Tag Archief: radio

Onzekerheidsprincipe

Het onzekerheidsprincipe binnen en buiten de kwantummechanica

Vandaag was acteur Aron Wade te gast bij “De bende van Annemie”, een programma op Radio 1. De studiogast mag aan het einde een vraag stellen en dan bellen ze iemand op. Aron Wade is gefascineerd door wetenschap, van planeten tot de microkosmos. Deze “kennisjunky” wilde graag meer weten over het onzekerheidsprincipe van Heisenberg en de redactie belde mij met deze fijne vraag. Ik plaatste het fragment op YouTube, zodat je het hier kan herbeluisteren. (De hele uitzending is – vandaag althans – hier te herbeluisteren; het item begint om 1u43min.)

Note to self: minder vaak ‘eigenlijk’ zeggen bij interviews. ;-)

Dit leek me een goede gelegenheid om ook een blogstukje te schrijven over dit onderwerp. Hier gaan we.

Wat is het onzekerheidsprincipe van Heisenberg?

Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg is een onderdeel van de kwantummechanica, dat is de fysica die we nodig hebben om de wereld op kleine schaal te beschrijven. Het onzekerheidsprincipe zegt dat in een kwantumtoestand sommige combinaties van eigenschappen niet tegelijk volledig bepaald kunnen  zijn. Het is in 1927 gepubliceerd door Werner Heisenberg, één van de natuurkundigen die de kwantummechanica mee ontwikkeld hebben. Hij kreeg trouwens ook de Nobelprijs voor Natuurkunde voor zijn bijdragen in 1932.

Natuurkundigen spreken over de onzekerheidsrelaties, meervoud dus, omdat er verschillende koppels van grootheden zijn waarvoor er zo’n fundamentele limiet bestaat op hoe nauwkeurig beide tegelijk bepaald kunnen zijn. De bekendste is die voor positie en snelheid (eigenlijk impuls), maar er is bijvoorbeeld ook een onzekerheidsrelatie over energie en tijd.

Hoe kunnen we ons dit voorstellen?

Om dit goed te begrijpen hebben we gelukkig niet eens kwantummechanica nodig.

  • Stel je een vijver voor en je neemt een stok, die je aan de kant in het water op en neer beweegt. Als je dat regelmatig doet, gaat het hele oppervlak golven, met toppen en dalen op regelmatige afstand. Je kan hier dan een golflengte aan toekennen. Dat is de afstand tussen twee toppen. Maar als je vraagt “waar is de golf precies?” dan stel je een rare vraag: een golf is per definitie uitgespreid. Het is niet op één zeer specifieke plaats.
  • Omgekeerd kan je één harde slag in het water geven. Dan ontstaat er een soort golfpakket, met een duidelijk aanwijsbare positie. Maar nu wordt de vraag wat de golflengte is moeilijker te beantwoorden. Want een golfpakket kan je beschrijven als een som van heel veel golflengten.

Deze wisselwerking is óók een onzekerheidsrelatie – niet die van Heisenberg, maar eentje voor macroscopische golven. (Zie ook: onzekerheidsrelatie in de Fourier-analyse.)

Deze insteek wordt ook goed uitgelegd in onderstaand filmpje van “One Minute Physics” (1 minuut).

Wat heeft dat nu met de fysica van de microschaal te maken?

Om te beginnen kunnen we aan licht denken. Daar spreken we in het dagelijks leven soms al over als lichtgolven, dus het zal je niet verbazen dat ook in de kwantummechanica de onzekerheidsrelaties gelden voor licht. Net zoals voor die golven in het water.

Het onzekerheidsprincipe voor licht wordt geIllustreerd in onderstaand filmpje van “Veritasium” (4 minuten).

Maar er is meer. Ook deeltjes met een massa hebben golfeigenschappen. Dit werd voor het eerst gepostuleerd door Louis de Broglie en later experimenteel aangetoond. (Eerst voor elektronen, later voor atomen en tegenwoordig voor steeds grotere moleculen.) En het is hierop dat Werner Heisenberg zijn onzekerheidsrelaties baseerde.

Kwantummechanica beschrijft een toestand als een waarschijnlijkheidsverdeling: het kent waarschijnlijkheden toe aan verschillende combinaties van positie en snelheid. Maar doordat we met golfachtige systemen werken, kunnen niet zowel positie als impulstegelijk 100% waarschijnlijkheid krijgen. Naarmate de waarschijnlijkheidsverdeling voor de positie meer gepiekt is, is die voor impuls meer uitgespreid en vice versa.

Hebben de onzekerheidsrelaties toepassingen?

In de eerste plaats zijn de onzekerheidsrelaties belangrijk in de kwantummechanica zelf. Ze helpen ons om de wereld beter te begrijpen.

De onzekerheidsrelaties hangen samen met ons begrip van het tunneleffect en dat is een effect dat wel gebruikt wordt in zeer veel toepassingen. Kwantumtunneling is het proces waarbij deeltjes, bijvoorbeeld elektronen, een barrière kunnen passeren waarvoor ze – als je het puur met klassieke fysica bekijkt – niet genoeg energie lijken te hebben.

Kwantumtunneling helpt om natuurlijke processen te begrijpen zoals radioactief verval, bijvoorbeeld alfa-verval waarbij een kern een twee protonen en twee neutronen uitstoot. Maar het wordt ook gebruikt in technologische toepassingen: bijvoorbeeld in transistoren, die in computers en andere elektronische toepassingen gebruikt worden.

Kwantumtunneling wordt ook gebruikt in een raster-tunnelmicroscoop. Dat is een toestel dat in labo’s wordt gebruikt om materialen op atomaire schaal te bestuderen. Indirect leidt dat ook weer tot nieuwe toepassingen, want het is in die labo’s dat nieuwe materialen worden ontwikkeld.

Heeft het onzekerheidsprincipe ook een impact buiten de fysica?

Het onzekerheidsprincipe is één van de bekendste aspecten van kwantummechanica en hangt ook samen met het wereldbeeld dat sindsdien veranderd is. Vóór de ontwikkeling van de kwantummechanica dachten veel mensen dat de wereld in principe perfect voorspelbaar is. Laplace schreef hier een gedachte-experiment over: de demon van Laplace. Een intelligentie die de huidige posities en snelheden van alle deeltjes in het heelal perfect zou kennen, zou met de wetten van Newton perfect de toekomst kunnen voorspellen en ook het verleden reconstrueren. In de praktijk is dit natuurlijk niet mogelijk, maar de onzekerheidsrelaties zeggen bovendien dat het zelfs in principe niet mogelijk is om tegelijk de positie en de snelheid van één enkel deeltje exact te kennen.

Zelf denk ik dat vooral het golfkarakter veel van deze aspecten duidelijker kan maken, omdat een golf iets is dat uitgespreid is. Ook in de latere ontwikkeling van kwantumveldentheorie werken natuurkundigen met uitgespreide velden als fundamentele beschrijving in plaats van gelokaliseerde deeltjes.

Betekent het onzekerheidsprincipe dat we niets zeker kunnen weten?

Nee. Eigenlijk zou onbepaaldheid een beter woord zijn dan onzekerheid. Het gaat niet slechts om wat we kunnen meten of zeker weten, maar om eigenschappen van de kwantumtoestand zelf. Als de positie van een kwantumsysteem zeer nauwkeurig bepaald is, dan leidt dit er automatisch toe dat de snelheid niet één bepaalde waarde heeft, maar verschillende mogelijke waarden elk met een zekere waarschijnlijkheid. En omgekeerd is een kwantumtoestand met een welbepaalde snelheid niet geconcentreerd op één punt in de ruimte, maar kent het aan allerlei verschillende mogelijke posities enige waarschijnlijkheid toe. De onzekerheidsrelatie zegt hoe die trade-off tussen de bepaaldheid van twee zulke eigenschappen precies werkt.

Tot slot nog deze animatie van TedED die het ook goed weergeeft (bijna 5 minuten).

Als er iemand nog goede manieren weet om de onzekerheidsprincipes uit te leggen: tips altijd welkom in de reacties.

Podcast: Fundamenten van de realiteit

Op zondag slaap ik meestal wat langer, maar gisteren ben ik extra vroeg opgestaan! Ik zat al voor 9u op de trein richting Amsterdam Centraal en vervolgens wandelde ik naar de bibliotheek (Centrale OBA). Op de eerste verdieping daar gebeuren namelijk de opnames van AmsterdamFM en op zondag tussen 11u en 12u maken ze een wetenschapsprogramma “Swammerdam”. Maureen Voestermans had me uitgenodigd voor de tweede uitzending in de reeks “Fundamenten van de realiteit” die ze presenteert (gisteren samen met Henk Ruigrok).

We zaten met vijf aan de ovale radiotafel, met de klok mee: de twee presentators, André Klukhuhn, Harry Buhrman en ik.

Harry Buhrman is de directeur van het pas opgerichte QuSoft: een in Amsterdam gevestigd instituut dat onderzoek doet naar software voor (toekomstige) kwantumcomputers. Hij werd als eerste geïnterviewd over kwantummechanica, verstrengelde deeltjes en kwantumcryptografie.

André Klukhuhn is scheikundige, filosoof en schrijver. Van hem heb ik één boek in de kast staan, maar wel een zeer veelomvattend werk: “De algehele geschiedenis van het denken, of het verbond tussen filosofie, wetenschap, kunst en godsdienst.” Voor de uitzending had hij een – zeer toepasselijke – column voorbereid over het begin van de kwantummechanica, waarin hij onder andere de gesprekken tussen Bohr en Einstein vermeldde.

Daarna werd ik geïnterviewd over een onderzoeksproject dat in januari van start gaat over retrocausaliteit in de kwantummechanica. Ik ben aan een blogpost bezig hierover, maar die is nog niet af. Voor een eerste indruk kan je dus beter naar de uitzending luisteren. ;-)

De opname is hier te herbeluisteren als podcast en dit is de webpagina over de uitzending.

Na afloop van de opname hebben we nog nagepraat over de aard van wiskunde, leven en bewustzijn. Volgens André werd het toen pas écht interessant. ;-) Hier is geen opname van en de vraag is ook of we dan zo vrijuit en soms wat chaotisch hadden durven converseren. Het geheel was een heel aangename ervaring.

De centrale OBA is trouwens een mooi, open gebouw waar heel wat te beleven is. Dus misschien een bezoekje waard tijdens een citytrip? (Als je uit het Centraal station komt naar links, zo’n 600 m.) Bij de ingang stond er een publiekspiano, waarop iemand aan het spelen was toen ik binnenwandelde. Om 11u, gelijk met de uitzending, begon er daar bovendien een concert, met koperblazers, wat duidelijk te horen is op de opname: oeps! :-) Verder liep er bijvoorbeeld ook een keramiektentoonstelling en achteraf zijn we gaan eten in het restaurant op de bovenste verdieping. Daar heb je een mooi uitzicht, al ben ik vergeten een foto te nemen doordat we zo druk aan het praten waren. ;-)

Centrale OBA.

Centrale OBA: bij gebrek aan een foto van het uitzicht van boven, dit onderaanzicht. :-)

Nieuwsflits: Weet ik veel?! Over toeval

Op donderdag 13 augustus kom ik tussen 12u en 13u op Radio 1 bij het programma Weet Ik Veel gepresenteerd door Koen Fillet. We gaan het hebben over toeval en kansrekening. Luister je mee?

Stel jouw vragen over toeval en (on-)waarschijnlijkheid op donderdag via Twitter/Facebook/Instagram (#weetikveel) of via mail (weetikveel@radio1.be).

Aanvulling (donderdag 13 augustus 17u)

Het was een leuke ervaring daar in de studio! :-) De uitzending herbeluisteren kan op de pagina van Radio 1. Alternatief: door deze mp3 (54,8 MB) te downloaden (rechtsklikken, “opslaan als” en daarna het bestand afspelen): klik hier.

Op de website van Radio 1 staat er trouwens nog een pagina over de uitzending: over Monty Hall.

Citaat.

Citaat uit de uitzending. (Bron: deze tweet.)

Schone slaapsters in de wetenschap

Einstein doet een dutje in de tuin (1933).

Vorige week maandag mocht ik voor Nieuwe Feiten op Radio 1 iets vertellen over “schone slaapsters” in de wetenschap: wetenschappelijke artikels die pas na vele jaren een piek kennen in citatie-aantallen. De aanleiding hiervoor? Een recente studie in PNAS door Ke en collega’s die een top-100 opstelden van dit soort schone slaapsters. Er verscheen een persbericht en de studie werd besproken door Nature News en heel wat andere media.

Omdat de radiobijdrage te kort was om in te gaan op een aantal fascinerende vragen die dit onderzoek oproept (o.a. rond het gebruik van korte-termijn-citatiemetrieken in het huidige onderzoeksbeleid), bereid ik nu een artikel voor over dit onderwerp (voor het septembernummer van Eos).

Herbeluisteren kan hier.

Wetenschap versus verbeelding?!

Deze week schrijft en leest Ann de Craemer het middagjournaal bij Nieuwe feiten op Radio 1.* Dinsdag had ze het over elderspeak (kinderlijk taalgebruik tegenover ouderen), waarvan ik alleen maar kan hopen dat heel veel mensen het gehoord hebben (of het hier nalezen) en zich (opnieuw) voornemen hierop te letten. Daarom zal ik hier dus niet schrijven: “Zullen we daar dan eventjes aan denken, lezertjes?”

Vandaag luisterde ik echter met een kritischer oor naar haar bijdrage (hier na te lezen). Hierin richtte ze zich tot studenten met de boodschap: “Geloof in de schoonheid van je eigen dromen”. Op zo’n motto valt alvast weinig af te dingen. De noden op de arbeidsmarkt voorspellen is inderdaad moeilijk (als het al mogelijk is) en het is dus beter om studieadvies niet (enkel) daarop te baseren. “[Z]al de arbeidsmarkt binnen een jaar of tien nog wel genoeg werk hebben voor al die studenten uit bètarichtingen?” vraagt de Craemer zich af. Mij lijkt het onwaarschijnlijk van niet, maar over een glazen bol beschik ik ook niet, dus laten we een belangrijker punt aansnijden.

Lof der wetenschap.De rest van haar pleidooi lijkt namelijk op een onjuist contrast te berusten tussen verbeelding enerzijds en STEM-vakken anderzijds. Juist in wetenschappen en wiskunde spelen verbeelding en creativeit een zeer grote rol:

  • Wiskunde: er is niets, verzin maar iets en kijk wat je boven water krijgt.
  • Natuurwetenschap: de wereld is er al, probeer met je beperkt verstand er maar een verstaanbaar verhaal over te vertellen.

Is de verbeelding en creativiteit die hiervoor nodig is dan zo anders dan voor, bijvoorbeeld, het schrijven van een roman?**

Bovendien kan wetenschappelijke vernieuwing via de technologie een zeer grote impact hebben op de maatschappij, (al mag de wetenschap zich daar niet toe laten beperken***). Als er ergens behoefte is aan mensen die zich een mooiere wereld dromen en die de capaciteit hebben om echt nieuwe dingen te bedenken, is het daar wel.

De Craemer: “Hoe prachtig zou het zijn niet zijn als onze politici ook een actieplan verbeelding en creativiteit zou[den] ontwikkelen?” Met dat voorstel kan ik dan weer alleen maar instemmen, op voorwaarde dat het domein van verbeelding en creativiteit niet beperkt wordt tot de kunsten. In de hoop dat dromen zich niet laten beperken, tout court.

*Het is niet de eerste keer dat die radiorubriek een blogreactie losweekt.

**Zoals ook uit mijn vorige bericht blijkt (met name de keuze van de tweede cartoon), vind ik van niet.

***Anders bloedt ze dood: zie ook dit oudere stukje over het belang van vrij onderzoek.

Aanvulling: Ik liet een iets kortere versie van dit bericht ook achter als reactie op de website van Radio 1. Op dat moment zag ik nog geen andere reacties staan. Op dit moment blijken twee andere luisteraars een soortgelijke bedenking te hebben gemaakt als ik. Blijkbaar zijn we dus toch niet zo origineel als we zelf denken. ;-)

Filosloofje

Dertien uur schrijven aan een artikel over oneindige loterijen.Gisteren heb ik dertien uur gewerkt aan een artikel. Niet aan één stuk door, maar in drie blokken: drie uur voormiddag, vijf uur namiddag en ’s avonds (een rekbaar begrip) nog eens vijf uur. Soms vraag ik me af waarom ik toch altijd van die lánge stukken schrijf, die daarna quasi onmogelijk te reviseren zijn. Stiekem weet ik het antwoord wel: omdat ik niet uitgepraat raak over dit onderwerp. (Het artikel gaat over oneindig kleine kansen en is een vervolgstudie op mijn doctoraatsthesis over dit onderwerp.)

Tijdens mijn middagpauze luisterde ik naar Nieuwe Feiten op Radio 1. Het Middagjournaal – een gesproken dagboek, een voorgelezen column –  wordt er deze week bijgehouden door Gaea Schoeters. In de uitzending van gisteren had zij het over de keerzijde van het advies om van je hobby je beroep te maken. Herbeluisteren kan hier, nalezen kan hier.

Vooral dit stukje klonk zeer herkenbaar, zeker op een dag als gisteren:

“Waar is het dan misgegaan? Waar zijn we zo in de ban van de consumptie geraakt dat we krampachtig proberen steeds meer te verdienen, terwijl we geen tijd meer hebben om te genieten van wat we hebben? Het antwoord vond ik in de krant van gisteren, die naast me op de passagiersstoel lag. Volgens de Amerikaanse kunsthistorica Miya Tokumitsu is het de liefde voor ons werk die ons de das om doet. Doordat ons wordt aangepraat dat we moeten doen waar we van houden, en we dus van onze hobby ons beroep maken, valt elke afbakening weg. Want als je toch zo van je werk houdt, waarom zou je dan niet nog snel iets afmaken na je uren? Een dagje doorduwen in het weekend? Je mails nog even checken ’s avonds, desnoods in bed? Voor je lief moet je het niet laten, die is op haar eigen smartphone precies hetzelfde aan het doen.”

Misschien moet ik voor dit jaar eens wat vakantie inplannen, want Karoshi (volgens Schoeters Japans voor “dood door overwerk”) lijkt me voor een filosoof – die over tijdloze en misschien wel onoplosbare problemen hoort na te denken – toch wat te hoog gegrepen. ;-)

Jas “van den Aldi”

Kleurrijke knopen.Daarnet ging het op radio (bij Hammertime op Studio Brussel) over opgroeien in armoede (naar aanleiding van de Panorama-reportage hierover vanavond op Canvas). Een beller vertelde dat hij, toen hij een jaar of veertien was, met zijn ouders in de Aldi was. Daar kreeg hij een stoere jas, maar toen hij met zijn nieuwe jas op de speelplaats verscheen, werd hij ermee uitgelachen.

Mijn ouders waren niet echt arm, maar ze waren wel selectief in waar ze geld aan uitgaven. Ik zou boeken een luxeproduct noemen, maar daar maakten ze bijvoorbeeld nooit een probleem van.

Ergens in de vroege jaren negentig kwam ik op zekere dag thuis van school en hing er een nieuwe jas op de keukenstoel. Mijn moeder vroeg of ik het een mooie jas vond en ik zei “ja”, want het was een paarsblauwe jas met rode voering. Op de speelplaats de dag nadien sloeg mijn initiële enthousiasme voor de nieuwe jas echter snel om in schaamte, want het bleek een jas “van den Aldi” te zijn. Dan kun je nog beter in een juten zak op school verschijnen! Ik wou die jas niet meer aan, maar ik moest wel, want ik had hem toch mooi gevonden… Ik heb die jas gehaat en me elke dag dat ik hem aan moest geschaamd. En waarvoor eigenlijk? Dat is me nog steeds niet zo duidelijk.

Voor er überhaupt sprake was van enige discountwinkel in ons dorp, maakte mama vaak zelf kleren voor me, altijd met bijpassende knopen – in de vorm van vogels of ijsjes. Kijk, dan kun je trots zijn op je kleren. :-)

Als ik nu goedkope kleren zie, maak ik me soms zorgen over de omstandigheden waarin ze gemaakt zijn. Vooral als er veel kraaltjes of pailletjes op zitten, vraag ik me af er arme kinderen aan hebben zitten zwoegen (naar aanleiding van een BBC-reportage hierover uit 2008). Helaas is een duurder prijskaartje nog geen garantie dat dit niet het geval is.

Tot op de dag van vandaag koop ik liever geen kleren waar merken opstaan, ongeacht of het van een duur merk is of niet. Uit eigen ervaring weet ik dat er al meer dan genoeg onzichtbare labels op mensen hangen – dus daar hoeven er wat mij betreft geen meer bij. Uit de aankondiging voor de reportage vanavond: “Eén op de tien Vlaamse kinderen en jongeren groeit op in armoede.” Hopelijk kan de reportage en de discussie errond helpen om enkele vooroordelen uit de weg te ruimen. Arm zijn is al lastig genoeg, pestgedrag en misprijzen maken het alleen maar erger.

Aanvulling (21 juni 2013):

Ik heb naar de reportage gekeken gisteravond en vond de verhalen aangrijpend. Je kunt het programma hier online herbekijken.

Nieuwsflits: Interview over kleine kansen bij Hoe?Zo!

Naar aanleiding van de lezing over “waterkansjes” van vorige week, geef ik vanavond een interview voor Hoe?Zo! radio. Het wordt vandaag uitgezonden tussen 20u en 21u op Radio 5 (frequentie) en is daarna te herbeluisteren op deze pagina (rechterkolom: mp3 downloaden).

Aanvulling (25 juni 2012):

De uitzending herbeluisteren kan door de mp3 te downloaden: rechtsklikken op deze link en “Link opslaan als…” (of “Save link as…”) kiezen.

Hieronder zie je enkele foto’s die ik maakte op weg naar en in Hilversum. Het thema is “groen”. :-)

Het NTR-paviljoen in Hilversum.

Linksboven: interieur van de Sprinter naar Hilversum. Rechtsboven: het NTR-paviljoen in het Mediapark van Hilversum. Linksonder: het paviljoen wordt omgeven door groen en heeft ook een daktuin. Rechtsonder: bij NTR zijn er toiletten voor dames, heren én aliens – al moeten die laatsten wel delen.