Categorie archief: Blog

Een telescoop bouwen – De juiste ronding

In de vorige blog beschreef ik hoe we na een aantal zondagen hard zwoegen een holle spiegel hadden gemaakt. Nou ja, spiegel is misschien nog een groot woord. Onze ronde glasschijf (diameter 27 cm) spiegelt niet beter dan een gemiddelde ruit. Hoe we van glas uiteindelijk een echte spiegel maken is van latere zorg, want eerst moet ons kunststukje precies de juiste vorm krijgen. Heel erg precies.

Spiegel

Onze ‘spiegel’ spiegelt… een beetje.

De verrassend simpele methode waarmee we onze spiegel-in-spe de juist vorm geven – het over elkaar schuren van twee glazen schijven – zorgt ervoor dat een glasschijf perfect bol wordt terwijl de andere een holle vorm krijgt. Dat komt doordat een bol en een ‘hol’ (naast volledig vlakke oppervlaktes) perfect over elkaar heen glijden. Vreemd genoeg is altijd de onderste glasschijf die bol wordt, terwijl degene die er bovenop ligt hol wordt. Ik weet niet waarom dat zo is, maar deze ‘wet’ geeft ons controle over de vorm van het glaswerk. Wil je een ‘diepere’ kromming in de spiegel dan schuur je met de spiegel bovenop, terwijl schuren met de spiegel onderop een minder diepe holling oplevert.

Parabool schotelantenne

Een schotelantenne heeft een paraboolvorm. Deze focust al het licht (of in dit geval radiostraling) in één punt, de ontvanger in het midden. (Richard Bartz)

Helaas is een ronde vorm niet wat we nodig hebben! Een perfecte bol focust het licht dat we met onze spiegel willen opvangen niet… Met andere woorden, je kunt er niet scherp mee zien. Wat we nodig hebben is een zogenoemde parabool, een specifieke vorm die bijvoorbeeld schotelantennes hebben (zie afbeelding).

Gelukkig hebben we al die zondagen niet voor niets gewerkt, want weliswaar hebben we een verkeerde vorm, hij komt wel in de buurt van de parabool die we nodig hebben.

Het blijkt dat je door het over elkaar bewegen van de glasplaten in een bepaald patroon, precies de goede ‘afwijking’ kan krijgen van de bol. Dat paraboliseren doen we overigens niet meer met een slijppoeder, zoals eerder, maar met een veel fijner polijstmiddel. Door de schijven telkens in een specifieke W-vorm over elkaar te laten glijden, worden bepaalde delen van de spiegel ‘gespaard’ terwijl andere stukken wat intensiever behandeld worden. De vorm verandert langzaam in een parabool.

Pek, veren en telescoopspiegels

Het maken van een parabool gebeurt niet meer met de eerder gebruikte glasschijf. We gebruiken een schijf met daarop een laag pek.

Pek? Wacht even, wat was dat ook al weer? Pek is smerig… Ideaal om het samen met wat veren over iemand heen te gooien. De pikzwarte teerachtige substantie lijkt een vaste stof bij kamertemperatuur, maar blijft altijd een beetje vloeibaar. Dat maakt onder andere dit geweldige pekdruppelexperiment mogelijk – waarbij er sinds 1930 uit een trechter slechts negen pekdruppels dropen. Dat is pas een saai maar fascinerend experiment! Maar pek is ook ideaal voor het vormen van onze spiegel.

Pek is in zekere zin vast én vloeibaar. Je kunt er tijdens de laatste vormfase van de spiegel voorzichtig kracht mee zetten, maar tegelijkertijd vormt het zich precies naar de spiegel. Dit fijne krachtenspel zorgt ervoor dat je extreem kleine aanpassingen kunt doen aan de holling van je spiegel. De vorm van onze spiegel wijkt uiteindelijk, als het goed is, maximaal zo’n 100 tot 200 nanometer af van een perfecte parabool. Dat is pakweg een vijfhonderdste deel van de dikte van een haar! En dat met handenarbeid!

Massaproductie telescoop

Massaproductie is ook maar saai. (Smithsonian Institution Archives)

Na de commentaren van de bezorgde buurvrouw, werpt nu ook de buurman aan de andere kant een vraag over de schutting: “Dus jullie bouwen een telescoop, maar die kun je toch gewoon kopen?” Eh ja, natuurlijk kun je een telescoop kopen. Voor een paar honderd euro ben je klaar, en heb je een prima telescoop. Daarmee kun je tijdens heldere nachten al op planetenjacht. Maar het gaat ons nu juist óók om het bouwproces. En met een beetje mazzel kunnen we op ambachtelijke wijze zelfs een kwalitatief betere telescoop maken als die je op internet kunt bestellen.

Of al die slijp- en polijstsessies succes hadden is nog niet duidelijk. We moeten nu controleren of de vorm van onze spiegel daadwerkelijk een parabool is. En het zou natuurlijk maar suf zijn als we hiervoor de testbank van de behulpzame mensen van Kijkerbouw in Gent zouden gebruiken. Nee, wij moeten per se zelf een testbank bouwen.

Advertenties

Een telescoop bouwen – Een trillende naald

Lees hier het vorige deel van mijn telescoopblog: Poedertjes uit Gent

De buurvrouw kijkt een beetje bezorgd over de heg. Al een tijdje heeft ze Andrés en mij in de tuin bezig gezien met een groot blauw olievat, verschillende poedertjes, glasschijven en een plantenspuit. Dat kán niet pluis zijn.

Verdachte praktijken, 'Wat ben jij aan het doen!?'

Verdachte handelingen in de tuin: ‘Wat spook jij uit!?’

Dan heeft ze eindelijk de moed om te vragen wat we aan het doen zijn. “O dat. We bouwen een telescoop”, zeg ik. Een beetje verward staart ze ons aan. Ik begrijp dat dit niet bepaald verhelderend werkt. Ik vertel over ons telescoopbouwproject, en de slijpsessie waar we mee bezig zijn.

Tijdens het slijpen gaan we onze telescoopspiegel-in-wording te lijf met de pakweg vijf verschillende poedertjes die we netjes uit de telescoopwerkplaats van Kijkerbouw in Gent hebben meegekregen. De poedertjes bestaan uit fijne korreltjes van het ultraharde siliciumcarbide (bíjna zo hard als diamant). We gebruiken de grootste ‘korrel’ eerst en werken richting de steeds fijnere poeders.

De spiegel in wording (rechts) en de tool op de werkbank. Het slijppoeder is alom aanwezig.

De spiegel in wording (rechts) en de tool op de werkbank. Het slijppoeder is alom aanwezig.

De missie is relatief simpel. We nemen onze zogenoemde tool, een glasschijf met ongeveer dezelfde diameter als onze spiegel, en zetten die vast op onze werkbank (aka olievat). Bovenop de tool strooi ik het grofste slijppoeder dat we hebben meegekregen. Ik spuit er een beetje water bij en we zijn klaar voor het slijpen.

Ondertussen neemt Andrés de spiegel, die nog geen spiegel is, nog even onder de loep. Je kunt met een vergrootglas zien dat de matte glasplaat nog vol oneffenheden zit. Als we een dieptemeter voorzichtig over de spiegel schuiven springt de naald heftig heen en weer (het apparaat meet oneffenheden tot honderdsten van een millimeter), het reliëf is dus ook meetbaar.

Spiegelinspectie!

Spiegelinspectie!

Het slijpen gaat beginnen. Precies zoals we eerder in Gent te werk zijn gegaan. We bewegen de glasplaten over elkaar heen, terwijl we steeds van richting veranderen. Eerst de spiegel bovenop, dan onderop. Het slijppoeder dat tussen de platen zit diept de spiegel langzaam uit en door de steeds fijnere poeders wordt hij als het goed is steeds gladder.

Het valt niet mee. Soms is het enorm zwoegen om de glasplaten over elkaar te schuren. Ze komen zelfs even vast te zitten. Onze meester Jean Pierre Grootaerd had ons hier al voor gewaarschuwd met doemscenario’s van mensen die de platen met grof geweld van elkaar probeerden te hameren.

Het punt is dat twee glasplaten die zó perfect op elkaar passen, de neiging hebben zich vacuüm zuigen. Als ik Jean Pierre hierover mail, en hem vertel dat we druk bezig zijn in de tuin, vertelt hij meteen wat we fout doen: ‘Je moet ook niet in de volle zon gaan slijpen! Het water verdampt door de hitte en en je glazen zitten plots muurvast…’

Ik weet wel wie ik het zware werk laat doen.

‘Slijp jij? Dan hou ik de parasol wel vast.’

Gelukkig hoeven wij geen hamers te gebruiken. Wij, en onze glasplaten bereiken heelhuids het einde van de laatste slijpronde. Tussendoor doen we nog een check op gladheid met onze dieptemeter. En de naald trilt niet meer! De spiegel is gladder geworden. Na het fijnste slijppoeder, volgt er nog een polijststap met een nog veel fijner polijstmiddel. Nu is ons het gebruik van de dieptemeter verboden, dat zou namelijk krasjes opleveren.

We merken dat we – afgezien van onze werkzaamheden in de volle zon – bij ieder poeder minder werk hoeven te verrichten, en dat het glas minder mat wordt. Uiteindelijk glijdt de (bolle) tool bovenop de (holle) spiegel vanzelf precies naar het midden, en dat lijkt ons een goed teken.

Zondagsslijpers

Natuurlijk zijn Andrés en ik letterijk en figuurlijk ‘zondagsslijpers’, het slijpproces neemt zo maanden in beslag. Het kan veel sneller. Jean Pierre liet weten dat hij eens een spiegel in een dag heeft geslepen… Respect.

Na enkele maanden zijn wij nu ook op dat punt, en het resultaat liegt niet. Voor ons ligt warempel een spiegelende glasplaat! Met een sterk vergrootglas kunnen we geen oneffenheden meer ontdekken. Het is ongelofelijk hoe je met zo’n simpele procedure blijkbaar zo’n precisie kan bereiken.

En ja hoor, de spiegel spiegelt!

En ja hoor, de spiegel spiegelt na de laatste polijststap. Overigens is dit alleen maar het bewijs dat de glasplaat glad is, de échte spiegelende laag wordt hier bovenop gedampt en is van aluminium.

Maar we zijn er nog lang niet, want we hebben als het goed is een vrijwel perfect holle spiegel gemaakt. En dat terwijl we eigenlijk een parabolische spiegel moeten hebben… Wat!!? Tja, hoe dat zit leg ik uit in de volgende blog. Ik vrees dat we nog een paar middagen in de tuin nodig hebben.

Lees hier het volgende deel van mijn telescoopblog: De juiste ronding

Een telescoop bouwen – Poedertjes uit Gent

De een puzzelt, de ander verspeelt zijn tijd aan Candy Crush. Andrés en ik besloten iets anders met onze vrij tijd te gaan doen: het bouwen van een telescoop. Waarom? Simpel, omdat het gaaf is! Deze blog geeft een idee van hoe je zelf een telescoop bouwt.

Een grote Dobsontelescoop. (Halfblue)

Een grote Dobsontelescoop. (Halfblue)

We volgen het concept dat de Amerikaanse uitvinder John Dobson midden jaren 50 uitdacht en dat inmiddels verreweg de populairste methode is om in je garage een telescoop van formaat te bouwen.

Afgelopen winter begonnen we met informatie zoeken. We bestelden een aantal boeken over telescoopbouw en leefden ons uit op google. Opvallend was dat binnen het Nederlandse taalgebied de edele kunst van het telescoopbouwen vooral in België lijkt te worden beoefend.

Wat we toen nog niet wisten is dat we op een mooie dag in april naar het Vlaamse Gent zouden rijden. Jean Pierre Grootaerd van Kijkerbouw zou ons daar ondersteunen met het maken van het eerste en belangrijkste onderdeel van onze telescoop: de spiegel.

Hoewel de eerste telescopen lenzen hadden om het licht te concentreren is het makkelijker om een holle spiegel te gebruiken. De telescoop kan zo gemakkelijker opgeschaald worden. En hoe groter de diameter van de telescoop, hoe meer licht hij vangt en hoe gevoeliger hij wordt.

We gaan het helemaal zelf doen. We beginnen met een platte doorzichtige glasschijf die we handmatig (!) aan een kant hol gaan maken. Van te voren hebben we bij Jean Pierre aangegeven wat voor spiegel we willen. Ruwweg geldt dus, groter is beter. Maar groter is ook moeilijker. Imperfecties die tijdens het slijpen ontstaan, zijn moeilijker weg te werken. We besluiten om een middelgrote spiegel te maken met een doorsnede van 27 centimeter.

Deze glasschijf is voor een iets ambitieuzer project...

Deze glasschijf is voor een iets ambitieuzer project…

Nadat we een tour hebben gemaakt langs de uitgebreide faciliteiten van Kijkerbouw – ik zou het bijna als een soort ambachtelijke telescoopfabriek bestempelen, daarover later meer – komen we in onze werkplaats. Tussen de werkbanken, lege telescoopbuizen en glasschijven worden we aan het werk gezet.

Het doel is simpel. We nemen onze glasschijf en strooien daarop wat poeder van siliciumcarbide (dat spul is zo hard dat er kogelvrije vesten van gemaakt worden). We maken het nat met een plantenspuit beginnen met een ándere glasschijf over de bovenkant van onze spiegel in spe te wrijven. Steeds een stuk of tien, twintig keer in een richting, en dan een halve slag draaien en herhalen.

Er gebeurt iets wonderbaarlijks. De wrijving van het poeder zorgt ervoor dat de glasschijven slijten. De onderste schijf wordt daarbij altijd hol (wat we willen voor spiegel), de bovenste wordt bol. Dat heeft te maken met het feit dat een perfect bol en perfect hol voorwerp precies over elkaar heen kunnen vallen. Zitten er oneffenheden in de vorm van de schijven, dan zullen ze vanzelf in dit proces weggeslepen worden.

Door twee glasschijven over elkaar heen te schuren wordt de onderste bol, de bovenste hol.

Door twee glasschijven over elkaar heen te schuren wordt de onderste hol, de bovenste bol.

Het is best flink werken, die twee schijven steeds over elkaar heen wrijven. Zeker als het water steeds opdroogt en de wrijving toeneemt. Maar na vier keer pakweg een half uur te hebben gezwoegd (waarbij de spiegel om beurten boven en onder ligt) slaagt onze schijf voor de tussentoets. Met een dieptemeter kunnen we de curve precies bepalen. De meter wijst 0,91 millimeter aan. Over de hele glasschijf gerekend betekent dat het midden van de schijf pakweg 2 millimeter lager ligt dan de randen.

We komen deze dag niet verder dan twee ‘schuurpoedertjes’. De overige poedertjes – met een steeds fijnere korrel – gaan mee naar Nijmegen, samen met het olievat dat de volgende slijpsessie gaat dienen als werktafel.

Andrés, het olievat en ik op weg naar huis.

Andrés, het olievat en ik op weg naar huis.

Lees hier het volgende deel van mijn telescoopblog: Een trillende naald

Prijzenslag in Scandinavië

Vandaag worden de Nobelprijzen van 2012 officieel uitgereikt. Terwijl de winnaars van de prijzen voor natuurkunde, scheikunde, geneeskunde en literatuur naar Stockholm gaan, reizen de winnaars van de vredesprijs af naar Oslo. Ook Mark Rutte zal daar vandaag, in het stadhuis van Oslo plaatsnemen om uitreiking van de prijs aan de Europese Unie bij te wonen. En precies dáár, was ik enkele maanden geleden ook al voor een prijsuitreiking.

Tijdens het diner in het stadhuis van Oslo werden de winnaars vergezeld door de Noorse koning Harald V.

De hal van het stadhuis van Oslo. Ik was hier uitgenodigd voor een diner met de Kavli-prijswinnaars en de Noorse koning Harald V. Helaas zaten we niet aan dezelfde tafel.

Begin september werden namelijk de Kavli-prijzen uitgereikt. Drie prijzen voor wetenschappers in verschillende wetenschapsgebieden die volgens de Kavli-jury uitmuntende bijdragen hadden geleverd in hun vakgebied. Wetenschappers in de gebieden astrofysica, nanowetenschappen en neurowetenschappen gingen (per prijs) met één miljoen dollar naar huis.

Ik was op uitnodiging van de Noorse Academie van de Wetenschap en het Noorse Ministerie voor Onderwijs en Onderzoek aanwezig. Samen met zeven andere wetenschapsjournalisten van over de hele wereld deed ik verslag van alle evenementen in Oslo. En gedurende de week zag ik behoorlijk wat overeenkomsten tussen de prijzen van Fred Kavli en Alfred Nobel.

Overeenkomsten Kavli en Nobel

De vergelijking tussen Kavli en Nobel ligt voor de hand. In beiden gevallen zijn de prijzen bedacht en gefinancierd door een rijke Scandinavische weldoener. Nobel (uit Zweden) wist een fortuin te vergaren door het dynamiet uit te vinden. Fred Kavli (uit Noorwegen) verdiende een vermogen door luchtvaartsensoren te ontwikkelen en verkopen.

De grote, puur gouden, medaille die de Kavli-prijswinnaars ontvangen.

De grote, puur gouden, medaille die de Kavli-prijswinnaars ontvangen.

Ook de prijzen hebben sterke overeenkomsten. Zo worden ze uitgereikt aan de wetenschappers die een ‘opmerkelijke prestatie’ hebben geleverd, het prijzengeld is nagenoeg hetzelfde en de winnaars ontvangen een grote gouden medaille (‘wat moet ik daar nu mee?’ liet prijswinnaar Michael Brown mij ontvallen).

Ik denk dat de overeenkomsten tussen de twee prijzen niet geheel toevallig zijn. Vermoedelijk heeft Kavli heel goed naar de Nobelprijzen gekeken. Omdat hij wíl dat er veel overeenkomsten zijn. Omdat hij wíl dat zijn prijzen uiteindelijk evenveel aandacht en aanzien krijgen als de Nobelprijzen.

Er moet gezegd worden dat Kavli meer doet dan tweejaarlijks prijzen uitdelen. Wereldwijd zijn er een twintigtal door hem gefinancierde wetenschappelijke instituten die zijn naam dragen. De meeste daarvan bevinden zich in de Verenigde Staten, maar ook in Delft is er een Kavli-instituut.

Niet kopieerbaar

Overigens kan één traditie vooralsnog niet overgenomen worden van de Nobelprijzen. Dat is de uitreiking op Nobels sterfdag. Fred Kavli leeft immers nog! Ik sprak de 85-jarige tijdens een deftige receptie. Toen hij plots even alleen kwam te staan bij een tafeltje greep ik mijn kans en kon zo even met hem babbelden. Over Oslo en de prijzen. Hij vertelde dat hij graag prijzen uitreikt voor het allergrootste (astrofysica), het allerkleinste (nanowetenschappen) en het meest complexe (neurowetenschappen).

Uitzicht op het Noorse parlementsgebouw van het dakterras van het Grand Hotel.

Uitzicht op het Noorse parlementsgebouw van het dakterras van het Grand Hotel.

Alles uit de kast

Dit jaar werd er tijdens de Kavli-evenementen, die in totaal bijna een week in beslag namen, alles uit de kast getrokken. De koning van Noorwegen was present om de prijzen te overhandigen, de premier van Noorwegen – Jens Stoltenberg – deed zijn zegje, een bekende acteur – Alan Alda – werd ingevlogen om de ceremonie aan elkaar praten en bekende wetenschappers – o.a. Lisa Randall – gaven lezingen. Alle evenementen vonden bovendien plaats op de chicste locaties in Oslo.

Als kers op de taart werden acht journalisten (waaronder ik) naar Oslo gehaald. Natuurlijk in de hoop dat we aandacht zouden geven aan de Kavli-prijs. Ik moet overigens nog het goedkoopste ticket hebben gehad, want mijn collega-journalisten kwamen onder andere uit Rio de Janeiro, New York en Singapore.

Nog even warmdraaien

Of al deze investeringen helpen de Kavli-prijzen het aanzien te geven waar men op hoopt? Dat is lastig te zeggen, want hoe meet je het prestigegehalte van een prijs? Als we naar de aandacht voor de Kavli-prijzen kijken is dat geenszins te vergelijken met de aandacht die de Nobelprijzen in de Nederlandse en internationale media krijgt. En zelfs de Noorse pers was niet in grote getale aanwezig op de persconferentie met alle prijswinnaars en Fred Kavli zelf.

De persconferentie met de Kavli-prijswinnaars 2012. Fred Kavli himself is de op een-na-rechtse man.

De persconferentie met de Kavli-prijswinnaars 2012. Fred Kavli himself is de op een-na-rechtse man.

Het zou kunnen dat de prijs nog even moet ‘warmdraaien’. Nobel gaat immers al een eeuwtje of wat mee, terwijl Kavli net de derde uitreiking achter de rug heeft. Misschien is er ook niet echt plaats voor nóg een grote wetenschapsprijs, à la Nobel. Er worden volgens mij steeds meer prijzen uitgereikt, met wellicht wat ‘prijzeninflatie’ als gevolg.

Aan de andere kant maakt dat wat mij betreft ook niet uit. Er kunnen niet genoeg filantropen opstaan die jaarlijks met miljoenen beginnen te strooien. De wetenschappers (en journalisten) zijn ze dankbaar.

Einsteins batterij

Wanneer ik met de trein reis ben ik overgeleverd aan de gratis kranten die men bij de ingang van het station al in je handen duwt, en die hopeloos opstapelen op de treintafeltjes. Helaas beleef ik zelden plezier aan het lezen van deze blaadjes.
Begin deze maand was ik op weg naar Den Haag en vond mijn tafeltje volledig bezet met gratis Metro’s en Spitsen. Om plaats te maken voor mijn koffie greep ik tegen beter weten in een Metro.

En warempel, tussen de advertenties en non-nieuwsartikelen was er een klein artikeltje in de kantlijn dat mijn aandacht trok. De rubriek Vraag & antwoord. De vraag van die dag was: Wat is er zwaarder: een laptop met een volle accu of met een lege?

Ik dacht even na. Mijn eerste ingeving: geinige vraag, maar natuurlijk is dat niet waar. Ik dacht nog iets meer na en wist bijna zeker dat het niet waar kón zijn.

Een batterij raakt nooit deeltjes kwijt.

Een batterij raakt nooit deeltjes kwijt. (James Almond via CC BY-SA 2.0)

Want wat wist ik nog van school: een batterij levert energie door elektronen van de minpool door een draadje via het apparaat naar de pluspool te laten lopen. Elektronen worden daarbij niet verbruikt en de batterij raakt ze evenmin kwijt. Eigenlijk is het enige wat er gebeurt dat de elektronen zich met een omweggetje verplaatsen (positieve ionen bewegen trouwens ook maar blijven te allen tijde binnen de batterij).

Maar wat las ik in de Metro? ‘De lege accu is wel degelijk lichter dan de volle, maar het verschil is zo klein dat het niet meetbaar is.’ Aandachtig las ik verder hoe men tot dit verrassende inzicht kwam.
In het artikel wordt de beroemde formule van Albert Einstein E = mcgebruikt. Daar staan drie termen in. Te beginnen met ‘E’, de energie die er in een object zit. ‘m’, De massa van dat voorwerp en ‘c2’, de lichtsnelheid in het kwadraat. Die laatste term is altijd constant – gezien de constante lichtsnelheid – en monsterlijk groot.

Om het vermeende massaverschil tussen een volle en een lege batterij uit te rekenen berekent de auteur van het Metro-artikel eerst de energiecapaciteit van die batterij. Het is dan een koud kunstje om dat samen met de constante ‘c2’ in te vullen in de formule en een massaverschil uit te rekenen: 2,4 picogram, oftewel 0,0000000000024 gram.

Natuurlijk is dat verschil te verwaarlozen, zelfs de beste weegschaal ter wereld kan het niet oppikken. Maar dat vond ik niet zo opmerkelijk. Ik werd getroffen door de bewering dát een verschil was. Ik besloot het uit te zoeken.

Geen internetconsensus
En waar begint de moderne mens – en de moderne wetenschapsjournalist – met zoeken: Google. Ik kom meteen op Yahoo Answers, Big Question en het FOK!-forum. Natuurlijk geen geijkte bronnen, maar wellicht hebben briljante (en waarschijnlijk ook minder briljante) geesten zich al over dit probleem gebogen en kan mij dat dichter bij een antwoord brengen.

Een consensus blijkt er allerminst te zijn. Bij Yahoo is het ‘meest gewaardeerde antwoord’ op de vraag of een batterij lichter wordt als hij leegloopt: ‘not at all!!!!’. Een alternatief antwoord is ‘ja’ en berust, net als het Metro-artikel, op E = mc2. Een volgende Yahoogebruiker is het daar weer niet mee eens en zegt dat deze formule alleen gebruikt mag worden bij kernreacties, zoals die in een kernreactor of tijdens een atoombomontploffing plaatsvinden. Ik ben verward en niet dichter bij een antwoord.

Nucleaire explosie.

Bij een kernbomexplosie wordt er zeker massa omgezet in energie. (U.S. Government via Public domain)

Ik laat er mijn gedachten nog eens over gaan. De essentiële vraag is of de massa-energierelatie van Einstein toegepast kan worden voor de zogenoemde potentiële energie van de elektronen in de batterij. De elektronen stromen van een hoog potentiaal bij de ene elektrode naar een laag potentiaal bij de andere elektrode, waarbij ze deze energie verliezen en dus wel of niet lichter worden.

Profje bellen
Die avond leg ik het probleem voor aan mijn studievrienden. Een aantal van hen vermoeden dat het waar zou kunnen zijn. Anderen zijn onzeker.
De dikke boeken natuurkunde- en scheikundeboeken die nog in mijn boekenkast prijken is mijn volgende inzet. Maar na verschillende indexen door te hebben gespit lijkt het antwoord niet aanwezig. Ik begin een beetje hopeloos te worden.

Een Kennislinkcollega tipt mij: ‘profje bellen dan maar?’ Mijn vriendin denkt dat fysicus Hugo Meekes van de Radboud Universiteit het wel zou moeten weten en ik klim in de digitale pen.

Verrassende conclusie
In een uitgebreide mail schrijft hij dat hij de toepassing van E = mceigenlijk alleen toegepast heeft gezien worden bij kernreacties. Maar ook hij is gaan zoeken vond op einsteingenootschap.nl een duidelijke interpretatie van de originele publicatie van de Albert Einsteins speciale relativiteitstheorie uit 1905.

Albert Einstein. (Orren Jack Turner via Public domain)

Albert Einstein heeft mijn vraag in 1905 al beantwoord. (Orren Jack Turner via Public domain)

Einstein schrijft daarin dat een voorwerp dat een hoeveelheid energie afgeeft in de vorm van straling, en daarbij geen snelheidsverandering ondergaat, lichter wordt.
Meteen daarna maakt hij duidelijk dat het eigenlijk helemaal niets uitmaakt wat voor soort energie dat is. Het principe geldt voor alle energievormen.

Einsteingenootschap.nl vat dit samen: ‘Een voorwerp kan zijn energie verliezen via warmtegeleiding, door uitzetting (een gas), via een elektrisch veld of wat niet al, zodat verlies van iedere vorm van energie voor een voorwerp verlies van massa betekent.’

Ik ben overtuigd. Dit moet ook gelden voor de elektronen in een batterij die (potentiële) energie verliezen. Een lege batterij is dus lichter dan een volle.

Een uitslaande balans
Meekes geeft aan de telefoon toe dat dit voor hem ook een verrassing is. “Maar het effect is bij een laptopbatterij zo klein dat je hier nooit last van hebt,” voegt hij toe. “Interessanter getallen krijg je misschien wel met een batterij van een volledig elektrische auto.”

Opel Ampera. (KacperK_ via CC BY-ND 2.0)

Deze elektrische Opel Ampera is helemaal leeg gereden 0,64 microgram lichter dan zijn volle collega. Met dank aan Einstein (KacperK_ via CC BY-ND 2.0)

Neem de Opel Ampera, die 198 kilo aan accu’s aan boord heeft met een capaciteit van 16 kWh (ruim 266 keer de laptopbatterij). Als we dat getal op dezelfde manier invullen in E = mc2 kom je op een gewichtsverschil van 0,64 microgram.

“Dat zal ook niet gemakkelijk te meten zijn op de eerste de beste weegbrug”, zegt Meekes. “Maar een beetje gevoelige balans met links een leeggereden Ampera en rechts een vers geladen exemplaar zou wel eens kunnen uitslaan.”

Zo kreeg ik na een week plots antwoord op mijn toch wel prangende vraag en ik heb in mijn ijverige zoektocht onverwacht wel uren plezier gehad van de gratis Metro op mijn treintafeltje.

Nalezen
Het metro-artikel is online nog terug te vinden omdat het 
een rechtstreekse kopie van dit faqt.nl-artikel blijkt te zijn.

Verslag Helmholtz Gemeinschaft-persreis, september 2011

Beter laat dan nooit. Zie hier een verslag van een 
persreis die ik afgelopen jaar maakte. 
Wil je 'de beelden' zien, klik dan hier voor een video-
impressie van Liesbeth Jongkind.

Eind september 2011 reis ik met de trein naar München. Niet om me in het feestgedruis van de Oktoberfesten te storten, maar voor een persreis van de Helmholtz Gemeinschaft (vergelijkbaar met de NWO in Nederland). De Duitse organisatie heeft een 13-tal journalisten uit heel Europa op bezoek. Via de VWN hoorde ik van de reis, ik twijfelde niet, en schreef me in.
We zullen de komende vijf dagen door heel Duitsland van laboratorium naar laboratorium worden gesleept om te zien welk onderzoek de Gemeinschaft allemaal in huis heeft.

Bij aankomst in ons (eerste) hotel blijkt de Nederlandse delegatie groot te zijn. Ik ontmoet Helene van Beek, Liesbeth Jongkind, Pieter Loomans en Elmar Veerman. Verder zijn de Italianen talrijk en worden we nog vergezeld door een Duitse, Hongaarse, Engelse en Russische journalist.

Na een diner, een drankje en een korte introductie over de organisatie gaan de meesten snel naar bed. Het programma voor de komende dagen is bomvol en uitslapen zal er zeker niet bij zijn. Gelukkig slapen we op de vierde verdieping zodat we die nacht geen last hebben van de stomdronken schreeuwlelijkerts die vanuit de receptie het hotel proberen wakker te houden. Een bijeffect van de feesten in de stad neem ik aan.

Dag 1 – Environmental Health & Comprehensive Pneumology Center (München)
De wekker gaat om 7 uur. Vandaag bezoeken we het Helmholtz Center in München. Onder het genot van koffie en koekjes worden we geüpdatet over diabetes, het onderzoeksthema van deze instelling. We leren dat zo’n zes tot zeven procent van de wereldbevolking lijdt aan de ziekte. Een aandeel dat steeds groter wordt, omdat we gemiddeld steeds ouder en dikker worden.

In dit Zentrum proberen wetenschappers de oorzaken van de diabetes te ontrafelen. Een combinatie van genen en omgevingsfactoren. Ook wordt ons voorgehouden dat de Duitse gezondheidszorg meer geld kwijt is aan diabetes dan aan kanker. Er volgt nog een bezoekje aan het lab . Hier is men bezig met metabolomics, het bestuderen van de gehele ‘afdruk’ van alle metabolieten in een al dan niet zieke cel.

Er is niet veel tijd, want de motor van onze privé-bus draait weer om ons naar het Comprehensive Pneumology Center te brengen. Hier onderzoeken ze longziekten. En ook hier vertelt een wetenschapper over de noodzaak van zo’n groot en duur onderzoekscentrum: longziekten zijn de tweede doodsoorzaak in Europa. We leren in no time een aantal dingen: longen hebben de oppervlakte van een tennisveld, door de constante luchtuitwisseling met de omgeving is het een kwetsbaar orgaan, te schone lucht is niet goed voor je en heel recentelijk is aangetoond dat er ook stamcellen in je longen zitten. Eén van de focussen van onderzoek in dit centrum is het disfunctioneren van het proteasoom, het eiwit dat andere (kapotte) eiwitten voor je opruimt.

Dan zitten we voor deze dag vol genoeg met kennis. Onze bus vertrekt naar Heidelberg, waar we ’s avonds voldaan in onze hotelbedden kunnen kruipen.

Dag 2 – Cancer center (Heidelberg) & Neurodegenerative Disease (Bonn)
Na de drukke eerste dag is het vandaag wederom aanpoten. De eerste stop is het Cancer center in Heidelberg. De ontvangst is vriendelijk met veel koekjes (een handelsmerk van de Duitsers) en koffie.
We leren tijdens een aantal presentaties over de stamcellen van tumor. Daarmee kan een tumor groeien en zij zijn dus een uitstekend doelwit voor behandelingen.
Eén behandeling berust op het eiwit interferon dat stamcellen ‘activeert’. Als een celvernietigende therapie net na het toedienen van interferon plaatsvindt dan worden de voor de tumor belangrijke stamcellen extra hard getroffen. Een ontdekking die in dit onderzoekscentrum is gedaan.

Nadat ons wordt verteld dat er een grote koppeling is tussen overgewicht en kanker en ons een blik in de toekomst van gepersonaliseerde kankermedicijnen wordt gegund is het tijd om de onderzoeksfaciliteiten zelf te gaan kijken.
Ze hebben een sterke 7 Tesla-MRI-scanner. De ‘kracht’ ervan wordt gedemonstreerd met een grote plaat aluminium die in het magneetveld bijna lijkt te zweven. Gaaf.

Maar we hebben nog meer te doen vandaag. We brengen een bliksembezoek aan het Neurodegenerative Dissease Center in Bonn, waarvoor we dus weer de bus moeten nemen. Bizar genoeg slapen we die nacht in Berlijn: we nemen het vliegtuig om ons richting de Oostelijke onderzoekscentra in Duitsland te begeven.

Dag 3 – Center for Molecular Medicine (Berlijn)
Aangemoedigd door de journalisten slaan de wetenschappers van het Center for Molecular Medicine vandaag het algemene praatje over en gaan meteen de wetenschappelijke diepte in. Het schijnt dat een medicijn tegen lintwormen ook tegen darmkanker lijkt te werken en dat het drinken van water overgewicht bestrijdt. Vooral deze laatste presentatie wordt met veel interesse gevolgd.

Die middag hebben we voor het eerst vrij! Daar maken we dankbaar gebruik van door Berlijn op een Segway te verkennen. Onze begeleidster Nora werk namelijk ook als gids bij een Segway-tour-bureau. Ondanks een crash in het drukke stadsverkeer komen we allemaal weer levend op onze bestemming aan.
En dan dringt de tijd, voor sommigen van ons althans. We krijgen ongeveer een half uurtje om ons ‘sjiek te maken’ voor het jaarlijkse Helmholtz-gala. Een paar honderd wetenschappers komen vanavond samen om aan elkaar te laten zien wat ze doen, prijzen uit te delen en te etaleren hoe goed de Gemeinschaft bezig is.
Het is een van de weinige keren dat onze immer koele gids Nora een beetje in de stress schiet. We komen uiteindelijk slechts enkele minuten te laat aan bij het gala. Alsof het zo gepland was blijkt de laatste rij stoelen in de grote zaal voor ons gereserveerd te zijn. We kunnen zonder veel knieën aan te hoeven stoten aanschuiven.

Er liggen zendertjes klaar die de hele avond voor ons zullen vertalen in het Engels, ik besluit die van mij in de verpakking te laten zitten.
Wat volgt is een strak geregisseerde show, die voor mij net niet helemaal te volgen in het Duits. Het doet er denkt ik niet zo toe, het gala lijkt mij als een ‘moetje’ in het programma van onze persreis. Na de show volgt een uitgebreid buffet met live jazzband en de Duitse minister voor de wetenschap die zich ook nog even laat zien.

Dag 4 – Center for Environmental Research (Leipzig)
Dag vier brengen we door bij het Center for Environmetal Research. De berichten die we daar krijgen zouden je nog bijna bang maken om je eigen huis binnen te gaan. Het gaat over zogenoemde VOC’s, Volatile Organic Compounds. Oftewel schadelijke organische deeltjes die vrijkomen uit bijvoorbeeld nieuwe meubels. Ze komen door betere isolatie in steeds hogere concentraties in onze huizen voor. Naast het onderzoek daaraan bestudeert men de schadelijke effecten van schimmels in huis. Het uiteindelijke doel is om richtlijnen op te stellen voor luchtkwaliteit in uit, aldus de aanwezige wetenschapper.

Na een ochtend vol praatjes is het tijd om weer wat van de praktijk te gaan proeven. Buiten blijken de Duitsers hun eigen muggen te kweken, in het kader van een andere belangrijke onderzoekstak van dit centrum. De wetenschappers willen weten hoe ze het best een muggenplaag te lijf kunnen gaan. Een gecombineerde aanpak van (biologische) insecticiden, het droogleggen van moerassen en het uitzetten van predatoren voor de muggen blijkt de beste remedie te zien.

De buschauffeur brengt ons naar het volgende hotel, alwaar we een goede maaltijd nuttigen. De persvoorlichters van het Helmholtzcentrum dat we morgen bezoeken hebben ook wel zin in een diner en schuiven aan om alvast kennis te maken met ons. Uiteindelijk belanden we met ze in de bar van het hotel voor een gezellige avond.

Dag 5 – Center for Infection Research
Vandaag is de laatste dag van onze bijna doldwaze wetenschappelijke tour door Duitsland. We belanden bij het Center for Infection Research waar ons in de eerste presentatie wordt voorgehouden dat infectieziekten wereldwijd in de top drie doodoorzaken staat. In dit wetenschappelijke centrum probeert men nieuwe antibiotica en vaccinaties te ontwikkelen.

Bijzonder is dat ze hier (normaalgesproken) ziekteverwekkende bacteriën gebruiken om kanker te lijf te gaan. Blijkbaar werd er in de 19e eeuw al geëxperimenteerd met deze behandelmethode maar wist men toen nog niet goed welke bacteriën men moest gebruiken.

In de 21e eeuw injecteren de wetenschappers muizentumoren met salmonellabacteriën. Onderzoek laat zien dat de tumoren daardoor krimpen. Omdat de bacteriën uitstekend leven in de ietwat zuurstofarme omgeving in de kern van een tumor (tumorcellen in het midden van een tumor sterven vaak door zuurstofgebrek). Dode tumorcellen zijn daarbovenop nog een excellente voedingsbodem voor de bacteriën.
Helaas krimpen tumoren in de huidige experimenten om na zo’n tien dagen weer op volle sterkte te zijn. ‘Om de tumoren echt te vernietigen moeten we de bacteriën andere functies geven met behulp van genetische manipulatie’, concludeert de wetenschapper.

De middag eindigt voor alle aanwezige journalisten met een mondkapje voor de mond. We mogen met onze eigen ogen zien hoe een muis geïnjecteerd wordt met bacteriën en hoe ze vervolgens een enorme tumor op de buik van beestje te lijf gaan. ‘Het enige grote nadeel van deze methode is dat de helft van de muizen na de behandeling doodgaat aan de bacteriën zelf’, laat de wetenschapper ons weten. Er is nog een hoop werk te doen.

Slot
Het is ongelofelijk maar waar, maar de week zit erop. We moeten afscheid nemen van de buschauffeur die ons de hele week door Duitsland heeft getoerd en van gids Nora, die ons bekwaam heeft begeleid. Wat we mee naar huis nemen is een berg artikelideeën en de goodies waarmee we bij elk zentrum werden overladen.

Een prima basis om thuis meteen artikelen te gaan schrijven met onze Helmholtz-mokken, -pennen en –kladbokken.

Acht keer goud

Het lot van een schrijver. Je maakt iets en dan wordt het niet gepubliceerd. Zo gebeurde mij dat met dit stuk. Een korte column over goud, die de kersteditie van de VOX niet haalde. Toch wil ik hem graag delen met de wereld, want goud, dat is toch iets bijzonders. Maar waarom eigenlijk?

Zo eerlijk als goud. Een bekende uitdrukking. En goud staat symbool voor zuiverheid. We kennen het edelmetaal symbolisch nogal wat nobele eigenschappen toe. Maar hoe staat dat met het echte spul? Acht bijzondere eigenschappen van goud.

Goud is onaantastbaar. Het roest onder geen enkele omstandigheid. Het wordt niet lelijk, zelfs niet als je het jarenlang als sierraad draagt. We hangen ons er sinds de oudheid al vol mee.

Goud doet wat jij wil. In een blokje puur goud kun je met je nagel een afdruk maken en een kilogram goud (een blokje dat in je handpalm past) kun je zo plat slaan dat het twee tennisvelden bedekt. Het edelmetaal neemt iedere gewenste vorm aan.

Goud is schaars. Schattingen lopen uiteen maar men denkt dat er wereldwijd zo’n 150 miljoen kilo goud is gedolven. Dat lijkt veel, maar maak je er een blok van dan kom je niet verder dan een kubus van ongeveer 20 bij 20 bij 20 meter.

Goud blinkt. Goud is mooi.

Goud geneest. In de middeleeuwen was men er zeker van dat goud geneeskundige krachten bezat. Hoe kon zo’n mooi materiaal dat niet hebben? Tegenwoordig wordt een radioactieve variant van goud gebruikt in kankerbestrijding.

Goud liegt niet. Al duizenden jaren wordt het edelmetaal gebruikt als betaalmiddel. Geld liegt niet, je weet wat je er aan hebt.

Goud is mythisch. Eeuwenlang zochten alchemisten naar de Steen der Wijzen, de substantie die ieder metaal in goud zou veranderen. Gelukkig werd die nooit gevonden, anders zou het edelmetaal nu knap waardeloos zijn.

Goud is duur. Zo’n 41.000 euro per kilo. Aangewakkerd door de economische crisis schieten goudinwisselkantoren als paddenstoelen uit de grond en deur-aan-deur worden er flyers verspreid: WANTED, goud, ongeacht de conditie. De van Wall Street weggejaagde, goudeerlijke bankiers zetten hun zinnen op het immer begeerlijke edelmetaal.