Hoppa till huvudinnehåll

Vetenskap

Kvanthopp betar av årets Nobelskörd: ”Ett av de viktigaste och roligaste fysikpriserna hittills”

En illustration föreställande en processor i en kvantdator.
Bild: Mostphotos

Vem är årets mottagare av de naturvetenskapliga Nobelpriserna, och ännu viktigare, vilka är innovationerna och snilleblixtarna som resulterade i ett telefonsamtal från Stockholm? Och vad betyder det för dig och mig?

Det var många som hade gått och tänkt att i år måste väl Nobelpriset i medicin eller fysiologi gå till Katalin Karikó och Drew Weissman, forskarna bakom mRNA-vaccinet. Den nya, avancerade vaccinteknologin som till dags dato har getts i miljarder doser, och som obestridligt har räddat miljontals människor från att dö av Covid-19, den måste ju uppmärksammas.

Och det kommer den helt säkert att göra! Det blev bara inte i år. Det juridiska finliret bakom diverse patent och ”vem gjorde vad”, kan ta åratal i anspråk. Nobelförsamlingen måste få det exakt rätt. Så de skyndar långsamt. Helt vettigt, om man frågar mig.

Den här veckan går Kvanthopp alltså igenom årets vetenskapliga Nobelpriser. Vi börjar med måndagen den här veckan, då pristagaren i kategorin fysiologi eller medicin kungjordes.

Neandertalarnas förkämpe

Att den svenska biologen Svante Pääbo får årets Nobelpris i fysiologi eller medicin, var åtminstone för undertecknad en sympatisk och glad nyhet. Det lämnade en med ett leende på läpparna. Ett riktigt myspris.

Av många olika orsaker, faktiskt. Jag menar, alla vill ju se en ”underdog” triumfera över svåra utgångspunkter. Svante Pääbo är ett barn till en flykting, uppvuxen i en problemförort och han hade en hemlig pappa. Men Nobelpristagare blev han. Precis som farsan sin (mer om det snart).

Pääbo får alltså priset för hans ”upptäckter rörande utdöda homininers arvsmassa och människans evolution”. Och med utdöda homininer avses uttryckligen neandertalmänniskan, och vår andra kusinart, denisovamänniskan. Mycket av vår kunskap om dem har vi uttryckligen tack vare Pääbo.

Gunilla Karlsson-Hedestam, Nils-Goran Larsson ja Anna Wedell ja taustakuvassa Svante Pääbo.
Bild: Henrik Montgomery / EPA-EFE / All Over Press

Och så betydelsefull anses Pääbos insats att han får ta emot Nobelpriset som ensam mottagare. Han behöver inte dela äran – eller pengarna – med någon annan. Det är sällan vi ger priset till bara en mottagare, sade Sten Linnarsson, professor i systembiologi åt Sveriges television.

Pääbo är som sagt speciell som pristagare också i och med att han följer sin pappa i fotspåren. 1982 tilldelades Pääbos far Sune Bergström Nobelpriset i fysiologi eller medicin tillsammans med Bengt Samuelsson och britten John R. Vane för deras ”upptäckter rörande prostaglandinerna och därmed nära anknutna biologiskt aktiva substanser”.

Pappan levde dubbelliv

Men Pääbos fadersrelation var komplex, om vi uttrycker det så. Den unge Svante fick bara träffa sin pappa på lördagarna när pappan smet från sin andra familj med ursäkten att han ”skulle till jobbet”. Bergström jobbade alltså på Karolinska institutet.

Pääbo räknar hur som helst sin mamma Karin som sin främsta inspirationskälla i livet. Hon kom från Estland som flykting strax före andra världskrigets slut, före Sovjetunionens ockupation av landet.

Karin Pääbo jobbade först som städare i Kalmar, sedan som servitris i Lund, alltmedan hon lärde sig svenska. Via gymnasiet kom hon sedan in på universitetet i Lund där hon studerade botanik, kemi och zoologi. Och det var i Lund som hon träffade den redan gifta forskaren Sune Bergström – och blev med barn.

I april 1955 föddes Svante och efter några år flyttade han och hans mamma till Stockholmsförorten Bagarmossen, som på den tiden ansågs vara ett problemområde.

Svante Pääbos mamma hade egyptisk historia som specialintresse. Då Svante var tretton tog mamman med honom på en resa till Egypten. Där fattade han intresse för mumier, ett intresse som senare ledde honom till de upptäckter som nu resulterade i ett Nobelpris.

Svante Pääbo
Bildtext Svante Pääbo, ”städare” på hög nivå.
Bild: EPA-EFE/All Over Press

Svante Pääbos jobb har de facto rätt mycket gått ut på att städa. Gammalt DNA är nämligen mycket svårt att undersöka bland annat för att materialet man studerar lätt blir ”smutsigt”. Den som hanterar de gamla benen kontaminerar ofta materialet. Vilket DNA kommer från ursprungsmaterialet och vilket från någon annan som har kommit i kontakt med materialet. Det här inkluderar också bakterier och virus.

Svante Pääbo insåg tidigt att han behövde hitta rutiner och metoder för att hålla allt alldeles oerhört rent, och bygga upp sterila utrymmen som minskar risken för föroreningar.

Hans förmåga att minska risken för kontaminering bidrog till att han lyckades göra de viktiga analyserna som nu alltså gett honom årets Nobelpris i medicin eller fysiologi.

Våra kusiner från urtidens dimmor

Och så här motiverar alltså Nobelförsamlingen sitt val: ”Genom banbrytande forskning åstadkom Svante Pääbo vad ingen trodde var möjligt: kartläggning av arvsmassan från Neandertalare, en utdöd släkting till nu levande människor”, så skriver Nobelförsamlingen alltså i ett pressmeddelande.

Svante Pääbo är numera verksam vid Max Planck-institutet i Leipzig i Tyskland, och det var för deras räkning som han för första gången lyckades kartlägga arvsmassan hos neandertalmänniskan. Neandertalarna är alltså inte våra förfäder, de är snarare våra kusiner. Våra utdöda kusiner, kan man tillägga, de har inte synts till här på 30 000 år eller så.

Så småningom har Pääbo och hans forskarlag alltså kunnat visa att vår egen art, Homo Sapiens, går och bär på en klick Neandertal- DNA inom sig. Moderna europeer som du och jag har fått mellan en och fyra procent av genomet från neandertalarna. För att våra förfäder och de hade, tja, intimt samröre då det begav sig.

Homo neanderthalensis
Bildtext Neandertalarna: inte våra förfäder, men vi har dem i vårt DNA.
Bild: Matteo De Stefano/MUSE/ Creative Commons

Svante Pääbo lyckades i början av 1990-talet med bravaden att för första gången någonsin utvinna 40 000 år gammalt DNA ur en benbit från en neandertalare. Det här med hjälp av nya metoder att utvinna arvsmassa ur mitokondrierna, cellernas ”energifabriker”, som ärvs ned uteslutande på mödernet.

Tio år senare kom sedan den första kartläggningen av hela Neandertal-genomet.

Släktträdet utökas ytterligare

Men neandertalarna är alltså inte våra enda utdöda kusiner (suspekt eller hur, att det bara finns en människoart kvar...). Svante Pääbos forskning ledde också till upptäckten av en dittills helt okänd släkting, Denisovamänniskan, efter att forskarna i Leipzig hade analyserat ett fingerben från en grotta i Sibirien. Tänk! Ett enda litet fingerben och DNA:t som det innehöll!

Upptäckterna ledde oss till en helt ny förståelse av hur urmänniskan spreds ut från Afrika och befolkade världen.

– Det här är det första uppenbara nobelpriset för evolution, säger Sten Linnarsson, professor i systembiologi, till Sveriges Television. Och det är väl i så fall på tiden, eller hur?

Idag har Svante Pääbos pionjärarbete givit upphov till en helt ny forskningsgren, paleogenomiken. Hans upptäckter används rutinmässigt av forskare över hela världen som försöker förstå hur människan utvecklats till de vi är i dag, och hur vi har kommit hit.

Skallen på rad.
Bildtext Den långa vägen ut ur Afrika.
Bild: I-Wei Huang / Alamy/All Over Press

Pääbo själv reagerade väldigt svenskt på den glada nyheten.

– När vi ringde Svante Pääbo blev han blev tyst. Hans första ord var oj, sade Klas Kärre, ledamot i Nobelkommittén.

– Jag trodde att det var ett skämt från mina kollegor, säger Pääbo i en intervju för Dagens Industri.

– Men sedan lät det lite för allvarligt, och då sjönk det in för mig.

Pääbo säger att han och hans kolleger har varit väldigt lyckligt lottade över att få jobba med det här. Det är inte helt enkelt att övertyga dem som sitter på pengarna om vikten av att få göra kartläggning av arvsmassan från neandertalare som kan ta fem eller tio år.

– Men här (på Max Planck-institutet) fick vi det stödet.

Vad Pääbo ska använda prissumman på tio miljoner kronor till, det har han inte hunnit tänka på.

– Kanske ska jag renovera sommarhuset i Sverige, säger han.

Fysikpriset: En hommage till vår konstiga verklighet

Också veckans andra naturvetenskapliga Nobelpris, fysikpriset, som kungjordes i tisdags, var ett riktigt feelgood-pris om man frågar mig. I år var det kvantmekanikens tur att uppmärksammas. Och det är mycket mer än feelgood: Det här är ett av de viktigaste och roligaste fysikpriserna hittills, sade Nobelhistorikern Gustav Källstrand till Sveriges television. Det är lätt att hålla med.

Med pionjärer som Planck, Bohr och Heisenberg och de övriga i spetsen, är kvantmekaniken teorin om det riktigt lilla. Vi snackar om atomernas inre liv.

Men den verkar också i det stora: kvantmekaniska processer ligger bakom kraften som verkar i stjärnornas hjärtan och får dem att producera energi och lysa.

Nobelpristagarna i fysik på en stor skärm.
Bildtext Årets fysikpris delas lika av Alain Aspect från Frankrike, John F. Clauser från USA och Anton Zeilinger från Österrike.
Bild: Jonas Ekströmer/EPA-EFE/All Over Press

Också saker mitt emellan stjärnor och atomer styrs av kvantmekaniken. Din dator, till exempel. Och din brödrost. Faktum är att det var just det här som kvantmekaniken ursprungligen utvecklades för: att förklara varför riktigt heta saker och ting glöder med ett rött sken.

Och Nobelpriset i fysik tilldelas alltså i år till en forskartrio för forskningen kring kvantmekanikens kraft.

Priset går till John F. Clauser från USA, Alain Aspect från Frankrike och Anton Zeilinger från Österrike.

Fenomenet som gav Einstein gråa hår

Enligt Nobelförsamlingen har var och en av de tre ”gjort banbrytande experiment med sammanflätade kvanttillstånd, där två partiklar hör ihop i en enhet även när de är separerade. Med sina resultat har de berett vägen för ny teknologi byggd på kvantinformation”, står det i motiveringen.

Årets pristagare har koncentrerat sin forskning på ett specifikt område av kvantmekaniken som kallas kvantsammanflätning eller kvantintrassling. Ett fenomen som gav självaste Albert Einstein gråa hår.

Einstein hör ju själv faktiskt till kvantmekanikens pionjärer, även om hans namn snarare brukar kopplas till den konkurrerande stora teorin, relativitetsteorin.

Men Einstein var alltså också hemma i kvantfysiken, även om han inte trodde att flera av dess slutsatser var korrekta. ”Gud spelar inte tärning”, Einsteins berömda uttalande, handlar uttryckligen om kvantmekaniken.

Einsteins mest kända invändning mot kvantmekaniken gick till rullorna som Einstein-Podolsky-Rosen-paradoxen. Och vad går den ut på då? Tja, vi måste backa några steg här.

Albert Einstein näyttää valokuvaajalle kieltä.
Bildtext ”Kvantmekanik? Blä!”
Bild: Granger/Shutterstock/All Over Press

Einsteins speciella relativitetsteori säger alltså att ingenting kan färdas snabbare än ljuset. Inte heller information. Om någonting händer vid punkt A så kan den som befinner sig vid punkt B inte veta om det fortare än den tid som det tar för ljuset att nå punkt B.

Till exempel: om punkterna A och B ligger på 300 000 kilometers avstånd från varandra, då tar det en sekund att skicka ett meddelande mellan dem med ljusets hastighet. Fortare går det inte. Punkt. Det kallas lokalitetsprincipen.

Utom att det här inte tycks gälla för kvantmekaniken, läran om det riktigt lilla, det som händer på atomnivå. Elementarpartiklarna har vissa egenskaper som inte riktigt har några direkta motsvarigheter i den stora världen. Man talar om kvanttillstånd. En sådan egenskap kallas spinn.

Schrödingers katt

Men det är nu det blir konstigt - och intressant. En elektrons spinn kan till exempel befinna sig i två olika tillstånd samtidigt, upp respektive ned. Det här kallas superposition. Det är det här som Schrödingers berömda katt symboliserar.

Det är inte förrän man mäter elektronens spinn som den tycks ”bestämma sig” för vilket spinn den har. Man talar om att partikelns kvanttillstånd kollapsar.

Och grejen är alltså att två partiklars kvanttillstånd kan sättas i synk med varandra. De blir då kvantsammanflätade eller intrasslade. Då kommer ändringar av endera partikelns tillstånd omedelbart att medföra att den andra partikelns tillstånd också ändras. Utan något som helst dröjsmål. Hur långt ifrån varandra partiklarna än befinner sig. Också om den ena är i Antböle och den andra i Alfa Centauri.

Shcrödingers katt enligt karikatyrist.
Bildtext Schrödingers katt, det stackars djuret som har blivit symbolen för kvantfenomenen där saker och ting både är och inte är samtidigt.

Och det här borde ju inte vara möjligt. Det är en paradox – Einstein-Rosen-Podolsky-paradoxen, som sagt. Einstein kallade det för ”spöklik fjärrverkan”, spooky action at a distance. Det är någonting som vi missar här, som förklarar hur de två intrasslade partiklarna tycks ha telepatisk kontakt med varandra.

Men oavsett Einsteins protester så är det så här som det går till på riktigt. 1964 påpekade den nordirländske fysikern John Bell i teoremet som bär hans namn att ”nä hördu Albert, så här är det helt på riktigt”.

Och årets Nobelpris i fysik går alltså till forskarna som gjorde det hårda fotarbetet för att bevisa att det faktiskt är sant. Einstein hade fel, för en gångs skull. Verkligheten är just så vrickad som den verkar.

”Hur konstig verkligheten än ter sig”

Flera experter har sagt att 2022 års fysikpris är ett av de viktigaste priserna inom fysiken hittills. Det är en stark bekräftelse av kvantfysiken och att kvantfysikens beskrivning av världen verkar hålla streck, hur konstig den än ter sig för både forskarna och för gemene man.

Det här är ett pris som länge har hängt i luften. Det har inte handlat OM det här ska få pris utan NÄR. Också jag har gått och väntat på när det ska ske. Och svaret på den frågan blev alltså 2022. Och pristagarna är alltså John F. Clauser från USA, Alain Aspect från Frankrike och Anton Zeilinger från Österrike.

Porträtt av den österrikiske fysikern Anton Zeilinger.
Bildtext Anton Zeilinger, en av årets nobelister i fysik, är ett stort fan av författaren Douglas Adams. Han har döpt sin segelbåt till ”42”.
Bild: www.godany.com

Men vad har jag att hämta ur allt det här, kanske du frågar. Tja, med tiden kommer det hela att ge oss revolutionerande ny teknik som kvantdatorer och snabbare och säkrare sätt att förmedla information. Men det lär oss också ödmjukhet i form av insikten att vår värld inte fungerar riktigt som vi upplever den utan att kvantvärlden är speciell. Att det som är lite emot vårt sunda förnuft oundvikligen är sant.

Kemipriset och ”legoklossarna” i medicinens tjänst

Onsdagen var kemisternas dag. Kvanthopp vill även gratulera Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal och Karl Barry Sharpless som delar på årets Nobelpris i kemi för att de har utvecklat ett funktionellt sätt att bygga molekyler. Klickkemi kallas det, lite som legoklossar som klickar samman med varandra, fast med molekyler.

Ett särskilt grattis till Barry Sharpless som nu kammar hem sitt andra Nobelpris, det första fick han 2001. Utöver Sharpless är det bara fyra personer som har fått Nobelpriset två gånger: Frederick Sanger, Linus Pauling, John Bardeen och, sist men inte minst, Marie Curie.

Årets kemipris handlar i ett nötskal om behovet av att bygga stora och komplicerade molekyler. Inte minst inom läkemedelsindustrin behöver man på konstgjord väg kunna återskapa naturliga molekyler med läkande egenskaper.

Tre män sitter vid ett skrivbord. I bakgrunden en powerpoint som visar vinnarna av Nobelpriset i kemi.
Bildtext Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal och K. Barry Sharpless delar på årets Nobelpris i kemi.
Bild: EPA-EFE/All Over Press

Nobelkommittén beskriver hur de tre vinnarna gjort det svåra enkelt. De har lagt grunden för en funktionell form av kemi som de kallar för klickkemi. Upptäckten gör att man kan få molekylära byggstenar att snabbt och effektivt snäppa i varandra. Som sagt, lite som legoklossar.

– Årets kemipris handlar om att inte krångla till det så mycket utan i stället utgå från det lätta och enkla, säger Johan Åqvist, ordförande i Nobelkommittén för kemi .

Ett praktiskt exempel på vad det handlar om: Carloyn Bertozzi har skapat klickreaktioner som fungerar inuti levande organismer – utan att störa cellernas vanliga kemi. Hennes upptäckter har bland annat lett till effektivare cancerläkemedel, som nu testas i försök på patienter.

Där hade vi alltså dem, årets vetenskapliga Nobelpristagare. Ett stort grattis från Kvanthoppredaktionen!

Mer om ämnet på Yle Arenan