ansatte få utløst forskningstermin hvert 5. eller 7. år. Det betyr at man kan bruke et år hvor man fordyper seg faglig i et valgt emne, med full lønn. Mange bruker dette året til å dra utenlands. Man må imidlertid ha et visst antall publikasjonspoeng for å ha krav på forskningstermin. Da jobber man naturligvis for å bli publisert i de mest anerkjente journalene og i de tidsskriftene som gir mest uttelling. Skal man skrive populærvitenskapelige bøker i tillegg, må det skje på fritiden og om natten. Det har jeg ikke tid til, sier han.

Det gjør det ikke enklere at fysikk kanskje er et av de vanskeligste fagene å popularisere innenfor, slik Hanssen tidligere har vært inne på.

– Det som skiller fysikk og matematikk fra andre fag, er at man må ha hele det teoretiske fundamentet med seg for å kunne jobbe og forske innenfor feltet. Man kommer ikke langt hvis man har «hull» fra grunnutdanningen som man aldri har klart å fylle. Da blir man avslørt på et senere tidspunkt. Dermed forstår man også at det er et fagfelt som fort blir helt ubegripelig for den som er utenfor, sier han.

Han tar fram et internasjonalt tidsskrift for fysikk og viser en artikkel han har publisert, men hvor setningene ikke består av verb, substantiv og direkte objekt.

– Matematikken er fysikkens språk, og det er det mange utenfor vårt felt som ikke forstår. Den vanlige oppfatningen av matematikk er at det er noe man bruker for å regne ut noe og finne et svar, men det er svært langt fra sannheten. Matematikk er språket vi formulerer våre ideer i, og ved hjelp av grammatikken og semantikken i dette språket kan du manipulere et matematisk utsagn til å bli et annet, som kan lede til ny innsikt og viten. Jeg kan kommunisere med en kinesisk fysiker og føre en argumentasjon ved hjelp av matematikken. Det er så effektfullt og klart og kan gi stor mening. Man sier gjerne at et bilde kan si mer enn tusen ord. Et matematisk utsagn kan være like effektivt i vår verden. Paradoksalt nok er den teoretiske og – for svært mange – ubegripelige matematikken også forbundet med mer myke fag. I mange deler av matematikken nærmer man seg kunstfagene. Det er skjønnheten som driver en forsker til å lete, man ser etter mønstre i et matematisk utsagn for å få det til å gå opp, heller enn å bruke logikk. Men å kommunisere slikt som dette til «hvermannsen», for at det skal gi mening, hvordan gjør man det? undrer Alfred Hanssen.