Andrew Jaffe är astrofysiker och bloggare i London som vanligtvis skriver på Leaves on the Line, där det här inlägget publicerades först.
Förra veckan var vi vid Imperial College värdar för det senaste London Cosmology Discussion Meetings (förkortningen LCDM är givetvis ett kosmologiskt internskämt) med cirka 40 deltagare – de flesta studenter – från Londonuniversiteten Imperial, Queen Mary och UCL. Vi hörde föredrag om galaxhopar, olika teorier om tyngdkraften, och om de kosmologiska följderna av den kosmiska inflationen. Ett riktigt bra anförande av UCL-forskaren Chris Sabiu gjorde mig uppmärksam på en häpnadsväckande artikel från 1941 av den svenske astronomen Erik Holmberg: “On the Clustering Tendencies among the Nebulae. II. A Study of Encounters Between Laboratory Models of Stellar Systems by a New Integration Procedure” (artikeln finns i ADS).
Artikeln innehåller ett av de första försöken att skapa en modell för hur tyngdkraften verkar mellan många himlakroppar samtidigt, och närmare bestämt mellan två växelverkande galaxer. Holmbergs modell utgår från ett galaxpar där varje galax bara innehåller 37 stjärnor. Men även denna till synes enkla modell är i praktiken enormt komplicerad att räkna på. För att vid ett givet tidssteg räkna ut den verkande kraften på en av modellens stjärnor skulle man behöva veta hur stor kraften var från alla de andra 73 stjärnorna. Dessutom skulle man behöva göra om samma beräkning för alla de 74 stjärnorna och för varje tidsteg i simuleringen. Det skulle helt enkelt vara för mycket arbete med penna och papper (de första digitala datorsimuleringar gjordes inte förrän tidigt på 1960-talet).
Två små galaxer gjorda av glödlampor visar var som händer när galaxer krockar. Tidvattenskrafter verkar olika om galaxerna snurrar åt samma (t v) eller åt olika håll (t h). Bild: från E. Holmberg (1941), Astrophysical Journal
Här kan man notera att titeln på Holmbergs artikel talar om ”Laboratory Models”: Istället för att räkna direkt på galaxmodellens stjärnor utnyttjade Holmberg en analogi med ett annat fysiskt system, nämligen ljuset, och använde denna för att bygga en fysisk modell. Ljusets styrka följer en kvadratlag precis som tyngdkraften gör. Dessutom kan både ljusstyrka och gravitationskraft adderas på ett enkelt sätt (inom fysiken kallar vi det superposition). Så i laboratoriemodellen ersatte han helt enkelt den teoretiska modellens stjärnor med vanliga glödlampor utplacerade på ett sådant sätt att de simulerade galaxernas stjärnor. Och genom att sedan sätta en ljusmätare vid var och en av dem, kunde har ersätta de 5000 beräkningarna som modellen skulle kräva för varje tidssteg med 74 mätaravläsningar.
Med den här utrustningen kunde Holmberg göra genuint nydanande forskning. Han kunde till exempel förstå hur tidvattenskrafter påverkar galaxer som växelverkar med varandra. Precis som månen påverkar våra världshav kommer galaxerna att förvränga varandras form.
Det här är ett underbart exempel på en analog dator, och helt enkelt en genialisk idé: att ta något som alla som någonsin pluggat fysik har lagt märke till – likheten mellan tyngdkraften och ljusstyrka – och att sätta det i arbete. Jag känner inte till många forskare som har haft en så pass kreativ idé ens en enda gång i sin karriär.
Andrew Jaffe
