Förenkla – men inte för mycket

Publicerat i Folkvett nr 4/2006.

Människan har en stark drivkraft att söka förklaringar till vad man upplever. Även detta faktum har man sökt att förklara – då med anknytning till evolutionslära.1 Förklaringar av välkända fenomen, och som bygger på enkla naturvetenskapliga resonemang, kan verka högst trovärdiga men likväl vara felaktiga. Med några sådana exempel i den egna referensramen är man kanske mindre benägen till ett alltför naivt accepterande av naturvetenskapliga påståenden.

Alla känner till experimentet där man ställer ett tänt stearinljus i en skål med vatten och sätter ett vänt glas över ljuset, vilket efter ett tag slocknar. Man kan sedan konstatera att vattennivån inne i glaset har höjts. Den vanliga förklaringen är att det instängda syret har förbrukats, vilket sänker gastrycket så att vatten strömmar in i glaset och vattennivån stiger. Detta är helt fel! Det viktigaste i sammanhanget är istället att man stänger in en viss mängd varm luft under glaset. När ljuset slocknat svalnar den instängda luften, dess tryck sjunker under atmosfärstrycket, och först då stiger vattennivån inne i glaset. Inverkan av förändringarna i gasens sammansättning inne i glaset är däremot ytterst komplicerade. Syrehalten sjunker (men långt ifrån till noll). Samtidigt bildas förbränningsgaser vilket bidrar till ökat gastryck. Då uppkommer t.ex. frågan hur snabbt dessa gaser löses i vatten.

Exempel nummer två gäller gyroeffekter, och varför man kan hålla balansen när man cyklar. På många tekniska museer finns ett cykelhjul som man kan sätta i snabb rotation. Man skall sedan hålla i handtag på var sin sida om hjulaxeln och försöka vrida hjulet. Gyroeffekterna är mycket påtagliga. Men detta har nästan inget att göra med hur man håller balansen på en cykel. Där är i stället den avgörande faktorn var styraxelns tänkta förlängning träffar marken i förhållande till kontaktpunkten mellan cykelns framhjul och marken.2 På en del cyklar kan man vrida styret ett halvt varv. Därmed ändrar man det nämnda avståndet, och blir det mycket svårare (fast inte helt omöjligt) att korrigera för att cykeln vill välta åt ena eller andra hållet.

Ett tredje exempel gäller reologiska egenskaper hos glas. Glasrutor i gamla kyrkor kan vara något tjockare nedtill, vilket sägs bero på att glas är en mycket trögflytande vätska. Samma tanke finns i sång 13 i Aniara. Där skriver Harry Martinson: ”Jag skall berätta vad jag hört om glas, och då skall ni förstå. I varje glas som står tillräckligt länge oberört förflyttas glasets blåsa efterhand oändligt sakta mot en annan punkt i glasets kropp och efter tusen år har blåsan gjort en resa i sitt glas.” Man vet nu att en sådan process i glas är extremt långsam.3 Hastigheten varierar starkt med temperaturen, men vid alla rimliga omgivningstemperaturer räcker det inte med tusentals år för att ge en sådan förändring. Istället skulle glaset på denna tid tendera att kristallisera och bli ogenomskinligt. Likväl är faktiskt gamla glasrutor ibland tjockare nedtill. Den troliga förklaringen är att den tidens byggmästare brukade sätta tjockändan nedåt. Glasrutorna gjordes vanligen genom att man blåste en stor glasbubbla, som sedan öppnades och snurrades runt till en skiva. De utskurna rutorna blev sällan jämntjocka.

Det sista exemplet gäller en klassisk demonstration, som sägs visa att ljud inte kan utbredas i vakuum. Under en glaskupa finns en elektrisk ringklocka. Det finns också en anordning med vilken man kan pumpa ut luft från glaskupan. Ljudet från klockan blir då allt svagare. Men detta visar inte något om ljudutbredning i luft. Om anordningen har en tryckmätare, kan man notera att klockan hörs svagare redan vid en relativt ringa trycksänkning. Det kan jämföras med att man inte alls har svårt att samtala t ex i Mexico City, där lufttrycket är 23 % lägre än vid havsytan. Man hör klockan så svagt därför att ljudöverföringen (den akustiska kopplingen) påverkas starkt av skillnaden i gastryck på ömse sidor om glasväggen.

Vad kan vi lära av dessa fyra exempel? De gäller väletablerade fenomen, och resonemangen bygger på klassisk fysik – långt ifrån spekulationer och osäkerheter av den typ som förekommer t.ex. i kosmologi. Det gemensamma är att man kan tänka sig enkla förklaringar. De är vida spridda, verkar mycket trovärdiga, och passar väl in i ett naturvetenskapligt sätt att resonera. Men de tar fasta på fel aspekt av fenomenet. I samtliga fall har vi en observation som tycks vara lätt att förklara, men där ytterligare empirisk information komplicerar bilden. Låt exemplen om stearinljuset, cykeln, glasrutan och ringklockan visa att strävan efter enkla naturvetenskapliga förklaringar ibland kan drivas för långt.

Det kan vara lämpligt att avsluta med en devis, som ofta tillskrivs Albert Einstein trots att det inte tycks finnas belägg för denna koppling:4

”Everything should be made as simple as possible, but not simpler.”

Göran Grimvall är professor i teoretisk fysik (materialteori) vid KTH.

Noter

  1. En understreckare i Svenska Dagbladet 27 maj 2006 av Olle Häggström berör samband mellan förklaringsmodeller, religiös tro och evolution.
  2. Jones, D.E.H., The stability of the bicycle, Physics Today vol. 23, s. 34 (April 1970). Jones försökte bl.a. bygga en svårbalanserad cykel. För motorcyklar, där hjulen roterar snabbare och har större tröghetsmoment, är dock inte gyroeffekter försumbara.
  3. Zanetto, E.D. & Gupta, P.K., Do cathedral glasses flow? – Additional remarks, American Journal of Physics vol. 67, s. 260 (1999).
  4. Se Alice Caprice, The Expanded Quotable Einstein, Princeton University Press, 2000.