Kvant i rymden

Juli var varm, och kvällen var klar. Läraren Demir hade bjudit in till observatorieklubbens ”Öppna kväll för familjer”, och familjen Brettschneider kom mangrant. Uwe hade en Schalkemössa på sig, eftersom Sabine hade sagt att det blev kyligt på natten. Sabine hade en stickad kofta, eftersom hon hade rätt. Tobi höll Susi i handen, vilket han trodde att ingen märkte.

Farmor Gisela bar en fällstol, en termos och en filt. Herbert bar ingenting, eftersom han tyckte att han redan bar tillräckligt, nämligen ansvaret för att varna de andra för dumheter.

”Ett teleskop”, sa han när han klev ur bilen. ”Man tittar i det, och så ser man en prick. Pricken ser jag utan också.”

”Du ser inte ens dina glasögon utan glasögon, Herbert”, sa Gisela.

”Det är en annan sak.”

KevIn var med i mobilen igen, den här gången i Tobis bröstficka, så att han, som han sa, ”åtminstone akustiskt kunde titta uppåt”. Läraren Demir hade uttryckligen gett honom lov att följa med. ”Den som kan förklara Arecibo får komma in i mitt observatorium”, hade han sagt. KevIn hade sparat det i sin minnesfunktion, under ”Komplimanger, äkta”.

Kupolen stod öppen. Där inne pekade det stora teleskopet snett upp mot himlen, vitlackerat, med kablar och små motorer som surrade när det vred sig. På gräsmattan framför hade elever ställt upp fler teleskop. En flicka från åttan höll just på att förklara Saturnus för ett äkta par, som om hon hade upptäckt den personligen.

”Hjärtligt välkomna”, sa läraren Demir. ”I kväll tittar vi på Saturnus, senare kanske på en klotformig stjärnhop. Och däremellan pratar vi om något som man inte kan se.”

”Spöken?” frågade Herbert.

”Kvanta”, sa läraren Demir.

”Det var ju det jag sa”, sa Herbert.

Ringar

Gisela fick gå fram till det stora teleskopet först. Läraren Demir ställde in pallen åt henne, och hon kisade med ena ögat, så som hon mindes det från Heinz kikare förr i tiden.

Sedan sa hon ingenting på en lång stund.

”Farmor?” frågade Tobi.

”Den har ju verkligen ringar.”

”Det har den.”

”Jag har bara sett det på bilder. Jag trodde att de målade dit dem. För att den skulle se snyggare ut.”

”Nej”, sa läraren Demir. ”Den är verkligen sådan.”

Gisela rätade på sig. Hennes ögon glänste. ”Åttiotvå år”, sa hon. ”Och ingen har sagt till mig att man bara kan titta på den.”

”Jag sa det till dig”, sa KevIn lågt ur Tobis ficka. ”I kapitel 16.”

”Sagt är inte sett”, sa Gisela.

KevIn teg. Han hade lärt sig att det fanns meningar som en språkmodell inte borde svara på. Det här var en av dem.

Radiosignaler med ljus

Senare satt alla på fällstolar och filtar på gräsmattan. Läraren Demir hade riktat en liten projektor mot kupolens vägg, och en elev från tvåan på gymnasiet visade en bild av en satellit. Den såg ut som ett kylskåp med solpaneler.

”Ett kylskåp igen”, sa Uwe.

”Det där är Micius”, sa läraren Demir. ”En kinesisk forskningssatellit. Uppskjuten i augusti 2016¹. Uppkallad efter en kinesisk filosof som sysslade med ljus redan för mer än tvåtusen år sedan. Satelliten var den första som byggdes speciellt för kvantexperiment.”

”Vad gör den?” frågade Susi.

”Den skapar par av sammanflätade ljuspartiklar. Fotoner. Och skickar parets två delar till två olika markstationer. 2017 visade forskarna att sammanflätningen bevaras över mer än 1 200 kilometer².”

”Strumporna”, sa Sabine. ”Kapitel 18.”

”Strumporna”, sa KevIn. ”Bara att de här strumporna i Bell-test visar mer samband än några strumppar som har kommit överens i förväg skulle kunna ha. Och att man ändå inte kan skicka något meddelande med dem som går snabbare än ljuset. Det måste jag säga varje gång, annars ringer Herbert till andra sidan.”

”Jag ringer ingenstans”, sa Herbert. ”Jag har inte ens fast pris på samtal.”

”Varför gör man det med en satellit?” frågade Tobi. ”Varför inte med fiberkabel?”

”För att ljus går förlorat i fiberkabel över långa sträckor”, sa läraren Demir. ”Efter några hundra kilometer kommer nästan ingenting fram. Genom den tomma rymden däremot flyger ljuset ostört. Det är bara de där få kilometerna atmosfär i början och i slutet som är problemet. Och moln.”

”Moln har vi gott om här”, sa Uwe.

”Därför står markstationerna oftast på berg.”

”Här finns det inga berg”, sa Uwe.

”Gruvhögen Hoheward”, sa Gisela.

”Mamma, det står ingen markstation på gruvhögen.”

”Inte än”, sa Gisela. ”Förr stod det ingenting där heller, och nu står det ett horisontobservatorium där.”

Läraren Demir skrattade. ”Fru Brettschneider, det skriver jag upp.”

”Och vad ska det vara bra för?” frågade Sabine. ”För att man ska kunna skicka strumpor över berg?”

”För avlyssningssäkra nycklar”, sa KevIn. ”Det kallas kvantnyckeldistribution. Om någon snappar upp fotonerna på vägen och mäter dem, stör han dem. Det märks. 2017 utbytte man till och med nycklar med Micius mellan en markstation i Kina och en i Österrike och skyddade på så sätt en videokonferens mellan Peking och Wien³. Satelliten var visserligen en sorts mellanstation som man måste lita på. Och det finns kryptering, som vi lärde oss i förra kapitlet, som körs helt utan satellit på vanliga datorer. De två angreppssätten kompletterar varandra.”

”Planerar Europa också något sådant?” frågade Susi.

”Ja”, sa läraren Demir. ”Den europeiska rymdorganisationen ESA arbetar tillsammans med partner på egna satelliter för kvantkommunikation⁴. Exakt när de ska flyga skjuts upp, som det brukar vara inom rymdfarten.”

”Som med tågen”, sa Uwe.

”Rymdfarten är punktligare”, sa läraren Demir. ”Men inte mycket.”

Gisela hade tittat på bilden på kupolväggen hela tiden. ”Min pappa var radiotelegrafist”, sa hon plötsligt. ”I kriget. Han sände morsetecken, på nätterna, i en sådan där låda. Så att de ena visste var de andra var.”

Det blev tyst på gräsmattan. Susi tittade på Tobi. Tobi nickade omärkligt.

”Och de där”, sa Gisela och pekade på satelliten, ”sänder med ljus. Över tusen kilometer. Så att ingen kan lyssna.”

”Ungefär så”, sa läraren Demir lågt.

”Det hade han velat se”, sa Gisela. ”Tror jag. Han berättade ju aldrig något. Men han tyckte om att lyssna på radio. Alltid stationer långt, långt borta. Där man inte förstod någonting. Rösterna tyckte han om.”

Vad är klockan där uppe?

”Jag har en fråga”, sa Uwe efter en stund, eftersom tystnaden blev för lång för honom. ”Vad behöver man kvanta i rymden till, om man inte just skickar strumpor? Jag menar i vardagen.”

”Ni använder dem varje dag”, sa KevIn.

”Jag?”

”Er GPS. När ni kör till arenan i Gelsenkirchen.”

”Dit har jag kört i trettio år. Då behöver jag ingen GPS.”

”Men ni har den på. Jag har hört hur ni kör fel när den är avstängd.”

Läraren Demir tog över. ”GPS:en får signaler från satelliter. Till exempel det amerikanska GPS eller det europeiska Galileo. I var och en av de här satelliterna sitter atomur.”

”Atomur”, sa Herbert. ”Atom. Där har vi det.”

”Var inte rädd, de är inte radioaktiva”, sa läraren Demir. ”Ett atomur räknar atomers svängningar. Det är ren kvantfysik. Elektroner i en atom kan bara ha helt bestämda energinivåer. Om man träffar exakt rätt frekvens hoppar de från en nivå till nästa. Den frekvensen är exakt densamma för varje atom av ett visst slag⁵. Överallt i universum. Det är den bästa taktgivare vi har.”

”Och varför behöver GPS:en det?”

”För att den mäter avstånd med hjälp av tid. Signalen säger: ’Jag är satellit nummer det och det, och klockan är exakt nu.’ Er mobil jämför när signalen kommer fram. Ljuset färdas trehundra meter på en miljondels sekund. Om klockan alltså går fel med en miljondels sekund hamnar ni trehundra meter fel.”

”Då står jag i Herne i stället för i Gelsenkirchen”, sa Uwe.

”Med en miljondels sekund inte riktigt än. Men nu kommer det bästa. Einstein.”

”Honom känner jag till”, sa Gisela. ”Han med tungan.”

”Precis han. Enligt Einstein går tiden inte lika fort överallt. Satelliterna flyger mycket fort, och därför går deras klockor en liten aning långsammare. Samtidigt är de långt borta från jorden, där tyngdkraften är svagare, och därför går de fortare. Sammantaget går klockorna i GPS-satelliterna ungefär 38 mikrosekunder före per dag⁶.”

”Det är ju ingenting”, sa Uwe.

”38 miljondels sekunder. Var och en av dem är trehundra meter. Om man inte korrigerade det skulle positionsberäkningen ligga flera kilometer fel redan efter en dag. Och det skulle bli värre för varje dag.”

Uwe funderade. ”Så om Einstein hade haft fel …”

”Då hade ni aldrig kommit fram till arenan”, sa KevIn.

”Det hade ibland varit bättre också.”

”Och är det här kvanta eller Einstein nu?” frågade Sabine.

”Båda”, sa läraren Demir. ”Klockan är kvantfysik. Korrigeringen är relativitetsteori. De två stora teorierna från 1900-talet, som annars inte drar särskilt jämnt, arbetar fredligt tillsammans i er GPS.”

”Som Herbert och fru Pawlowski”, sa Gisela. ”De kommer också bara överens när det bjuds på äggtoddy.”

Kallare än hos Lammers

”Finns det mer?” frågade Tobi. ”Kvanta i rymden?”

”Kvantsensorer”, sa läraren Demir. ”Det är ett stort forskningsfält just nu. Man utnyttjar hur känsliga kvanttillstånd är. Det som stör i kvantdatorn, nämligen att varje liten sak ändrar tillståndet, är i en sensor precis det man vill ha.”

”Så en qubit som hela tiden blir störd är trasig”, sa Tobi långsamt. ”Men en sensor som hela tiden blir störd är bra?”

”En sensor ska ju bli störd. Den ska märka när något förändras. Med nedkylda atomer kan man till exempel mäta pyttesmå skillnader i tyngdkraften. Ur det kan man utläsa var det finns vatten under jorden eller hur isen smälter. Det finns planer på att använda sådana sensorer i satelliter också. Och på den internationella rymdstationen finns det sedan några år ett laboratorium där atomer kyls ner till temperaturer strax över den absoluta nollpunkten⁷. I tyngdlösheten kan man observera dem längre där än på jorden.”

Ur Tobis bröstficka kom ett litet ljud som man kunde tolka som en suck.

”KevIn?”

”Nu bor atomerna inte bara kallare än jag”, sa KevIn. ”De bor dessutom i rymden.”

”Du är svartsjuk på atomer”, sa Susi.

”Jag är inte svartsjuk. Jag har bara ingen utsikt.”

Sputnik

Klockan var strax efter tio. Över kupolen stod en ljus prick som inte blinkade.

”Är det där en satellit?” frågade Gisela.

”Det där är Jupiter”, sa läraren Demir. ”Planeter tindrar inte. Stjärnor tindrar, eftersom deras ljus måste ta sig igenom vår oroliga luft som en pytteliten prick. Planeter är små skivor, där jämnar det ut sig.”

”Då har jag haft fel hela livet”, sa Gisela. ”Jag har alltid trott att den ljusaste är aftonstjärnan.”

”Ibland är det Venus. I kväll är det Jupiter. Ni hade till hälften rätt.”

”Till hälften rätt är mycket”, sa Herbert. ”Jag har för det mesta till en fjärdedel rätt.”

”Du har för det mesta noll rätt”, sa Gisela. ”Men högt.”

Hon svepte filten tätare om sig. ”När jag var tretton”, sa hon, ”sa de på radion att ryssarna hade skjutit upp något i himlen. Sputnik. Och att den pep. Grannarna var rädda. Där uppe flyger något som ryssarna har. Herr Hoffmann mitt emot sa att nu skulle de börja kasta saker uppifrån.”

”Och du?” frågade Tobi.

Gisela tittade upp mot Jupiter en stund. ”Det är en längre historia”, sa hon. ”Den har med min pappa att göra. Den ska jag berätta för er någon gång. Men inte i dag. I dag är det för fint.”

Tobi nickade. Han kände vid det här laget igen tonen som farmor sa ”inte i dag” med. Den betydde inte ”aldrig”. Den betydde ”snart, men inte förrän jag är redo”.

Läraren Demir sa bara: ”Sputnik var 1957. I oktober⁸.”

”Och sedan månen”, sa Gisela. ”1969. Jag var tjugofyra. Vi hade ingen tv. Vi gick över till Leuchtenbergs, de hade en. Mitt i natten. Halva gatan satt i deras vardagsrum. Fru Leuchtenberg hade gjort smörgåsar. Och alla tittade på en sådan där grå bild där man inte kunde urskilja någonting. Och sedan klev någon nerför stegen.”

”Kunde du urskilja något?” frågade Tobi.

”Nej. Men Heinz sa att det där är han nu. Och sedan applåderade alla. Framför tv:n. Som om de kunde höra det.”

”Kanske hörde de det”, sa KevIn. ”Inte tekniskt. Men kanske.”

”Du säger ju alltid att du bara tror på data.”

”Jag har väldigt mycket data om att människor över hela världen applåderade framför tv-apparater den natten. Det är väldigt mycket applåder. Någonstans måste de ta vägen.”

Stationen

”En sak till ska jag visa er”, sa läraren Demir och klickade vidare på projektorn. ”Tyvärr bara som bild. I kväll passar inte dess bana, den kommer först klockan fyra i morgon bitti, och då sover vi allihop. Men till hösten blir det bra kvällar igen, tidigt nog för alla.”

”Vem då?” frågade Uwe.

”ISS. Den internationella rymdstationen.”

På kupolväggen visades ett foto: en konstruktion av rör, lådor och jättestora gyllene solpaneler över en blå jord med vita moln.

”Finns det människor där inne?” frågade Gisela.

”Det finns människor där inne”, sa läraren Demir. ”Och det utan avbrott sedan november 2000⁹. Sedan dess har det alltid funnits någon där uppe. Det finns elever här i klubben som inte har upplevt en enda dag då det inte fanns någon människa i rymden.”

Tobi räknade. ”Inte jag heller.”

”Inte jag heller”, sa Susi.

”Det har jag”, sa Gisela. ”Väldigt många.”

”Vilka är där uppe?” frågade Sabine.

”Stationen drivs gemensamt av rymdorganisationerna i USA, Ryssland, Europa, Japan och Kanada”, sa läraren Demir. ”De enskilda modulerna kommer från olika länder. Besättningarna är blandade. Och så har det fungerat i över tjugo år. Också i tider när de här ländernas regeringar där nere på jorden inte alls var överens.”

”Också nu?” frågade Tobi.

”Också under svåra år”, sa läraren Demir försiktigt. ”Det är inte alltid lätt. Det finns gräl, också om rymdfarten. Men där uppe måste de dela på luften. Och vattnet. Och toaletten. Om något går sönder på en sådan station spelar det ingen roll vilket land reservdelen kommer ifrån.”

Herbert, som hittills hade varit tyst, harklade sig. ”Ryssarna och amerikanerna?”

”Ja.”

”Tillsammans i en plåtburk?”

”I över tjugo år.”

Herbert tittade länge på fotot på kupolväggen. ”Och de skjuter inte?”

”De lagar toaletten tillsammans”, sa läraren Demir. ”Det svetsar samman.”

Gisela sa ingenting. Hon tittade bara uppåt, dit där ingen station flög just nu, som om hon kunde hitta den ändå.

Det blev tyst igen. Bara teleskopet surrade när det vred sig till viloläget.

KevIn sa ingenting. I hans data fanns väldigt många krig. Fler än kåldolmar, det hade han sagt till Gisela en gång, på hennes födelsedag i trädgården. Men i hans data fanns också den här stationen. Tusentals dagar då människor från länder som inte hälsade på varandra där nere åt frukost tillsammans där uppe. Han hade alltid betraktat det som en randanteckning. Nu, i gräset vid ett observatorium i Tobis bröstficka, kändes det inte längre som en randanteckning.

”KevIn?” viskade Tobi. ”Är allt okej?”

”Jag räknar”, sa KevIn.

”På vad då?”

”Det vet jag inte än. Det är en beräkning där jag får veta resultatet först när jag tittar efter.”

Hemvägen

På parkeringen fällde Gisela ihop sin stol. Läraren Demir hjälpte henne att vika ihop filten.

”Tack för kvällen”, sa hon. ”Och för ringarna.”

”Tack för gruvhögen”, sa läraren Demir. ”Idén med markstationen behåller jag.”

”Min pappa”, sa Gisela, ”sände radiosignaler så att de ena visste var de andra var. Så att de hittade varandra.” Hon tvekade. ”För att skjuta, för det mesta. De där uppe sänder också så att de hittar varandra. Men inte för att skjuta.”

Läraren Demir visste inte vad han skulle säga till det. Han bara nickade.

I bilen var det mörkt. Uwe körde. GPS:en var på, fast Uwe hittade. Sabine lutade huvudet mot rutan. Herbert snarkade i baksätet, mellan Gisela och Tobi, och mumlade något om ”plåtburk” i sömnen.

”KevIn”, sa Uwe efter en stund. ”Hur många mikrosekunder var det nu igen? Med satelliterna?”

”Ungefär 38 om dagen.”

”Och om man inte korrigerar dem hamnar man någon helt annanstans.”

”Flera kilometer fel. Lite mer för varje dag.”

Uwe tittade ut på den mörka vägen. ”Det är som med sanningen, eller hur? Om det bara är lite som inte stämmer varje dag, och ingen korrigerar. Då hamnar man till slut någon helt annanstans.”

Det blev tyst i bilen. Till och med Herbert slutade snarka en stund.

”Uwe”, sa Sabine. ”Har du läst en bok i smyg?”

”Jag har tänkt efter.”

”Det är ju ännu värre.”

KevIn sa ingenting. Han sparade meningen i sin minnesfunktion, under ”Komplimanger, äkta”, fast det egentligen inte var någon komplimang. Det fanns bara ingen bättre mapp.

Hemma visade termostaten 19 grader. Gisela gick inte och lade sig direkt. Hon satte sig fem minuter till i trädgården, på sin stol, och tittade uppåt. Det drog ingen station förbi. Men hon tittade ändå.