Möten med Roger Penrose

Roger Penrose adlas 2000 av drottning Elisabeth till Sir Roger Penrose. Det feodala engelska klasstänkandet genomsyrar också den vetenskapliga världen.

Så har den engelske matematikern Roger Penrose (1931–) fått dela Nobelpriset i fysik med den amerikanske fysikern Reinhard Genzel (1952–) och den tyska  astronomen Andrea Ghez (1965–). 

Jag är inte så helt begeistrad i utnämningen av Penrose. I mitt tycke är han mer matematiker än fysiker, ja nästan uteslutande matematiker. Och, trots bemödande från i synnerhet brittiskt håll att hävda att det är samma sak, att matematiken – som Vetenskapens Drottning – är överordnad fysiken, kemin etc. vill jag nog hävda att matematiken är underordnad, en hjälpvetenskap. 

Det grundar jag på mina egna erfarenheter av matematiker jag träffat, som visat sig förbluffande hjälplösa att förstå fysikaliska resonemang. Det är inget jag vill klandra dem för, deras uppgift är att förstå matematiska resonemang.

Det var omkring 1995 när en av de ledande vetenskapsmännen på det europeiska vädercentret i Reading, UK, Tim Palmer, undrade om jag hade lust att följa med till Oxford och träffa Roger Penrose. Allt jag visste om Penrose då var att han var kosmologen Stephen Hawkins (1942–2018) närmaste medarbetare, ja nästan mentor.

Palmer ville inför Penrose redovisa sitt försök att ena, eller slå en brygga, mellan Albert Einstein och Niels Bohr, giganter inom den moderna fysiken. Mycket förenklat förnekade Einstein att Gud spelade tärning, d v s att sannolikheter spelade någon roll i den moderna fysiken, medan Bohr menade att det var en av grundbultarna. Palmer som gjort sig ett stort namn genom att tillämpa “kaosteorin” inom väderläran, lanserade för Penrose en kompromiss.

Å ena sidan bestämdes tillvaron av exakta matematiska ekvationer. Så långt hade Einstein rätt. Men lösningarna till dessa ekvationer krävde en absolut säker kunskap om var varje atom eller molekyl befann sig och i vilket tillstånd. Men det vet vi bara i sannolikhetstermer, så där hade Bohr rätt. Men i “kaosteorin” förenas dessa två begrepp och det skulle kunna bilda grunden för en syntes.

Jag är inte säker på att jag förstod Palmer helt och fullt, och det jag förstod har suddats i kanterna under de 25 år som gått. Men det som kvarstår starkast i minnet  var att Penrose hade svårt att förstå vad Palmer menade. Detta tillskrev jag redan då det faktum att Palmer också var fysiker och inte enbart matematiker som Penrose. Jag har haft många liknande erfarenheter med matematiker. De har ett annat sätt att tänka än fysiker.

Något stöd fick alltså inte Palmer som envist fortsatt att driva frågan i olika sammanhang, påhejad av bland annat mig.

Flera år senare stötte jag ihop med Penrose på ett stort vetenskapligt möte på Royal Society Vetenskapsakademin, i London. Han hade just publicerat den 1100-sidiga tegelstenen The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe.

Jag hade inte läst boken, bara bläddrat i den. För mig framstod  det som absurt att behöva använda 1100 sidor för att förklara universums krafter. Men jag var artig och komplimenterade honom för boken. Dock, sade jag, att jag inte hittade Corioliskraften bland alla krafterna . . .

– Äsch, svarade Penrose, det där är bara en koordinattransformation.*)

Det dömde honom i mina ögon. Han begrep inte den kraft som inte bara påverkar vädersystemen utan också är högst verksam i universum, till och med i roterande svarta hål. Men inte bara där. Det är också Corioliskraften som får hundratals asteroider att klumpa sig framför och bakom Jupiter i dess bana runt solen.

Asteroider i bana runt solen på Jupiters bana

Den förklaring av Corioliskraften man oftast möter i litteraturen kan inte förklara det här, men det kan en mer avancerad som föreslogs redan i slutet av 1800-talet av tyska geofysiker. Den glömdes bort men återupptäcktes av en amerikansk meteorolog Dale Durran 1993.

Men Penrose hade inte fel – som matematiker – det hela kan matematiskt beskrivas som en (komplicerad) koordinattransformation. Men hade den gode Penrose genomfört den hade han begripit Corioliseffekten och inte svarat så nonchalant.


* En segelbåt styr västerut med 5 m/s samtidigt som en motorbåt rör sig i samma riktning med  15 m/s, båda sedda från en kobbe. Sett från segelbåten rör sig motorbåten västerut med 10 m/s, sett från motorbåten rör sig segelbåten 10 m/s österut, baklänges. Detta är exempel på enkla koordinattransformationer.

... är läst 898 gånger!

  13 kommentarer for “Möten med Roger Penrose

  1. Bengt Svensson skriver:

    Jag tvivlar på att de båda yngre pristagarna hade upptäckt vad de sökte efter eller ens vetat vad de skulle söka efter, om det inte varit för Penrose grundläggande arbete.

  2. Dennis Zackrisson skriver:

    Intressant resonemang, Anders P! Som jag förstår det menar du att Penrose skulle vara diskvalificerad för att få Nobelpriset i fysik eftersom han “egentligen” är matematiker. Alltså ungefär på samma sätt som Tom Britton aldrig skulle kunna bli intressant för medicinpriset, trots hans fruktbärande analyser om coronapandemin.

    Eller varför Barack Obama, Benjamin Netanyahu m fl aldrig skulle kunna få det s k “fredspriset” vilket ett av våra grannländer (och en av Alfred Nobels födelsenationer) fått en tvivelaktig ära av att dela ut.

    Som fredspriset delats ut de senaste snart 120 åren är det vid få tillfällen den objektive bedömaren kan säga att det var i enlighet med Nobels testamente. Varför skulle just de (natur-) vetenskapliga prisen undantas från denna “objektiva bedömning”?

  3. Jan Arvid Götesson skriver:

    Anders P, var finns en samlad framställning av dina bidrag till fysikalisk teori?

  4. Anders Persson skriver:

    Bengt S!
    “Svarta hål” har man på sätt och vis varit ute efter sedan 1700-talet. Man spekulerade då i att en himlakropp med väldigt stark dragningskraft skulle förhindra att ljus, som man då trodde bestod av små partiklar med viss massa, skulle kunna sticka iväg. Under 1800-talet när man kom att betrakta ljus som ett vågfenomen, d v s utan massa, försvann denna hypotes men återstod när Einstein visade att ljusvågor visst har massa.

    Att Penrose (91) får det nu mer än 50 år efter sin upptäckt, kan bero på att hans nära medarbetare Stephen Hawkins är död sedan ett par år. Denne var lika prominent i svartahålsforskningen, men hämmades av att hans landsmän bedrev en långvarig kampanj för att han skulle få priset. Liksom SvAk verkar Kungl. Vet Ak vara lika irriterad på folk som talar om för dom vad dom ska göra.

    I mitten på 90-talet var Edward Lorenz, mannen bakom “fjärilseffekten” och andra tillämpningar av “kaosteorin”, på tal för fysikpriset. Men han och hans arbeten lär ha ansetts vara mer matematiska är fysikaliska, så det blidde inget.

  5. Mats Larsson skriver:

    Andrea Ghez är från USA, inte Tyskland, och Reinhard Genzel är tysk, inte amerikan. Roger Penrose är, vilket är korrekt i AP:s gästblogg, född 1931, vilket gör honom till 89 år, inte 91 år.

    Intressant hur man kan använda en hel gästblogg om Penrose utan att nämna den teoretiska upptäckt som han prisbelönades för. Den som träffade helt rätt var Bengt Svensson.

    Penrose prisbelönas alltså för upptäckten att svarta hål är en robust förutsägelse av Einsteins allmänna relativitetsteori.

    Den enda möjligheten att få fram fakta om ett Nobelpris i fysik är att gå till arkiven, när de öppnas för vetenskapshistoriker efter 50 år. Jag ger två exempel:

    Exempel 1 och exempel 2.

    AP:s spekulationer kommenterar jag naturligtvis inte.

  6. Jan Hagberg skriver:

    En bekant gav mig rådet: Läs boken The Road to Reality av Roger Penrose. Detta som svar på min klagan över att ha kört fast i försöken att förstå det här med Lie-grupper. ”Lie” efter den store norske matematikern Sophus Lie (1842 – 1899). ”Sitter du nu igen och gnetar med dina lögngrupper och liggalgebror” brukade hustrun stillsamt fråga från andra sidan frukostbordet, när jag för femtielfte gången drog fram boken Lectures on Lie Groups and Lie Algebras. Gjorde också försök med många andra intressanta böcker – utan att nå mål.

    I hela mitt yrkesliv har jag sysslat med statistik: som lärare i matematisk statistik vid KTH, som konsult i statistisk-tekniska frågor, som statistikutredare och så till sist som försäkringsmatematiker. Återstod som pensionärsproblem: statistisk mekanik och kvantmekanik. Här kom Lie-grupperna in – och Penrose! Han förlöste mig dessvärre inte! Undret kom från en helt annan bok. I våras, med ljuset.

    Kom till sid 350 i Penrose! Så långt ändå en god repetition av mycket.

  7. Bengt Svensson skriver:

    Tänk er en karusell på en lekplats, som består av en rund, plan skiva med några räcken att hålla sig i och säten att sitta på för barnen. Samt att du sätter dig vid periferin och din kompis sätter (eller ställer) sig i mitten. Tänk er sedan att någon sätter vägg och tak på det hela, så det liknar en jättelik konservburk samt att insidan är upplyst så att du och kompisen kan se varandra (men ingenting utanför burken). Låt nu karusellen/cylindern snurra medurs. Nu kastar kompisen i mitten en boll till dig på periferin. Han siktar rakt mot dig, men en kraft drar bollen åt vänster, så den missar målet. Om du själv kastar en boll mot kompisen i centrum av karusellen händer samma sak: Bollen viker av åt vänster. Den följer en rundad kurva över golvet tills den slår i väggen. Ja, kastar du den med rätt fart mot kompisen, så kommer den tillbaks till dig efter att ha gjort en runda över karusellgolvet. Det är corioliskraften som får bollen att avvika från en rät linje. Låt oss nu lyfta bort tak och vägg och iaktta det hela utifrån. Du står på marken, och kompisen i karusellens mitt kastar en boll mot dig. Nu går den rakt fram och träffar dig utan problem. Samma sak när du kastar tillbaks bollen till kompisen. Corioliskraften är som bortblåst. Det var det Penrose syftade på, när han sa att “det där är bara en koordinattransformation”.

  8. Anders Persson skriver:

    Bengt S!
    Ja, det är så Corioliskraften brukar förklaras och var det korrekt hade det inte funnits någon anledning att diskutera saken, som man gjort i 150 år!

    För det första är Corioliskraften inte ensam i ditt scenario. Den har, som alltid, sällskap av Storasyster Centrifugalkraften. Vore den ensam skulle bollen ALLTID komma tillbaka till dig, efter att ha gjort en moturs cirkelrörelse, “tröghetscirkel”, hur du än kastade den.

    Att i det givna scenariot få bollen att, ungefärligen, komma tillbaka till dig handlar inte om att kasta den med “rätt fart” utan att kasta den så att den passerar över och så länge som möjligt uppehåller sig nära rotationscentrum. Där kan nämligen centrifugalkraften nästan försummas.

    Bilden av asteroider som klumpar sig före och efter Jupiter i dessa bana, en följd av Corioliseffekten, låter sig inte lätt förklaras med karusell liknelsen.

    Så Corioliseffekten är inte vad 99% av mänskligheten tror att den är.

  9. Torgny Forsberg skriver:

    Om man pratade om Centrifugalkraften krävde min gamle Fysiklärare att då måste du införa ett roterande koordinatsystem. Så han tyckte att vi skulle hålla oss till Centripetalkraften och Newtons första lag. När det snurrade för oss.;-)

  10. Bertil Carlman skriver:

    Debatten här har jag ingen kompetens att deltaga i. Dock lyssnade jag noga på presentationen av fysikpriset på radion. Mats Larssons förklaringar vid intervjun om priset fann jag vara mycket bra. Viss förkunskap i ämnet krävs naturligtvis; men så är det alltid.

  11. Anders Persson skriver:

    Bengt S!
    För att bli lite mer exakt: det råder en universell enighet inte bara om att Corioliskraften avlänkar till höger eller vänster (beroende på om ett föremål befinner sig i ett moturs eller medurs roterande system, men att den acceleration som ger upphov till avlänkningen är vinkelrätt mot rörelsen. En kraft som ger upphov till en sådan vinkelrät acceleration kallas “centralkraft” (central force). Vi möter sådana i spänningen i ett snöre som håller en sten man snurrar runt huvudet eller i solens attraktion på planeterna. I båda fallen ger centralkraften upphov till en cirkulär rörelse. (Att planetbanorna inte är perfekt cirkulära beror inte på centralkraften utan på vad som hänt i deras tidigare historia.)

    Om nu Corioloiskraften också är en centralkraft innebär det att den, på egen hand, driver in all rörelse i cirklar. Dessa är förvånansvärt små. Så till exempel ett föremål som med 1 m/s rör sig över en karusell som roterar med ett varv på 2 sekunder kommer att snurra runt i en cirkel med cirka 30 cm radie. Motsvarande för ett föremål på jordytan som rör sig med 10 m/s är 100 km.

    Men det sker bara om centrifugalkraften på ett eller annat sätt inte kan påverka rörelsen.

  12. Anders Persson skriver:

    En annan källa till 150 år av missförstånd är att man inte skiljt på Corioliskraften och Corioliseffekten. Den senare uppträder när vi, eller Naturen, använder en annan kraft för att neutralisera centrifugalkraften. När det gäller rörelser på jordytan är den introducerade kraften gravitationen eller jordens dragningskraft (alltså inte tyngdkraften som är summan av gravitationen och centrifugalkraften av jordens rotation). På jorden är det alltså Corioliseffekten vi har att göra med, inte Corioliskraften, trots att de kinematiskt leder till samma avböjningar. Men i fallet Corioliseffekten kommer den andra kraften att blanda sig i leken så att halva avböjningen beror på den och inte på Corioliskraften.

  13. Bengt Svensson skriver:

    Tack för det, Anders P. Men det där med stenen i ett snöre man snurrar runt huvudet ger mig ingen ro.

    Tänk er en (rep)stege till himlen från ekvatorn, och att ni klättrar upp i den. Ju högre ni kommer ju mindre blir gravitationen och ju större centrifugalkraften från jordens rotation. På 35.786 km höjd tar de båda ut varandra och man blir tyngdlös precis som de geostationära kommunikationssatelliterna på samma höjd. För att förankra stegen däruppe behöver repet bara göras lite längre och en stor sten bindas i övre änden. Vem som helst kunde sedan klättra ut i rymden på stegen. Den här idén (som tyvärr inte är min) får nog inget nobelpris i fysik men kanske ett i ekonomi?

Kommentera

Denna webbplats använder Akismet för att minska skräppost. Lär dig hur din kommentardata bearbetas.