Shuffleboard og kjemi!

Kjemisk Institutt har fått shuffleboard i inngangen sin. Det kan gi overraskende innsikt i vårt fag, eller en kjærkommen avveksling fra kjemistudiene. 

Bildet kan inneholde: lys, verden, tre, gulvbelegg, gulv.

Bli med på shuffleboard!

Med vårt nyanskaffede shuffleboard strategisk plassert ved inngangen på instituttet er det ikke utenkelig at vi kan få en og annen syrlig kommentar: hva har liksom shuffleboard og spill med kjemi å gjøre? Hører ikke sånt hjemme på brune puber og casinoer? Støter du på en slik skeptiker kan du gjerne invitere de med på en runde, og dreie samtalen lett innom noen av spillets brede kontaktflater mot kjemifaget.

Vi har mange kloke hoder bak dørene på instituttet vårt, og om du finner rette døra kan du helt sikkert få svar på hvorfor nettopp den ideelle blandingen av silikagel og nøtteskall vi finner i shuffleboardpulveret gir så god friksjonsreduksjon. Bak en annen dør finner du garantert forklaringen på hvordan man kan lage overflaten så jevn at ikke ett eneste støvkorn kiler seg fast, eller hvorfor silikonsprayen ikke bør brukes innendørs. 

La oss regne på det:) 

Selv vet jeg ikke så mye om alt dette, men jeg kan derimot fortelle deg at beregningskjemikere allerede hadde utviklet velfungerende kode for å simulere shuffleboard (vel, åpenbart ikke til det spesifikke formålet da) så tidlig som på 50-tallet. Modellen kan faktisk spores helt tilbake tilbake til James C. Maxwell, som i 1860 publiserte sin “Illustrations of the dynamical theory of gases.—Part I. On the motions and collisions of perfectly elastic spheres”. Og joda; det er nettopp her han presenterer det kjemistudenter i dag kjenner som Maxwell-Boltzmann fordelingen. Men hva har egentlig perfekt elastiske kuler med shuffleboard å gjøre?

Teoretikere liker ofte å studere forenklede modeller, og fra disse forutsi eksperimentelle utfall. Noen slike modeller har analytiske løsninger, som kjemikeren Lars Onsagers løsning på den todimensjonale Ising-modellen. Andre modeller kommer kun med den forenklingen at de er billige å regne på, og derfor egnet for simulering. 

Perfekt elastiske kuler er nettopp en slik enkel modell. Kulene vekselvirker utelukkende gjennom kollisjoner hvor den totale bevegelsesmengden og kinetiske energien er bevart, og det å avgjøre hvorvidt en kollisjon forekommer eller ikke kan enkelt bestemmes fra kulenes avstand og radius. 

Derfor er det ikke så overraskende at vi blant verdens første simuleringsstudier av kjemiske systemer finner nettopp hard-kule modellen, hvis tilstandsligning ble beregnet på computeren MANIAC av Marshall og Arianna Rosenbluth ved Los Alamos på begynnelsen av 50-tallet.[1] Arbeidet var basert på den banebrytende Monte-Carlo metoden (var det noen som nevnte casino?), som i dag brukes rutinemessig innen beregningskjemi.

Det gir ikke så mye mening å snakke om kuler i to dimensjoner, så om vi reduserer dimensjonaliteten på hard-kule modellen til to kaller vi det gjerne heller for “hard-disk modellen”. Du innser nok nå at dette like gjerne kunne vært kalt shuffleboard-modellen; pucker som friksjonsløst beveger seg i to dimensjoner, og kun vekselvirker gjennom perfekt elastiske støt. Disse modellene var blant de første til bruk for å simulere termodynamikk i gass- og væskefase, faseoverganger, og grunnleggende størrelser for å tallfeste slikt.

Shuffleboardet vårt kan altså brukes til mye. Det kan gi spennende kjemisk innsikt, eller kanskje en kjærkommen avveksling fra kjemistudiene. Det lar deg studere vekselvirkninger mellom både puck-puck, menneske-puck, og ikke minst menneske-menneske. Noen ganger er det siste det viktigste.

[1] Rosenbluth, M. N., & Rosenbluth, A. W. (1954). Further results on Monte Carlo equations of state. The Journal of Chemical Physics, 22(5), 881-884.

Av Audun Skau Hansen
Publisert 4. feb. 2022 10:28 - Sist endret 4. feb. 2022 10:32
About-image

Denne bloggen

Professor Steven Ray Wilson er utdanningsleder på Kjemisk Institutt, Universitetet i Oslo. Steven er veldig glad i jobben sin, da han får samarbeide med engasjerte studenter og verdensledende forskere, alt på en gang. Steven er også en prisvinnende foreleser, og spiller i rockeband på fritiden.