Soft Voices

In Museum Boerhaave in Leiden kwam ik deze prachtige glazen slakkenhuizen-met-toeters tegen. Ze maken deel uit van het project Soft Voices van kunstenaar Anna van Suchtelen. Het slakkenhuis, de gehoorgang en de (oor)schelp vormen het uitgangspunt van deze glaskunst.

Newtons flipperkast

Credit: Museum Boerhaave/Epsilon Uitgaven: Stripboek 'Newton in Nederland'

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 17 december 2009

De Leidse tentoonstelling NewtonMania brengt de wetten van Newton tot leven.

Vader zet een stevige zwarte pickup-truck op de elektrische racebaan. Zijn zoon plaatst een duidelijk lichter, rood racewagentje in de baan ernaast. Zoon drukt op een knop en beide auto’s schieten uit de startblokken. Ze racen tegen een steil hellende bocht op, zo eentje als bij een overdekte wielrenbaan. Eenmaal de bocht uit storten ze zich naar beneden. Spoedig duikt de volgende bocht op, maar deze helt niet omhoog. De pickup-truck vliegt uit de bocht, de racewagen redt het net wel. Vader en zoon slaan hardop aan het filosoferen over hoe dit nou komt.

De wetten van Newton geven het antwoord, maar dat hoeft de zoon nu nog niet te weten, gezien zijn leeftijd. De gisteravond geopende tentoonstelling NewtonMania in het Leidse Museum Boerhaave brengt die wetten tot leven. De racebaan staat in het Mania-deel van de tentoonstelling. In ruim twintig doe-het-zelfexperimenten kun je jezelf via katrollen omhoog takelen, voel je hoe moeilijk een draaiend wiel uit het lood is te slaan en zie je dat de ene kogelbaan de andere niet is, ook al zijn het begin- en eindpunt van de kogel gelijk. De mechanicaproefjes zijn omringd door trefzekere, bijna mechanische graffitikunst op de muren.

Verbazing over dit soort experimenten, gevolgd door de diepe wil om ze te begrijpen, daarmee begon de moderne natuurwetenschap. Niemand anders was daarvoor zo belangrijk als Isaac Newton. Weg met de oeverloze woordspelletjes van de vroegere natuurfilosofen, zo besefte Newton in de 17e eeuw. Glasheldere wiskunde en genadeloze experimenten, dat moest het fundament van de wetenschap zijn. In zijn eentje ontwikkelde hij een gloednieuwe wiskundige gereedschapskist, formuleerde drie universele mechanicawetten en sloeg een onverwachte brug tussen ronddraaiende planeten en vallende appels.

Zijn revolutionaire ideeën hadden decennia nodig om wortel te schieten en daarbij speelden Nederlandse hoogleraren begin achttiende eeuw een belangrijke rol. Daarover gaat het Newton-deel van de tentoonstelling NewtonMania. Willem ’s Gravesande liet apparaten bouwen om Newtons mechanica aan studenten uit te leggen. Herman Boerhaave bewonderde Newtons exactheid en brak een lans voor hem in zijn oratie. Hun inspanningen vinden we in twee Newtonzalen terug in originele instrumenten en boeken.

Newtons mechanica bereikte zelfs de achttiende eeuwse kermis en huiskamer, zo zien we. Twee prisma’s splitsen licht in alle kleuren van de regenboog en laten de kleuren vervolgens met elkaar versmelten tot wit licht. Een tafelplanetarium bracht de hemel in een rijke huiskamer letterlijk naar de aarde. Is er dan nog aandacht voor de theorie? Ja. Aan de muur hangt een serie kleurrijke glas-in-loodramen met daarop in woord en beeld het centrale gedachtegoed van Newton en zijn Nederlandse geestverwanten.

Ten slotte nog even terug naar het Mania-deel, maar nu naar de flipperkast. Flipperen met een lichte of een zware bal, het maakt toch echt verschil uit, zo laat een flipperexperiment zien. Eigenlijk kunnen we het universum zien als één grote flipperkast van bewegende en botsende deeltjes; van planeten en meteorieten tot moleculen en atomen − met dank aan Newton.

Informatie

De tentoonstelling NewtonMania is van 17 december tot en met 12 september 2010 te zien in Museum Boerhaave in Leiden.

Ter gelegenheid van de tentoonstelling verscheen ook het stripboek ‘Newton in Nederland’ van Peter FitzVerploegh, René Bergmans en Ad Maas (Epsilon Uitgaven).

Miniatuurlicht uit silicium geperst

Credit: AMOLF/Tremani

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 12 december 2009

Natuurkundigen van het FOM-instituut voor Atoom- en Molecuulfysica in Amsterdam en de Universiteit Twente hebben voor het eerst een elektrische plasmonenbron gemaakt: een bron van miniatuurlicht. Omdat ze hiervoor bestaande chiptechnologie gebruiken, is de bron eenvoudig en goedkoop. Tot nu toe werden plasmonen opgewekt met licht in complexe en dure laseropstellingen. De onderzoekers publiceerden hun resultaten in de online-editie van Nature Materials (6 december).

Plasmonen hebben alle eigenschappen van gewoon licht, maar planten zich alleen voort in de tweedimensionale wereld van een metaaloppervlak. Ze rollen als golven over de zee van vrije elektronen. Plasmonen hebben de bijzondere eigenschap dat ze typisch een tienmaal zo kleine golflengte hebben als gewoon licht van dezelfde frequentie. Wereldwijd onderzoeken fysici manieren om deze kleine golflengte te benutten om nog kleinere en snellere computerchips te maken. Nu nog rekenen computerchips via elektronen met nullen en enen, maar het zou theoretisch ook met plasmonen kunnen.

De fysici uit Amsterdam en Enschede maakten hun plasmonenbron uit een sandwich van twee dunne goudlaagjes met als vulling siliciumnanobolletjes in een spread van aluminiumoxide. De goudlaagjes zitten slechts twintig nanometer uit elkaar (een nanometer is een miljoenste millimeter). “Wanneer we een elektrische spanning aanbrengen op de sandwich”, vertelt onderzoeksleider en AMOLF-directeur Albert Polman, “rennen de vrije elektronen door de sandwich en botsen tegen de siliciumbolletjes. Daardoor raken de bolletjes in een hogere energie. Normaal zouden ze daarna gewoon licht uitzenden om hun energie kwijt te raken, maar omdat ze opgesloten zitten in de sandwich, gaan ze plasmonen uitzenden.”

Als mogelijke toepassing denkt Polman dat een elektrische plasmonenbron dienst kan doen als sensor in een lab-on-a-chip: een chip die snel en nauwkeurig kleine hoeveelheden moleculen detecteert voor de medische diagnose van bijvoorbeeld bloed. “Doordat plasmonen een kleinere golflengte hebben dan gewoon licht kun je er nog kleinere sensoren mee maken”, aldus Polman. “Bovendien kun je plasmonen sterker concentreren, waardoor de sensor ook gevoeliger wordt.”

Daarnaast kan een elektrische plasmonenbron een brug slaan tussen de wereld van de optica, met licht als informatiedrager, en de wereld van de elektronica, met elektronen als informatiedragers. Plasmonen kunnen gewoon licht in elektriciteit omzetten en andersom.

En weg is de angstige herinnering

Heb je een angstige herinnering? Dan kun je deze overschrijven met een veilige herinnering, als je het op het juiste moment doet. Dit hebben onderzoekers van de New York University aangetoond. Ze hebben laten zien dat een jaar later de angstige herinnering ook echt niet meer terugkomt. In het volgende filmpje leggen ze hun resultaten uit:

www.nature.com/nature/videoarchive/memory/index.html

Sterrenlicht mogelijke trigger voor ontstaan enkelhandig leven

Wim Noorduin bij zijn experiment. Foto: Dick van Aalst, Radboud Universiteit Nijmegen

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 7 november 2009

Al meer dan een eeuw staan scheikundigen voor het raadsel waarom het leven op aarde uit enkelhandige moleculen bestaat. Enkelhandige moleculen zien eruit alsof ze maar één kant opdraaien: ofwel linksom ofwel rechtsom. De ene vorm is het spiegelbeeld van de andere, net zoals de linkerhand het spiegelbeeld is van de rechterhand. Wanneer scheikundigen kunstmatig moleculen maken, dan ontstaan gewoonlijk beide vormen. Hoe kan het dan dat de aminozuren waaruit de eiwitten van ons lichaam zijn opgebouwd alleen maar linksom draaien?

Promovendus Wim Noorduin van de Radboud Universiteit Nijmegen heeft samen met collega’s aangetoond dat het licht van jonge sterren de trigger hiervoor kan zijn geweest (Nature Chemistry, 1 november 2009). Jonge sterren stralen circulair gepolariseerd licht uit, dat ofwel linksom ofwel rechtsom draait. Noorduin onderzocht experimenteel wat het effect van dit soort licht is op een oplossing van gemodificeerde aminozuren, waarvan de ene helft linksdraaiend is en de andere rechtsdraaiend. In de oplossing zijn vaste kristallen in evenwicht met de vloeistof.

Voor de gebruikte moleculen wordt linksdraaiend licht net iets meer geabsorbeerd door de rechtsdraaiende moleculen, en andersom. Zo zet linksdraaiend licht een reactie in gang waarbij er binnen een dag of drie net iets meer linksdraaiende kristallen dan rechtsdraaiende ontstaan. Om deze omzettingsreactie te versnellen, gebruiken de onderzoekers een truc die ze vorig jaar publiceerden: ze malen de kristallen fijn. Binnen enkele uren vormen zich dan alleen maar kristallen waarvan de moleculen dezelfde kant op draaien als het triggerlicht.

Het is speculeren of er op aarde ook ooit zo’n fijnmaalproces is geweest, vertelt Noorduin, maar het uitgroeien van de onbalans gebeurt ook zonder het fijnmalen, alleen duurt het dan veel langer. De natuur had die tijd, onderzoekers in een laboratorium natuurlijk niet. “Het verbazingwekkende”, besluit Noorduin, “is dat een zwakke lichtbron van circulair gepolariseerd licht al het kleine zetje kan geven waardoor aminozuren ofwel allemaal linksdraaiend worden, ofwel allemaal rechtsdraaiend. Het licht van jonge sterren is daarom een kandidaat voor de trigger van enkelhandig leven. Maar er zijn andere mogelijke verklaringen, bijvoorbeeld dat het alleen maar toeval is, of dat meteorietinslagen voor een onbalans hebben gezorgd.”

Zeepaardenstaartenkunst

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 31 oktober 2009

Wanneer je de naam Spidrohedron hoort, denk je misschien aan een dinosaurus. Maar dat is hij niet. Toch krab je je wel even achter de oren wanneer de Spidrohedron opeens voor je neus staat. Hij is zo groot als een volwassen mens, hij verroert zich niet en hij is geheel van hout.

Van welke kant je hem ook bekijkt, steeds lijkt hij je met een draaikolkbeweging naar binnen te zuigen. De Spidrohedron heeft acht van die grote draaikolken. Wanneer je goed kijkt, zie je dat elke draaikolk uit zes in elkaar gehaakte zeepaardenstaarten bestaat. Dat heeft zelfs dr. Zeepaard nog nooit gezien!

Elke zeepaardstaart bestaat volledig uit aan elkaar geplakte driehoeken. Niet zomaar driehoeken, maar alleen wat wiskundigen gelijkzijdige en gelijkbenige driehoeken noemen. De Hongaarse kunstenaar Dániel Erdély was de eerste die deze zeepaardstaart ontwierp. Hij noemde het een ‘spidron’, vanwege het spiraliserende uiterlijk. Maar hij wilde meer en groter. Hij zocht naar manieren om met een heleboel zeepaardenstaarten een groot kunstwerk te bouwen.

De Nederlandse kunstenaar en wiskundige Rinus Roelofs hielp bij die zoektocht. Roelofs berekende op de computer hoe ze de zeepaardenstaarten tot iets moois konden combineren. Zo ontwierpen ze samen de Spidrohedron. Een Hongaarse meubelmaker heeft het ontwerp tot een echt kunstwerk omgetoverd door 480 houten driehoeken aan elkaar te lijmen.

De Spidrohedron heeft een paar wonderlijke eigenschappen die je niet zo snel ziet, maar die je met wiskunde kunt bewijzen. Zo kun je hem geheel vouwen uit een vlak stuk papier. Dan moet je wel eerst weten welke driehoekjes je aan elkaar moet tekenen. Daarna kun je hem langs de lijntjes beginnen te vouwen. Zo krijg je een steeds kunstzinniger prop papier. Verder hebben Spidrohedronen nog iets geks. Je kunt ze op elkaar kunt stapelen zonder dat er tussenruimte overblijft. Dat is iets wat bijvoorbeeld met kubussen ook lukt, maar met bollen niet. Als je sinaasappels op elkaar stapelt, blijft er altijd tussenruimte over.

De natuur heeft zelf prachtige vormen gemaakt zoals schelpen met een spiraalvorm, maar nog nooit heeft iemand in de natuur een Spidrohedron gevonden. Voor zover we weten is de Spidrohedron zuiver mensenwerk. Hij bestaat dankzij de kunst en de wiskunde.

Info
De Spidrohedron maakt deel uit van de tentoonstelling over ‘Kunst en Wiskunde’ die nog tot en met 14 november te zien is in het Ruppertgebouw van de Universiteit Utrecht (Leuvenlaan 19, ingang Educatorium). Geopend van maandag tot en met vrijdag van 9.00 tot 18.00; toegang gratis. Op zaterdag 14 november organiseert de Stichting Ars et Mathesis op dezelfde locatie de jaarlijkse ontmoetingsdag over kunst en wiskunde.

Meer info: http://www.arsetmathesis.nl/

Geniaal kippengaas

Grafeen zou kunnen zorgen voor een ware elektronicarevolutie. Maar dan moeten we het materiaal wel eerst temmen.

Dit is een voorproefje van een artikel dat zal verschijnen in het komende nummer van KIJK.

Teken met potlood wat op papier en er is een kans dat je, zonder het te weten en zonder het te zien, een uniek flintertje materiaal hebt afgeschraapt: grafeen. Het is het eerste bekende materiaal van slechts één atoom dik en daarmee het dunste materiaal ter wereld. En het blijkt verrassingen te herbergen voor materiaalkundigen, fysici, chemici en de industrie.
Het al eeuwen bekende materiaal grafiet, waarvan de potloodpunt is gemaakt, is eigenlijk een opeenstapeling van een heleboel plakjes grafeen die vrij losjes aan elkaar zitten. Juist omdat die plakjes zo gemakkelijk loslaten, kun je zo goed tekenen met een potlood. Meestal schraap je een heleboel plakjes tegelijk eraf, maar heel soms slechts een enkel plakje, en dan heb je grafeen.

Decennialang dachten natuurkundigen dat grafeen niet kon bestaan. Om de eigenschappen van grafiet beter te begrijpen, had de Canadees Philip Wallace in 1947 als eerste berekeningen uitgevoerd op basis van een éénatomig laagje. Het werd beschouwd als een theoretische vingeroefening: leuk om over na te denken, maar onrealistisch. Een grafietlaagje van één atoom dik zou immers zeker instabiel zijn: het zou ofwel uiteen vallen, oprollen of meteen chemisch reageren.

Als grafeen in grafiet zit, kun je het er dan niet heel voorzichtig vanaf schrapen, ook al blijft het maar heel even bestaan? De Amerikaan Philip Kim vond het de moeite waard om een poging te wagen. Begin 21e eeuw probeerde hij met dure hightech-apparatuur steeds dunnere laagjes van het potloodmateriaal af te schrappen. Met veel moeite kwam hij tot een soort pannenkoek van dertig grafeenlaagjes. Een hele prestatie, maar nog ver van grafeen. De doorbraak kwam in 2004. En niet dankzij dure apparatuur, maar dankzij een simpel stukje plakband.

Het volledige artikel vind je in KIJK november 2009. Dit nummer ligt vanaf eind oktober in de winkel.

Gesjoemel in de wetenschap

Nature Online schrijft deze week over twee gevallen van stinkende wetenschap. Op zijn minst gaat het om aantasting van wetenschappelijke integriteit.

Het eerste geval gaat over beeldmanipulatie in wetenschappelijke artikelen. Steekproeven bij de tijdschriften PLOS Biology en PLOS Medecine brachten digitale beeldmanipulaties van foto’s in gepubliceerde artikelen aan het licht, zonder dat de onderzoekers dit hadden vermeld.

In een jaar tijd ging het om zo’n dertig gemanipuleerde foto’s verdeeld over achttien artikelen (uit een steekproef van ruim tweehonderd artikelen)). Hier zaten bijvoorbeeld foto's bij van gel-elektrophorese, gebruikt om stukjes DNA of RNA op grootte te scheiden.

De manipulaties waren niet zo ernstig dat ze de artikelen inhoudelijk onderuit haalden, maar door de beeldmanipulatie niet te vermelden falsifieer je wel ‘data’, en dat mag niet. De directeur van Bureau voor Integriteitsonderzoek van het US Department of Health and Human Services maakt zich zorgen over het groeiende probleem van beeldmanipulatie in wetenschappelijke artikelen. Volgens hem gaan 68% van de door zijn bureau geopende onderzoeken naar wetenschappelijke fraude over gemanipuleerde beelden.

In het tweede geval van stinkende wetenschap liggen baanbrekende artikelen van een gerenommeerde Amerikaanse enzymontwerper sterk onder vuur. Professor Homme Hellinga van het Duke University Medical Center (Durham, North Carolina, VS) ontwerpt enzymen met de computer. Als je dat goed onder de knie hebt, zou je betere medicijnen kunnen ontwerpen op de computer in plaats van door zomaar wat in de praktijk te proberen. Vorig jaar moest Hellinga al twee artikelen terugtrekken uit Science en het Journal of Molecular Biology omdat collega’s er ernstige fouten in aantroffen. Enzymen die Hellinga had ontworpen deden helemaal niet wat ze volgens Hellinga zouden doen.

Nu liggen twee van zijn baanbrekende publicaties uit Nature (2003) en PNAS (2004) onder vuur. Dankzij deze publicaties ontving Hellinga in 2004 een half miljoen dollar van het Amerikaanse National Institute of Health en rees zijn ster snel. Maar…nota bene een ex-postdoc van Hellinga, nu werkzaam in Duitsland, publiceert in PNAS dat ze niets terugvindt van de resultaten die Hellinga destijds claimde. Birte Höcker maakte vijf van de door Hellinga ontworpen enzymen. Helaas, alle vijf bleken niet stabiel te zijn en uit elkaar te vallen, waardoor verdere analyse niet eens mogelijk was.

Vier publicaties die sterk onder vuur liggen…Is dit een nieuw geval à la de neergestorte fysica-ster Jan Hendrik Schön, of is Hellinga te goeder trouw, maar doorstaat zijn werk de toets der kritiek uiteindelijk toch niet?

Science journalism in the Entertainment Age

This column was written for the World Federation of Science Journalists (WFSJ)

In his essay ‘Science journalism: Too close for comfort’ (Nature, 25 June 2009) the American science reporter Boyce Rensberger analyzes the history of science journalism and distinguishes three ages: the ‘Gee-Whiz Age’, the ‘Watchdog Age’ and the ‘Digital Age’.

About the first two there can be little disagreement. However, to call the third age – our present time – the ‘Digital Age’, tells only something about the technology used to convey science journalism, but nothing about its character. I would call our age the ‘Entertainment Age’. Before I come to explain science journalism in the ‘Entertainment Age’, let’s first go back into history.

What is the ‘Gee-Whiz Age’? ‘Gee-whiz’ means something like amazement or enthusiasm and is thought to originate from the exclamation ‘Jesus Christ! – ‘What a surprise!’ The two decades immediately following the Second World War were, at least in the Western World, years of general reconstruction, industrialization and strong economic growth. Almost of itself, the thinking went, fundamental research would produce a stream of technological innovations – an idea which created a kind of scientific paradise where researchers were given wide freedom and substantial financial support.

Science journalism in the ‘Gee-Whiz Age’ put an emphasis on the wonders of science. Behind it was the idea that science brings progress and prosperity. This is true, but only till the point when our basic needs are satisfied. Simply said, when we have food, housing and clothing, our happiness is more determined by social relations, self-fulfillment and the absence of dramatic changes in life than by owning a new mobile phone or a flat screen TV. There is no evidence that people in the Western World of today are happier than thirty years ago, although we own more ‘stuff’ and have longer life expectancies.

From the end of the sixties both the public and politicians started viewing science in a different way. The optimism of the post-war years made way for a more critical attitude, with research coming under greater scrutiny than ever before. The shift began with the movement to democratize society in general and the universities in particular at the end of the 1960s. It was subsequently reinforced by the oil crisis of the early 1970s, the Club of Rome report Limits to Growth and the awareness of environmental problems. Science journalism entered the ‘Watchdog Age’, as Rensberger calls it: science journalists scrutinizing scientists in the way political journalists scrutinize politicians.

However, what Rensberger doesn’t write is that also in the Watchdog Age, there was still a lot of Gee-Whiz science journalism (may be even more than watchdog-journalism), simply because the majority of people are more interested in knowing, let’s say, what black holes are than in knowing how much money goes into black hole-research and in scrutinizing black-hole-scientists. And this is valid up till today. ‘Gee-Whiz’ science journalism never dies because of people’s natural curiosity about how ‘it all’ works and where ‘it all’ comes from.

And now our present day. Sure, we live in a digital age. Science journalism is moving online. But what about it’s character? As for the Western World, I think that more than ever before the entertainment character of journalism is important. We live in an Entertainment Age and so has science journalism moved into the Entertainment Age. We have busy lives, we have all the material requirements for a life without too many worries, and in our few free hours per day we want to be entertained. Science for fun: A magician showing how he tricks our minds; a documentary imagining the disaster after a super volcano explosion; a story about time travel. The Entertainment Age is characteristic for wealthy, stable societies where technological progress doesn’t contribute anymore to growing happiness.

Is it a bad thing that science journalism is now in the Entertainment Age? Not at all. Or at least, not necessarily. Entertainment can be a great way to convey the messages of science journalism. Entertainment brings emotion and we tend to remember information in an emotional package better. The challenge is to find the right combination of Gee-Whiz-, Watchdog- and Entertainment-journalism, either apart from each other or combined, because a good science story or documentary can also combine all three.

IgNobelprijzen 2009

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 3 oktober 2009

Krijg je van het knakken van je vingers echt eerder gewrichtsontstekingen? Hoeveel moeders hebben hun kinderen dit niet verteld? In ieder geval de moeder van de Amerikaan Donald Unger. Maar hij geloofde haar niet en knakte zestig jaar lang de vingers van zijn linkerhand tweemaal daags, terwijl hij die van zijn rechterhand met rust liet. Na zestig jaar knakken heeft noch de ene noch de andere hand artritis.

Unger is een van de tien winnaars van een IgNobelprijs 2009, een prijs voor wetenschappelijk onderzoek dat eerst aan het lachen brengt en daarna aan het denken zet. Unger won afgelopen donderdag die voor de geneeskunde. Jaarlijks worden de IgNobelprijzen uitgereikt in de week voorafgaande aan de bekendmaking van de echte Nobelprijzen.

Ook handig om te weten: koeien die een naam hebben, geven meer melk dan koeien die geen naam hebben. Ze krijgen volgens Engelse wetenschappers namelijk meer aandacht waardoor ze minder gestrest zijn. Dit onderzoek sleepte de IgNobelprijs voor veterinaire geneeskunde in de wacht.

De prijs voor de volksgezondheid ging naar de uitvindster van een bh waarvan de cups in een handomdraai dienst doen als twee gasmaskers, een voor de draagster en eentje voor een omstander.

Vier IJslandse banken ontvingen de IgNobelprijs voor economie voor hun demonstratie dat kleine banken snel groot kunnen worden en weer omgekeerd (en dat hetzelfde geldt voor een gehele nationale economie).

De directeur van de Zimbabwaanse centrale bank won de IgNobel voor de wiskunde voor de praktische manier waarop hij de bevolking de machten van tien bijbrengt: met bankbiljetten die uiteenlopen van 1 cent tot eentje van honderd biljoen dollar (een 1 gevolgd door veertien nullen).

GEESTDRIFT - Wat cognitiewetenschappers bezielt

Op zaterdag 12 september 2009 is mijn boek "Geestdrift" gepresenteerd tijdens de NWO-Publieksdag Illusio in Pakhuis De Zwijger. Het boek is nu GRATIS te bestellen bij NWO: http://www.nwo.nl/NWOHome.nsf/pages/NWOA_7VWK7U

GEESTDRIFT is een bloemlezing van het brein:

Wat is de kracht van het onbewuste? Hoe zie je dat je moeder je moeder is? Zijn slechte slapers zeurders? Waarom is leren dansen moeilijker dan feiten leren? Hoe kun je stemmen horen die er niet zijn? Hoe kan taal beïnvloeden wat je ruikt?

Over deze en andere vragen gaat GEESTDRIFT. Het boek bevat ook een reportage van het scannen van mijn eigen brein met als doel mijn gedachten te lezen...

Behalve dat je het boek GRATIS kunt aanvragen, kun je het ook GRATIS downloaden als een lage-resolutie PDF.

DNA als de ideale nanolijm

Dit artikel is verschenen in NRC Handelsblad, 15 augustus 2009

Plakken met DNA is reuze handig als je werkt met minuscule deeltjes. Mirjam Leunissen kan het.

De Nederlandse natuurkundige Mirjam Leunissen, postdoc aan de New York University, heeft samen met collega’s een soort nanocontactlijm ontworpen die meer controle levert over het aan elkaar plakken van micro- of nanometerdeeltjes (Nature Materials, 14 juni). Leunissen gebruikte kunststofbolletjes met een doorsnede van een micrometer (eenduizendste millimeter). Elk bolletje heeft op het oppervlak een soort klittenband van plakkerige eindjes, die bestaan uit enkelstrengs DNA: een keten van de vier DNA-baseparen A, C, G en T.

Compleet DNA bestaat uit twee in elkaar gedraaide wenteltrapjes van enkelstrengs DNA, die chemisch precies bij elkaar passen: A klikt altijd aan een tegenover liggende T, en C altijd aan G. Enkelstrengs-DNA heeft de eigenschap dat het gemakkelijk samen klikt met een complementair stukje enkelstrengs DNA. Deze eigenschap kun je benutten door micro- of nanodeeltjes, voorzien van zo’n DNA-klittenband, in een vloeistof te stoppen. Vloeistofmoleculen botsen dan willekeurig tegen de deeltjes aan, waardoor deze allemaal een soort dronkenmanswandeling gaan maken. Zo kunnen ze verschillende rangschikkingen uitproberen, tot ze de meest stabiele vinden. Deeltjes met complementaire plakkerige eindjes die dan bij elkaar komen, plakken aan elkaar.

Leunissen: “De uitdaging is om de deeltjes zo te ontwerpen dat ze in de vloeistof vanzelf de gewenste structuur gaan maken. De structuur wordt bepaald door wat de deeltjes van elkaar voelen. Je kunt de deeltjeswisselwerking beïnvloeden door te spelen met de vorm van de deeltjes, met hun elektrische lading, maar sinds een jaar of tien ook door DNA op de deeltjes aan te brengen.”

Het grote voordeel van de DNA-techniek, is dat je het grote aantal lettercombinaties van basevolgorden kunt benutten om sommige deeltjes wel, en andere niet aan elkaar te laten plakken. Ook geeft de techniek controle over de afstand tussen de deeltjes in het nieuwe materiaal. Zonder DNA raken de deeltjes hun buren. Met DNA kun je de dikte van het klittenband variëren, en daarmee de afstand tussen de deeltjes. Dat kan belangrijk zijn voor de uiteindelijke materiaaleigenschappen, vooral bij nanodeeltjes.

De onderzoekers richten zich in eerste instantie niet op een specifieke toepassing, maar vooral op het ontwikkelen van een nieuwe manipulatietechniek voor micro- en nanodeeltjes. Toch hopen ze ook dat deze experimenten leiden tot materialen met nieuwe mechanische, optische, elektrische of thermische eigenschappen.

Haarspelden
De experimenten zijn opgezet voor temperaturen tussen twintig en veertig graden Celsius, omdat dat het meest praktisch is. Tot nu toe was het probleem dat alle bolletjes onder een bepaalde temperatuur allemaal aan elkaar plakten, en boven die temperatuur allemaal loslieten. Dat is onhandig, omdat je meestal maar een bepaald aantal deeltjes aan elkaar wilt laten plakken. Het oude ontwerp van het DNA-klittenband lijkt op een soort secondelijm, waarbij de bolletjes meteen als ze elkaar tegenkomen aan elkaar plakken.

Leunissen heeft het ontwerp van de plakkerige eindjes zodanig aangepast dat de bolletjes bij een snelle temperatuurverlaging niet meer direct plakken. Het nieuwe ontwerp lijkt eerder op contactlijm, waarbij de deeltjes alleen aan elkaar plakken als je ze lang genoeg tegen elkaar drukt. Tot nu toe gebruikten onderzoekers plakkerige eindjes van zo’n tien willekeurige DNA-letters op een bolletje. Leunissen: “Onze truc is dat we de lettervolgorde in de plakkerige eindjes zo hebben ontworpen, dat ze bij een snelle temperatuurverlaging ofwel tot een haarspeld opvouwen, ofwel vastplakken aan andere eindjes op hetzelfde bolletje, en zo een lus vormen. Zo kunnen we de bolletjes niet-plakkend maken op een moment dat de assemblage daar om vraagt. Als de bolletjes na de temperatuurverlaging tegen elkaar botsen, is de contacttijd te kort om haarspelden of lussen los te maken. Alleen als je ze tussen vijf en tien minuten tegen elkaar drukt – en dat kan met laserlicht – worden de haarspelden en lussen losgeweekt, en plakken de bolletjes wel aan elkaar.”

Zelfvermenigvuldiging
Aan de ene kant kan deze techniek nu al gebruikt worden om prototypen van nieuwe materialen te maken. Aan de andere kant komt ook het langetermijndoel van de New Yorkse onderzoeksgroep dichterbij: het maken van een niet-biologisch materiaal dat zichzelf kan vermenigvuldigen. Het grote voordeel hiervan is dat de fabrikant alleen maar één keer een basisbouwsteen maakt. In het simpelste geval is die bouwsteen bijvoorbeeld een keten van bolletjes, zoals Leunissen in haar experimenten heeft gemaakt. Vervolgens zoeken de in de vloeistof overgebleven bolletjes vanzelf de keten op door de specifieke herkenning via de plakkerige eindjes. De nieuwe keten plakt in eerste instantie aan het origineel vast. Je kunt het systeem zo ontwerpen dat het vervolgens kopieën van de basisbouwsteen blijft maken.

In theorie werkt deze zelfvermenigvuldiging, vertelt de natuurkundige, maar in de praktijk tot nu toe blijft de eerste kopie plakken aan de originele bouwsteen. Leunissen is ervan overtuigd dat dit een oplosbaar probleem is. “We hebben tijd nodig om verschillende wegen uit te proberen. Binnenkort gaan we onderzoeken of onze nanocontactlijm helpt voor het maken van een zelfvermenigvuldigende structuur, wat we in theorie wel verwachten.” Zelfvermenigvuldiging is vooralsnog voorbehouden aan biologische systemen. De ontdekte nanocontactlijm brengt deze eigenschap ook voor niet-biologische systemen een stapje dichterbij.

GEESTDRIFT & ILLUSIO

Op 12 september wordt mijn nieuwe, rijk geillustreerde boek 'GEESTDRIFT - Wat cognitiewetenschappers bezielt' gepresenteerd in Pakhuis De Zwijger in Amsterdam.

Ik heb het boek geschreven op initiatief van de NWO-programmacommissie Cognitie. 'GEESTDRIFT' is een ontdekkingsreis van het cognitieve brein aan de hand van interviews met vooraanstaande, in Nederland werkzame cognitiewetenschappers.

Wat is de kracht van het onbewuste? Hoe zie je dat je moeder je moeder is? Zijn slechte slapers zeurders? Waarom is leren dansen moeilijker dan feiten leren? Hoe kun je stemmen horen die er niet zijn? Hoe kan taal beinvloeden wat je ruikt?

Over deze en andere vragen gaat GEESTDRIFT. Deze vragen worden onderzocht binnen cognitiethema’s als bewustzijn, taal, logica, waarnemen, handelen, emotie, sociale interactie en slaap. Het boek bevat ook een reportage van het scannen van mijn eigen brein met als doel mijn gedachten te lezen…

De boekpresentatie maakt deel uit van de NWO Publieksdag ILLUSIO over Cognitie, met als hoofdthema illusies.

Hoofdact van deze publieksdag is de Amerikaanse illusionist Teller, bekend als de stille helft van het komische duo Penn & Teller. Zijn optreden is getiteld: ‘The beautiful lie: a tale of the art, science and psychology of Magic’. Tellers voordracht is een multimediapresentatie van een truc uit het repertoire van de Penn & Teller Show in Las Vegas. Hij gaat in op de geschiedenis van de truc en van de goochelaars die deze truc in het verleden hebben uitgevoerd. Teller legt uit hoe hij de truc heeft aangepast om deze in de Penn & Teller Show te laten passen, en geeft inzicht in de geestelijke en emotionele ontstaansgeschiedenis van de truc.

In deze YouTube-video leggen Penn en Teller op een briljante manier 7 basistrucs van vele goochelacts uit:
http://www.youtube.com/watch?v=_qQX-jayixQ

De toegang voor de publieksdag is gratis, en alle bezoekers ontvangen na afloop een gratis exemplaar van mijn boek ‘GEESTDRIFT’.

Vooraf registreren voor de publieksdag is verplicht, en kan via de website http://www.illusio.nl/. Op deze site vind je nog meer informatie over de NWO-publieksdag ILLUSIO.

Sexy statistics

"I keep saying the sexy job in the next ten years will be statisticians. People think I’m joking, but who would’ve guessed that computer engineers would’ve been the sexy job of the 1990s? The ability to take data—to be able to understand it, to process it, to extract value from it, to visualize it, to communicate it—that’s going to be a hugely important skill in the next decades..."

Hal Varian (UC Berkeley), Google's Chief Economist, The McKinsey Quarterly, January 2009

Read the full article on: http://www.mckinseyquarterly.com/Hal_Varian_on_how_the_Web_challenges_managers_2286

Rekenen aan het leven

Dit artikel is verschenen in NRC Handelsblad, 20 juni 2009

Turing Award-winnaar Richard Karp was al ver in de vijftig toen hij overstapte van de theoretische informatica naar de bioinformatica. Hij leerde hoe belangrijk het is om met biologen samen te werken, in plaats van om in zijn eentje een rekenprobleem te kraken.

‘De natuur rekent’, is de kortste samenvatting die de Amerikaanse informaticus Richard Karp van zijn huidige werk geeft. Hij ontwikkelt rekenmethoden – algoritmen – die biologen kunnen gebruiken bij het ontrafelen van de geheimen van het leven. Geheimen als hoe de moleculaire machinerie van een cel werkt, of wat de genetische overeenkomsten zijn tussen organismen die in de loop van de evolutie uit elkaar zijn gegroeid.

Karp was begin juni een dag te gast in Amsterdam bij het Centrum Wiskunde & Informatica, ter gelegenheid van de officiële start van de CWI-onderzoeksgroep Levenswetenschappen. CWI-wiskundigen en -informatici uit deze groep gaan structureel samenwerken met biologen in een aanpak die systeembiologie heet. Karp is voor hen een levende legende, dankzij zijn baanbrekende werk in de ontwikkeling van combinatorische algoritmen.

Traditioneel dreef de biologie op kwalitatieve modellen. Maar binnen de systeembiologie zijn biologen, fysici, chemici, wiskundigen en informatici sinds een jaar of tien geleidelijk aan meer gaan samenwerken aan het modelleren van hoe grote hoeveelheden moleculen in tijd en ruimte samenwerken in de levende cel. En dat zijn kwantitatieve modellen. De biologen zijn goed in het meten aan levende organismen en in het klassieke kwalitatieve biologische begrip. De fysici hebben veel ervaring met het modelleren van complexe systemen, terwijl informatici en wiskundigen een uitgebreide expertise hebben in het bouwen en rekenkundig analyseren van systemen waarin alles met alles samenhangt.

Richard Karp had al een rijke loopbaan als theoretisch informaticus achter de rug, toen hij in de jaren negentig als een van de eerste informatici overstapte naar de bioinformatica. Hij was toen al ver in de vijftig.

Naïef
“Het ontrafelen van het menselijk genoom was in die jaren hot”, vertelt Karp over de reden van zijn overstap. “Ik zag informatici aan dit probleem werken waarvan ik dacht: als zij het kunnen, dan kan ik het ook. Daarnaast was ik een beetje moe van het werken op het terrein van de metatheorie, wat ik jarenlang had gedaan. Ik wilde met mijn kennis van algoritmen iets doen wat praktisch toepasbaar was, en de biologie leek me de beste toepassing daarvan.”

Zijn overstap ging niet zonder slag of stoot. Karp dacht dat het genoeg zou zijn om goede algoritmen te ontwikkelen, iets wat hij al heel zijn leven deed. Naïef gedacht, zo bleek. “Mijn werk uit de jaren negentig aan het ontrafelen van de DNA-volgorde heeft in de praktijk geen invloed gehad. Wetenschappelijk werkte het wel, maar ik had te weinig rekening gehouden met de sociale context die nodig is om je werk toe te passen. Nu weet ik dat je ook op promotiecampagne moet gaan. Je moet samenwerken met de DNA-sequencingcentra; je moet samen met biologen naar de data kijken; je moet hen ervan overtuigen dat je nuttig voor ze kunt zijn. Omdat wij die samenwerking niet zochten, kregen we niet de echte data, en lieten we onze berekeningen op kunstmatige data los.”

Daarnaast bleek uiteindelijk ook dat Karp op het verkeerde paard had gewed. De methode van de brute kracht – gebruikt door het bedrijf Celera Genomics van genoomjager Craig Venter – won het van de meer verfijnde methode, waaraan de mensen binnen het publiek gefinancierde genoomproject werkten, en waaraan ook Karp werkte. “We werden ingehaald door een riskantere aanpak dan de onze, die wel degelijk bleek te werken en vooral sneller was in het ontrafelen van het genoom.”

Het ontrafelen van het genoom van een organisme, is voor Karp de belangrijkste bijdrage van de informatica aan de biologie: “Daarvoor moet je een combinatorisch probleem oplossen. Het is alsof je een aantal kopieën van hetzelfde boek in stukken scheurt, de scheursels rondstrooit, en dan aan iemand vraagt om daaruit het oorspronkelijke boek paragraaf voor paragraaf te reconstrueren. Door een combinatie van technologie en slimme algoritmen hebben we dat probleem opgelost. Deze ontwikkeling gaat door, want we willen het genoom steeds sneller en goedkoper ontrafelen.”

De tweede belangrijke bijdrage van de informatica aan de biologie, is voor hem de reconstructie van de evolutionaire levensboom: hoe organismen in de evolutie uit elkaar zijn ontstaan. Karp: “Tot voor kort werd dat gedaan door naar uiterlijke kenmerken te kijken. Die aanpak is grotendeels vervangen door software die met algoritmen de genomen van organismen met elkaar vergelijkt.”

Eiwitinteracties
Dankzij Karps eigen belangrijkste bijdrage aan de bioinformatica, kan zo’n vergelijking tussen organismen nu ook op eiwitniveau. In 2005 publiceerde hij samen met acht collega’s in de Proceedings of the National Academy of Sciences een baanbrekende methode om de netwerken van eiwitinteracties tussen organismen te vergelijken. Ze pasten hun methode toe op de gistbacterie, de fruitvlieg en het wormpje C. elegans.

Karp: “Met ons algoritme konden we een database met meer dan veertienduizend gist-, worm- en fruitvliegeiwitten en bijna veertigduizend bekende eiwitinteracties doorzoeken op overeenkomsten. Zo vonden we netwerken van eiwitinteracties die in alle drie de soorten voorkomen.” Het achterliggende biologische idee hiervan is dat veel eiwitnetwerken in de evolutie bewaard zijn gebleven, terwijl organismen zich van elkaar afsplitsten en zich tot aparte soorten ontwikkelden.

Daarnaast voorspelden de onderzoekers met hetzelfde algoritme dat bepaalde eiwitinteracties moesten bestaan, terwijl biologen deze nog nooit hadden ontdekt. “Meer dan de helft daarvan is daarna wel degelijk gevonden”, zegt Karp. “Dat bewijst dat je met algoritmen interessante eiwitmachinerie kunt opsporen. Ons werk heeft een nieuwe onderzoekslijn in gang gezet die de systeembiologie verder helpt. Bovendien is het een stap in de richting van een computermodel van een cel.” De informatica kan dus echt nieuw inzicht genereren, en is niet alleen maar een hulpwetenschap voor de biologie.

Leeftijdsdiscriminatie
Karp behoort tot de allereerste generatie informatici. Hij studeerde in de jaren vijftig aan de Harvard University af bij het computational lab, nog voordat het huidige vakgebied van de informatica een naam had. Op dat lab voelde hij dat hij deel uitmaakte van een revolutionaire ontwikkeling. “Welk onderzoekspad je ook insloeg, het was allemaal nog onontdekt terrein.” Niet dat hij zich met de computer als apparaat bezig hield, wat misschien voor de hand zou liggen op een computational lab, en in een tijd waarin de computer nog een elitair instrument was. “Ik weet minder van computers dan willekeurig welke informaticus,” zegt Karp, “en waarschijnlijk ook minder dan de meeste tieners.”

Het was vooral de schoonheid van het Hongaarse algoritme dat hem in die tijd de informatica introk. Dit algoritme is de oplossing van het toewijzingsprobleem, waarbij de vraag is hoe je n werknemers het beste aan n werktaken kunt toekennen, zodanig dat de kosten voor de werkgever geminimaliseerd worden. Verder is gegeven welk tarief elke werknemer hanteert voor een bepaalde taak. “Het Hongaarse algoritme gebruikt alleen optellen en aftrekken om dit probleem op te lossen”, vertelt Karp. “Er komt geen vermenigvuldigen of delen aan te pas, dat is het mooie. Als je een algoritme vindt waarbij alles goed werkt, is het als een prachtige machine – een machine in de geest. Het is alsof je als een meubelmaker alle stukken heel precies in elkaar schuift en het meubelstuk er nog prachtig uitziet ook.”

Karp is inmiddels 74 jaar, en nog volop wetenschappelijk actief. In Nederland had hij op zijn 65e al met pensioen moeten gaan, en was hij al jarenlang niet meer toegekomen aan het zelf doen van onderzoek, omdat hij had moeten besturen. Maar Karp wil werken zo lang als hij kan. Hij geeft nog steeds college en begeleidt nog steeds jonge onderzoekers. “Ik ben geen bestuurder”, zegt hij. “Ik ben er nooit voor gevraagd en bovendien ik heb ook geen verstand van geldstromen. Ik zou kunnen zeggen dat mijn doel is om als wetenschapper de mensheid te dienen, maar dat zou niet eerlijk zijn. Natuurlijk vind ik het fijn als mijn algoritmen worden toegepast, maar eerlijk gezegd is mijn grootste drijfveer dat ik veel plezier beleef aan het spelen met wiskundige concepten. Gelukkig is er in de VS geen leeftijdslimiet. Dat is zelfs tegen de wet omdat het leeftijdsdiscriminatie is. 65 is trouwens tegenwoordig helemaal niet zo oud meer.”

Databestanden
Als de natuur rekent, zoals Karp graag zegt, hoe kan het dan dat we van die rekenkundige kant van de biologie vooralsnog weinig terug zien in de biologieleerboeken?

Dat gaat volgens de Amerikaanse informaticus binnen enkele jaren al veranderen. “Realiseer je dat biologen – zeker moleculair biologen – hoe langer hoe meer gebruik maken van grote databestanden die via het internet toegankelijk zijn: informatie over genen en eiwitten. Dat verandert het wezen van het spel. Een bioloog die nu een interessante DNA-volgorde vindt, gaat het internet op en laat een programma zoeken naar vergelijkbare volgorden in andere organismen. Hoe meer we willen weten van hoe een levende cel in detail functioneert, hoe belangrijker deze grote databestanden worden. En ook hoe belangrijker de algoritmen om zinvolle informatie uit die data te halen.”

Staan biologen eigenlijk wel genoeg open voor informatici? Bioloog Leroy Hood, wiens lab in 1986 de eerste semi-automatische DNA-sequencingmachine maakte, heeft gezegd dat informatici niets voor de biologie waard zijn, tenzij ze ook echt het vak biologie leren. Karp glimlacht bij het horen van dit citaat. “Waarschijnlijk dacht hij aan mij toen hij dat zei…Ik heb vier jaar met hem samengewerkt. Maar ik ben het er niet helemaal mee eens. Het hangt af van het type probleem. Het klopt als het bijvoorbeeld gaat om eiwitten. Die hebben een ingewikkelde driedimensionale structuur en een ingewikkelde invloed. Daar moet je inderdaad veel biologische kennis van hebben. Maar het geldt niet als het gaat om DNA. DNA kun je echt zien als een woord in een vierletteralfabet waar je combinatoriek op kunt loslaten. Maar het is zeker nodig om samen te werken met biologen.”

En Karp vindt dat de samenwerking beter wordt. “Wat ik biologen moet nageven, is dat ze niet arrogant zijn, in tegenstelling tot natuurkundigen. Natuurkundigen denken dat ze alles weten. Zij denken dat informatici niets aan hun vak hebben toe te voegen, omdat ze zelf wel weten hoe ze een computerprogramma moeten schrijven. Biologen delen graag wat ze weten en wat ze niet weten. Ik denk dat dat komt omdat er nog zo weinig bekend is over hoe biologie op het systeemniveau van de cel werkt. Biologen weten hoeveel ze nog niet weten.”


[kort profiel] Richard Karp (74) is hoogleraar informatica aan de University of California en aan het International Computer Science Institute, allebei in Berkeley (VS). Karp heeft meerdere belangrijke ontdekkingen op zijn naam staan in de combinatorische algoritmiek en de Operations Research. In 1985 won hij de Turing Award – gezien als de Nobelprijs voor de informatica – voor zijn werk aan een van de grootste onopgeloste problemen uit de wiskunde en de informatica: de vraag of zogenaamde NP-problemen ongelijk zijn aan zogenaamde P-problemen.

P-problemen zijn snel op te lossen. P staat voor die klasse van problemen waarvoor een snelle (polynomiale) oplossingsmethode bestaat, bijvoorbeeld het vinden van de kortste route tussen twee punten op een wegenkaart (dat algoritme zit in een TomTom). Voor NP-problemen is vooralsnog geen snelle oplossing gevonden, maar is een gegeven oplossing wel snel te verifiëren. Het is bijvoorbeeld gemakkelijk te verifiëren dat je 4.294.967.297 kunt ontbinden in de priemfactoren 641 en 6.700.417, want 641 × 6.700.417 = 4.294.967.297, maar er is geen snelle methode bekend om deze priemfactoren te vinden.

Karp bewees in 1972 dat er een bijzondere klasse van NP-problemen bestaat met een gezamenlijk kenmerk. Hiervoor geldt dat als je voor eentje kunt bewijzen dat er een snelle oplossing is, dat ook geldt voor alle andere problemen uit deze klasse. En als je voor eentje kunt bewijzen dat dat niet kan, geldt hetzelfde voor alle andere. Deze klasse van problemen heet NP-volledig.

Digibite politici kiezen voor centrale biometrische databank

Dit onderwerp heb ik besproken in de radiouitzending van Hoe?Zo! van vrijdag 12 juni 2009. Luister naar de uitzending via http://player.omroep.nl/?aflID=9641486 of via http://www.hoezoradio.nl/

De centrale biometrische databank gaat er komen. Woensdag 10 juni stemde de Eerste Kamer ermee in, nadat in januari de Tweede Kamer dat al had gedaan.

Sinds 2006 zit in het Nederlandse paspoort een chip met daarop een afdruk van het gezicht. Volgens een richtlijn van de Europese Unie moeten daar dit jaar ook twee vingerafdrukken aan worden toegevoegd, om paspoortfraude beter te kunnen bestrijden.

Nederland wil weer voorop lopen en maar meteen een centrale biometrische databank aanleggen, waarin we al die kenmerken ook meteen opslaan. De overheid beschikt straks dus ook al over de vingerafdrukken van iedereen met een paspoort. Lekker centraal opgeslagen. Dat gaat veel verder dan wat de EU wil. En zelfs zo ver, dat enkele wetenschappers zich daar ernstig zorgen over maken: http://vortex.uvt.nl/TILTblog/

Wie gaat toegang krijgen? Hoe is geregeld dat de toegangscode niet handen van de verkeerde figuren valt? Hoe is de database beveiligd tegen inbreken? Is de centrale databank een eerste stap op weg naar het vissend rechercheren van de overheid in onze vingerafdrukken? Wegen de voordelen van de fraudebestrijding wel op tegen de nadelen dat identiteiten op straat komen te liggen?

Bij die bezorgde mensen zit ook hoogleraar computerbeveiliging Bart Jacobs van de Radboud Universiteit Nijmegen, die vorig jaar met zijn studenten de ov-chipkaart kraakte. Die heeft toch verstand van digitale beveiliging, zou je zeggen.

Duitsland heeft juist van centrale opslag afgezien omdat ze de voordelen niet vonden opwegen tegen de nadelen: het risico dat gegevens uit de centrale database op straat komen te liggen.

Gezien het fiasco met de elektronische stemmachine en de ov-chipkaart, en het wantrouwen tegen het elektronisch patiëntendossier (doktoren voorop – zij weten hoe onveilig het is), zouden we ons vertrouwen in de veiligheid van de centrale biometrische databank flink moeten temperen.

Onze digibete politici hebben geen benul van digitale veiligheid. Er wordt niet op gestuurd, en dus klungelen de bedrijven die het moeten uitvoeren maar wat aan. Er zou eerst veel beter vooronderzoek worden gedaan dan nu is gebeurd.

Wie heeft er een naam voor element 112?

Eindelijk gaat het superzware element 112 officieel aan het Periodiek Systeem der Elementen worden toegevoegd. Ook gaat het een officiële naam krijgen (de voorlopige naam was ‘ununbium’).

Misschien wordt het wel heisenbergium, zo wordt gespeculeerd. Het vorige element, nummer 111 werd naar Rontgen genoemd: rontgenium. Quantumpionier Werner Heisenberg heeft nog geen element naar zich vernoemd, en de ontdekking van element 112 werd gedaan in het Duitse Darmstadt in 1996.

Het team van ontdekkers Peter Armbruster en Sigurd Hofmann maakte eerst een enkel atoom en zes jaar later nog eentje. Dat deden ze door zinkionen met een deeltjesversneller op loodatomen te schieten. Heel af en toe fuseren een zinkion en een loodatoom dan tot een atoom met atoomnummer 112. Dat blijft overigens maar een fractie van een seconde bestaan.

Daarna hebben wetenschappers van het Japanse RIKEN-instituut de experimenten onafhankelijk bevestigd. Er zijn tot nu toe trouwens maar vier van zulke atomen gemaakt, en daarom heeft het ook zo lang geduurd tot de officiële erkenning van de ontdekking door de International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC).

Het team van ontdekkers Peter Armbruster en Sigurd Hofmann mag nu de officiële naam gaan voorstellen.

In Darmstadt zoeken ze nu trouwens naar element 120…, nadat de Russen in 2006 claimden element 118 al te hebben gemaakt.

De zon is boos

Hij steekt hoogst zelden de kop op, maar als hij het doet, kan de schade enorm zijn: een geomagnetische superstorm, over de aarde geblazen door de zon. De superstorm kan de vitale infrastructuur van een hoogtechnologische maatschappij ernstig ontregelen.

Het hele artikel is te lezen in het populair-wetenschappelijke maandblad Natuurwetenschap & Techniek, juni 2009

Internet
Het gedetailleerde rapport Severe Space Weather Events - Understanding Societal and Economic Impacts (National Academy of Sciences, 2008) is gratis te downloaden van: www.nap.edu/catalog.php?record_id=12507
Uitgebreid historisch overzicht van zonnestormen: www.solarstorms.org/SRefStorms.html
Info, illustraties en animaties: stereo.gsfc.nasa.gov en http://sohowww.nascom.nasa.gov/spaceweather/lenticular/
Het actuele ruimteweer: sohowww.nascom.nasa.gov/spaceweather/
NOAA Space Weather Prediction Center: www.swpc.noaa.gov/
European Space Weather Portal: www.spaceweather.eu/nl
Schaalverdeling voor de kracht van geomagnetische stormen: www.swpc.noaa.gov/NOAAscales/

Literatuur
Severe Space Weather Events - Understanding Societal and Economic Impacts (National Academy of Sciences, 2008)
Bruce Tsurutani et. al. The extreme magnetic storm of 1-2 September 1859. Journal of Geophysical Research, Vol. 108, No. A7, 1268 (2003)

Fantasy is cheap, facts are expensive

This column was written for the World Federation of Science Journalists (WFSJ)

“By the end of 2013, 100.000 Europeans have died of starvation.”

“One solar storm could destroy power grids all over the world…”

Sometimes I wonder why I don’t change my profession from being a science journalist to being a phantasy writer. Just writing whatever sells. It would save days of checking facts.

This thought was running through my mind when I was doing research for an article for the Dutch popular science magazine NWT about the effects of a geomagnetic super storm on modern societies. A geomagnetic super storm? Yes, sometimes the sun blows out a bubble of charged particles, a solar hurricane. When the solar hurricane hits the earth, it can create a geomagnetic super storm, which – in principle – can knock down power grids.

In principle – that is the clue here. In fact, only hundreds of kilometers long electricity lines are vulnerable. Nobody knows exactly what is going to happen. And what is going to happen will change from country to country, depending on the latitude and the electricity infrastructure.

In my research I was first reading scientific reports and papers. Later I started calling electrical engineers and power grid specialists. While in the beginning of my research, New Scientist published the article ‘Gone in 90 seconds’, about exactly the same subject. The author sketched a worst case scenario for the US. It was a dramatized extrapolation of an American scientific report.

The crucial question remained whether the American situation is typical for countries on other continents. What about the situation in China, India, Argentina, Poland, Cameroon…? Don’t these countries count?

No, the American situation is not typical, as the article doesn’t mention. For example, Europe has hardly any of the very long electricity lines of the US. Therefore, the quote from the New Scientist-lead, the second quote with which I started – “One solar storm could destroy power grids all over the world…” – is rubbish.

Does this article lead sell? For me it works the opposite way. As soon as somebody claims that ‘all over the world’ things will be destroyed, I rather think: “Oh no, somebody is trying to fool me.”

A month later a colleague – and the editor of my article-in-the-making – sent me a link to another article about geomagnetic super storms, this time from UK’s Daily Mail: ‘Meltdown! A solar super storm could send us back into the dark ages – and one is due in just THREE years’ (www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-1171951/Meltdown-A-solar-superstorm-send-dark-ages--just-THREE-years.html).

An exclamation mark and a word written in capitals in the title…Another reason to put aside the article. However, I was doing my research on geomagnetic super storms, so I wanted to read everything I could about the subject. It turned out that the New Scientist-scenario that was sketched for the US was shamelessly translated to a European context. No critical question was asked to what extent this can be done. No own research at all. Add a bit of spice to what you hear from others.

Some extra fantasy was added, with little creativity though. The scenario only got worse. No electricity, no delivery of food to shops, fridges breaking down, and soon the first people start to die… 100.000 Europeans would die of starvation after the geomagnetic super storm would hit the earth, the article states.

100.000 dead? It takes a fraction of a second to phantasize the number. But even weeks of research wouldn’t lead to a reliable number. Impossible to give arguments for any reliable number. Even irresponsible to speculate about it in a journalistic article.

Fantasy is cheap, facts are expensive. I hope that the world wide cuts in (science) journalism will not lead to even more phantasy and even less facts. Bad fantasy is so much harder to swallow than good facts.

Ultieme informatie

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 18 april 2009

Vraag twee informatici waarover hun vakgebied gaat, en je krijgt twee verschillende antwoorden. De informatica is de afgelopen tien jaar zo’n uitgebreid gebied geworden, dat niemand meer lijkt te weten wat de wetenschappelijke kern is. Professor Jan van Leeuwen is op zoek naar die kern.

[kader:]
Op woensdag 11 maart ontving de Utrechtse informaticus professor Jan van Leeuwen (1946) de eerste Distinguished Lorentz Fellowship-prijs. Van Leeuwen kreeg de prijs vanwege zijn verdiensten in de ontwikkeling van de fundamentele informatica. De prijs is bedoeld voor wetenschappers die bruggen slaan tussen wetenschappelijke disciplines, en bestaat uit drie delen: een naar eigen inzicht te besteden persoonlijke geldprijs, een verblijf van maximaal één academisch jaar aan het Netherlands Institute for Advanced Study in the Humanities and Social Sciences (NIAS) in Wassenaar om zich te verdiepen in een onderzoek naar keuze, en een werkbudget voor het organiseren van een internationale en interdisciplinaire workshop aan het Lorentz Center for the Sciences in Leiden. Van Leeuwen gaat de prijs gebruiken om een wetenschapsfilosofie van de informatica te ontwikkelen.

Weinig wetenschappers hebben het werkterrein onder hun voeten zo radicaal zien veranderen als informatici in de afgelopen zestig jaar. “Wij lopen nu met computers in ons lijf, terwijl wij in de jaren veertig nog in computers liepen”, verwoordt de Nederlandse computerpionier Jaap Zonneveld de informaticarevolutie in het boek Alles moest nog worden uitgevonden van Cordula Rooijendijk. We chatten en e-mailen nu over de digitale snelweg, we doen onze bankzaken achter de pc, we spelen multi-player games over het internet en zoekmachines gidsen ons door een alsmaar uitdijend informatie-universum. Het internet is een verlengstuk van onze hersenen geworden.

Maar vraag informatici wat de kern van hun vakgebied is en de kans is groot dat je sterk uiteenlopende antwoorden krijgt. ‘Het ontwerpen en bouwen van software’, zegt de een. ‘Het maken van informatiesystemen die ons dagelijks leven vereenvoudigen’, zegt de ander.
De een benadrukt de diepe kennis, de ander de creatieve engineering in het gebied. Informaticahoogleraar Jan van Leeuwen van de Universiteit Utrecht is op zoek naar wat al die verschillende visies verbindt – een filosofie van de informatica.

“De ontwikkelingen van de laatste decennia hebben de informatica het kenmerk gegeven van een volwassen wetenschap”, zegt hij. “Maar de informatica lijkt inmiddels geëxplodeerd in subdisciplines die nog maar weinig met elkaar praten. Elke subdiscipline bekijkt de informatica vanuit haar eigen venster.”

Wie door het venster van het begrip informatie kijkt, zal elk denkbaar proces willen zien als een programma dat werkt met veranderende informatietoestanden. Denk bijvoorbeeld aan administratieve processen, communicatieprocessen en zelfs aan sociale processen. Maar ook veel natuurkundige en biologische processen kun je zo modelleren. Kijk je echter door het venster van het begrip berekenbaarheid, dan stel je de mechanismen van de berekeningen centraal die het slimme deel van de computer uitmaken. Vooral de natuurwetenschappen gebruiken dit venster. Wie door het cognitievenster naar de informatica kijkt, probeert de manieren van het menselijk denken na te bootsen en zelfs te verbeteren op een computer.

Grondleggers
“Het is begrijpelijk dat elke informaticus door zijn eigen venster kijkt, en ik wil de verscheidenheid van het vakgebied zeker niet ontkennen of veranderen,” zegt van Leeuwen, “maar ik denk dat het de ontwikkeling van het vak sterk belemmert als iedereen alléén maar door zijn eigen venster kijkt. Vergelijk het met de natuurkunde. Ook de natuurkunde bestaat uit een reeks van erkende deeldisciplines, en toch bestaat er een duidelijk beeld van het vak als geheel: het ontdekken van natuurwetten door verschijnselen te observeren, door theorieën te ontwikkelen waarmee we ze kunnen begrijpen en door te experimenteren. En daarnaast ook het benutten van de ontwikkelde kennis. Zo’n beeld is ook voor de informatica mogelijk, en zeer gewenst.”

Niet dat de vraag naar de kern van de informatica nieuw is. De grondleggers van het vakgebied hebben er in de jaren vijftig en zestig uitgebreid over nagedacht. Maar daarna waren informatici zo druk bezig met de ontwikkeling van computers, programmeertalen en informatiesystemen, en later met netwerken en internettoepassingen, dat de vraag naar de fundamenten van hun vakgebied op de achtergrond raakte. En dat terwijl het vakgebied zich stormachtig ontwikkelde. Vroeger was de computer alleen een rekenapparaat. Tegenwoordig is het een apparaat dat intelligent met informatie omgaat, dat kan redeneren, analyseren en communiceren.

Van Leeuwen stelt zich opnieuw die kernvraag om de essenties van het vakgebied helder neer te zetten. “Want informatica is zo veel meer dan de alledaagse visie dat het alleen maar gaat over alles wat op een pc draait”, zegt hij. “Informatici proberen ook antwoorden te vinden op fundamentele vragen als: Wat is berekenbaar? Wat is informatie? Wat is intelligentie? Hoe kunnen we complexe systemen simpel bouwen en onderhouden? Zijn programma’s theorieën van een stukje werkelijkheid? Kunnen we algemene informatiewetten vinden? Kunnen we slimme manieren vinden om problemen op te lossen waarvoor zelfs de snelste huidige computer nog langer moet rekenen dan de levensduur van het heelal?”

Informatie
Heeft hij al mogelijke antwoorden op de vraag wat dan gemeenschappelijk is aan alle subdisciplines van de informatica? “Voor een antwoord is het nog te vroeg”, zegt van Leeuwen. “Het Distinguished Lorentz Fellowship stelt me juist in staat om mij dit jaar volledig met die vraag bezig te houden [zie kader]. Maar ik kan wel uitleggen waarom ik de huidige antwoorden ontoereikend vind.”

Een wetenschapsfilosofie gebruikt paradigma’s – theoretische denkkaders – om de kern van een wetenschapsveld te karakteriseren. Welke paradigma’s kenmerken de informatica van nu? Een klassiek paradigma is natuurlijk ‘informatie’: informatica als de wetenschap van de informatieverwerking. “Het mooie van dit paradigma,” zegt van Leeuwen, “is dat het onafhankelijk is van het instrument computer. Veel informatica-activiteiten kun je inderdaad zien in termen van informatieverwerking. Er bestaat inmiddels een redelijk ontwikkelde filosofie van het begrip informatie. Maar daarmee is lang niet alles verklaard. Welke informatie heb je bijvoorbeeld nodig in een navigatiesysteem dat met files rekening houdt en reistijden tot op een procent nauwkeurig kan voorspellen? Hoeveel informatie heb je ervoor nodig en waar komt die vandaan? Hoe bereken je continu de beste routes? Hoe willen consumenten de resultaten aangeboden krijgen?”

Informatici kijken met computers naar de wereld en ontwikkelen tegelijk de ICT die ervoor nodig is. Je kunt vanuit het begrip informatie naar elk gebied kijken, of het nu de biologie is of een bedrijfsorganisatie. Maar een informaticus die met zijn methoden bijdraagt aan de ontrafeling van de genenstructuur van levende wezens, zal niet ineens claimen dat hij alles van de biologie begrijpt. Wel kijkt hij op een heel eigen manier naar een stukje biologie, een manier die de klassieke bioloog niet eigen was en die zowel de biologie als de informatica verrijkt. Van Leeuwen: “Het werk van de informaticus begint niet op het moment dat iemand zegt: ‘wij hebben een boel informatie verzameld, en wil jij dat nu eens gaan verwerken’. Nee, de informaticus denkt zelf al na over het begrijpen en modelleren van informatiegestuurde processen.”


Algoritmen
Een ander mogelijk paradigma is dat van het algoritmisch denken. Je zou de informatica kunnen zien als de studie van algoritmen, de rekenrecepten voor computers. “Algoritmen zijn inderdaad hèt middel om oplossingen voor informatieverwerkingsproblemen te vinden”, zegt Van Leeuwen, die zelf internationaal naam heeft gemaakt met zijn onderzoek naar het ontwerp van algoritmen.

“Waar een natuurwetenschapper een verschijnsel probeert te vangen in een formule, zal een informaticus altijd proberen een verschijnsel te vangen in een beschrijving die uitvoerbaar is op een computer. Hij neemt geen genoegen met een formule – een formule is immers ook maar een formule. Hij neemt ook geen genoegen met alleen een wetmatigheid – want wie zegt dat je die wetmatigheid ook in de praktijk kunt uitvoeren. Maar hij wil het verschijnsel volledig kunnen simuleren. De natuurkundige wetten die een stroming beschrijven, zijn bekend, maar dat betekent niet dat, als ik je vraag om stromend water op een beeldscherm na te bootsen, je weet wat je moet doen. Het verschijnsel alleen begrijpen is niet genoeg. Je zult moeten nadenken over een rekenmethode – een algoritme – om stromend water op een computer te simuleren. En dat is verre van triviaal.”

Maar om algoritmen als het centrale paradigma te zien, vindt Van Leeuwen een te beperkte en te instrumentele visie. “Neem de elektronische veilingsite eBay. Het klopt dat eBay draait op algoritmen, maar het is te simplistisch om te denken dat eBay alleen maar bestaat bij de gratie van algoritmen. eBay bestaat ook bij de gratie van veel andere slimme ontwerpaspecten.”

Uniek samenspel
De informatica heeft veel gemeen met de klassieke natuurwetenschappen maar gaat ook verder. De natuurkunde bestudeert de levenloze natuur, de biologie de levende natuur. Die natuur is in principe gegeven. Maar het onderzoeksterrein van de informatica breidt zich voortdurend uit onder haar eigen ontwikkeling, door de veelheid aan complexe systemen die de mens met computers continu creëert. De ontwikkeling van het internet heeft een geheel nieuwe dimensie geopend in het omgaan met informatie, die een jaren-tachtig informaticus zich niet eens kon voorstellen, laat staan bestuderen.

Van Leeuwen: “De informatica is een uniek samenspel tussen instrumentarium en wetenschappelijke ontdekkingen langs de wegen van de informatisering. Computers en software worden in rap tempo slimmer dankzij de ontdekkingen in het gebied, en dit stuwt de informatica weer voort naar nieuwe ontdekkingen. Ik denk dat de wisselwerking tussen technologie en wetenschap in geen enkel ander gebied zo sterk is als in de informatica.”

En we staan pas aan het begin van de resultaten van die wisselwerking, denkt de informaticus. “Ik denk dat we bijvoorbeeld nog niet eens één procent hebben gezien van de informatisering in het bedrijfsleven. Veel informatiediensten die bedrijven nu aan elkaar of aan hun klanten bieden benutten maar een klein deel van wat theoretisch mogelijk is. Dat komt onder andere omdat informatici de moeilijkheid van de werking en veilige interactie met die diensten nog lang niet volledig doorgrond. Op dit soort onderzoek zou Nederland meer moeten inzetten.”

Twee culturen verenigd
Een filosofie van de informatica zal volgens Van Leeuwen ook een antwoord moeten geven op de vraag hoe de verschillende culturen in het gebied zich laten verenigen: de bèta-wetenschappelijke cultuur en de meer alfa- en gamma-wetenschappelijke cultuur van de ICT-toepassingen in bedrijven en organisaties.

Op 7 mei dit jaar is het precies vijftig jaar geleden dat de Engelse natuurkundige en schrijver C.P. Snow zijn invloedrijke lezing ‘The two cultures’ hield in Cambridge. Snow betoogt hierin dat de wereld van de alfa- en de bètawetenschappen zozeer uit elkaar zijn komen te liggen dat ze nauwelijks meer iets van elkaar weten. Een Shakespeare-deskundige heeft geen idee meer wat een elementaire-deeltjesfysicus doet, en andersom. En in de alledaagse cultuur word je scheef aangekeken als je nooit van Vincent van Gogh hebt gehoord, maar niet als je geen idee hebt waar de tweede wet van de thermodynamica over gaat. Hoe is dat binnen de informatica?

Volgens van Leeuwen is de informatica de laatste tien jaar het toonbeeld geworden van een wetenschap waarin beide culturen niet zonder elkaar kunnen. Dit komt aan de ene kant uiteraard door de toepassingen. Historici kunnen straks op een Google-achtige manier door grote hoeveelheden handgeschreven archiefmateriaal zoeken, literatuuronderzoekers kunnen met één zoekopdracht door legio bibliotheekcollecties in binnen- en buitenland surfen, en kunstenaars zoeken straks net zo gemakkelijk door beeld- en geluidscollecties als nu door teksten.

Maar het samenkomen van twee culturen zit aan de andere kant ook in de methoden die de informaticus nodig heeft. “Het bèta-aspect zit in de rekenmethoden die de informaticus gebruikt en in het ontwerpen van computers en software”, zegt Van Leeuwen. “Maar voor een succesvolle toepassing van de informatica moeten we bètakennis integreren met alfa- en gammakennis. En de bril waardoor ik op zoek ga naar een filosofie van de informatica, zal dan ook zowel een bètabril zijn, als een alfa- en gammabril.”

Lichtpaden stuwen virtuele radiotelescoop op

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 7 april 2009

Live-demonstratie van intercontinentale radiotelescoop tijdens ‘Reis rond de wereld in tachtig telescopen’ op vrijdag 3 april.

In het Drentse Dwingeloo arriveren geen postpakketten meer met kilometers lange opgerolde magneettapes of met belegen harde schijven, afkomstig van afgelegen radiotelescopen. Radiosterrenkundigen van nu hoeven niet meer weken- of maandenlang te wachten om te zien wat hun telescopen vandaag waarnemen. Een glasvezelnetwerk combineert sinds 2006 radiotelescopen van over de hele wereld tot één grote virtuele radiotelescoop.

“Afgelopen november zagen we live hoe in tien dagen tijd een enorme hoeveelheid materie met een derde van de lichtsnelheid werd uitgestoten door een zwart gat die een ster aan het opeten is”, vertelt sterrenkundige Zsolt Paragi. Electronic-Very Long Baseline Interferometry (e-VLBI) heet de gebruikte techniek. Live tussen aanhalingstekens dan, want de astronomen kijken honderden miljoenen jaren terug in de tijd. De virtuele telescoop heeft nog een tweede groot voordeel. Hij combineert de waarnemingen van radiotelescopen die vanaf zoveel mogelijk verschillende plekken naar dezelfde heelalbron kijken. Die combinatie geeft een honderd maal zo gedetailleerd beeld dan de beste optische telescoop.

Het zenuwcentrum van de virtuele intercontinentale telescoop zit bij het JIVE-instituut in Dwingeloo (Joint Institute for VLBI in Europe). Afgelopen vrijdag deed e-VLBI mee aan de internationale sterrenkundemarathon ‘Rond de wereld in tachtig telescopen’ – een 24 uur lange live webcast langs telescopen over de hele wereld, in het kader van het Internationale Jaar van de Sterrenkunde. Tegelijkertijd was er een rondleiding door het controlecentrum van JIVE en langs de supercomputer die de meetgegevens van alle aangesloten radiotelescopen verwerkt tot een live-snapshot van een gewelddadige sterrenkundige bron.

Op een wereldkaart in het JIVE-instituut branden lampjes op de plekken waar radiotelescopen live meedoen aan e-VLBI. In de ochtend lichten alleen twee lampjes in Australië en eentje in China op. Later op de dag – wanneer de aarde wat verder om zijn as is gedraaid en andere telescopen dezelfde bron kunnen zien – gaan zeven lampjes in Europa aan. Nog later springen twee lampjes op het Amerikaanse continent aan. Uiteindelijk doen twaalf telescopen uit elf landen mee: Nederland, Engeland, Spanje, Zweden, Finland, Polen, Italië, Chili, Puerto Rico, China en Australië.

Waarnemingen via het internet bij elkaar voegen – het klinkt gemakkelijker dan het is. “De kunst is om wetenschappelijke grootverbruikers snel en betrouwbaar te bedienen zonder de gewone internetgebruiker te hinderen”, legt directeur Erik-Jan Bos van SURFnet uit. SURFnet ontwikkelt en exploiteert in Nederland een glasvezelnetwerk van ruim achtduizend kilometer. Het is een van de snelste en meest geavanceerde ter wereld, speciaal bedoeld voor universiteiten, hogescholen en academische ziekenhuizen.

“Elke aangesloten radiotelescoop produceert ongeveer een gigabit per seconde aan data, die SURFnet vanuit het buitenland ontvangt en via het optische knooppunt NetherLight in Amsterdam naar Dwingeloo stuurt”, vervolgt Bos. Dat is ruwweg een honderdmaal zo hoge datasnelheid als die van een ‘gewone’ internetthuisgebruiker. “In 2002 hebben we het concept van lichtpaden ontwikkeld. Op een enkele glasvezel gebruiken we tot 72 kanalen: één kanaal voor het gewone internetgebruik en de 71 andere kanalen voor het wetenschappelijke grootgebruik. Elk van die 71 kanalen gebruikt één bepaalde lichtfrequentie en vormt een lichtpad: een eigen optische snelweg die buiten het reguliere internet om loopt.”

Lichtpaden zijn ideaal om de voortdurend toenemende datastroom van grote wetenschappelijke experimenten de baas te blijven. “Tien gigabits per seconde per golflengte kunnen we al aan”, zegt Bos. “Veertig en zelfs honderd gigabits per seconde komt er in de komende jaren aan.” Sinds eind vorig jaar levert SURFnet ook dynamische lichtpaden. Een lichtpad is dan niet langer een optische snelweg die permanent open staat, maar een variabele snelweg. De ene keer staat de snelweg open, de andere keer dicht. Vooral handig wanneer er niet continu grote datahoeveelheden worden verstuurd. De ene keer loopt de snelweg zus, de andere keer zo. Bos: “Heel praktisch wanneer bijvoorbeeld een Leidse elektronenmicroscoop ’s ochtends vanuit Maastricht op afstand wordt gebruikt, en ’s middags vanuit Groningen. De gebruiker krijgt directe controle over het netwerk.”

Dynamische lichtpaden gaan een steeds belangrijkere rol spelen bij het op afstand bedienen van geavanceerde meetinstrumenten die grote hoeveelheden data produceren: niet alleen radiotelescopen, deeltjesversnellers en elektronenmicroscopen, maar ook medische imagingapparatuur, zoals MRI-scanners. Het project Digitaal Bevolkingsonderzoek Borstkanker onderzoekt momenteel de mogelijkheid om mammogrammen van de mobiele screeningunits via lichtpaden te versturen naar de radioloog. Dan komt het resultaat veel sneller aan dan wanneer een koerier de analoge röntgenfoto’s persoonlijk moet afleveren, zoals nu gebeurt. In de commerciële wereld onderzoekt de Hollywood-filmindustrie in het project CineGrid of ze het lichtpadenconcept kunnen gebruiken om films in hoge resolutie te ‘streamen’ naar bioscopen. De oude, dure filmbanden kunnen dan definitief naar het museum.

In de loop van de middag komt netwerkspecialist Paul Boven aanzetten met zijn laptop. De Dwingeloose supercomputer heeft de waarnemingsresultaten van tien deelnemende e-VLBI-telescopen na een paar uur rekenen inmiddels gecombineerd. Op het scherm verschijnt een blauwe, rood omrande stip. We kijken naar het actieve melkwegstelsel 3C120. HHet licht heeft er 450 miljoen jaar gedaan om vandaag te worden waargenomen. Het blikveld op 3C120 is zo smal dat het overeenkomt met het waarnemen van een tennisbal in New York vanuit Nederland.

“De Spaanse telescoop in Madrid heeft vandaag voor de eerste keer meegedaan aan e-VLBI”, zegt JIVE-directeur en sterrenkundige Huib Jan van Langevelde. “En dat ging goed”, constateert hij tevreden. Maximaal voegt e-VLBI momenteel zestien telescopen samen. De komende jaren zal dat aantal toenemen, zodat het haviksoog van de virtuele telescoop nog scherper wordt. Het andere grote voordeel van de virtuele telescoop, opgestuwd door lichtpaden, is de snelheid waarmee hij kan reageren op wat er in de ruimte gebeurt. Van Langevelde: “Dan hoeven we niet meer zoals vroeger dagen of weken te wachten voor we radiotelescopen kunnen gebruiken. Als er nu een ster ontploft, staat de virtuele radiotelescoop meteen op scherp.”

Internet
Homepage van e-VLBI: www.evlbi.org/
Homepage van de 100 uren van de sterrenkunde: www.100hoursofastronomy.org/
Webcast e-VLBI vrijdag 3 april: www.ustream.tv/recorded/1336875
e-VLBI-demowaarnemingen van 3 april: http://iya.expres-eu.org/
De waargenomen actieve melkweg 3C120: www.bu.edu/blazars/3c120.html
Homepage van SURFnet: www.surfnet.nl/
Informatie over lichtpaden: www.surfnet.nl/nl/diensten/netwerkinfrastructuur/Pages/lichtpaden.aspx

Verslag Studiegroep Wiskunde met de Industrie 2008

Zie de PDF op: http://wwwhome.math.utwente.nl/~swi2008/

"De Studiegroep Wiskunde en de Industrie is een jaarlijks terugkerend
evenement waarbij de wiskunde een week lang op zeer zichtbare wijze toegepast wordt. Er wordt in groepsverband gewerkt aan concrete problemen die aangedragen worden door het bedrijfsleven of de overheid. Dit boekje is een verslag van de Studiegroep die in 2008 gehouden werd."

Inhoud:

1. Sensornetwerk controleert omgeving
2. Watermanagement in veranderend klimaat
3. Klaar voor vertrek
4. Micro-elektromagnetische schakelaars voor mobiele telefoons
5. Hoogwaardige aluminiumlegeringen
6. Patroonherkenning in pulsen van vurende hersencellen

Abelprijs 2009 voor “revolutionaire bijdragen aan de geometrie”

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 31 maart 2009

De Frans-Russische wiskundige Mikhail Gromov (1943) heeft de Abelprijs 2009 gewonnen (€ 700.000). Dat heeft de Noorse Academie van Wetenschappen en Letteren op 26 maart bekend gemaakt. De Abelprijs wordt sinds 2003 jaarlijks uitgereikt, en geldt als de Nobelprijs voor de wiskunde. Gromov krijgt de prijs voor zijn “revolutionaire bijdragen aan de geometrie”. De oudste tak van de geometrie gaat over relaties tussen punten en lijnen in een plat vlak. Aan deze platte wereld ontlenen we ons intuïtieve idee van lengte, oppervlakte en kortste weg. Op een gekromd oppervlak zoals een berglandschap worden die begrippen moeilijker meetbaar. De kortste begaanbare weg tussen twee berghutten is meestal niet een rechte lijn, maar een kronkelpad. De moderne geometrie zoekt naar geometrische relaties in abstracte hoogdimensionale werelden. Hierin heeft Gromov baanbrekende inzichten ontwikkeld. Sommige daarvan worden ook toegepast in de analyse en de algebra. Binnen de natuurkunde wordt Gromovs werk gebruikt in de snaartheorie (via de Gromov-Witten-invarianten).

Meer informatie:

http://www.abelprisen.no/en/

Eindelijk gemaakt: een atoom als een miniatuurzonnestelsel

Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad, 28 maart 2009

Een icoon uit alle middelbareschoolboeken over natuurkunde: elektronen cirkelen rond de atoomkern zoals planeten rond de zon. Alleen klopt dit intuïtief aantrekkelijke beeld niet, zoals de wetten van de kwantummechanica bijna een eeuw geleden al lieten zien. Elektronen hebben naast een deeltjeskarakter ook een golfkarakter. Dat maakt dat elk elektron als een vage wolk rond de kern spookt. Weg icoon. Toch hebben drie natuurkundigen van de Universiteit van Virginia (VS) voor het eerst een atoom gecreëerd waarin een elektron wel strakke baantjes rond de kern blijft trekken (Physical Review Letters, 13 maart).

Ze gebruikten microgolfstraling in een lithiumatoom om een bekend fenomeen uit de sterrenkunde op atomaire schaal uit te buiten. Lang voor de ontdekking van de kwantummechanica was in de sterrenkunde al bekend dat er in het gecombineerde zwaartekrachtveld van de zon en de aarde vijf bijzondere punten bestaan: Lagrangepunten. Als een kleine satelliet zich in een van deze punten bevindt, dan beweegt hij in een vaste relatieve positie ten opzichte van de zon en de aarde. In 1994 werd aangetoond dat zulke stabiele punten ook in een atoom gemaakt kunnen worden, door het gebruik van microgolfstraling in een aangeslagen atoom.

Vorig jaar liet een andere groep fysici al het buitenste elektron van een kaliumatoom enkele baantjes op een klassieke manier rond de kern trekken. Maar na een paar omwentelingen werd het gedrag toch weer kwantummechanisch. Nu is het voor het eerst gelukt om een elektron net zo lang op een klassieke manier rond de kern te laten draaien als gewenst. De Virginia-natuurkundigen gebruikten een lithiumatoom waarvan het buitenste elektron in een hoge aangeslagen toestand zit (Rydberg-toestand met kwantumgetal 72). Op een slimme manier zorgden ze ervoor dat de microgolfstraling de aantrekkende kracht tussen de positief geladen kern en het negatief geladen elektron opheft. Door de microgolfbron als het ware rond de kern te laten draaien, trok het elektron een klassieke baan rond de kern, zonder zich als een kwantumwolk uit te spreiden.

De onderzoekers willen dit fenomeen gebruiken om de overgang van een kwantummechanisch naar een klassiek mechanisch systeem verder te onderzoeken.