… på at besøge CERN – 3 indtryk fra turen

For et par uger siden kom jeg hjem igen fra CERN med en kæmpe oplevelse i bagagen, og her kommer tre indtryk jeg tog med hjem derfra. Jeg er ikke sikker på, at jeg kan formidle det så det yder oplevelsen retfærdighed, men så kan det være jeg gør et forsøg mere. Når jeg får styr på alle billeder og videoer skulle der gerne komme lidt sammenklip fra turen og formentligt også lidt mere tekst om besøget.

1. Ved CERN er næsten alt enten virkeligt stort eller virkeligt småt

Det kom ikke som den store overraskelse – Large Hadron Collider er trods alt den største maskine vi har bygget, med en omkreds på ca. 27 km – men når man er ved lufthavnen i Genève og ser mod Jurabjergene og får at vide at det er diameteren på Large Hadron Collider, går det virkeligt op for en hvor stort et projekt der er tale om.  På en eller anden måde er det ret paradoksalt at vi for at undersøge universets allermindste byggesten har måtte bygge så stor en maskine. En ting er at læse om det, men når man står der og ser hvor stort et område Large Hadron Collider dækker over, bliver man endnu mere imponeret over projektets omfang – også selvom ringen ligger 80-100 meter under jorden, så man kun kan se den indirekte, på de bygninger som hører til Large Hadron Collider.

At CERN er stort og internationalt samarbejde er en nødvendighed, ser man også på de mange nationaliteter som er tilknyttet CERN. Med 22 medlemsstater, samarbejdsaftaler med et endnu større antal stater som ikke er medlemmer, og cirka 13000 tilknyttede forskere er CERN en kæmpe organisation (som også har cirka 2500 ansatte). Med så mange mennesker samlet er det ikke uden grund at et af de fire ben i CERNs mission er “Bringing nations together through science”

Med sådan en mission og så mange mennesker og nationer samlet, er samarbejde og gennemsigtighed en dyd. Næste punkt er derfor:

2. CERN er åbent

Når jeg fortalte at jeg skulle besøge CERN inden jeg tog afsted, fik jeg flere gange spørgsmål om hvordan jeg havde fået lov til at komme inden for der, om ikke det er meget hemmeligt og lignende. Det er dog slet ikke tilfældet. Faktisk har det stik modsatte været en del af CERNs formålsparagraf helt fra etableringen i 1954:

“The Organization shall provide for collaboration among European States in nuclear research of a pure scientific and fundamental character, and in research essentially related thereto. The Organization shall have no concern with work for military requirements and the results of its experimental and theoretical work shall be published or otherwise made generally available.”

Det betyder at der er meget lidt hos CERN som er hemmeligt, der er ikke noget man ikke må tage billeder af (udover de ansatte, som man skal spørge om lov først) og al forskningen offentliggøres og stilles til rådighed for offentligheden, så man kan benytte sig af det. Hvis man altså forstår det…

Og det leder til næste punkt:

3. Forskningen fra CERN er virkeligt svært at forstå

Og det ændrer et besøg ikke på…


CERN er et meget fascinerende sted at besøge og jeg kan kun anbefale at slå til hvis man får muligheden. CERN arrangerer guidede ture for både grupper og enkeltpersoner.

Det kan man se mere om på: https://visit.cern/tours/guided-tours

… på CERN i “CERN – Large Hadron Collider Podcast”

Næste stop på turen for at blive klogere på CERN, er “CERN – Large Hadron Collider Podcast” med professor og partikelfysiker Brian Cox. Podcasten blev produceret i 2007 og 2008, som optakt til at LHC skulle opstartes første gang, så der er naturligvis sket rigtigt meget siden da (et par ikke helt ubetydelige eksempler: LHC har kollideret partikler og har opdaget Higgs-boson). I podcasten tager Brian Cox en række kendte (i hvert fald i Storbritannien) personer med på besøg på CERN.

Når podcasten stadig er et lyt værd, selvom den har nogle år på bagen, skyldes det primært to ting. For det første giver deltagernes reaktioner og kommentarer en fornemmelse af størrelsen af CERN, når man er med på besøg ved ATLAS, CMS, CERN Computer Center og flere andre steder. Dernæst begrænser Cox og hans gæsters samtaler sig ikke til at dreje sig om de tekniske detaljer ved LHC og de teorier som er i spil, men de taler også om en række emner i forhold til forskning og videnskab, som stadigt er aktuelle.

Brian Cox diskuterer blandt andet forholdet mellem religion og videnskab med pastoren Victor Stock, støtte til forskning med den tidligere, britiske minister og medlem af parlamentet Ed Vaizey og arkitekten Charles Jencks fortæller om hvordan han lader sig inspirerer af fraktaler, bølger og kaosteori. Alt sammen emner som stadig er relevante selvom LHC nu er startet op og Higgs-bosonen er påvist.

En sidste ting som gør podcasten lytteværdig, er at den flere steder et ret sjov og man får eksempler på hvilken humor der gør sig blandt partikelfysikere.

Fysikeren Albert De Roeck fortæller i en af episoderne:

“One of my collaborators once made a joke, he likes to try to explain to his family what he is doing and the magnitude of what the whole thing was, and he said well this magnet, it’s so powerful and it’s so big that you could use it as a medical scanner for whales. It only worked half the way he explained, because his mother now thinks he’s a marine biologist and his sister is now wondering why there are whales in Geneva.”

Det er da en fin vits.

Man bliver ikke ekspert i partikelfysik af at høre CERN – Large Hadron Collider Podcast, men den giver et indtryk af hvor stor en organisation CERN er, og diskuterer en række afledte spørgsmål, som dukker op i kraft af hvor banebrydende og helt ude på kanten af menneskelig erkendelse, forskningen hos CERN er.

CERN – Large Hadron Collider Podcast kan findes på iTunes eller den podcastens noget rodede hjemmeside.

… på hvordan man forbereder sig til en rejse til kanten af menneskelig viden

Senere i marts måned sætter jeg mig i en flyver mod Geneve for at besøge CERN. Her er der afsindigt meget at blive klogere på, så det er oplagt at det kommer til at fylde en del på bloggen, og jeg håber og satser på at det udmønter sig i et lille CERN-tema. Udfordringen er bare lige, at der er så vanvittigt mange fascinerende ting at fortælle om CERN, at det er ret svært, hvor jeg skal starte. Oveni det, er det jo så også virkeligt vanskeligt og overvældende stof at forstå, så det gør ikke det hele meget nemmere. Hvordan det lige skal gribes an, ved jeg derfor ikke helt endnu.

I og med at jeg ikke er ret godt hjemme i atomfysik, tror jeg at oplevelsen bliver endnu større hvis forarbejdet er gjort godt herhjemme fra. Derfor læser, lytter og ser jeg i øjeblikket alt hvad jeg kan komme afsted med om CERN, Large Hadron Collider, Higgs-boson, supersymmetri, multiverses og det der ligner. Bare det at forsøge at holde rede på de mange begreber og forkortelser er noget af en opgave.

Som optakt til jeg skal afsted, vil jeg derfor skrive lidt om det materiale jeg kommer forbi, som forberedelse til turen.

Første stop på vejen var dokumentarfilmen Particle Fever fra 2013. I filmen følger vi seks fysikere ved opstarten af Large Hadron Collider i 2008 frem til den endelige opdagelse af Higgs-boson i 2012. I filmen følger vi både de eksperimentelle fysikere, som er ansvarlige for at eksperimenterne forløber som de skal, og de teoretiske fysikere som opstiller de modeller og teorier som kan enten forklarer eller efterprøves af de eksperimentelle fysikeres forsøg.

Den teoretiske fysiker David Kaplan siger det i filmen på denne måde:

“There are two kinds of particle physicists: There are the experimentalists. They built the big machines, run the experiments, analyze the data, and try to discover things, like new particles; And then there are the theorists, like me. We construct the theories that try to explain everything we see in nature. Without us, the experimentalists are in the dark, but without them, we’ll never know the truth.”

Det synes jeg, er en rigtig fin beskrivelse af de to grenes gensidige afhængighed.

Foruden det at finde Higgs-boson, var det spændende – såfremt det lykkedes at finde den – hvilken masse den havde. En masse på omkring 115 GeV (giga-elektronvolt) vil pege i retning af at teorien om supersymmetri er korrekt, mens en masse omkring 140 GeV peger i retning af teorien om multiverses.

I filmen følger vi både teoretiske fysikere som hælder i den ene og den anden retning. Da CERN offentliggøre fundet af Higgs-boson i 2012 er det med en masse på ca. 125 GeV, så ingen af de to teorier er altså definitivt bekræftet af fundet.

Filmen giver et indblik i hvad CERN er for en størrelse, sætter ansigt på nogle af de mange forskere bag eksperimenterne og fremstiller eksperimentet for at finde Higgs-boson på en spændende og fascinerende måde.

Da filmen sluttede, var forventningerne til besøget endnu højere.

Particle Fever kan bl.a. ses på Netflix.

… på hvordan opfindelser ret tit er tæt forbundne, men nogle gange slet ikke er det

”Business, Numbers
Money, People
Business, Numbers
Money, People
Computer World
Computer World”
Kraftwerk – Computer World

Hvis man beder de fleste af os om at forestille os en ny opfindelse, vil resultatet i langt de fleste tilfælde være en mere eller mindre modificeret (men helt sikkert smartere) udgave af noget som allerede eksisterer. Det er virkeligt vanskeligt at tænke fuldstændigt ud af de vante rammer, så hvis vi skal forestille os hvilke store opfindelser vi har i vente om 20-30 eller 100 år, vil de fleste foreslå noget der ligner ting vi allerede kender – bare mindre, hurtigere, smartere og vildere. Henry Ford er ofte blevet krediteret for at sige: “Hvis jeg havde spurgt mine kunder hvad de ville have, havde de sagt hurtigere heste”. Det har Ford efter al sandsynlighed aldrig sagt(1)Det er et god anekdote, men der er ikke rigtigt noget der tyder på at Henry Ford har sagt det – tværtimod faktisk. https://hbr.org/2011/08/henry-ford-never-said-the-fast, men pointen er sådan set god nok. Vi finder på nyt ud fra det vi kender.

I bogen “How We Got to Now” taler Steven Johnson om “the adjacent possible” (2)Egentligt et begreb han har lånt fra den amerikanske biolog og forsker i komplekse systemer Stuart Kauffman., som vel kan oversættes til noget i stil med “det tilgrænsende mulige”. Vores ideer opstår på bestemte tidspunkter i historien, hvor rammerne giver plads til netop denne opfindelse. De opstår ikke fuldstændigt løsrevet og uafhængigt, men som synergier af andre ideer, og når tiden er den rette til dem.

Han skriver:

“How do we explain this breakthrough? (Det gennembrud som han beskriver her er hvordan lægen John Gorrie i midten af 1800-tallet begyndte at arbejde med kunstige kulde, men det er egentligt ikke så vigtigt for at forstå citatet. Det er dog også en ret interessant historie, men det må blive en anden gang, red.) It’s not just a matter of a solitary genius coming up with a brilliant invention because he or she is smarter than everyone else. And that’s because ideas are fundamentally networks of other ideas. We take the tools and metaphors and concepts and scientific understanding of our time, and we remix them into something new. But if you don’t have the right building blocks, you can’t make the breakthrough, however brilliant you might be. The smartest mind in the world couldn’t invent a refrigerator in the middle of the seventeenth century. It simply wasn’t part of the adjacent possible at that moment. But by 1859, the pieces had come together.”
Steven Johnson – How We Got To Now

Sådan er det i hvert fald for langt de fleste af os, men for nogle ganske få er “the adjacent possible” uden betydning. For dem er det ingen begrænsning at forestille sig opfindelser som teknologisk først vil kunne lade sig gøre mange år senere og som ingen referenceramme har i deres samtid. Det er personer som Leonardo da Vinci, som i slutningen af 1400-tallet og starten af 1500-tallet lavede skitser af ubåde, helikoptere og en lang række moderne våben; Nikola Tesla, der i slutningen af 1800-tallet og starten af 1900-tallet eksperimenterede med trådløs kommunikation, teslaspoler, radiofjernstyring, blandt meget andet og endeligt er der Ada Lovelace, der i midten af 1800-tallet var en af verdens første programmører (hvis ikke den første), og mindst lige så vigtigt: formåede at beskrive nogle af de muligheder som computeren i fremtiden ville rumme. Hun forstod på den måde virkeligt at se udover “det tilgrænsende mulige” i sin samtid.

Akvarel af Ada Lovelace i midten af 20’erne malet af Alfred Edward Chalon i 1840. (Wikimedia Commons)

Programmøren der var forud for sin tid

Augusta Ada Byron blev født i 1815, som datter af et umage par – den højtuddannede og strengt religiøse baronesse Anne Isabella Byron og den udsvævende og løsslupne engelske poet og kvindebedårer Lord Byron (og ægteskabet holdt da også kun til året efter). Titlen som grevinde af Lovelace fik Ada i 1838, da hendes mand William King, blev gjort til jarl af Lovelace.

Allerede fra en tidlig alder var Ada interesseret i matematik og logik – ikke mindst tilskyndet af sin mor, der så det som et værn mod det, hun betragtede som skadelige indflydelse fra farens side. Som teenager mødte Ada den excentriske engelske opfinder Charles Babbage som arbejdede på en computer som han kaldte for “the Analytical Engine”. Babbage var i sig selv en visionær herre, med ambitioner om at skabe maskiner som hører den digitale tidsalder til med mekanik fra  industrialiseringen.

I løbet af 1842-43 oversatte hun en artikel som den italienske matematiker Luigi Menabrea havde skrevet om “the Analytical Engine”. Hun nøjedes dog ikke med at oversætte artiklen, men tilføjede også kommentarer til den. Det gjorde hun så omfattende at noterne blev ca. tre gange længere end den oprindelige artikel. Blandt de ting hun beskrev i noterne var hvordan “the Analytical Engine” adskilte sig fra Babbages tidligere opfindelse “Difference Engine” (hvor “the Difference Engine” kunne foretage én type udregninger, kunne “the Analytical Engine” programmeres vha. hulkort, og kunne derfor udføre flere forskellige funktioner) og et eksempel på en algoritme der kan  anvendes til at udføre disse udregninger. Ada skrev på dette tidspunkt altså de allerførste computerprogrammer – omtrent et århundrede inden nogen havde styr på at bygge computere som kunne køre disse programmer.

Det er omdiskuteret om Ada skrev programmerne selv, eller om hun fejlrettede og skrev videre på programmer som Babbage havde skrevet tidligere. Sikkert er det dog at hun allerede på dette tidspunkt havde visioner for hvordan maskinerne ville kunne bruges til formål, som rakte langt udover at være rene regnemaskiner.

Again, it might act upon other things besides number, were objects found whose mutual fundamental relations could be expressed by those of the abstract science of operations, and which should be also susceptible of adaptations to the action of the operating notation and mechanism of the engine. Supposing, for instance, that the fundamental relations of pitched sounds in the science of harmony and of musical composition were susceptible of such expression and adaptations, the engine might compose elaborate and scientific pieces of music of any degree of complexity or extent.
Luigi Federico Menabrea & Ada Lovelace – Sketch of the Analytical Engine invented by Charles Babbage

Det kræver kun et hurtigt blink på vores hverdag, for at se i hvor høj grad Ada fik ret i sine forudsigelser om hvilke potential computere vil rumme, ikke bare som talknuser, men som en maskine som kan manipulere symboler, hvor tal bare er en af mulighederne.

Hvad så nu?

Hvilke “adjacent possibles” omgiver os nu og hvilken teknologi, som ligger 100-150 år ude i fremtiden, ville Ada beskæftige sig med hvis hun levede i dag?

Teknologier som kunstig intelligens og maskinlæring har de seneste år stået for en række interessante landevindinger. I 2016 vandt AlphaGo første gang over en professionel Go-spiller, i december 2016 havde Googles selvkørende biler kørt 3.219.000 km, i januar 2017 slog computer Libratus fire professionelle pokerspillere og i februar 2017 arbejdede mere end 100 virksomheder med maskinelæring i sundhedssektoren(3)Man kan få et overblik over de mere end 100 virksomheder her: https://www.cbinsights.com/blog/artificial-intelligence-startups-healthcare/. Meget ser derfor ud til at tiden er moden til såkaldt stærk eller hård kunstig intelligens, altså kunstig intelligens som er på linje med eller endda overgår menneskets intelligens. Det er derfor et bud på en vor tids “adjacent possible” (4)En af mine yndlingslister på Wikipedia er “List of emerging techologies”. Selvom den har fået “This article’s factual accuracy is disputed”-stemplet, er der alligevel mange spændende ting at dykke ned i, så man kan let få et eftermiddag til at gå der. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_emerging_technologies.

Hvilke opfindelser der venter os om 100 eller 150 år, sidder der sikkert en Ada et sted derude og arbejder med. Vi andre må væbne os med tålmodighed.

En sidste ting (og apropos kunstig intelligens): Selv for en visionære som Ada, kan der være grænser for hvor langt forestillingsevnen rækker. Ada afviste i kommentarerne til artiklen muligheden for kunstig intelligens (alene det at hun gjorde sig overvejelser i den retning, må dog siges at være ret imponerende).

“The Analytical Engine has no pretensions whatever to originate anything. It can do whatever we know how to order it to perform. It can follow analysis; but it has no power of anticipating any analytical relations or truths. Its province is to assist us in making available what we are already acquainted with.”
Luigi Federico Menabrea & Ada Lovelace – Sketch of the Analytical Engine invented by Charles Babbage


Inspirationen til dette indlæg kommer fra Steven Johnsons fascinerende bog “How We Got To Now”, hvori han beskriver seks innovationer (glas, kulde, lyd, renlighed, tid og lys) som har skabt den moderne verden, og viser deres betydning og udvikling op gennem historien.

Noter   [ + ]

1. Det er et god anekdote, men der er ikke rigtigt noget der tyder på at Henry Ford har sagt det – tværtimod faktisk. https://hbr.org/2011/08/henry-ford-never-said-the-fast
2. Egentligt et begreb han har lånt fra den amerikanske biolog og forsker i komplekse systemer Stuart Kauffman.
3. Man kan få et overblik over de mere end 100 virksomheder her: https://www.cbinsights.com/blog/artificial-intelligence-startups-healthcare/
4. En af mine yndlingslister på Wikipedia er “List of emerging techologies”. Selvom den har fået “This article’s factual accuracy is disputed”-stemplet, er der alligevel mange spændende ting at dykke ned i, så man kan let få et eftermiddag til at gå der. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_emerging_technologies

… på hvordan det hele begyndte

”Our whole universe was in a hot dense state,
Then nearly fourteen billion years ago expansion started. Wait…
The Earth began to cool,
The autotrophs began to drool,
Neanderthals developed tools,
We built a wall (we built the pyramids),
Math, science, history, unraveling the mystery,
That all started with the big bang”
Barenaked Ladies – The Big Bang Theory Theme

Et godt sted at starte må være fra begyndelsen – sådan HELT fra begyndelsen. Med Big Bang (eller Der Urknall, som det så smukt hedder på tysk). At vi som art gør os overvejelser om hvordan universet blev skabt er både et ret gammel og et ret unik træk ved os mennesker (det er i hvert fald svært at forestille sig en hund eller en grindehval gøre sig de samme tanker).

Den dominerende videnskabelige teori vi i dag har om universets oprindelse har knap 100 år på bagen. Den første til at foreslå at universet udvider sig, var den belgiske astronom, professor i fysik og præst Georges Lemaître, som fremsatte teorien i 1927 på baggrund af Hubbles Lov. I 1931 tilføjede han at udvidelsen måtte ske fra ét enkelt punkt, som han kaldte “ur-atomet”.

Penzias og Wilson ved Horn Antenna i New Jersey i juni 1961. (Foto: NASA)

De første til at registrere baggrundsstråling fra universets begyndelse var Arno Penzias og Robert Wilson. Egentligt arbejdede de på et helt andet projekt med en stor kommunikationsantenne på Bell Telephone Laboratories i New Jersey. Der blev bare ved med at dukke noget støj op på deres målinger, som de ikke kunne forklarer og som var ret generende. De forsøgte alt muligt for at fjerne kilden til støjen. De afprøvede samtlige elektriske systemer, de rensede kontakterne og rengjorde for det de senere beskrev som “hvidt dielektrisk materiale” (duelort), men uden held. Det var først da de talte med Robert Dicke fra Princeton University, der ledte et projekt for netop at finde baggrundsstrålingen, at de fandt ud af hvad de ved et tilfælde havde fundet. Og først endnu senere fandt de ud af hvor banebrydende en opdagelse der egentligt var tale om. I 1978 fik de nobelprisen i fysik for opdagelsen.

Lige netop det her med at søge efter én ting, for så at finde noget helt andet, er en af de ting som jeg synes gør videnskab så spændende, for her er der virkeligt tale om grundlæggende ny viden om verden omkring os, og ikke blot en bekræftelse af noget som man med 99 % sandsynlighed vidste ville være sådan. Samtidig kan det dog også godt give det indtryk at virkeligt store opdagelser egentligt bare handler om at være heldig. Helt så enkelt synes jeg dog ikke det er, for uden en god portion tålmodighed, ihærdighed og ikke mindst nysgerrighed, var opdagelsen af Big Bang måske aldrig blevet til en opdagelse (i hvert fald ikke fra Penzias og Wilsons hånd).

En sidste ting: Hvis man indstiller et gammelt, analogt tv på en frekvens med flimmer, kan man faktisk få et glimt af Big Bang. En lille del af flimmeret skyldes nemlig kosmisk baggrundsstråling fra universets begyndelse.


Den primære kilde til dette indlæg er Bill Brysons “En kort historie om næsten alt” fra Gyldendal, som er en meget læseværdig introduktion til naturvidenskab – lige fra Big Bang til de første mennesker.