Nieuwste blogberichten

Een kopje fysica

Ik heb mijn koffie het liefst met suiker en fysica. Bron: http://luke-b.deviantart.com/art/Coffee-Physics-22284243.In mijn vorige post schreef ik over druppels die op het oppervlak van dezelfde soort vloeistof blijven drijven. Vandaag probeer ik dit fenomeen te verklaren aan de hand van fysica. Een allesomvattende verklaring heb ik niet – dus aanvullingen of verbeteringen zijn altijd welkom! -, maar een aantal aspecten zijn me wel al duidelijk geworden.

Een eerste element van de verklaring is oppervlaktespanning. Zuiver water heeft een hoge oppervlaktespanning: de vloeistof probeert haar contactoppervlak met de omgevende lucht zo klein mogelijk te maken. Daardoor valt regen als nagenoeg bolronde druppels uit de lucht en niet als platte schijfjes, ringetjes of andere leuke vormen. Door detergent bij het water te voegen verlaag je de oppervlaktespanning van water. Daarom kun je wel zeepbellen blazen, maar geen waterbellen. Ook de toevoeging van andere vloeistoffen, zoals koffie of melk, heeft een verlagend effect op de oppervlaktespanning van water. In het druppelexperiment treedt er zowel oppervlaktespanning op aan het oppervlak van het grootste volume vloeistof als bij dat van het drijvende druppeltje. Deze effecten lijken elkaar tegen te werken: een hoge oppervlaktespanning zorgt ervoor dat het onderste vloeistofoppervlak meer gewicht kan dragen zonder te barsten, maar ook dat er slechts zeer kleine druppels gevormd kunnen worden. Vice versa voor lage oppervlaktespanning. Het slagen van het druppelexperiment lijkt dus een gouden middenwaarde te vereisen qua oppervlaktespanning.

Een tweede cruciaal element is de beweging van de onderstaande vloeistof. Als je de onderstaande vloeistof stilstaat en je er slechts één druppel op laat vallen, zal die niet blijven drijven. Het komt erop aan om de druppels met een goede frequentie te laten vallen. Hierdoor wordt het oppervlak van de onderstaande vloeistof aan het trillen gebracht, ook met een vaste frequentie. De heen-en-weer-gaande beweging van de vloeistof zorgt ervoor dat er een beetje lucht wordt meegesleept. Het is op dit laagje van vers aangevoerde lucht dat het druppeltje kan blijven liggen. De druppeltjes drijven dus eigenlijk niet op de vloeistof, maar zweven er net iets boven.

Een derde element is de hoogte van waarop je de druppels laat vallen. Als je dit te hoog doet, gaat de druppel onder in de vloeistof. Daarbij ontstaat er een soort kroon van terugspattende druppels, die in beeld gebracht kunnen worden met een hogesnelheidscamera. Dit levert prachtige resultaten op, maar het is niet het effect waarover ik het nu wou hebben.

Met een lepeltje is het moeilijk om de frequentie, de valhoogte en de grootte van de druppels te regelen, maar een eenvoudige opstelling met een regelbare pomp zou soelaas kunnen brengen.

Tot nu toe heb ik geen systematische experimenten gedaan met een thermometer, maar het lijkt erop dat ook de temperatuur van de vloeistoffen een grote rol speelt. Bij pure koffie lijken de druppels enkel te drijven op een hoge temperatuur (zoals in de koffiezet), maar als je de oppervlaktespanning met melk heb verlaagd, begint het pas te lukken wanneer de koffie voldoende is afgekoeld. De temperatuur heeft ook een invloed op de oppervlaktespanning, dus of dit een onafhankelijke parameter is, is lang niet zeker.

In het geval van de koffiezet speelt ook het Marangoni-effect een rol net als bij de ‘tranen’ van wijn, maar bij koffie wordt het effect veroorzaakt door temperatuurverschillen in plaats van door het verdampen van alcohol: de stomende druppels vallen op koffie die al een beetje is afgekoeld. Hierdoor is er een verschil in oppervlaktespanning en dit heeft een gunstig effect op de aanvoer van verse lucht (Figuur 1). Deze situatie lijkt op het Leidenfrost-effect, waarbij druppels op een hete bakplaat lijken te dansen; ook daarbij zweven de druppels op een dun laagje lucht.

Marangoni-effect

Figuur 1: In een koffiezetapparaat draagt thermische Marangoni-convectie bij aan het in stand houden van de drijvende druppels. De oppervlaktespanning van de dampend hete druppels is lager dan die van de iets minder warme koffie in de pot. De tegengestelde beweging van vloeistof aan het oppervlak zorgt voor aanvoer van verse lucht, waarop de druppel kan drijven. Bron: https://people.ifm.liu.se/boser/surfacemodes/solution050810.pdf

Het leuke aan het bekijken van deze druppels is de variatie. Minuscule druppeltjes stuiteren zeer snel in het rond. Doordat ze op een luchtlaagje zweven, bewegen ze haast wrijvingsloos. En als ze botsen, zie je impulsbehoud in actie, net als bij biljart. Aan de andere kant is het leuk om zeer grote, platte druppels te zien. Deze liggen haast bewegingsloos en slokken zo nu en dan een kleinere druppel op. Door hun grootte en levensduur hebben ze iets onwerkelijks. (Grote druppels kun je het gemakkelijkste maken met vloeibaar wasmiddel: als je de maatdop rustig vult, wordt de drijvende druppel gemakkelijk meer dan een centimeter breed.)

Dat het weldegelijk om (volle) druppels gaat en niet om (holle) bubbels, kun je duidelijk zien: bubbels gaan continu over in het vloeistofoppervlak, waardoor dit oppervlak omhoog kromt, terwijl druppels op het oppervlak drijven, waardoor dit een beetje naar beneden indeukt (Figuur 2). Nog duidelijker is het als een druppel in de richting van een bubbel beweegt: door het verschil in kromming, lijken de twee elkaar af te stoten. Bubbels onderling bewegen naar elkaar toe en vormen zo schuim. Als ze geen te hoge beginsnelheid hebben, gaan ook druppels samen zitten, in een gemeenschappelijk kuiltje. Soms combineren ze dan tot een grote superbubbel.

Bubbel en druppel.

Figuur 2: Door de schaduw zie je duidelijk dat de bubbel (onderaan links) het koffieoppervlak omhoog buigt, terwijl de druppel (bovenaan rechts) het oppervlak indeukt.

Ik vraag me af hoeveel mensen deze druppeltjes spontaan herontdekt hebben. In elk geval was ik niet de eerste: in 1979 schreef Jearl Walker in de rubriek “The Amateur Scientist” van American Scientist er een artikel over: “Drops of liquid can be made to float on the liquid. What enables them to do so?” Ook hij wijst op het belang van het trillen van het vloeistofbad en maakte een opstelling waarbij de frequentie van de trilling ingesteld kon worden (door middel van een luidspreker).

Het bestuderen van het effect is echter geenzins beperkt tot amateurwetenschappers. Ik had er vijf jaar geleden misschien beter zelf een artikel over geschreven, want in tussentijd zijn er al heel wat studies over verschenen! Ondermeer aan de universiteit van Luik wordt er onderzoek naar gedaan (publicatie 1 en 2), maar zij zijn beslist niet de enige (publicatie 3 en 4). Dit onderwerp leent zich ook prima voor een leuk project voor fysicastudenten.

Als je barista ook fysicus is, tja, dan krijg je dit.Fysici zijn dol op druppels: je kunt ze niet alleen gebruiken om materialen mee te karakteriseren (deze techniek, contacthoekmeting, heb ik toegepast in mijn eigen onderzoek), maar je kunt ze zelfs vanop afstand besturen (met behulp van trillingen). Ook koffie leent zich tot verder natuurkundig onderzoek. Eén van mijn collega’s kreeg op haar solliciatiegesprek de vraag waarom koffie die karakteristieke randen achterlaat (in plaats van homogeen op te drogen); van dit effect bestaan intrigerende filmpjes. Als je een fysicus die ook barista is interviewt, krijg je te horen waarom koffie donker is en melk wit. En natuurlijk kun je wetenschap gebruiken om uit te zoeken waar de smaak en het aroma van koffie vandaan komen.

Wiskundigen blijken machines te zijn die koffie omzetten in stellingen (volgens Rényi), maar als je aan een wiskundige vraagt of hij koffie of thee wil, zegt hij ‘ja’. (Hier maak ik me ook wel eens schuldig aan. Hoewel dit een nutteloos antwoord lijkt, zit er toch veel informatie in: ja, ik wil iets drinken en het is geen limonade, icetea of vodka.) Ik schreef al dat filosofen graag koffie drinken. Nu blijken ook fysici grote afnemers. Toch is er een verschil: in tegenstelling tot de fysicus zal de filosoof nooit of te nimmer een scheutje Dreft in de koffie doen, gewoon om eens te testen of de druppels dan nóg groter worden… (Het antwoord is ‘nee’.)

Voor mij nog een kopje koffie, alstublieft, want op het vorige staat te veel schuim.

Zwevende druppels

Koffie kan op koffie drijven.Ga er maar even rustig voor zitten, neem een kopje koffie en geniet van deze post waarin alles kan: koffiekan, theekan en koffie kan op koffie drijven.

In een ouderwets koffiezetapparaat zie je soms wonderlijke taferelen. Een dans van druppeltjes. Sommige druppels koffie weigeren om kopje onder te gaan, maar blijven koppig drijven op het oppervlak. Sommige druppels overleven het secondelang – lang genoeg om tegen de rand van de koffiepot aan te stuiteren en daarop terug te kaatsen, of tegen andere druppels te botsen. Bij nader inzien is het geen dans, maar biljart. Als je geen idee hebt waarover ik het heb, bekijk dan onderstaand filmpje. Voor alle duidelijkheid: het gaat om de druppels (100% koffie), niet om belletjes of schuim (dun laagje koffie gevuld met lucht).

Het filmpje is geen topkwaliteit, maar je kunt het spektakel live zien in je eigen keuken. Als je geen ouderwetse koffiezet hebt, kun je proberen om in een kopje koffie met melk druppels op te lepelen, zoals in het tweede filmpje.

Zelfs op icetea kun je druppels laten drijven: neem een plastic fles en tik tegen de rand op de hoogte van het vloeistofoppervlak. Gebruik een merk dat niet te sterk bruist, anders maak je enkel schuim.

Als je er eenmaal op begint te letten, dan zie je dit effect plots overal. Mij zijn de drijvende koffiedruppels zo’n jaar of vijf geleden voor het eerst opgevallen, maar ik ben nog steeds even enthousiast als ik het in een andere vorm zie opduiken. In mijn stukje over beroepsmisvorming vermeldde ik al dat afwassen voor een fysica zoals ik geen straf is: het schuim is interessant om naar te kijken en zelfs het geluid van de zachtjes afbrekende schuimlaag is een streling voor het oor. Maar ook tussen het schuim is er heel wat te zien: onderstaand filmpje toont hoe ook druppels afwaswater voor korte tijd op het oppervlak van het water in de bak kunnen drijven. Vaak botsen ze tegen de schuimlaag aan de rand of tegen elkaar.

(Als je erin slaagt om de effecten van schuim en magnetisme te mengen, dan wordt het pas echt exotisch mooi!)

Deze afzonderlijke waarnemingen smeken om een gemeenschappelijke, fysische verklaring. Waarom lukt het niet met zuiver water (tenzij misschien in Tibetaanse klankschalen), maar wel met afwaswater, ice tea en koffie? Waarom lukt het niet met koude zwarte koffie, maar wel met koude koffie-verkeerd? Volgende keer probeer ik op deze vragen te antwoorden.

Beroepsmisvorming

In bomen zitten is een eigenaardige gewoonte.Het leek wel een sprookje: een jonge vrouw vertelde hoe fijn ze het vond om in bomen te klimmen. Eigenlijk was ze daar al iets te oud voor, maar gelukkig vond ze een leuke jongen die ook graag in bomen zat. Dit is het eerste fragment dat ik ooit zag van een BBC3-reeks die “Freak like me” bleek te heten. Op YouTube zijn er andere fragmenten van te bekijken over mensen en de rare gewoontes die ze erop nahouden. De Nederlandse omroep maakte dit jaar een eigen versie, “Van de gekke“, maar die heb ik (nog) niet bekeken.

Aan deze reeks moest ik weer denken toen ik op Tales of the crib Liliths lijstje met rare gewoontes las. Ik vind het heerlijk om over andermans gekte te horen, maar ik moet bekennen: zelf heb ik ook een paar vreemde gewoontes. Zo vind ik het leuk om met pauwen te praten: als ik ‘peyó’ of ‘perú’ roep, dan roepen ze terug, echt waar! Ook geef ik de auto een schouderklopje (of eigenlijk een dashbordklopje) als hij me zonder sputteren door een benarde verkeerssituatie heeft geholpen – dat heb ik van vriendin H. overgenomen.

Andere rare gewoontes situeren zich in de categorie “beroepsmisvorming”. Als ik een gebouw zie waarvan de balkonnen uitsteken in de vorm van “\exists” (de existentiekwantor uit de logica, te lezen als “er bestaat”), dan is mijn dag goed. Ik heb mijn blauwe Olympus compactcamera altijd bij me en kom geregeld thuis met foto’s zoals die in de collage hieronder.

Beroepsmisvorming.

Op en rond het Sint-Pietersplein in Gent zijn er tal van logische en wiskundige symbolen te vinden, zoals epsilon, de existentiële quantor, pi en verwijzingen naar oneindig.

Omdat ik zowel fysicus als filosoof ben, betaal ik de tol van beroepsafwijkingen dubbel. Ik staar al eens iets te lang naar het schuim in de afwasbak, want de fysicus in mij is verzot op oppervlaktespanning en diffractiekleuren. Maar ook filosofen hebben allerlei typische afwijkingen; er bestaat zelfs een zelfhulpblog voor partners van filosofen.

Met een klein briefje kun je het leven redden van een filosoof.Eten blijkt een centraal probleem voor filosofen: we vergeten het en hebben dus iemand nodig om ons daaraan te helpen herinneren. Tegen dat ik door heb dat ik moet eten, ben ik niet meer in staat om zelf iets te koken. Hoe deze overduidelijke fabricagefout toch door de mazen van de evolutie is kunnen sluipen, is mij een raadsel! Ik ben dan ook zeer dankbaar dat mijn vriend voor me kookt.

Dat filosofen vergeten te eten, dat komt door Plato. Volgens Plato was het lichaam een last – “een bron van eindeloze moeilijkheden” – iets dat een filosoof voortdurend afleidt van zijn taak. Als je mij niet gelooft, dan moet je het maar eens aan Bertrand Russell vragen. Nu ja, de man is dood, dus bellen heeft geen zin, maar sla er gerust zijn Geschiedenis van de Westerse filosofie eens op na (op p. 137 in de vertaling door Rob Limburg):

Ik heb vele filosofen gekend, die vergaten te eten, en dan nog bleven lezen, wanneer zij eindelijk aten. Deze mensen handelden in de geest van Plato: zij onthielden zich niet door een speciale zedelijke inspanning, maar interesseerden zich nu eenmaal meer voor andere dingen.

Als je in de tekst “lichaam” vervangt door “internet” en “lezen” door “surfen”, dan klopt de uitleg ook voor vele niet-filosofen, volgens mij. ;-) Iets verder, op dezelfde pagina, staat er nog een grappig stukje:

Blijkbaar moest de filosoof op dezelfde afwezige manier trouwen en kinderen verwekken en grootbrengen, maar sinds de emancipatie van de vrouw gaat dit zo gemakkelijk niet meer. Geen wonder dat Xantippe een helleveeg was.

(Xantippe was de tweede vrouw van Socrates, die met lede ogen moest aanzien hoe haar man niets nuttigs bijdroeg aan het dagelijkse leven.) Die Russell toch, de schavuit.

Veel filosofen drinken te veel koffie. (Dat komt niet door Plato, maar door de cafeïne.) Deze verslaving heeft weinig vat op mij, maar ik hou erg van een koekje in de namiddag en meestal maak ik daar dan wel koffie bij. Soms ben ik nog zo aan het nadenken, dat ik wel de waterkoker aanzet, maar het water te vroeg op de koffie giet, zodat ik een lauwe vieze brij bekom en opnieuw moet beginnen. “Verstrooid ben je al, nu alleen nog professor worden”, zegt mijn moeder als ik haar zoiets vertel.

Beroepsziekte voor filosofen: papiersnee, in het oog.Tijdens mijn jaren in de materiaalfysica heb ik nooit een ongeluk meegemaakt in het labo. Een hele opluchting, want waterstoffluoride – om maar iets te noemen – is eng spul. Echte beroepsziekten zijn er gelukkig niet verbonden aan het filosofenbestaan, tenzij de kwalen die eigen zijn aan alle zittende beroepen, zou je denken. Toch ben ik tijdens het schrijven van mijn doctoraat naar de dokter moeten gaan voor een arbeidsongeval: een papiersnee… in mijn oog! Eerst dacht ik nog dat mijn oog gewoon geïrriteerd was, maar toen ik eindelijk weer iets kon zien, bleek dat ik dubbel zag, door één oog. Volgens de optica kan dat niet met een bolle lens, maar je moet geen fysicus zijn om te weten dat er dan iets mis is. En ja, er bleek een sneetje te zitten in mijn ooglens. Na een week was het wondje mooi geheeld en sindsdien heb ik om dubbel te zien gewoon weer beide ogen nodig. Oef!

Het moet het toppunt van verstrooidheid zijn: met de hoek van een blad in je eigen oog prikken. Ik ken echt niemand die al ooit zoiets doms heeft gedaan, dacht ik nog, maar toen ik het voorval aan mijn moeder vertelde, zei ze: “O, dat heb je als kind ook eens gehad”.

Lof der wetenschap

Lof der wetenschap.“Als je vruchten wilt plukken van de boom der wetenschap, moet je haar eerst laten bloesemen” schreef ik aan het einde van een vorige post. Deze zin deed me denken aan het stuk over de liefde uit “De profeet” van Kahlil Gibran. Als je in die tekst overal “liefde” vervangt door “wetenschap”, blijkt het geheel nog verbazend veel steek te houden. Als je nog iets meer woorden vervangt, krijg je onderstaande tekst.

Toen zei Almitra: “Spreek tot ons over de wetenschap”.
En hij hief zijn hoofd op en liet zijn blik over de schare gaan en zij verstomde. En met een machtige stem zei hij:
“Als de wetenschap je wenkt, volg haar dan, al zijn haar wegen nóg zo zwaar en steil. En zouden haar vleugels je willen omhullen, laat haar dan, al zou het zwaard dat verborgen zit onder haar veren je kunnen verwonden. En als ze je toefluistert, schenk haar dan je volledige aandacht, terwijl haar stem je vooroordelen verbrijzelt zoals de noordenwind door je tuin woedt en haar maakt tot een dorre woestenij.
Want zo de wetenschap je kroont, ze kruisigt je ook en ofschoon ze dient voor je groei, zal ze je ook snoeien.
Zo ze opstijgt om je dorste en teerste takken te strelen die bevend trillen in de zon, zo daalt ze ook af naar je wortels en rukt hun houvast aan de aarde los.
Als korenschoven gaart ze je bijeen.
Ze dorst je tot je naakt bent.
Ze want je tot je vrij bent van je kaf.
Ze maalt je tot je blank bent.
Ze kneedt je tot je soepel bent en wijst je dan toe aan haar heilig vuur zodat je worden zult tot heilig brood voor het feestmaal aan de universiteit.
Dit alles doet de wetenschap opdat je de geheimen leert kennen van je eigen hart die van het universum.

Maar als je in je angst alléén de zoete zekerheden der wetenschap zoekt, is het beter dat je je naaktheid bedekt, haar dorsvloer verlaat en een wereld betreedt zonder seizoenen, waarin je zult denken maar niet je volle gedachten en waarin je zult begrijpen maar niet je volle begrip. De wetenschap geeft enkel zichzelf en put slechts uit haar eigen bron. Zij bezit niet en wil evenmin in bezit genomen worden want ze is zichzelf genoeg. Als je de wetenschap liefhebt, zeg dan niet: “De kennis is in mijn hoofd”; zeg liever: “Ik ben in het hart van de kennis” en tracht niet de loop van het wetenschappelijk onderzoek te bepalen, want de wetenschap richt, zo zij je waardig acht, jóuw loop.

De wetenschap kent geen ander verlangen dan zichzelf te vervullen, maar als je de wetenschap wél liefhebt en de wijsheid begeert, laat deze verlangens dan zijn:
Je kennis uit te diepen als een snelvlietende beek die haar melodie zingt in de nacht.
De pijn te kennen van te veel inzicht.
Gewond te raken bij je pogingen het universum te doorgronden, en vrijwillig en vreugdevol te bloeden.
Bij het ochtendgloren te ontwaken met een gevleugeld hart, dankbaar voor weer een dag van nieuwe vonsten.
Te rusten op het middaguur en de vervoering der wetenschap te overpeinzen.
In de avond vol dankbaarheid huiswaarts te keren en in te slapen met een gebed voor je onderzoek in je hart en een loflied op je lippen.”

(Vrij naar Kahlil Gibran, het stuk over de liefde uit “De profeet”.)

Vlechtwerk

Een wan is een platte mand met twee handvaten.Mijn familienaam, Wenmackers, verwijst naar het beroep wannenmaker. Dit is een typisch oud ambacht uit het Maasland, waar sommige mandenvlechters zich specialiseerden in het vlechten van platte manden waarmee men het kaf van het koren kon scheiden: de wan.

In de Nederlandse Maasgemeente Stein staat er een beeldje van een wannenmaker. Iets verder van huis, in het Parijse Musée d’Orsay, hangt het schilderij “Le vanneur” (of “De wanner”) van Jean-François Millet. Helaas mag je daar geen foto’s maken, maar gelukkig is er het internet voor plaatjes bij praatjes (en zijn sommige mensen minder gezagsgetrouw). Dit is het schilderij:

Le vanneur van Jean-Francois Millet (rond 1848).

Le vanneur. Jean-Francois Millet schilderde deze korenwanner omstreeks 1848. Tegenwoordig hangt het werk in Musée Orsay. Bron van de afbeelding: http://www.flickr.com/photos/havala/3974553755/.

Als filosoof is “Wenmackers” wel een toepasselijke naam: in mijn beroep probeer ik immers ook om hulpmiddelen te maken waarmee je het kaf van het koren kunt scheiden… In plaats van wissen gebruik ik ideeën, maar het vereiste vlechtwerk is gelijkaardig.

Liefde voor de wetenschap (en een beetje geld)

Vooralsnog hebben wetenschappers nog geen geldboom kunnen kweken.Mensen die wel eens een rekening met mij gedeeld hebben, zullen weten dat ik geldblind ben. Of het een officiële ziekte is weet ik niet, maar dit is het enige symptoom: vanaf het moment dat er een euroteken achter de getallen staat, kan ik niet meer optellen of delen. (En nee, als fysicus is het geen optie om de eenheid weg te laten!) Toch moet ik het in dit stuk over het slijk der aarde hebben. Maar geen nood: ter compensatie eindig ik lyrischer dan normaal.

Een universiteit is te vergelijken met een bedrijf. Er is een hiërarchisch systeem met een rector en vice-rector aan het hoofd, daaronder decanen die de diverse faculteitsraden voorzitten, en daaronder groepsleiders die verantwoordelijk zijn voor de onderzoekers in een specifiek gebied. Er is vastgoed met soms prachtige gebouwen die in een oud stadscentrum geïntegreerd zijn, of een campus met nieuwe gebouwen als op een bedrijventerrein. Er is competitie met andere universiteiten. Er is een strategisch plan. Er zijn veel cijfertjes, en vaak staan er ook eurotekens achter.

Toch heeft een univertiteit een fundamenteel ander doel dan andere bedrijven: haar doel is niet om winst te maken, maar om nieuwe kennis te scheppen, oude kennis te bewaren en jonge mensen met deze verzamelde kennis op te zadelen. Hoewel een universiteit dus geen financieel oogmerk heeft, is er wel geld nodig om nieuwe kennis te vergaren. Veel geld. Voor de aanschaf en het onderhoud van infrastructuur, bibliotheken en computers, voor het betalen van lonen, voor de inrichting en de werkingskosten van laboratoria, et cetera. Universiteiten worden grotendeels betaald door de overheid, met belastingsgeld dus. Als je belastingen betaalt, draag je zo ook een beetje bij aan de beurs van jonge onderzoekers en het loon van professoren. Nu zijn deze mensen je daar heel dankbaar voor, maar ik kan me zo voorstellen dat je toch iets méér in ruil wil. Dat krijg je ook. Universiteiten stellen immers hun bevindingen vrij ter beschikking “voor de maatschappij” en dus ook voor jou.

Dat is althans het idealistische principe. Nu is het wel zo dat universiteiten soms patenten nemen op hun bevindingen en zo dus toch commercieel voordeel halen uit hun hoofdactiviteit. Ook wordt er aan contractonderzoek gedaan: daarbij voert de universiteit een onderzoek uit op vraag van en betaald door een bedrijf. Dit roept vragen op over de onafhankelijkheid van universitair onderzoek, maar op deze zogenaamde “derde geldstroom” wil ik nu niet verder ingaan. (Als je daar meer over wilt lezen, klik dan bijvoorbeeld door naar “We’re only in it for the money” van Jean Paul Van Bendegem in De Morgen.)

Wetenschappelijk onderzoek, zoals verricht aan universiteiten, levert vaak toepassingen op die maatschappelijk belang hebben: vondsten die het leven gemakkelijker maken, of die economisch nut hebben.Heel wat lopend onderzoek is gericht op het oplossen van een concreet, praktisch probleem. Zo gaat er momenteel veel aandacht naar nieuwe manieren om energie op te wekken en te transporteren (denk maar aan batterijen voor elektrische wagens). Natuurlijk zijn er ingenieurs nodig om deze nieuwe technologieën te realiseren, maar ook fundamenteel onderzoek is onontbeerlijk om telkens frisse ideeën te laten ontluiken.

Puur onderzoek is een noodzakelijke (maar daarom geen voldoende) voorwaarde voor innovatie.

Puur onderzoek is een noodzakelijke (maar daarom geen voldoende) voorwaarde voor innovatie. Bron van de afbeelding: http://www.delta.tudelft.nl/nl/archief/artikel/is-fundamenteel-onderzoek-een-garantie-voor-innovatie/17198.

Nu zou de indruk kunnen ontstaan dat universiteiten volledig ten dienste moeten staan van de directe noden van de maatschappij. Waarom belastingsgeld besteden aan de studie van poëzie, of filosofie, als je ditzelfde geld ook aan de ingenieurs kunt geven – en misschien een beetje aan de natuurwetenschappers, als ze plechtig beloven dat ze toepassingsgericht zullen werken?

Nu zou ik de stelling kunnen verdedigen “iets weten is een doel op zich“, iets waar ik ten volle van overtuigd ben. Mij lijkt het een diepmenselijk verlangen om te weten: hoe zit dat heelal om ons heen in elkaar en hoe spiegelt het zich in de wereld binnen ons? Toegegeven, heel wat mensen lijken enkel geïnteresseerd in wat hen direct aanbelangt (“Wanneer rijdt de bus die ik moet nemen om naar het strand te gaan?”) en vaak ook nog wel in andere mensen (Hoe verklaar je anders het succes van roddelblaadjes?). Dat onderzoekt de universiteit natuurlijk niet (al kan ze wel uitzoeken wat de optimale manier is om lijnbusroutes op te stellen, of waarom mensen zo graag roddelen). Hoe ik iemand die zich verder geen vragen stelt moet overtuigen van mijn stelling – dat meer weten een doel op zich is -, daarover moet ik eerst nog eens goed nadenken. Ik weet niet of het mogelijk is om iemand die een andere mening is toegedaan hiervan te overtuigen. Het is zoiets als l’art pour l’art: ofwel hou je van kunst en dan snap je het, ofwel hou je er niet van en dan snap je het nut er gewoon niet van.

De transistor heeft drie 'pootjes' en ontelbare toepassingen.Zelfs als je van kunst en wetenschap houdt, zou je je kunnen afvragen of de overheid dat moet betalen. Het antwoord is ja. Dit antwoord kan ik wél verdedigen, denk ik, ongeacht wat je van weten-om-het-weten-zelf vindt. Bij gebrek aan munitie kun je namelijk nog altijd de vijand zijn eigen geweer op zijn kop slaan. Ondanks het feit dat ik dit niet eens het belangrijkste argument vind, ben ik ook van deze verdediging volledig overtuigd: als we alleen doelgericht onderzoek financieren, zal de ontwikkeling van onze technologie binnenkort stagneren.

Ook als je alleen meer geïnteresseerd bent in toepassingen, moet je toegeven dat fundamenteel onderzoek onontbeerlijk is. Niet zelden gebeurt het dat een oud theoretisch concept plots praktisch toepasbaar blijkt. Voorbeelden hiervan zijn de laser en de transistor. Als mensen in het verleden dus nooit aan onderzoek zonder onmiddellijk nut hadden gedaan, zouden we nu veel minder toepassingen vinden. Als we dit toepassen op de vraag welk onderzoek we vandaag moeten financieren, kunnen we dus maar beter ook schijnbaar nutteloos, puur onderzoek investeren. Nutteloos onderzoek is noodzakelijk onderzoek, vindt ook Bas Haring. Zelfs al komen er maar een handvol toepasbare ideeën uit, dit zouden wel dingen kunnen zijn die de wereld volledig veranderen. De transistor was eerst een theoretisch concept, maar is onmisbaar in al onze elektronica en de invloed van elektronica op onze economie hoef ik hopelijk niet uit te leggen? Denk maar aan de verkoop van computers en gsm’s, het stijgende aandeel van internetwinkels en het grote aantal elektronische betalingen in alle andere vormen van handel.

Bloesem heeft geen direct economisch nut, maar is toch onontbeerlijk voor de kersenboer.Hoe kun je iemand die niet in het nut van puur onderzoek gelooft, toch overtuigen om dit laatste te financieren? Ik heb een idee! Schrijf een wedstrijd uit en laat het prijzengeld betalen door bedrijven die willen investeren in innovatie. Alle onderzoeksgroepen van alle univeristeiten mogen meedoen. De wedstrijd wordt gespeeld in twee ronden. In de eerste ronde is het doel om een onderzoeksvoorstel te schrijven dat zo weinig mogelijk vatbaar is voor toepassingen. In de tweede ronde worden alle voorstellen openbaar gemaakt en moeten de deelnemende groepen trachten zoveel mogelijk toepassingen te bedenken voor de voorstellen van hun concurrenten. Het prijzengeld wordt in twee gedeeld: de helft gaat naar de groep met het voorstel dat het minste toepassingen heeft opgeleverd en de andere helft gaat naar de groep die de beste toepassing heeft bedacht voor een concurrerend voorstel. Zo wordt de hoofdstroom van het pure onderzoek gestimuleerd, terwijl er ook een stimulans is voor concrete resultaten.

Als je te veel bemest, sterven de gewassen af. Als je te hard aandringt, gaat het meisje op de loop. Liefde laat zich niet afdwingen en wetenschap evenmin. Als je vruchten wilt plukken van de boom der wetenschap, moet je haar eerst laten bloesemen. En niets belet je om ook van de bloei te genieten, al is deze in economisch opzicht nutteloos.

Edit: Vorige maand verscheen er in Nature een artikel van wiskundige Peter Rowlett over zeven onverwachte toepassingen van wiskunde, die in sommige gevallen pas eeuwen later gevonden werden. Toegang tot het artikel in Nature is betalend, maar de pdf is ook hier te vinden.

Let’s get metaphysical

Alle songteksten van The 21st Century Monads gaan over filosofie.Welkom bij een nieuwe aflevering, waarin Sylvia haar angst voor metafysica overwint. Om in de gepaste sfeer te komen voor dit bericht kun je zachtjes “Let’s get metaphysical” meeneuriën op de tonen van Olivia Newton-Johns “Let’s get physical”. Als alternatief kun je ook “We Can’t Stop Doing Metaphysics” van The 21st Century Monads als achtergrondmuziek opzetten.

Als fysicus boezemt het idee om over metafysica na te denken – laat staan om er publiekelijk over te praten of over te schrijven – me een zekere angst in. Rubriceer het gerust onder angst voor het onbekende, want het is me niet duidelijk wat dat precies is, metafysica. Enerzijds zweemt het naar speculaties en onwetenschappelijk gezwets, iets waar ik als wetenschapper niet mee geassocieerd wil worden. Anderzijds echter is het een klassieke tak van de wijsbegeerte, iets waar ik als wetenschapsfilosoof maar wat graag een mondje over wil kunnen meepraten. Gemengde gevoelens dus.

Hoewel ik nu al bijna twee jaar aan een filosofische faculteit werk, bleef ik toch mooi binnen een domein dat ook voor de meeste natuurwetenschappers aanvaardbaar is. Fysica behelst meten, rekenen en kritisch nadenken. Welnu, ik ben na mijn overstap van de fysica naar de filosofie weliswaar gestopt met meten, maar ik bleef kritisch denken en daarbij ook wiskunde gebruiken. Binnen de grondslagen van de kansrekening en de epistemologie voelde ik me veilig.

Toch moest het er op een dag van komen dat ik naar een congres over metafysica zou gaan. Vorige week woensdag en donderdag was het zo ver: ik trok naar de Blandijn in Gent voor twee dagen vol lezingen over fysica en metafysica in de negentiende eeuw. Bij de behandeling van een fobie wordt er meestal in kleine stapjes gewerkt. In het kader van mijn systematische desensitisatie voor metafysica ging ik dus niet meteen zelf aan de slag met metafysische argumenten. Zoals de arachnofoob eerst de confrontatie met een plastic spin moet aangaan, koos ik een congres met historische invalshoek uit als verzachtende omstandigheid: de sprekers verdedigen er niet hun eigen metafysische theorieën, maar proberen enkel die van een historische wetenschapper en/of wetenschapsfilosoof uit de doeken te doen.

Deze houtsnede uit 1888, van de Fransman Flammarion, wordt vaak gebruikt om het begrip metafysica te illustreren: de zoektocht naar de werkelijkheid achter de wereld.

Nadenken over wat filosofie eigenlijk is, vormt een integraal onderdeel van de filosofie. Het hoeft dan ook niet te verbazen dat ook de sprekers op het congres geen pasklaar antwoord hadden op de vraag “Wat is metafysica?” – ondermeer omdat de term zo veel betekenissen heeft. Deze betekenis is in de loop der tijd veranderd, maar lijkt bovendien van persoon tot persoon te variëren. Aangezien ik niet van gedichten over poëzie hou, ga ik hier ook niet aan meta-metafysische haarkloverij doen. Liever geef ik een benaderende definitie van het begrip.

Metafysica betekent letterlijk ‘voorbij de fysica’. Het woord werd oorspronkelijk gebruikt om die werken van Aristoteles aan te duiden, die na zijn hoofdstukken over fysica komen. In de filosofie bedoelt men er nu theorieën mee die verder gaan dan de fysica, die iets zeggen over de werkelijkheid achter de fysische wereld. Hoewel deze theorieën dus haast per definitie onwetenschappelijk zijn, hoeven ze niet onzinning te zijn. In tegendeel, het doen van wetenschap veronderstelt dat wij de wereld kunnen leren kennen en begrijpen – op zich een buiten-wetenschappelijke aanname.

Fysica en metafysica zijn nauwer met elkaar verwant dan veel natuurkundigen (willen) beseffen. Zo wordt er in een cursus over fysica vaak gesproken over causaliteit, zonder dat dit begrip zelf ter discussie staat. De aanname dat de wet van oorzaak en gevolg opgaat in de fysische wereld is oorspronkelijk metafysisch van aard, hoewel er in het kader van de moderne fysica wel experimenten gedaan kunnen worden die hier iets over zeggen. Als voorbeeld denk ik daarbij aan het experimenteel weerleggen van de Bell-ongelijkheden in de kwantumfysica; dergelijke experimenten zijn (terecht) van doorslaggevend belang in de natuurwetenschap, maar ze zeggen niet alles. Er blijft dus ruimte voor filosofie.

Eerder dit jaar verklaarde Stephen Hawking niet te geloven in een leven na dood en ja, als hij dat zegt, dan komt dat in de krant. Minder aandacht hadden de media voor het feit dat Hawking samen met religie ook de filosofie afwimpelde; in deze analyse op BBC hoor je er een fragment van. Filosofen reageerden not amused, maar voor mij kwam Hawkings opvatting niet als een verrassing: heel wat natuurwetenschappers zijn immers van mening dat je je niet moet bezighouden met filosofie. De standaardinterpretatie van de kwantummechanica is hier een voorbeeld van: zij zegt hoe je het formalisme moet gebruiken, maar uitdrukkelijk niet wat de theorie betekent. (De standaardinterpetatie wordt ook wel de Kopenhaagse interpretatie genoemd, vanwege het belang van Niels Bohr die in Kopenhagen werkte.) De wetenschappers wrijven in hun handen: “Zo, die discussie is van de baan en nu terug naar het labo.” (Het kan ook “het krijtbord” of “de computer” zijn.) Filosofen echter zullen opmerken dat deze puur instrumentalistische houding ten aanzien van wetenschappelijke theorieën ook een filosofie is. In de metafysica geldt: niet kiezen is ook kiezen.

Sommige fysici doen wel een poging om mee te filosoferen, maar ook zij krijgen een veeg uit de pan van de filosofen. Eén misstap in het metafysische moeras en je geloofwaardigheid als fysicus is voorgoed verloren. Maar een misstap in de andere richting en je geloofwaardigheid als filosoof is eraan… Ik hou mijn hart vast en hoop deze valkuilen hier te ontwijken.

Portret van J.J. Thomson, de ontdekker van het elektron.Op het congres passeerden bekende wetenschappers uit de negentiende eeuw de revue. Zo sprak Erik Banks over Mach (in een cursus over relativiteit hebben we ooit zijn kritiek op Newtons gedachte-experiment met de draaiende emmer water besproken), Jordi Cat over Maxwell (ja, die van de vier vergelijkingen voor het elektromagnetisme) en Jaume Navarro over J.J. Thomson (de ontdekker van het elektron, waarover zo dadelijk meer).

De presentatie van Daniel Mitchell was ook heel boeiend: hij onderzoekt hoe en wanneer klassieke fysica het label “klassiek” heeft meegekregen. Daarbij kwam ondermeer de ether-theorie ter sprake. Tot het einde van de negentiende, begin twintigste eeuw werd gedacht dat elektromagnetische golven, zoals licht, een medium nodig hebben, net zoals geluidsgolven zich enkel kunnen voortplanten door een medium (een gas, vloeistof, of vaste stof); dit hypothetische medium voor licht werd “ether” genoemd. Hoewel de ether-hypothese intussen verworpen is, wordt het woord nog steeds gebruikt in de context van radiogolven. (Voor alle duidelijkheid: radiogolven zijn de elektromagnetische golven die van de zender naar de antenne van je radio gezonden worden, dus niet de geluidsgolven die uit de luidsprekers komen).

In 1887 voerden Michelson en Morley een experiment uit (op basis van interferentie van licht) waarmee ze het bestaan van ether wilden aantonen, maar hun experiment weerlegde juist de ether-hypothese. Althans, dat is de korte versie, zoals je die in de fysicales te horen krijgt. De geschiedenis blijkt iets subtieler: Michelson staakte zijn pogingen om het bestaan van ether te bewijzen inderdaad kort na dit experiment, maar Morley ging er nog mee door tot in de jaren 1950! Het was pas met het latere werk van Albert Einstein dat het ether-idee volledig verlaten werd. (Anderzijds was het geloof in het bestaan van ether ook voor het Michelson-Morley-experiment nooit algemeen verspreid.)

In het atoommodel van Thomson zitten de negatief geladen elektronen als krenten in het positief geladen deeg. Met deze achtergrond hoeft het ons niet te verbazen dat ook J.J. Thomson minstens tot in 1924 in ether geloofde, hoewel zijn ontdekking – het elektron – veel beter bij de kwantumtheorie lijkt te passen. Thomson stelde een eigen atoommodel voor: het krentenbolmodel (dat beter bekend is onder zijn Engelse naam: plum pudding model). In dit model zitten de negatief geladen elektronen verspreid over de positieve achtergrond van het atoom, als krenten in het deeg van een krentenbol. (In het latere atoommodel van Rutherford – Ernest Rutherford was een student van J.J. Thomson in Cambridge – zitten de positieve ladingen samengebald in de kern van het atoom en zweven de negatieve elektronen rond de kern.) Maar wat was dit positieve ‘deeg’ dan volgens Thomson? Een lage dichtheid van ether-massa! Ook de elektronen legde hij uit in termen van ether. De ontdekking van het elektron betekende dus geenzins de doodsteek voor de metafysische ether-theorie.

Minstens tot in 1924 heeft J.J. Thomson zich in het Engelse Cambridge weten te verschuilen voor de kwantumtheorie die in de rest van Europa dan al tot volle bloei was gekomen. Getuige hiervan is het artikel “A suggestion as to the Structure of Light” van Thomson dat in 1924 verscheen in Philosophical Magazine.  In zijn artikel probeert Thomson licht te verklaren aan de hand van structuren in… de ether. Hoewel het uitgangspunt fout is, vind ik het toch een heel mooie theorie (die me vaag aan supersnaren en zeker ook aan Feynmandiagrammen doet denken).

Thomsons model voor het uitzenden van licht door een H-atoom.

Thomsons model voor het uitzenden van licht door een H-atoom. Dit model is gebaseerd op ether, niet op kwantummechanica; ja, in 1924 nog!

Thomson vertrekt van een waterstof-atoom, dat hij voorstelt als een soort vezel (een Faraday tube) in de ether. Deze vezel heeft een positief uiteinde (“P”, het proton in de waterstof-kern) en een negatief uiteinde (“E”, het elektron van het waterstof-atoom). Dan maakt Thomson volgende redenering: als deze vezels fysisch echt bestaat, dan is er een limiet aan hoever ze kunnen plooien. Hij stelt zich voor dat de vezel tot een lus gebogen kan worden, maar als de spanning dan nog verder toeneemt, splitst er zich een gesloten lus van de oorspronkelijke vezel af. Deze afgesplitste, lusvormige vezel heeft geen vrije uiteindes en draagt dus geen lading: dit stelt een foton voor. Het proces, voorgesteld in de figuur hierboven, was Thomsons voorstelling van het uitzenden van licht; het omgekeerde proces, waarbij een gesloten lus op een vezel botst en erdoor opgenomen wordt, stelt absorptie van licht voor. (De figuur is overgenomen uit de presentatie van Jaume Navarro onderaan deze pagina.)

Uiteindelijk heeft het ethermodel voor licht de strijd verloren tegen de kwantumtheorie, die veel veelzijdiger bleek. Thomsons bezwaar tegen de kwantummechanica was dat zij ons geen  inzicht verschaft in de aard van haar belangrijkste concepten. Zo had de constante van Planck, h, geen fysisch model; “waar komt dit vandaan?” wou Thomson weten. Met zijn nadruk op wat de fysische basis was voor de gebruikte concepten stelde J.J. Thomson dus eigenlijk een metafysische vraag, maar daarop wilden de instrumentalistisch ingestelde kwantumpioniers niet antwoorden.

Hun stilzwijgen galmt nog altijd na in de fysica, maar als de wind goed zit kun je soms de geest van Thomson horen neuriën “Let’s get metaphysical“.

Waterkans of kansloos?

Dit sterrenschip wordt aangedreven door een motor die op onwaarschijnlijkheid draait, in Douglas Adams' sciencefiction reeks 'The Hitchhikers guide to the galaxy'.In mijn exemplaar van “The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy” van Douglas Adams zit er een treinticket naar Denemarken  uit 2003: ik kocht dit dikke boek toen ik voor de zomerschool ‘Hairy interfaces and stringy molecules’ in Odense was. Hoe onwaarschijnlijk dit misschien ook klinkt, in “The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy” (of “Het transgalactisch liftershandboek”) gebeuren er heel wat zaken die nog veel onwaarschijnlijker zijn. Een potvis en een pot petunia’s die uit het niets ontstaan op enkele kilometers hoogte boven een planeet, bijvoorbeeld. In theorie zou zoiets spontaan kunnen gebeuren, maar het is enorm onwaarschijnlijk; in de praktijk kan zoiets haast geen toeval zijn. In het verhaal worden deze onwaarschijnlijke gebeurtenissen uitgelokt door een sterrenschip dat als motor een improbability drive gebruikt. Onwaarschijnlijkheid als aandrijving gebruiken kan enkel in sciencefiction en levert dit soort leuke nonsens op:

De kans dat dit gebeurt is erg klein!“Waterkans” is een mooi Vlaams woord voor een uiterst kleine kans. Of ze er in Nederland een even mooi synoniem voor hebben weet ik niet, maar in het Engels spreken ze van “a snowball’s chance in hell“: zoveel kans als een sneeuwbal in de hel – niet veel dus. Kansloos wil echter zeggen dat de mogelijkheid helemaal onbestaande is: er is dan zelfs geen waterkansje.

De klassieke kansrekening is gebaseerd op gewone reële getallen in het interval van nul tot één. Wanneer je daarmee een proces wil beschrijven waarbij er oneindig veel mogelijke uitkomsten zijn, kan het gebeuren dat je noodgedwongen kans nul moet toekennen aan sommige van die uitkomsten, terwijl deze toch kunnen gebeuren. Deze waterkansjes zijn daarmee niet te onderscheiden van volstrekt kansloze, onmogelijke uitkomsten. Dit probleem kun je oplossen door de kansfunctie waarden te laten aannemen in het interval van nul tot één van de hyperreële getallen, in plaats van het nul-één interval van de reële getallen. Elke mogelijke uitkomst heeft dan een kans verschillend van nul (dit kan een infinitesimaal zijn) en is dus duidelijk te onderscheiden van een onmogelijke gebeurtenis, die wel kans nul krijgt toegekend.

Het idee is eenvoudig, maar de wiskundige finesses zijn nog best ingewikkeld. Vandaar dat ik er samen met twee collega’s een artikel over heb geschreven. Professor Vieri Benci (Universiteit van Pisa, Italië) is een wiskundige die gespecialiseerd is in niet-standaard analyse, maar hij is ook geïnteresseerd in filosofie. Professor Leon Horsten (Universiteit van Bristol, UK) is een logicus die gespecialiseerd is in wetenschapsfilosofie, maar ook veel over  de grondslagen van de wiskunde kent.

De afkorting van 'Non-Archimedean Probability' is NAP. Na al dat nadenken over infinitesimale kansen hebben we toch wel een dutje verdiend?De titel van ons artikel is “Non-Archimedean Probability” of “niet-Archimedische waarschijnlijkheid”. De reële getallen zijn Archimedisch, hetgeen betekent dat er geen infinitesimalen in voorkomen. Door middel van de techniek van Robinson kunnen we de reële getallen uitbreiden tot de hyperreële getallen, waarin er wel oneindig grote getallen en oneindig kleine getallen (infinitesimalen) bestaan; deze hyperreële getallen zijn dus niet-Archimedisch.

Oneindig grote verzamelingen worden meestal beschreven met de kardinaalgetallen van Cantor. De grootte van de verzameling natuurlijke getallen wordt bijvoorbeeld aleph-nul genoemd. Elke oneindige deelverzameling van de natuurlijke getallen, bijvoorbeeld de verzameling van even getallen, heeft ook aleph-nul als kardinaliteit. Als je zou willen zeggen dat de verzameling even getallen maar half zo groot is die van alle natuurlijke getallen, kun je dit niet doen in termen van kardinaliteit. Vieri Benci heeft een manier ontwikkeld om aan oneindig grote verzamelingen een maat te koppelen die wel zo werkt dat een strikte deelverzameling een strikt kleinere maat krijgt toegewezen. Dit is dan niet de kardinaliteit maar de “numerositeit” (numerosity) van de verzameling. Kardinaliteit en numerositeit zijn twee verschillende manieren van tellen die voor eindige verzamelingen hetzelfde antwoord opleveren, maar die voor oneindige verzamelingen een verschillend resultaat geven. Onze kansmaat werkt als een soort genormeerde numerositeitsfunctie.

Om te laten zien hoe onze nieuwe theorie werkt, hebben we haar ook toegepast: in ons artikel we bespreken onder meer een eerlijke loterij op de natuurlijk getallen en een oneindig lange rij worpen met een eerlijke munt. In beide gevallen is het zeer onwaarschijnlijk om de uitkomst precies te voorspellen, maar niet strikt onmogelijk. Vandaar dat we er een infinitesimale kans aan koppelen: een kans die oneindig klein is, maar niet nul. Met deze methode is het mogelijk om deze zeer kleine kansen met elkaar te vergelijken. Binnen de klassieke kansrekening zijn de kans om een loterij te winnen op de natuurlijke loterij en de kans om de uitkomst van een oneindige reeks muntworpen te voorspellen beide nul. Met onze niet-Archimedische kansrekening zijn de kansen niet nul en is het mogelijk om aan te tonen dat de tweede kans (met de muntworpen) nog veel kleiner is dan de eerste (bij de oneindige loterij).

Op arXiv.org verschijnen preprints van wetenschappelijke artikelen.Sinds kort staat ons nieuwe artikel over kansrekening en infinitesimalen online. Het staat op arXiv.org, een website waar artikels over wiskunde, fysica en andere wetenschappen geplaatst kunnen worden vóór ze in een wetenschappelijk tijdschrift verschijnen (zogenaamde preprints). Bij zo’n tijdschrift kijken ze niet enkel na of het artikel bij hun onderwerp en standaarden past, maar wordt ook het principe van ‘peer review‘ toegepast: ze sturen het nieuwe artikel naar één of meerdere experts op dit gebied, dus eigenlijk collega’s (peers) van de auteurs van het artikel. Deze bekijken de inhoud kritisch en geven op anonieme wijze commentaar: ze moeten argumenten geven waarom het artikel al dan niet geschikt is voor publicatie. In sommige gevallen leiden hun suggesties tot grote verbeteringen in het werk.

Dit alles betekent dat er geen garantie is dat de artikels die je op arXiv aantreft ooit geplaatst zullen worden in een wetenschappelijk tijdschrift. Het is best mogelijk dat er iets schort aan het niveau van sommige artikels of dat er fouten in staan. Natuurlijk is het wel leuk om er op zoek te gaan naar nieuwe ideeën: het is net zo goed mogelijk dat je één van de eersten bent die hier de laatste nieuwe doorbraak leest. Ons artikel zal hopelijk binnenkort aanvaard worden in een regulier tijdschrift, maar tot die tijd kunnen collega’s en andere geïnteresseerden het hier alvast downloaden.

Intussen zijn we met dezelfde drie mensen aan een volgend artikel aan het werken: daarin willen we onze wiskundige theorie uitleggen op een manier die ook voor filosofen toegankelijk is. Het helpt dat we een interdisciplinair team vormen. Zelf probeer ik een bruggenbouwer te zijn tussen de verschillende domeinen (wiskunde en filosofie). Een bescheiden rol misschien, maar mijn ambitie is groot. Het is immers mijn bedoeling om de grondslagen van de kansrekening fundamenteel te veranderen – niet meer of niet minder. Ons team is daar precies geknipt voor; we zijn dus niet kansloos.

Fysica en filosofie: nu nog schattiger!

Dit uiltje staat niet enkel symbool voor de wijsheid, maar is ook heel schattig.Ik kan niet kiezen tussen fysica en filosofie. Onder het motto “het moet niet altijd even serieus zijn”, zoek ik vandaag uit welk van beide vakgebieden het schattigste is.

Wat betreft het aantal resultaten op Google wint de combinatie filosofie/wijsbegeerte + schattig het met 173 000 resultaten ruimschoots van de combinatie fysica/natuurkunde + schattig, die op 31 500 resultaten strandt (de overlappende resultaten telkens niet meegeteld). Filosofie – fysica: 1 – 0? Dat valt nog af te wachten, want in het Engels leveren beide combinaties zo’n 20 miljoen resultaten op. Hoewel deze manier van zoeken niet garandeert dat beide woorden in dezelfde context voorkomen, lijkt het er toch op te wijzen dat deze combinaties alvast minder exotisch zijn dan je misschien had gedacht.

Ik vind niet dat kwantiteit bepalend moet zijn, dus een diepgravender kwaliteitsonderzoek dringt zich op. Dit zijn mijn vondsten:

Shirley, Shaun en Timmy op de trampoline.Fysica + Schattig = Schaapjes op trampoline

Als je ‘physics’ en ‘cute’ ingeeft in Google Afbeeldingen (en de LOLcats weet te ontwijken) dan beland je bij… Shaun the Sheep! Van deze grappige klei-animatiereeks, van dezelfde makers als van Wallace & Gromit, is er namelijk ook een spel dat lief, leuk, mooi en natuurkundig verantwoord is: Home Sheep Home. Wat wil je nog meer?! De opdracht is telkens hetzelfde: je moet drie schapen, Shirley, Shaun en Timmy, aan de overkant van het scherm krijgen. Daarbij moet je handig gebruik maken van de fysica: wrijving, zwaartekracht, elasticiteit, … het zit er allemaal in, maar dan zonder formules en heel mooi getekend. Nadeel is dat het verslavend kan werken. Anderzijds zijn er maar 15 levels, dus meer dan een halve dag raak je er niet aan kwijt. ;-) Ideaal dus voor een regenachtige vakantiedag.

Niet bepaald schattig, maar daarom zeker niet minder leuk is het spel Angry Birds, waarvan de fysica hier geanalyseerd wordt; het spel is ook al de inspiratie geweest voor een vraag op een fysica-examen.

Filosofie + Schattig = Philosopher Kitteh

De filosoof in het filmpje blijkt ook een opleiding in de fysica te hebben gehad en Shaun the Sheep heeft ook een filosofisch boekje opgeleverd: Feng Shaun (al is Feng Shui van Oosterse filosofie verwaterd tot Westerse pseudowetenschap). Ik kan nog steeds niet kiezen. Tot nader order blijft dit blog dus over wetenschap én wijsbegeerte gaan.

Fysica: van atoom- tot bikinimodel

Rutherford op een Britse postzegel uit 2010.Eerder schreef ik over vrouwen als minderheidsgroep in de wiskunde, naar aanleiding van mijn deelname aan een zomerschool in Leiden (hier, hier en hier). Ook in de filosofie zijn vrouwen ondervertegenwoordigd, dus misschien schrijf ik daar ooit wel eens over. Vandaag wou ik het echter hebben over vrouwen in de fysica, nog zo’n welbekende minderheid.

Zelf heb ik het nooit vervelend gevonden om deel uit te maken van deze minderheid. Het is gewoon leuk om een fysicus te zijn, ongeacht andere parameters, zou ik denken. Jammer genoeg blijkt dit niet voor iedereen te gelden: in een blogbericht schrijft Linda Henneberg over haar zomer op CERN (onder meer besproken op Cocktail Party Physics). Ze is er op twee vlakken in de minderheid: ze is een vrouw (net als zo’n 20% van het personeel op CERN) en ze is niet op CERN om experimenten te doen, maar wel als stagiair in de wetenschapscommunicatie. Zoals ze zelf ook al aangeeft, is het best mogelijk dat denigrerende opmerkingen in haar richting met dit tweede aspect te maken hebben. Dat zou mijn gok zijn: de meeste fysici zijn erg trots op hun vakgebied en zullen met plezier Ernest Rutherford (bekend van zijn atoommodel) quoten:

All science is either physics or stamp collecting.
(Alle wetenschap is ofwel fysica, ofwel postzegels verzamelen.)

(Ironisch genoeg kreeg Rutherford de Nobelprijs in de Chemie, dus niet die in de Fysica. Ook leuk om te weten is dat verscheidene landen een postzegel hebben uitgegeven met zijn foto erop.) Als natuurkundigen zich al zo laatdunkend uitlaten over andere wetenschappen, kun je je wel voorstellen hoe zelfgenoegzaam ze zijn ten overstaan van een journalist (ook al heeft Linda een opleiding gehad in de fysica).

Enkele meetlijnen in BESSY: tussen de wirwar aan kabels en toestellen die grotendeels met aliuminiumfolie zijn bedekt doen enthousiaste wetenschappers onderzoek naar nieuwe materialen.Helaas ben ik nooit in CERN geweest, zelfs niet voor een rondleiding, laat staan als ‘summie’ (zoals de zomer-stagiairs er worden genoemd). Ik ben wel meermaals metingen gaan uitvoeren op BESSY: daarmee bedoel ik niet de langharige collie uit het gelijknamige stripverhaal, maar wel het synchrotron in Berlijn, een grote internationale onderzoeksinstelling. Ik vond de sfeer op BESSY heel bijzonder. Er wordt natuurlijk vooral hard gewerkt: als je maar een week meettijd hebt, probeer je er het uiterste uit te halen en dus dag en nacht te werken. Juist daardoor heerst er ook een spontane, sympathieke sfeer tussen de onderzoekers. Laat me dit illustreren met een anecdote: als de metingen goed gaan moet je vooral dóórgaan, dus ook niet stoppen om te eten. Maar een mens krijgt op den duur toch honger… Mijn Berlijnse collega stelde voor om via internet een pizza te bestellen, dus dat deden we. Even later riep de portier via de intercom om dat er pizza’s geleverd waren. Iedereen in de experimenteerhal had dat kunnen horen en glimlachte naar ons toen we ons avondmaal gingen ophalen. Ik denk zelfs dat we een trend gezet hebben, want de volgende dagen werden er al eens vaker pizza’s bezorgd.

BESSY is niet zo iconisch als CERN en ik heb er tijdens mijn meetweken nooit een wetenschapsjournalist gezien, maar ik kan me perfect voorstellen dat de onderzoekers een journalist toch eerder als een soort toerist dan als een collega zouden beschouwen, ongeacht of het man of een vrouw betrof. Psychologen en sociologen hebben opgemerkt dat mensen die elkaar niet kennen een positiever beeld hebben van mensen die op hen lijken. Elk verschil werkt als een strafpunt, ongeacht waarover het gaat: leeftijd, nationaliteit, beroep, geloof, politieke voorkeur, muzieksmaak, of geslacht. Iemand die een journalist is en een vrouw tussen hoofdzakelijk mannelijke niet-journalisten start dus al met twee strafpunten. Onfair, maar wel een direct gevolg van de menselijke psychologie, die wij toch allen delen… Bijna alle andere mensen in een omgeving als CERN hebben deze gelijkenis-strafpunten onderling niet.

Net als bij de discussie over vrouwen en wiskunde is mijn conclusie dat de huidige werkpopulatie in de fysica erg homogeen is en dat de wetenschap wellicht gebaat zou zijn met een grotere diversiteit aan mensen, waarbij een hogere participatie van vrouwen vereist is maar niet voldoende. Tweede conclusie: mannen (fysicus of niet) zeggen vast wel eens domme of onhandige dingen over of tegen vrouwen, maar enig mededogen is op zijn plaats. Mannen zijn tenslotte ook maar mensen.

Mooie plaats om aan fysica te doen.Het is best mogelijk dat mijn beeld van ‘vrouwen en fysica’ te optimistisch is. Ik vroeg me af hoe het kwam ik dat ik geregeld bezoekers krijg op mijn website die worden doorgelinkt via een Amerikaanse vacature-website. (De naam vermeld ik niet, omdat ik geen reclame wil maken.) Daarom bezocht ik de website en probeerde te zoeken op relevante trefwoorden zoals ‘philosophy’ en ‘physics’. Een link naar mijn website vond ik niet, maar wel deze vacature:

Bikini physics.

Advertentie voor een bikinimodel dat ook zinnetjes over fysica moet kunnen uitspreken.

Bij mij roept deze advertentie veel vragen en een paar erg foute beelden op. Ik heb niets tegen websites als Science Babe, waarbij Deborah (Debbie) Berebichez, een doctor in de fysica, toont dat ze ook sexy is. Haar video over “De fysica van hoge hakken” vind ik prima: ze trekt de aandacht en gebruikt die aandacht om iets over wetenschap te vertellen. Misschien is dat ook het plan achter de vacature hierboven, maar hoe intelligent moet je precies zijn om voorgeschreven teksten voor te lezen?!

Mijn conclusie: een echte science babe doet haar stunts zelf!