Kategori: Historia

Kategorier
Energi Fysik Historia Uncategorized

Från kraft till energi. Vis viva kontroversen.

I dag använder vi oss av en klar nomenklatur inom fysiken där begrepp är mer eller mindre ordentligt definierade. Men så har inte alltid varit fallet. Till exempel så används energi idag för att beskriva en fysikalisk storhet. Men energi som ord inom fysiken är relativt ny. Men det var först 1807 som Thomas Young använde energi i den moderna tolkningen. Man bör notera att energi kommer från gammalgrekiska, ἐνέργεια, som betyder aktivitet eller något som sker. Med andra ord ett ganska bredd filosofiskt begrepp med ganska många betydelser.

Så fanns det ett energibegrepp innan dess? Här är det vanligt att man försöker förstå detta ur dagens perspektiv, vilket inte är så konstruktivt, utan man måste sätta sig in i den värld som fanns då. Vad var det som man var mest intresserad av. Ett exempel på att det är lätt att missta dagens intresse med dåtidens är Cavendish experimentet behandlades i FFV 1/2015. Där dåtidens intresse låg i att bestämma Jordens densitet och inte gravitationskonstanten som vi idag förknippar med det experimentet.

Vi behöver titta på de vetenskapliga diskussionerna på 1600-talet för att hitta ursprunget och kontroverserna som kantar vägen till vår nuvarande förståelse av mekanisk energi.

Den stora frågan då gällde främst rörelse. Varför har vi rörelse och vad är det som driver rörelse. Även om den Aristoteliska beskrivningen fortfarande var med i diskussionen hade den fått en mindre roll. Det som upptog många var varför, ett metafysiskt spörsmål. Man tänkte sig att rörelser var någonting som kunde ta slut (Aristotelisk tanke) och som behövde något för att upprätthålla rörelsen, en impetus eller en kraft. En tanke var att det var ett gudomligt ingripande en primus motor. ”Prime mover” som upprätthöll rörelsen, och då speciellt planeternas rörelser.  

Men nu är vi mest intresserade av att se på utvecklingen av energibegreppet och då behöver vi se på Rene Descartes. Han var i mitten av sextonhundratalet en av de mest ansedda filosoferna och vetenskapsmännen och fick stort inflytande på utvecklingen. Han kunde inte tänka sig att krafter kan verka över avstånd utan bara genom någon form av direktkontakt (direkt eller genom mediet). Han utvecklade en bild av kraft och kraftöverföring som helt berodde på kontaktkrafter och införde beskrivning av hur mycket rörelse man har, en mängd av rörelse, som var proportionell mot ett objekts volym och fart och att denna kvantitet var bevarad genom gudomligt ingripande. Detta ser bekant ut vilket för oss in på Isaac Newton.

Hans insats kan inte övervärderas men i detta fall spelar han en liten roll och deltog heller inte i diskussionerna. För att förstå detta behöver vi titta på hans verk Principia.

Principia markerar övergången från geometri till algebra som möjliggjorde den vetenskapliga utvecklingen, genom skapandet av differential och integralkalkyl togs ett stort steg matematiskt sätt. Men Principia handlar egentligen om kometers och planeters rörelse och de olika definitionerna som Newton gjorde och matematiken som utvecklades behövdes för att förklara dessa. Med andra ord Principia är en lösning på ett specifikt problem.

Newton säger att han gör detta utan att anta något. Han utgår i sin bevisföring från vissa definitioner och sätter upp sina tre lagar. Bland dessa definitioner hittar vi rörelsemängd (quantity of motion). I hans fall massan gånger farten, till skillnad från Descartes. Dock använder han samma tröghetsbegrepp som Descartes.

Men det är viktigt att notera att Newton inte säger att rörelsemängden är bevarad i Principa. Även om detta är möjligt så är inte detta intressant för honom. Orsaken till detta kan man bara spekulera om, men kan bero på att Newton bara såg lösningen av planeternas rörelse och med det gravitationslagen som det viktiga och annat som ointressant. Det är värt att notera att både Descartes och Newton såg mängden rörelse som relaterat till krafter. På latin vis.

Så Descartes, och som tillskrivet Newton, beskrev ”kraft” som mängden rörelse (vis) som massa multiplicerat med fart. Men detta var inte oemotsagt. Gottfried Leibnitz accepterade inte Descartes beskrivning utan menade att ”kraft” mängden rörelse var relaterat till massan och farten i kvadrat. Något han kallade vis viva, levande kraft. Detta var något som Christian Huygens observerat i elastiska stötar och vars utredning av bevarandet av ”rörelseenergi” (vis viva) publicerades postumt, 1703.

Att Leibniz gick emot Descartes, som var en av de stora filosoferna, gjorde honom kontroversiell och sättet som han gjorde det på gjorde att han inte togs på fullt allvar av alla. Många såg den dessutom som en kritik av Newton. När hans version av differentialkalkyl publicerades hamnade han i en kontrovers med Newton. Något som inte stärkte hans teorier hos anhängarna till Newton. Leibniz fortsatte med sin kritik av Descartes och införde begreppen vis viva och vis mortes. Levande kraft och död kraft (närmast att beskriva som tröghet). Även om Newton var medveten om diskussionen runt detta förblev han tyst. Det var andra som försvarade Descartes och indirekt Newton något som förstärktes av nationell stolthet.

Det fanns i princip två läger som menar olika vad det är som är ”kraft” eller rättare sagt mängd av rörelse. En som menar att det är massan gånger farten och den andra massan gånger farten i kvadrat.

För oss ser detta enkelt ut då vi vet facit, men så var det inte på den tiden. Här fanns många olika intressen, man hade sina (nationella) hjältar som inte fick kritiseras. Har hade man någorlunda tydliga gränslinjer dragna ofta baserade på nationalitet.

Experimentet som bidrog till lösningen.

Willem ’s Gravesande var en välrenommerad nederländsk matematiker och vetenskapsman, men ett solitt rykte och Fellow of the Royal Society efter ett besök i London. Han introducerade Newton och hans mekanik i Nederländerna. Då han var övertygad Newtonist tolkade han, felaktigt, att Descartes beskrivning var korrekt.

Samtidigt var han en duktig experimentalist som designade genomförde olika experiment, en stor del av hans utrustning finns bevarade, så 1722 utförde han ett experiment där han släppte mässingskulor från olika höjd ner i mjuk lera. Galilei hade visat att höjden som en kula faller från är proportionell mot farten i kvadrat när den träffar leran. Det vill säga genom att se hur djupt ner kulan hade hamnat i leran så kunde han se vilken av beskrivningen av den här rörelsen var korrekt.

Så genom att studera hur djupt kulan sjönk kom att ge ett definitivt svar. Är djupet linjärt mot höjden hade Leibniz rätt. Han var övertygad om att Descartes hade rätt men observerade att djupet var linjärt relaterat till höjden som kulorna släpptes på, det vill säga Leibniz och hans beskrivning av vis viva var korrekt. Det speciella var att s’Gravesande ville bevisa att det var Descartes beskrivning som var korrekt. Men här visade han att Leibnitz hade rätt. Detta borde avgjort diskussionen men det krävdes mer.

Emilie du Chatelet

Emilie du Chatelet var en speciell person. Hon föddes in i en fransk adelsfamilj och fick en utbildning som svarade mot sin plats som kvinna i en adelsfamilj, olika språk bland annat latin, franska, grekiska, tyska och italienska var några språk de skulle kunna. Men hon fick också annan utbildning samman med sina bröder, inklusive en grundläggande matematisk utbildning.  Hon giftes bort relativt ung och fick snabbt 3 barn när hon fortfarande var ung. Hennes uppgift som adelsdam var med det avklarad och hon kunde ägna sig åt sina egna intressen och nöjen, då barnen lämnades bort att uppfostras av andra, något som var praxis. I Emelies fall matematiska och filosofiska studier. Hon hade ett uppenbart intresse för detta och lärde sig matematik på hög nivå och kommunicerade med flera av dåtidens största matematiker. Hon deltog också i olika filosofiska samtal och lärde då känna Voltaire. Voltaire var en stor beundrare av Newton och prisade honom kopiöst och såg honom som ett geni.

Detta gjorde att det förekom diskussioner där Emelie troligen deltog om Newtons arbete. Det är också troligt att Emelie fick s’Gravesandes experiment presenterat för sig, troligtvis runt 1734-1735, kanske av s’Gravesande själv. Kanske på grund av detta eller ett besök av Francesco Algarotti som förberedde en bok on Newton, inspirerades Emelie att på börja en översättning av Principat till franska.

I och med att Emelie behärskade både latin och matematik på en hög nivå gjorde detta att hon både kunde läsa och tolka Principia direkt, vilket är en bragd för Principia är väldigt svårläst i sin originalform. I översättningen moderniserade hon samtidigt matematiken. Att hon gjorde ett gott arbete illustreras av att det inte kom någon ny fransk översättning förrän i slutet av nittonhundratalet. Samtidigt användes just Emelies översättning i de nyöversättningar av Principia som gjordes i slutet av 1900-talet.

Detta gjorde att Emelie var en av få som verkligen kunde förstå Principia, betydligt mer än till exempel Voltaire och många medlemmar av Franska vetenskaps akademien.

Vis viva kontroversen

Trots s’Gravesandes experiment var det fortfarande ganska starka gränser mellan Newtonister och de som framhöll Leibnitz beskrivning, till delar baserad på nationalitet med England, Voltaire och många medlemmar av franska akademin på ena sidan och främst tyska filosofer och matematiker på andra. Till stora delar handlade det i tillägg om person fixering där Descartes och Newton ställdes mot Leibnitz.

Här visar det sig att Emelie som var väl bevandrad i filosofi och matematik, ansåg att ”sanningen” inte beror på vem som säger vad utan den ligger i bevis. En i våra ögon modern hållning. Denna framgår tydligt in sin bok ” Institutions de Physique”[1]. En lärobok skriven till sin son, ett vanligt sätt att presentera sina verk på den tiden. I den och på andra sätt bidrog hon till att lyfta fram s’Gravesandes experiment och att kombinera Newton och Leibnitz.

Voltaire och andra såg hennes hållning som ett svek mot Newton. Men detta var ett viktigt steg mot en lösning av vis viva kontroversen. Nu fick inte Emelie se lösningen av kontroversen eller publikation av sin översättning av Principia. Vid 42 års ålder blev hon gravid, vilket på den tiden betydde en väldigt stor risk. 1749 efter att ha fött sitt fjärde barn fick hon troligen en blodpropp på grund av förlossningen och avled.

Kontroversen löstes dock egentligen inte det visade sig att båda hade rätt, det fanns två storheter som kan sägas beskriva rörelse, rörelsemoment mv och kinetisk energi mv^2/2. Hela diskussionen var mer eller mindre en semantisk diskussion. När Euler och Lagrange utvecklade en mer formell beskrivning av mekaniken baserat på Emelies arbete hade kontroversen dött ut.

Lärdommar

Vad kan vi lära oss av det här? Finns det någon moral i historien? Vad kan vi lära oss av det?

Historien är ofta inte det man läser om i fysikläroböcker, de är inte skriva av vetenskapshistoriker och syftet är inte att lära historien i första hand.

Vi ser faran med att sätta mer tilltro till personer än till bevis. Det är bevis som är det enda som räknas. Vi ser också att historien inte är så enkel som man tror, bara för att Principa publicerades var det mycket arbete som återstod och där Emelie du Chatelet insats var mer eller mindre bortglömd, när man ser på det inflytande hon hade. Även om vi inte vet exakt hur stort hennes inflytande var när det gäller utvecklingen, men hennes insats skall inte förringas.

Man bör också notera att s’Gravesande, som designade ett avgörande försök är i stort sett bortglömd och hans insats var också viktig.

Vi ser att historien är inte så enkel vi vill tro. Vi har två personer s’Gravesande och Emelie du Chatelet som kanske inte är så kända idag men båda hjälpte till att införa Newtonsk mekanik i sina hemländer och bidrog till att ändra förståelsen av det vi kallar kinetisk energi. Även om Newton var en gigant hade han personer som förde hans arbete framåt och s’Gravesande och Emelie du Chatelet var två av dessa.

[1] Du Châtelet, Gabrielle Emilie Le Tonnelier de Breteuil (1740). Institutions de physique. Paris: chez Prault fils. doi:10.3931/e-rara-3844

Kategorier
Astronomi Historia

Fornskandinaviska Stjärnbilder.

Många har väl fascinerats av dom grekiska sagorna som ung. Att sagorna illustrerats av våra stjärnbilder har troligen spelat en stor roll för detta. Det är då naturligt att man börjar fundera över hur våra egna skandinaviska förfäder, vikingarna, såg på himlen. Hade dom en sagovärd som är uppbyggd på samma sätt som den grekiska med stjärnor och stjärnbilder?

När vi vänder oss till norrön litteratur för att få svar på dessa frågor; Den Poetiska Eddan, Den Prosaiska Eddan och andra välkända litterära verk, finner vi förvånansvärt lite referenser till stjärnhimlen, något som beror på deras ursprung och användning. Vi känner dock till att vikingarna hade en avancerad tideräkning och var duktiga sjöfarare, så dom borde ha haft en betydande astronomisk kunskap.

Observationer av stjärnor och solen spelade en viktig roll inte bara för navigation utan även för tideräkningen. Det rör sig om olika lokala landmärken som använts för att bestämma hur långt dagen eller natten gått. Det framgår även att man var medveten om skillnaden i ”soltid” och ”stjärntid”. Att man hade en ”egen” kalender framgår i Íslendingabók, där en kalenderreform runt år 955 omtalas. Denna egna isländska kalender har troligen använts från 900-talet till 1100-talet då den Julianska kalendern började användas. Det är även troligt att den isländska kalendern grundar sig på astronomiska observationer.

Det fanns en man, Odd Helgason, Stjärn-Odd, som var omtalat skicklig i tideräkning och observationer. En text som anses härstamma från honom är Odds berättelse [2], där tidpunkterna för vinter- och sommarsolstånden anges. I texten visas Odds astronomiska skicklighet, men är hans resultat en kristallisation av kunskaper som funnits sedan 900-talet, eller var han en speciell person. Troligen var han en observatör som skilt ut sig från mängden vilket visas av att Stjärn-Odd’s berättelse sparats, troligen på grund av dess användbarhet och därför värd att kopiera, något som tyder på en spridd astronomisk kunskap och användning av astronomi.

Det fanns en stark tradition av stjärnobservationer för kalenderbruk, men efter Stjärn-Odd’s dagar minskade observationslusten, något som kan förklaras av den ökade läskunnigheten, importen av böcker och mängden isländska böcker, som gjorde det lättare att läsa istället för att göra egna observationer. Bland dessa hittar vi dom encyklopediska texter om astronomi och tideräkning [3] som bevarats till våra dagar.

Stjärnor och stjärnbilder i Eddorna.

I Völuspa nämns stjärnorna vid skapelsen och Ragnarök. Enligt mytologin skapas världen av jätten Ymers kropp och hans skalle hålls upp av fyra dvärgar och bildar himlavalvet, där gnistor från Muspellheim kom att bilda stjärnorna.

 I Völuspa läser vi:

5.

Solen kom från söder

i sällskap med månen

på höger hand

över himlaranden.

Solen ej visste,

var salar hon hade,

månen ej visste,

vad makt han hade,

stjärnorna ej visste,

var de skimra skulle.

(Erik Brate’s översättning)

Strofen kan tolkas som att gudarna vid denna tidpunkt inte bestämt placeringen och banorna för solen, månen och alla stjärnorna, utan vi hade ett tillstånd av kaos. I nästa strof beskrivs hur gudarna skapar ordning genom att bestämma namn och var dom skall placeras.

6.

Då drog alla makter

till sina domaresäten,

högheliga gudar,

och höllo rådslag;

åt natt och nedan

namn de gåvo,

uppkallade morgon

och middag också,

eftermiddag och afton,

för att med åratal räkna.

(Erik Brate’s översättning)

Denna berättelse finns även i Snorres Edda. Vi får reda på hur jorden skapades och att stjärnorna är bloss från eldens rike (Muspellheim) som gudarna har anvisat sina platser. ”De gav plats åt varje bloss, åt somliga uppe på himlen. Andra for fritt nedanför himlen men också åt dom mätte de ut ställen och skapade banor.”[4]

Vi har alltså en skapelsemyt där stjärnorna och planeterna finns med, även om vi inte får reda på några namn.

I Snorres Edda, som egentligen är en lärobok i diktkonst, hittar vi ytterligare berättelser där stjärnor är inblandade. Denna gång hur några hamnade på himlen.

I Skaldskapets språk (Skáldskaparmál) hittar vi berättelsen om Tjatse som stal Idun och hennes äpplen från Asgård. När Loke återbördade henne till Asgård, följde Tjatse efter och blev dräpt. Tjatses dotter, Skade, kom och krävde bot för sin döde far. Boten blev bland annat en make. Dessutom tog Oden (eller Tor), Tjatses två ögon och kastade upp dom på himlen, där dom bildade två stjärnor. Vilka stjärnor det rör sig om framgår inte.

Den andra berättelsen där en stjärna förekommer är i efterberättelsen om striden mellan Tor och jätten Hrungne. I striden där Tor avgick med segern, fick han en skada. Ett stycke av Hrungnes vapen, hade fastnat i Tor’s huvud och för att bli av med den behöver han hjälp från en völva (vala, spåkvinna) vid namn Groa, som genom att sjunga galdrar skulle få ut den. När Tor känner att den lossnar, berättar han hur han hjälpt Groas man, Aurvandil, att fly från jättarnas land genom att bära honom på ryggen över den iskalla älven Elivågor. Under färden förfrös Aurvandil sin stortå, som Tor bröt av och kastade upp på himlen där den blev en stjärna (eller stjärnbild), «Aurvandils tå». Detta gladde Groa så hon glömde galdrarna och Tor fick ha kvar stenflisan för alltid.

Stenflisan kan symbolisera den världsspik som kröner världspelaren (som Tor representerar i detta fall). Denna tanke finns i olika föreställningar där himlen är fäst på en pelare med just en ”gudaspik”. Att vi i nordisk mytologi har ett världsträd (Yggdrasil) är inget hinder för detta, då världspelare och världsträd alternerar med varandra. I högsätesstolpar med Tors bild, hittar vi ibland ”gudaspikar” eller ”reginnaglar”(maktens spikar), som ses som en mikrokosmisk motsvarighet. Att «Aurvandils tå» skulle symbolisera himlens världsspik (Polstjärnan) är troligen fel, utan vi får hitta den någon annanstans. En tänkbar stjärna är Rigel, då det finns andra myter som kopplar Tor till Orions stjärnbild [5]. Richard Allen [6] anger ”Orwandil” som det nordiska namnet på Orion, och Rigel som en av ”Orwandils” tår. Den andra, avbrutna, tån är enligt honom Alcor i Karlavagnen. Detta då Aurvandil drogs i karlavagnen (Tors vagn) över Elivågor, men denna förklaring är långsökt, då tån knappast skulle ha placerats vid vagnens tistelstång, dessutom bars Aurvandil enligt myten på Tors rygg.

”Aurvandils tå” kan vara Corona Borealis, norra kronan, på grund av dess likhet med en tå. Nu är inte en likhet ett säkert tecken utan det finns andra ledtrådar. Tittar vi på Corona Borealis, ser vi att den är en vårstjärnbild, vilket är ett indicium. I Saxo Grammaticus ”Gesta danorum» (Danernas bedrifter)[7], finns en kung, Horwendil, som utkämpar en tvekamp med en norsk kung, Koller. Tvekampen slutar med att Horwendil hugger av Kollers fot varvid Koller dör. Denna historia kan grunda sig på en myt om kampen mellan årstiderna och Kollers fot ”Aurvandils tå” är ett tecken på sommarens seger över vintern. Det vill säga en stjärnbild som syns som tydligast under våren och sommaren. Detta gör att Corona Borealis är den troligaste kandidaten för att vara ”Aurvandils tå”.

Det finns ytterligare ett himmelsobjekt i eddadiktningen, Bifrost, som namn på Regnbågen eller Vintergatan. Det finns det två olika tolkningar. I nordväst-europeisk tradition är regnbågen de dödas bro, i nordisk mytologi Helvägen, vägen till dödsriket. Regnbågen är också vägen till ”den andra Världen”. Bifrost kommer av två ord, bif-, med betydelsen ”den som rör sig” (skälver) eller ”den som har många färger” och rost med betydelsen väg. I den poetiska Eddan beskrivs Bifrost som den ”skälvande vägen”, och som vägen till Asgård, något som inte stämmer med att den skulle vara regnbågen.

Rudolf Simek [8] drar slutsatsen att Bifrost är identisk med Regnbågen, medan Jan de Vries [9] utgår från beskrivningen av den skälvande vägen och anser att Bifrost skulle vara Vintergatan. Att Bifrost skulle vara vintergatan talar vissa argument för, bland annat att Heimdall, Bifrosts väktare enligt myterna skulle ha sitt hus högt på himlen. I arktiska och subarktiska kulturer i Europa och Asien, anses Vintergatan vara vägen till dom dödas rike. Närheten till dödsriket och de döda är som störst under den mörka tiden på året då regnbågen inte är vanligt förekommande, medan Vintergatan syns som bäst då. Så det är inte helt självklart att Bifrost är Regnbågen utan det kan lika väl vara Vintergatan som avses. Denna tvetydighet kan vara ett tecken på influenser från olika kulturområden, så Bifrost liksom vägen till dödsriket representeras av både regnbågen och vintergatan. Det vill säga Regnbågen på dagen och Vintergatan om natten.

Stjärnnamn i encyklopedisk litteratur.

Den litteratur som bevarats härrör från 1150-1400, vilket gör att den är påverkad av kontinentalt material. Detta visas av att många av namnen på stjärnor och stjärnbilder är kopplade till dom latinska namnen. Detta gäller till exempel Stenboken och Skorpionen, djur som inte förekommer norr om alperna. Troligen har författarna känt till dom gamla namnen men skrivit ner dom nya (latinska), för att ge sken av visdom. Tyvärr har detta gjort att dom nordiska namnen glömts bort. Vi vet att astronomi ingick i studierna i dom fria konsterna redan på 1200-talet vid katedralskolan i Roskilde, så författarna hade troligen en viss astronomisk utbildning.

Stjärnbilder

I Beckman och Kålunds sammanställning [10] av Rimtöl anges fem stjärnbilder som verkar vara ursprungliga:

«Ulf’s Keptr», Vargens gap, Hyaderna

”Fiskikarlar”, Fiskarna, Orion eller Orions bälte

”Kvennavagn”, kvinnovagnen; Lilla Björn

”Karlvagn”, mansvagnen; Karlavagnen

”Asar bardagi”, Asastriden(?), Kusken

Vargens gap («Ulf’s Keptr»), som bildas av Hyaderna, liknar verkligen ett hund- eller varg- gap. Man kan utifrån detta vara säker på att det är ett genuint namn I mytologin berättas att solen och månen jagas över himlen av två vargar. I Snorres Edda beskrivs att solen jagas av två vargar där en specifikt springer bakom. ”Vargens gap” ligger nära ekliptikan och skulle då kunna tolkas som tillhörande någon av dessa vargar.

En annan förklaring är att ”Vargens gap” symboliserar Fenrisulvens gap, som enligt sägnerna hålls uppspärrat av ett svärd. Detta skulle kunna ge en annan tolkning av vintergatan som är fradgan som rinner ur ”Vargens gap”. Mot detta talar att vargen fjättrades i underjorden av gudarna. Om man anser att vintergatan symboliserar Helvägen så skulle ”Vargens gap” kunna relateras till varghunden Garm som vaktar ingången till Hel.

Gislason [14] talar om ”ulfs kjöpt” nära Andromeda: ”Andromeda, …, sitr í mjólkhring þar sem vèr köllum úlfs kjöpt í milli fiska ok Cassiopeam ok [Aries] með þríhyrningi er hún hefir…” (Andromeda, …, sitter i ”Mjölkring” den som var kallad Vargens gap, mellan Fiskarna, Cassiopeia och Aries, på en trekant är hon fäst.). Det nämnda varggapet kan identifieras som stjärnbilden Triangeln eller med stjärnor ingående i Fiskarna. Det finns dock en möjlighet att det är Andromeda som åsyftas, men troligen är det stjärnor i fiskarna som avses då dom ligger nära ekliptikan.

Man kan fundera på om inte de engelska och danska namnen för vädersolar (parhelia), ”Sun Dogs” och ”Solhunde”, har något med myten om vargarna som jagar solen på himlen. Tolkar man myten så att det är en varg som springer före solen och en efter, är vädersolarna dessa vargar eller hundar, vilket ger en förklaring till namnen.

Orion är en välkänd stjärnbild. Det finns det ett antal namn med rötter i vikingatiden för bältet. Beckman och Kålunds [10] anger ”Fiskikarlar”, fiskarna, som ett. Andra namn är ”Friggs spinnrock” och ”Frigg-tenen”. Här rör det sig om lokala namn. Fiskarna förekommer i Norge och på Island, och Frigg-tenen i Sverige. Ett finskt namn är ”Ämmänrukki”, gummans spinnrock, som liknar det svenska namnet och kan vara ett kulturellt arv. Då Orion är en av dom tydligaste vinterstjärnbilderna, är det troligt att det finns mer lokala namn.

Den mest kända stjärnbilden är troligen Karlavagnen. Vagnen är lätt att se, men ursprunget till namnet är omtvistat. Det anses att den är uppkallad efter Karl den Store och av medeltida ursprung. Tittar vi på dom fornnordiska namnen, heter Lilla Björn, ”Kvennavagn”, kvinnovagnen. Detta tyder på att namnen på dessa stjärnbilder hör ihop. Dom fick troligen sina namn tidigt i historien och har senare kopplats till personer eller gudar.  Det är troligt att man har kallat Karlavagnen för ”Tors vagn”, då Tor tog sig fram i en vagn dragen av bockar. Man bör även tänka på att Freja hade en vagn, dragen av katter, så även ”Frejas vagn” kan ha använts. Av äldre datum är Nerthus’ kulten, där gudinnan färdades i en vagn dragen av 40 kor.

En stjärnbild som ges med ett speciellt namn är Kuskens stjärnbild, som kallas ”asar bardagi”. Beckman och Kålund tolkar detta namn som ”Tors Kamp” och kopplar detta till kuskens stjärnbild, med Tor sittande som en kusk i en vagn. Gislason [11] kallar kuskens stjärnbild, ”Kerrugjeti” (getkärran) och kallar en del av stjärnbilden, ”Kiðlingum”(getterna). Det vill säga Tors vagn, dragen av två getter. Man kan även göra en annan tolkning, där ”asar” inte indikerar en gud utan flera (asar är i pluralform), d.v.s. det rör sig om ”asa kampen” eller ”asa striden”, möjligen den slutgiltiga striden, Ragnarök.

Om man tittar på omgivningen så är den ödesladdad, med ”Vargens gap” och Vintergatan i betydelsen ”De dödas väg” (Helvägen). Att denna del av himlen är tydligast under vintermånaderna, gör att det är lätt att se den som olycksbådande. Troligen är denna region med Kuskens stjärnbild, ”asar bardagi”, ett förebud om Ragnarök.

Stjärnor

Bland stjärnorna är det tre som nämns särskilt:

Arcturus; Dagstjarna, dagstjärnan.

Polstjärnan; Leidarstjarna, ledstjärnan

Vega; Sudrstjarna, sydstjärnan

Vega har fått namnet sydstjärnan vilket kan förklaras av att den är väl synlig på den södra natthimlen på sommaren. Dessutom befinner sig Vega i söder vid midnatt på midsommar.

Polstjärnan som av naturliga skäl alltid finns i norr, torde ha använts som navigationshjälpmedel och därigenom fått sitt namn. Polstjärnan kan också vara spiken som håller upp himlen, dvs. himlens ”gudaspik” eller ”reginnaglar”, men mot detta talar att för 1000 år sedan var inte polstjärnan exakt över polen utan hade en cirkumpolär rörelse. Något som var känt vid den tiden.

Varför kalla en stjärna för dagstjärna, eller som i finskan ”Aurinkontähti”, solstjärnan? Vi vet att solen inte följer stjärntiden, varför det inte borde finnas någon specifik stjärna som förebådar solens uppgång, men på våra breddgrader, och speciellt ovan polcirkeln, så följer soluppgången stjärntiden med god approximation under årets första kvartal. Det rör sig således om en ljusstark stjärna som går före soluppgången under senvintern och våren, vilket Arcturus gör. Men detta gäller även under hösten, då stjärnan är framträdande på västhimlen. Det är nu inte bara namnet och dess rörelse som ger oss ledtrådar utan vi hittar även sådana i folkloren.

En av dom mest kända julvisorna i Sverige är den medeltida Staffansvisan [12]. Den vanligaste versionen av refrängen går:

Ingen dager synes än,

Stjärnorna på himmelen de blänka.

Men det finns lokala varianter [12]. Från Östergötland kommer denna:

Det är väl ingen dager än,

Fast Eder tyckes så,

Det är den ljusa stjärnan

Som för dagen plägar gå.

Och från Uppland en annan sista rad:

Som för dagen börjar gå.

Enligt traditionen hör visan till St. Staffans dag (26 dec.), vilket gör Arcturus till en stark kandidat att vara dagstjärnan. Man borde påpeka att stjärnan som åsyftas i Staffansvisan är Betlehemsstjärnan, men det kan vara en sammanblandning av två olika stjärnor. Dessutom kallas Arcturus för dagstjärnan i delar av Norge, så vi kan vara säkra på denna identifikation.

Slutsatser.

Dom vikingatida samhällena i Skandinavien hade en omfattande kunskap i astronomi, med egna namn på stjärnor och stjärnbilder, men dessa har fallit i glömska, förutom det som bevarats i den muntliga traditionen eller i angränsande kulturer. Nedtecknandet av den fornisländska litteraturen gjordes troligen av personer som hade fått utbildning i Europa, vilket medförde att dom hellre använde latinska namn. Trots det finns det lite sparat som kan ge namn på vissa stjärnor och stjärnbilder. Jag har försökt att samla dom och ge troliga identifikationer till namnen. Dock finns det mycket som är obesvarat och det är på sin plats att efterlysa mer forskning inom detta område. Ett fält där jag speciellt vill uppmana till fördjupade studier är om Vintergatans roll i mytbildningen, där det verkar finnas flera parallella myter, troligen influerade från olika kultursfärer.  

Referenser:

  1. Beckman, N. and Kålund, Kr. (1914-16). Alfræði íslenzk: Islandsk encyklo-pædisk litteratur: II. Rímtöl [Encyclopaedic literature on the calendar]. s XXIV,
  2.  Roslund Curt, Stjärn-Oddi: En vikingatida astronom på Island, Astronomisk årsbok, s 28, 1984
  3. Beckman, N. and Kålund, Kr. (1914-16). Alfræði íslenzk: Islandsk encyklo-pædisk litteratur: II. Rímtöl [Encyclopaedic literature on the calendar]. s 48-53.
  4. Snorres Edda, översättning av Karl G. Johansson och Mats Malm
  5. Britt-Mari Näsström, Fornskandinavisk religion, en grundbok
  6. Richard Hinckley Allen, Star Names; Their lore and meaning
  7. Saxo Grammaticus, ”Gesta danorum» (Danernas bedrifter)
  8. Rudolf Simek, The Dictionary of Northen Mythology
  9. Jan de Vries, Altgermanische Religionsgeschichte
  10. Beckman, N. and Kålund, Kr. (1914-16). Alfræði íslenzk: Islandsk encyklo-pædisk litteratur: II. Rímtöl [Encyclopaedic literature on the calendar]. s 72.
  11. Gislason, K. Fire og fyrretyve for en stor Deel forhen utrykte Prøver af oldnordisk Sprog og Litteratur. (København: Gyldendalska bogh. 1860)
  12. Sveriges Medeltida Ballader band 2,
Kategorier
Astronomi Historia Uncategorized

The Celestial Hunt – finding the Sami sky culture.

Different sky cultures have survived to the modern era, mostly by being recorded in one form or another. These are characterised mainly by being recorded directly from an oral tradition. However, in some cases, the original culture was influenced by other cultures before it was possible to document the original. This can in some respect be compared with the inclusion of words in a language or genes in an isolated population, causing a “contamination”. The “documented” sky culture is thus not “original” anymore. However, as with languages, it is possible to trace when and where specific words were included in the language. When it comes to sky cultures, a similar approach might make it possible to retrieve the original by documenting different varieties within a certain culture and neighbouring cultures. One example where we only have fragmented and diverging accounts of an ancient sky culture is the Sami sky culture, which was first recorded in the late 19th – early 20th century and with a limited number of sources. Thus, our knowledge is quite fragmented and there is a lack in the different varieties that might have existed.

The Sami

The Sámi people are Finno-Ugric-speaking people inhabiting the northern parts of Norway, Sweden, Finland, and the Murmansk Oblast in Russia. The origin of this group has been traced to the upper parts of the Volga region from where they migrated into the Finnish Lakelands about 1500 BC and on to their current homeland around the beginning of the Common Era.[1] Genetic studies indicate that the Sami group is relatively isolated from other genetic groups in Europe, but the data shows a mixing with groups probably originating from Siberia.[2,3]. When and where this mixing occurred is not fully understood yet.

It should be noted that there is evidence of Mesolithic and Neolithic settlements pre-dating the migration of Sami into the area. For example, the Komsa culture which existed in the northern parts of Scandinavia, on and near the Arctic coast, about 10000 BC, was a sea-orientated hunter culture. Also, petroglyphs dating from 3000 BC to 500 BC in northern Scandinavia indicate the existence of other hunter-gatherer cultures.

Compared with the Scandinavian settlers, who mainly occupied areas close to the coast, river valleys and larger lakes, the Sami settled further inland with relatively little contact between the different groups until the Scandinavian expansion during medieval times, when the central kingdoms were consolidating their power and land.

Sami sky culture

The Sami culture is based on a strong link to the sun and the moon [4], as indicated by the sun symbols at the centre of the Sami shaman’s drums. Since the sun was carried over the sky by a bear and the bear had a special role in Sami culture, shows the close connection between the mythology and the environment. Living in a region where the sun is barely visible during winter (when bears are in hibernation) indicates the connection. The dark season also explains the importance of the moon in the culture as the moon can be a useful light source during the winter months.

Even if one would expect that the stars are readily observable during winter due to the absence of the sun, frequent Auroras and bad weather may hinder a good viewing. The stars were probably also used for navigation as landmarks could be covered with snow during winter. It is also probable that the stars were used for time-telling, with the Big Dipper or Ursa Minor as a guide. Ursa Minor and the Big Dipper both have names in old Finnish, indicating that they seem to have been used to tell time, why one would expect the same in the neighbouring Sami culture. There are also indications that Ursa Minor was used for time-telling by the Norse.

The original sky culture is based on how the Sami lived, based on hunting and fishing, similar to other arctic and sub-arctic cultures. Similar to other sky cultures, it was not recorded until after a possible influence by the Western or other neighbouring sky cultures. Since it did not exist written record until the late 19th century [4,5] and then not in a systematic way only fragments exist. An additional complication is that we do not have one homogeneous sky culture, but many different based on local traditions and slightly different Sami languages (The western: North, South, Lule, and the eastern languages: Skolt, Kildin and Inare). One must also be aware of the influence of previous cultures in the area as indicated by pre-Sami petroglyphs from an earlier hunter-gatherer population. Even if the main motif in the petroglyphs is the elk, other symbols such as ships (like petroglyphs found in southern Sweden) indicate that these were not of Sami origin. Still, a pre-existing culture might have served as an inspiration or template for an evolving mythology. A common sky culture for hunter-gatherers in the region is also a possibility.

The basic picture of the sky is like other arctic and sub-arctic cultures (including the Norse) with the sky as an upside bowl held in place by a support close to Polaris. The sky support will, in many cultures including the Sami, at some point break causing the world to end. This places Polaris or in Sami: Boahji or Boahjenaste in a central position of the sky mythology. Note that “boahji” (in Sami) is related to “pohja” (in Finnish) which means north or fundament. (Polaris is called Pohjan täthi, North Star in Finnish). Thus, indicating both a support and a guide. One should be aware that Polaris being the “pole star” is a fairly new invention, as the precession of the Earth’s axis made it the closest pole star about 1000 years ago. Thus, the star culture has probably evolved.  

The sky myth described by Johan Turi [4,5] is a heavenly hunt in the sky. As originally hunters and gatherers, the sky myths reflect daily life.

Central in this hunting scene is a reindeer bull (or possibly an elk, but this is unlikely as it has antlers [note 1]) (Sarva or Sarvvis) which is the target for a party of collaborating hunters, reflecting the hunting techniques. Sarva, the reindeer bull, is formed by our constellations Cassiopea (the antlers), Perseus and parts of Auriga making up a large constellation.  

The hunter Favdna (Arcturus) is aiming at the Reindeer with his bow and arrow[note 2] (The Big Dipper). But he must aim well because if he misses and hits Boahjenaste (Polaris) will the world end. But Favdna is not alone in the hunt, Galla (the old man) another hunter (Procyon or Rigel) and his sons, Gallabartnit (Orion’s belt) are also chasing Sarva, together with a skier (Vega) and his dogs (or additional skiers), Cuoigahægjek.

Since Johan Turi[4,5] is the main source and we know of different local names, there likely exist local variations of the story, as well as additional stories. But these stories and names may have been forgotten.

In the case of Pleiades, we know of different names. They are called a pack of dogs (puppies) or a flock of calves. As dogs, they take part in the hunt in some stories accompanied by an old woman. Notably, they are also referred to as seven stars. Even if an old Finnish name is also related to a pack of dogs, other Finnish names refer to Kalevala or the stars as a sieve, a more common name in southern Finland and Estonia.

Concerning Sami shaman’s drums

It is not possible to discuss Sami sky culture without mentioning the Shaman or magic drums as these are a vital part of Sami culture. The drums usually have a sun-like symbol, something one can find in different cultures all over the northern hemisphere. This might indicate that the drum in some way is mirroring the sky. However, there exists a plenitude of designs, both geographically and in time and no drums are the same. This indicates a more personal design than a general one and does not directly mirror a common sky culture. That is, there exist some common elements (for example the sun symbol). It is doubtful that the drum reflects the sky as such, but rather a mythological world where some elements originate from the sky. It might be possible to derive some celestial elements from the drums, but very little information can be deduced without an oral tradition.

Future studies

The late documentation of Sami sky culture makes it quite difficult to draw any major conclusions about the Sami sky culture. We find only pieces from different parts of the Sami cultures, nor is it likely that there ever was a homogeneous sky culture but rather a general picture of a sky hunt with many different local variations. The variations should in some respects mirror daily life and local traditions, also including influences from other cultures.

Even if much is lost, should be possible to extract what little information might still exist. By collecting as many stories as possible and names related to the sky within the Sami culture, with location and information on where they came from, modern methods of extracting information should be possible. Contamination from other cultures will be a problem, but by documenting these cultures we should be able to exclude most of these.

The myth that the sky is supported in the form of a star at the pole may have an ancient origin as Vega was the pole star (within 5 degrees) about 12000 BC. The star’s magnitude made it easily observable and a source for stories. The precession changes the earth’s axis so there will be periods where no star is close to the pole. However the idea of a sky support likely comes from the use of tents, and when a star happens to be near the pole it becomes integrated into the myth. The question is if the original stories remain or if new ones arose in these cases.

Since there exist different names for the Pleiades, depending on sources from different regions, it might be that this is more dependent on local mythology than other parts of the celestial hunt, which represent a general mythological story. This makes a study of the geography of the local names interesting, both in the migration of names and in the origin of local myths.

  1. Lang, Valter (2020). Homo Fennicus – Itämerensuomalaisten etnohistoria (in Finnish). Helsinki: Suomalaisen kirjallisuuden seura. p. 104. ISBN 978-951-858-130-0.
  2. Tambets K, Rootsi S, Kivisild T, Help H, Serk P, Loogväli EL, Tolk HV, Reidla M, Metspalu E, Pliss L, Balanovsky O, Pshenichnov A, Balanovska E, Gubina M, Zhadanov S, Osipova L, Damba L, Voevoda M, Kutuev I, Bermisheva M, Khusnutdinova E, Gusar V, Grechanina E, Parik J, Pennarun E, Richard C, Chaventre A, Moisan JP, Barác L, Pericić M, Rudan P, Terzić R, Mikerezi I, Krumina A, Baumanis V, Koziel S, Rickards O, De Stefano GF, Anagnou N, Pappa KI, Michalodimitrakis E, Ferák V, Füredi S, Komel R, Beckman L, Villems R. The western and eastern roots of the Saami–the story of genetic «outliers» told by mitochondrial DNA and Y chromosomes. Am J Hum Genet. 2004 Apr;74(4):661-82. doi: 10.1086/383203. Epub 2004 Mar 11. PMID: 15024688; PMCID: PMC1181943.
  3. Lamnidis, T.C., Majander, K., Jeong, C. et al. Ancient Fennoscandian genomes reveal origin and spread of Siberian ancestry in Europe. Nat Commun 9, 5018 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-018-07483-5
  4. Bo Lundmark Bæi’vi mánno nástit (Svensk tittel: Sol- och månkult samt astrala och celesta föreställningar bland samerna [Sun- and Moon-cult, astral and celestial conceptions among Sami], 1982) (in Swedish) Volume 5 of Acta Bothniensia occidentalis, ISSN 0347-8114
  5. Turi, J., & DuBois, T. A. (2012). An account of the Sámi : a translation of Muitalus sámiid birra, based on the Sámi original (p. 221). ČálliidLágádus. ISBN 978-82-8263-063-4

[1] This is inferred as Elk in petroglyphs do not have antlers. However, older male reindeer do not have antlers in winter, when it is easier to hunt, so the designation of a “bull” is probably symbolic.

[2] The name indicates only a bow.

Kategorier
Fysik Historia

I Principia eller inte…

Newton’s Principia är en av de mest banbrytande vetenskapliga arbeten som någonsin skrivits. Samtidigt är den av naturliga skäl en av de minst lästa av nutida fysiker och matematiker. Detta beror till stora delar på att den är ganska svår, inte bara för språket, den är skriven på latin, men också för att nomenklaturen är svår och till stora delar baserad på geometri på ett gammalt sätt. Att den första engelska översättningen, av Andrew Motte, i tillägg är otydlig och svårtolkad hjälper inte. Det finns en nyöversättning, av Anne Whitaker och Bernard I Cohen, som är lättare att läsa men fortfarande ganska svår för moderna människor. Detta och att matematiken ändrats sedan Newton’s tid bidrar till att få läst den. Samtidigt gör detta att en del referenser till Principia blir fel.

Principia består av tre «böcker» med olika innehåll. De två första innehåller den nya matematiken och Newton’s lagar och är riktade till en akademisk målgrupp. Den tredje boken, «The system of the world» är annorlunda. Den är mer populär och innehåller mer tillämpningar och exempel. Men här dyker det upp något intressant.

Motte’s översättning från 1729, innehåller de tre böckerna, men i tillägg även något som ser ut som en tidigare eller alternativ verson av den tredje boken. Här presenterad som «Treatise of the system of the world». Det vill säga den är egentligen inte en del av Principia, utan ett tillägg i den engelska översättningen.

I the treatise.. beräknar Newton den gravitionella avböjningen hos en pendel vid sidan av ett hemisfäriskt berg, vilken skulle vara mindre än 2 bågminuter, något Newton inte trodde skulle vara möjligt att observera. Men det var det och redan på 1770- talet genomfördes Schiehallion experimentet, av bland annat Nevin Maskelyne, där avböjningen observerades. Det som är intressant är att Maskelyne refererar till Principia och inte till The treatise… Denna «felcitering» har sedan följt med i beskrivningar fram till idag.

Hur gick det till? Maskelyne kunde Latin och borde haft tillgång till Principia i original. Men han kanske använde Motte’s översättning till vardags och tänkte kanske inte på att det inte fanns den latinska versionen. Svaret på detta får vi troligen aldrig, men en läxa av detta är att alltid gå och läs i original artikeln, lita inte på vad andra säger deg är inte säkert att de har läst den heller.

Kategorier
Fysik Historia Kemi The light side

Mina Grundämnen – Kol

Kol är ett grundämne som är mycket speciellt. Ser man astrofysiskt så borde egentligen inte Kol finnas. Eller rättare sagt, det är en mycket speciell egenskap som gjort att liv och tyngre grundämnen överhuvudtaget kan existera. Fusion i stjärnor ger i princip bara He-4, men Be-8 som man får när två He-4 kolliderar är inte partikelstabil, vilket betyder att den har en livstid på under 10^{-16} s det vill säga under den tiden måste en He-4 kollidera med Be-8 för att bilda ett exciterat tillstånd av C-12. Detta är mycket osannolikt, men nu finns en liten detalj till som hade kunnat ge en ännu mindre sannolikhet, dvs energinivåer i C-12. Det finns ett energitillstånd i C-12 som ger en ökad sannolikhet för reaktionen, hade energin varit annorlunda hade inte sannolikheten varit mycket mindre och hade inte kunnat ske. Så om det inte vore för det.. inget kol och inget liv..

Men det speciella med kol tar inte slut där. I sitt yttre skal finns 2s- och 2p-elektroner och det ger några mycket speciella egenskaper. p-elektronerna kan bilda 3 olika orbitaler och vi kan även få en hybridisering där s-elektronerna kommer till. Summan av det hela är att kol kan ha upptill 4 olika bindningar, se metan CH4. Men bindningarna kan variera så vi kan ha 1,2,3 st, vi kan ha dubbelbindningar och trippelbindningar. Något som gör att det kan binda med andra grundämnen på ett mycket varierat sätt, det vi kallar organisk kemi. Detta är grunden för liv.

Men vi får en annan egenskap och det har med kristallstrukturen att göra. Vi har två kristall strukturer som förekommer i naturen, Grafit och Diamant.

Grafit består av en hexagonal struktur med relativt starka bindningar i ett plan och svagare bindningar mellan planen. Planen bilder grafen, ett material med speciella egenskaper. Men planen kan också rullas ihop till rör eller till «fotbollar». Under mina studier så var det en forskargrupp (nabogruppen) som sysslade med beräkningar på just detta så vi fick hela tiden information om vad som hände i forskningsfronten. Så C-60 och C-70 var på den tiden «hett». Jag sysslade inte själv med det men det fanns diskussioner om hur man kunde göra olika experiment.

Diamant ligger mig varmare om hjärtat. I min utbildning ingick Fasta tillståndets fysik, där examinationen var en hemexamen där frågor skulle besvaras för ett grundämne som lottades ut bland studenterna, där jag fick kol, och valet var mellan Grafit och Diamant.

Diamant är en speciellt material, det är metastabilt, dvs diamanter förstörs sakta, det är i ren form en halvledare, men leder värme bättre än de flesta material. Det är transparent, extremt hårt och har ett högt brytningsindex.

Diamant förekommer naturligt och då ofta med olika föroreningar som ger de olika färgnyanser.

Rent fysiskt har diamant speciella egenskaper som gjorde svårt att att hitta data för min hemexamen, jag hade mer än 3 olika typer att förhålla mig till och att det antingen fanns mycket data eller inget alls. Så jag har ett intressant förhållande till kol och diamanter..

Kategorier
Experiment Fysik Historia Kemi The light side

Mina Grundämnen – Helium

Helium är det näst vanligaste grundämnet i universum. Trots det är det inte så vanligt på jorden, utan kan klassas som utrotningshotat (se: https://www.ntnu.no/blogger/fysikkforfakirer/2018/02/02/utrotningshotade-grundamnen/ ). Men detta beror främst på svårigheter att utvinna helium. Dock är det så att de tyngre grundämnena i jordens inre konstant genererar helium genom alfa-sönderfall.

Helium är ett grundämne som man observerade på solen(därav namnet, Helium efter Helios solguden i grekisk mytologi) innan man fick fram det på jorden. Solförmörkelsen 1868 gjorde att många observerade den gula He-linjen i coronan, Det är dock Janssen som fått äran, ibland med Lockyer som föreslog att det var ett nytt grundämne. De första som isolerade helium på jorden var Cleve och Langlet 1895.

Det främsta vetenskapliga bruket av helium är för att kyla ner supraledare, och det finns många artiklar som tar upp cryogenetiska användelser och studier av helium vid låga temperaturer. Jag har inte jobbat med flytande helium men har arbetat med det på andra sätt.

Helium spektret är ett av de experiment som jag fick göra som student och senare som handledare. Det intressanta med det spektret är att det är två spektra i ett. Singlett-He och Triplett-He, Parahelium och Ortohelium. Något som borde göra det enkelt att lösa, men så är inte fallet. Det går att göra grova beräkningar för att få fram energinivåerna, med systemet är ett tre-kroppa problem utan analytsika lösningar så olika approximationsmetoder måste användas. Men mina erfarenheter med detta visade sig komma till nytta på ett oväntat ställe.

Efter att jag försvarat min avhandling fick jag jobb vid University of Birmingham, UK, där ett experiment med laserspektroskopi på radioaktiva isotoper skulle flyttas till Finland. Vid den tiden var varma jonkällor vid acceleratorer i bruk på den flesta ställen. Men i Jyväskylä använde man sig av en gas-jet (He)(IGISOL) där producerade isotoper stoppades och tog åt sig elektroner i gasen, så att sedan skjutas ut i en gas-jet. Jeten som man får (om tryckskillnaden är stor nog) är supersonisk, dvs de enskilda atomerna är kall (låg spridning i hastighet) i alla fall om man har en fri expansion. Då var det många som sa att det inte skulle vara möjligt att få en smal hastighetetsfördelning som möjliggjorde laserspektroskopi. Det fanns studier som antydde att så var fallet.

Dock hade man i dessa studier använt elektriska fält (runt 500 V/cm) i expansionsvolumen. Då alla atomer rör sig med ungefär samma hastighet där så kommer ett fält att accelerera ev. joner (som skall studeras) och de kommer då att kollidera med långsammare He-atomer och tappa fart, vilket i sin tur ger en ökad hastighetsspridning. Lösningen var att minska fält-styrkan för att undvika detta.

Men det fanns ett problem till, med gas-jet, den är inte speciellt effektiv så allt som stoppas kan inte utnyttjas utan det kan sluta som atomer eller dubbelladdade joner. Här kommer heliums energinivåer in. Grundtillståndet ligger på runt -24eV, vilket gör att allt som stoppas i gasen borde sluta som dubbelladdade joner. Men det sker inte, något som man kan tro beror på föroreningar i gasen. För mycket och man tappar alla joner. Men Helium har två system Triplett-He som är metastabilt har en «jonisationsenergi» runt 4,7 eV. Men denna energinivå tillsäger att man bara får atomer. Så det handlar om en balansgång. Problemet är att man inte vet om det finns Triplett-He i gasen, det borde men vad jag vet så är det inte bekräftat än. Det finns två sätt, 1) obsertvera ljus får gas-kammaren och se efter triplett linjer eller 2) under exteremt rena förhållanden se efter en jon med massa 8, He-molekyl jonen. Även om Helium är en ädelgas så kan den bilda molekyler men då måste en eller båda av atomerna vara i triplett-tillståndet.

Så helium är ett av de grundämnen som jag har ett speciellt förhållande till.

Kategorier
Experiment Fysik Historia Kemi The light side Uncategorized

Mina grundämnen-Väte/hydrogen

Väte är det lättaste grundämnet och består i sin enklaste form av en proton och en elektron. Det förekommer i tre olika isoptoper som har fått egna namn, Deuterium och Tritium (efter 2 och 3). Namnet Väte fick det då Ekeberg(1795) inte hittade ett bättre svenskt namn för hydrogenium (vattenbildare) som är det engelska namnet, Wasserstoff på tyska. Så på ett sätt är det en slump att Svenska (och Finska, Vety) avviker till viss del från andra språk.

Väte är det vanligaste grundämnet i universum och kan observeras på himlen, både med optiska teleskop (Balmer alfa- linjen i rött) och med radioteleskop (7 cm linjen).

Som atomfysiker är väte-spektret en av de första som man träffar på. Det är relativt enkelt att både studera och analysera. Samtidigt så används vätets olika spektrallinjer inom ex. astrofysiken. Men samtidigt är väte intressant för olika typer av precisionsmätningar. Att mäta vätespektret med hög precision var under min studietid något som genomfördes på de främsta laboratorierna. Och nya mer precisa värden av ex. Rydbergskonstanten kom med jämna mellanrum allt medan nya spektroskopska tekniker utvecklades. Även idag så finns ett stort intresse men då när det gäller mätningar på Anti-väte (en antiproton och positron) för att se om det finns någong skillnad mellan materia och anti-materia.

För min del så var vätespektret en av laboration som jag handledde som doktorand under flera år vid CTH. Den utrustning som vi hade där (en prisma spektrometer) hade inte den bästa upplösningen, men det finns idag relativt billiga spektrometrar där det är möjligt att se isotopskiftet mellan väte och deuterium.

Men det är inte bara inom atomfysik man kan utnyttja väte. Deuterium och protoner är ganska bra projektiler i kärnfysik experiment. I tillägg kan man detektera väte med radioteleskop, vilka idag är tillgängliga för amatörer. Så det finns en ganska stor potential i undervisningen.

Även om jag inte direkt jobbat med väte i forskningen, så är det ett grundämne som är där och som vi fortfarande utforskat fullt ut. Man har kanske observerat metallist väte nu. Men det behöver bekräftas, så historien är inte slut än.

Kategorier
Experiment Fysik Historia Kemi The light side

«Mina» grundämnen!

I samband med periodesystemets år 2019, finner man olika typer av aktiviteter och artiklar om olika grundämnen. I Sverige har man tilldelat de olika universiteten olika grundämnen som de är faddrar för. I tillägg had det gjorts ett försök med Landskapsgrundämnen för att få upp kemiintresset.

Då jag varit aktiv inom både atom- och kärnfysik som forskare och genom detta kommit i kontakt med olika grundämnen, kan det vara naturligt(?) att skriva om mina erfarenheter med just dessa grundämnen. En del har jag bara(?) behandlat teoretiskt medan andra har haft en mer praktiskt betydelse, som material i utrustning eller som grundämne som jag deltagit i studier av. Totalt rör det sig om ett 30-tal grundämnen som jag haft kontakt med både bildligt och bokstavligen. Jag kommer att behandla grundämnena i olika inlägg och ska försöka begränsa mig till ett grundämne åt gången, men i vissa fall kan man behandla flera på en gång.

Kategorier
Historia Kemi

Periodiskt detektivarbete!

I år är det 150 år sedan Mendeleev först publiserade det som kom att bli det periodiska systemet(se Periodesystemet 150 år på NTNU). Det var inte som de planscher vi ser idag utan har genomgått en förändring över tid. Men det är inte bara utseendet som kan ge en bild av när det system som du tittar på gjordes.

Det officiella periodesystemet (Dec 2018)

För några år sedan såg inte periodesystemt ut som det gör på bilen ovan, Utan de tyngsta grundämnena hade hetat Uus, Uuo osv. Om man vet när de olika grundämnena upptäcktes kan man se ungefär när det aktuella systemet trycktes.

På NTNU har jag hittat ett periodesystem som trycktes 1947, detta vet jag för att tryckår står på det. Men även utan det hade jag kunnat säga ungefär när det trycktes. Låt oss titta på hur:


Periodesystem från 1947 i NTNUs samlingar (Inst. för Fysik)

Utan att behöva titta på transuranerna finns i bilden två ledtrådar som sätter tiden inom 3 år. Mellan Zr och Mo, står det Cb vilket är Columbium som användes utanför Europa (USA) för Niob (Nb) fram till 1950. Detta talar om att det är ett amerikanskt periodesystem och att den är tryckt före 1950.
Bredvid Mo står det Tc (teknetium) ett grundämne som detekterades 1937 och som oftast kallades masurium (Ma). Teknetium som namn föreslogs i januari (publiserat i mars) 1947 och accepterades av upptäckarna direkt. Med andra ord så är periodesystemet tryckt efter mars 1947 och före 1950. Hade jag tittat på transuranerna så hade jag sett Neptunium, Plutonium, Americium och Curium som alla upptäcktes under andra världskriget.

Vilka grundämnen som finns och vilka symboler de har ger en bra bild över var och när ett periodesystem tryckts. Så man kan utmana sig själv med att bestämma när det trycktes.

Periodesystem från 1947. Observera att Argon skrivs med «A» och Francium med «Fa»

Kategorier
Böcker Föreläsningar Historia Lärande Undervisning

Moderna läromedel?

Man får ofta höra att föreläsningar inte ändrats på 7-800 år. Ofta med referens till en illustration. Men hur sant är detta? Svaret är inte alls. Går vi till tiden före Guttenberg (före ca 1500) så fanns inte böcker i tryckt form. Dessa var handskrivna och mycket dyra. Det var helt enkelt inte tillgängliga. Detta ger då en förklaring till bilden av föreläsningar, det var en person som läste ur den/de böcker som fanns tillgängliga. Detta finns fortfarande kvar i den akademiska titeln «Reader» i UK.

Böcker och pamfletter var viktiga källor till kunskap under 16- och 17-talen och «föreläsningar» fick en annan form i de fall som de överhuvudtaget existerade. Diskussioner, demonstrationer och frågor hade sin grund i att antalet studenter (i många fall var lågt). En stor del av undervisningen skedde i det vi skulle kalla mentorgrupper.

Men när antalet studenter ökade ändrades undervisningen och vi fick «moderna föreläsningar» samtidigt med detta kom också bättre läroböcker. Föreläsningarn formades mer och mer efter innehållet i böckerna utan att det egentligen behövs, utan mer av «traditionen».

Men om vi tar ett steg tillbaka och tänker, så finns «allt» presenterat i boken och ofta på ett pedagogiskt bra sätt. Vad skall då en föreläsning handla om? Ett svar är att anpassa till den aktuella kontexten, boken (som troligen brukas i hela världen) är inte anpassad till detta. Det är viktigt att utöka och förtydliga innehållet i boken till kursen, inte tvärt om. Som det är nu så kan det se ut som om boken bestämmer innehållet. Men detta finns det idag sätt att komma undan.

Böcker kan idag vara dyra och speciellt om det är en bok som kanske bara brukas i en kurs och aldrig öppnas igen. Men det finns idag web-böcker som håller minst lika bra kvalitet som tryckta böcker. I vissa fall bättre på grund av länkar och snabbar uppdatering. Openstax.org är en sådan site, där böcker i ett antal fält finns och som brukas av upptill 50% av studenter i USA. Men detta är bara en aspekt.

Web-baserade böcker möjliggör också att man kan lägga till egna notater, quiz, länkar och multimedia material direkt i boken. Detta kräver dock en unik web-adress. Men detta är möjligt. Med andra ord vi kan anpassa både föreläsningar och läroboken till en kurs i stället för att använda boken som mall.

Nu i vår använder jag en web-bok som kurslitteratur i en kurs och hoppas att inom en snar framtid kunna prova att ha en web-bok med tilläggsmaterial i en kurs. Är du som föreläsare intresserad att prova eller en student som vill ha detta, hör av dig så kan jag presentera ideen i detalj.