Licht gebruiken als bouwmateriaal? Het idee klinkt te krankzinnig voor woorden. Toch is er meer mogelijk dan mensen zich realiseren. Het is namelijk mogelijk om licht in de knoop te leggen. En een ruimteschip gemaakt van licht kan natuurlijk zo snel als het licht…
Het meeste licht komt voor in de vorm van golven. De elementaire eenheid van licht is het lichtdeeltje, het foton. Een foton bestaat uit een elektrisch veld dat steeds wisselt en hierdoor een magnetisch veld opwekt, dat door zijn veranderingen weer een elektrisch veld opwekt.
Solitonen: kogelgolven
De meeste golven lijken op een zich uitbreidende ring (op het wateroppervlak bijvoorbeeld) of bolschil. Er bestaan echter ook golven die lijken op een reizend pakketje. Zulke golven breiden zich niet uit maar blijven zeer lang intact.
Peregrines soliton. Solitonen zijn eenzame golven die ver kunnen reizen zonder uit elkaar te vallen.
Deze “eenzame golven” worden solitonen genoemd. Anders dan normale golven bestaan ze niet alleen uit een lineair (voorspelbaar) maar ook uit een niet-lineair deel (een deel dat op zichzelf reageert, als je over je manier van denken nadenkt ben je dus niet-lineair bezig). Het niet-lineaire deel houdt als het ware de golf bij elkaar.
Solitonen komen in allerlei typen golvende media voor. De eerste keer dat een soliton werd beschreven was in 1834 door de Schotse ingenieur John Scott Russell. De geheimzinnige golf vormde zich in een nauw kanaal. Russell, diep onder de indruk, zette te paard de achtervolging in tot na enkele kilometers de golf verdween.
Eind negentiende eeuw ontdekten de Nederlanders Korteweg en de Vries de KdV-vergelijking die de golven beschrijft. De eenzame golven doken in allerlei media op, van supergeleiders tot rolwolken, in de akoestiek en in kwantumvloeistoffen. Tegenwoordig worden deze kogelgolven onder meer dankbaar gebruikt in glasvezeltechniek: ze verspreiden zich niet snel, waardoor het signaal helder blijft.
Solitonen vertonen enkele eigenschappen die we anders met materie associëren: ze kunnen op elkaar afketsen, samensmelten of juist in kleinere solitonen uiteenvallen. Enkele mooie voorbeelden zijn op deze website te vinden.
Ruimteschip bouwen met solitonen
Kortom: solitonen zouden wel eens een interessant, weliswaar niet erg sterk maar wel massaloos bouwmateriaal kunnen zijn. Precies wat je zoekt voor een ruimteschip waarmee je zo snel kunt als het licht, want met massa kost dat heel erg veel energie.
De unieke morning glory rolwolken boven Burketown in Noord-Australië: een voorbeeld van solitonen in de atmosfeer.
Vervelend is alleen dat solitonen alleen voorkomen in niet-lineaire media. Vacuüm is wel lineair, tenzij met laserlicht zo extreem veel energie in het licht wordt gepompt dat het vacuüm uiteen wordt getrokken. Dit is in een experiment kort geleden gelukt. In principe zou je dus door extreem krachtig laserlicht te bundelen solitonen kunnen creëren waarmee een door mensen gemaakte structuur ongeveer zo snel als het licht naar een naburige ster kan worden gestuurd.
Aanvullend voordeel is dat micrometeorieten of interstellair gas geen issue meer is. Deze vliegen dwars door de lichtsolitonen heen. Je kan je voorstellen dat een structuur van licht, een lichtschip zo je wilt, op weg wordt gestuurd en zodra het materie raakt, hierin de atomen zo herschikt dat een zelf-assemblerende machine ontstaat die verdere instructies krijgt.
Massaloze solitonbrandstof
Of misschien kan een microruimteschip aangedreven worden door een massaloos solitonhulsel (dat door langzaam uiteen te vallen energie levert) dat op de een of andere manier ook interstellaire materie uitschakelt (bijvoorbeeld door deze te magnetiseren en weg te schieten). Misschien maken vergevorderde aliens ook wel gebruik van deze techniek.
Dit idee is, ik zeg het met nadruk, uiterst speculatief. Het gaat uit van een aantal veronderstellingen (zoals dat ingewikkelder solitonstruturen te bouwen zijn dan de kleine verzamelingen bollen die hierboven beschreven zijn), die later door verder onderzoek ontkracht kunnen worden. Die kans is zelfs vrij groot. Wel zijn er al lichtmoleculen, bestaande uit twee solitonen, aangetroffen.
Het is nu mogelijk vast te stellen of er verband is tussen een bepaald bedrijf en een zakkenvullende politicus. Forensisch economen hoeven alleen maar de aandelenkoers te raadplegen. Er is daarmee eindelijk een geschikt instrument om de omvang van corruptie in beeld te brengen en economische samenzweringstheorieën te toetsen.
Investeren in het zoontje van de president
Grote bedrijven volgen alle verschillende strategieën om hun doelen (doorgaans: zoveel mogelijk winst maken ten koste van alles) te bereiken.
Goede vriendjes worden met zoon Tommy was tijdens het Soeharto-regime erg lucratief.
Sommige bedrijven proberen een voorsprong te krijgen door steeds nieuwe producten te ontwikkelen of hun bedrijfsprocessen zo efficiënt mogelijk te maken.
Andere bedrijven maken gebruik van hun contacten met politici om een concurrentievoordeel te krijgen op andere bedrijven.
Vooral in corrupte, dictatoriaal geregeerde landen komt dit type bedrijf veel voor, maar ook in zogenaamde democratieën zijn er meerdere gevallen bekend.
Politieke aandelenkoersen
Corruptie en belangenverstrengeling is iets waar het bedrijf en de politici in kwestie vanzelfsprekend niet over praten. Toch zijn de gevolgen van corruptie wel degelijk zichtbaar.
Corruptie vindt plaats door mensen die zichzelf willen verrijken.Wel en wee van een corrupt bedrijf is uiteraard hecht verbonden met de politiek: gebeurt er iets met de beschermheer, dan duikelt de koers omlaag terwijl een toename van de macht van de politicus leidt tot een stevige koerswinst.
In Indonesië waren ten tijde van dictator Soeharto de koersen van sommige bedrijven sterk afhankelijk van zijn positie. Op momenten dat Soeharto zijn macht dreigde kwijt te raken daalde de koers van de bedrijven die eigendom waren van zijn familieleden wel tot 22 procent. Bedrijven zonder al te veel connecties met het regime-Soeharto boekten zelfs een kleine winst.
Medische voorkennis
Misbruik maken van voorkennis om snel aandelen te kopen en te verkopen is een bekend voorbeeld. Voorkennis wordt zichtbaar in de beurskoers: twee dagen voordat in een persbericht naar buiten werd gebracht dat de met spoed naar een Duits ziekenhuis werd getransporteerd, zette de koers van Bimantara Citra, het bedrijf van Soeharto’s zoon Tommy, een vrije val in. De behandelend artsen en mensen uit de naaste omgeving van Soeharto grepen hun kans en gaven snel verkooporders.
Het geval-Dick Cheney
Dick Cheney werkte voor zijn ministerspost in de regering-Bush jr. als manager bij olietoeleveringsconcern Halliburton. Halliburton en de private beveiligingsfirma Blackwater (nu: Xe), dat veel weg heeft van een huurleger hebben grof geld verdiend aan de oorlog in Irak (de opdrachten voor wederopbouw werden vaak niet openbaar aanbesteed). Cheney’s ex-collega’s zullen daarom zijn vertrek zeker niet hebben betreurd.
De hartaanval van Cheney bleek geen gevolgen te hebben voor de beurskoers van Halliburton. In dit geval moet dus niet alleen Cheney, maar de hele regering-Bush verantwoordelijk zijn geweest voor het bevoordelen van Halliburton. Bush recruteerde zijn ministers uit zijn zakenvrienden in Texas. Halliburton is een Texaans bedrijf.
Partijpolitiek is winstgevend
Geen wonder dat de koersen van zowel Halliburton als Blackwater het veel beter deden tijdens het bewind van Bush dan onder Democratisch bestuur. Over het algemeen doen bedrijven met ex-Democraten het veel beter onder een Democratische president en vise versa. Vandaar ook de enorme bedragen aan sponsorgelden die binnen worden gehaald bij Amerikaanse verkiezingscampagnes. Dat is een economisch rationele beslissing.
Nederland
In Nederland werken linkse ex-politici doorgaans in de welzijnssector waar doorgaans niet-beursgenoteerde organisaties zoals de ziekenfondsen de dienst uitmaken.
Zakenbankier Goldman Sachs heeft waarschijnlijk vele miljarden overgehouden aan schimmige contacten met politici.
Een enkele keer worden ze net als Wim Kok als commissaris binnengehaald om het machtige maatschappelijk middenveld te vriend te houden.
Natuurlijk is de Rotterdamse haven een PvdA-aangelegenheid. Ex-VVD’-ers werken vaak bij banken, zo was de DSB-bank een VVD-bolwerk.
Er is op dit moment voor zover bekend helaas nog geen onderzoek gedaan. We moeten het doen met Wikileaks over onder meer Shell en klokkenluiders.
Toetsen van samenzweringstheorieën
In principe is het door statistische analyse mogelijk om erachter te komen welke bedrijven het gevoeligste zijn voor onverwachte (alleen bij een groep insiders bekende) politieke informatie.
Zo steeg de koers van Fiat met 3,4 procent toen Fiat-voorman Giovanni Agnelli in de Italiaanse senaat gekozen werd. Dit bevestigt de theorie dat het Italiaanse bedrijfsleven verregaand de politiek beïnvloedt (voor wie daar bij Berlusconi nog aan twijfelde). Dit geldt ook voor bedrijven waarin van samenzweren verdachte mensen actief in zijn.
Bron: Economische gangsters, ISBN 978-90-389-1910-2
Stel je voor: een apparaat om zwaartekracht te kunnen manipuleren. In een transformator kan je elektriciteit van de ene wisselspanning naar de andere omzetten. Bestaat er zoiets ook voor zwaartekracht? Ja, zegt natuurkundige John Swain. Althans: in theorie.
Transformator
Een transformator. Een zwakke stroom met een hoge spanning (links) wordt omgezet in een sterke stroom met weinig spanning (rechts). Het geheim: het verschil in aantal windingen van de spoel.
Een transformator bestaat uit een ring, waaromheen twee spoelen met een verschillend aantal wikkelingen zijn gewikkeld.
Een transformator werkt door elektriciteit in magnetisme om te zetten. Het magnetische veld (in de ring) wekt vervolgens in de tweede spoel weer elektriciteit op.
Op die manier kan een wisselspanning met een bepaalde grootte en frequentie (in de eerste spoel) via het magnetisch veld in de ring, in een andere wisselspanning (in de tweede spoel) om worden gezet.
Heeft de tweede spoel bijvoorbeeld twee keer zoveel wikkelingen als de eerste, dan wordt de wisselspanning die uit de transformator komt twee keer zo hoog. De stroomsterkte wordt twee keer zo klein.
In theorie moet het principe van een transformator ook toegepast kunnen worden voor zwaartekracht. Het blijkt namelijk dat de vorm van de algemene-relativiteitsvergelijkingen bij lage snelheden (vergeet niet dat hoge snelheden zelf de relativistische massa vergroten, waardoor ruimte-tijd extra wordt vervormd, een niet-lineair effect dus) vrijwel identiek is aan de vier vergelijkingen van Maxwell die elektromagnetische verschijnselen beschrijven.
In de “Maxwell-vorm” van de algemene relativiteitstheorie neemt de zwaartekrachtswerking van massa de rol in van elektriciteit (dit wordt gravito-elektriciteit genoemd) en versnelling die van magnetisme: gravitomagnetisme. Anders dan in elektromagnetisme is er uiteraard maar één zwaartekrachtslading die zichzelf altijd aantrekt. Sommige tekens zijn dus anders.
De sterkte van het gravitomagnetisch veld wordt uitgedrukt in hertz, aantal per seconde. Het gravitomagnetisch veld van de aarde is bijvoorbeeld 1,012×10−14 Hz.
Frame dragging: ruimtetijd op sleeptouw
Een opvallend gevolg van gravitomagnetisme is frame dragging: snelbewegende massa, een massastroom, “sleept” de ruimte er om heen mee, net zoals een elektrische stroom een magnetisch veld opwekt. Pulsars, snel rondtollende neutronensterren, dwingen bijvoorbeeld de ruimte in de buurt om mee te bewegen in de draairichting. Het gevolg is dat het licht sneller beweegt als het met de draaiing van de pulsar meebeweegt dan tegen de pulsar in. Met een experiment van de satelliet Gravity Probe B is frame dragging door de rotatie van de aarde mogelijk aangetoond. Frame dragging verklaart als beste waarom relativistische (bijna met de lichtsnelheid bewegende) stralen gas uit actieve melkwegkernen afwijkend gedrag vertonen.
Hoe zou een zwaartekrachtstransformator er uit zien?
Omdat zwaartekracht vergeleken met bijvoorbeeld de elektromagnetische kracht extreem zwak is, moeten de afmetingen van een zwaartekrachtstransformator enorm zijn. De massastromen moeten enorm in omvang zijn: veel massa per seconde in een kleine ruimte. De tweede ‘ring’ moet het gravitomagnetische veld (lees: zwaartekrachtsgolven) opvangen, waardoor hierin een massastroom ontstaat. Mogelijk kan gebruik worden gemaakt van een bestaande extreme massastroom, zoals de maalstroom rond het zwarte gat Sagittarius A* in het centrum van de Melkweg.
Metallisch waterstof belooft de heilige graal van raketvoortstuwing te zijn: veel voortstuwing met weinig massa. Met een raket gevuld met metallisch waterstof is één rakettrap zelfs voldoende om de maan te bereiken. Er is één probleem. We hebben het spul nog steeds niet geproduceerd…
Raketten: het fundamentele probleem van massa en impuls
Auto’s en fietsen komen vooruit door zich af te zetten tegen de weg. Een propellorvliegtuig zet zich met de propellor af tegen de lucht. Een straalvliegtuig slikt lucht in en zet zich af tegen de uitgestoten straal lucht. Het probleem in het luchtledig van de ruimte is dat er niets is om je tegen af te zetten.
Raketten moeten heel veel brandstof meeslepen om te kunnen ontsnappen aan de aarde.
Dat is heel vervelend, want de wet van behoud van impuls, wellicht bekend van de middelbare school als het principe actie=reactie, is zelfs na vier eeuwen nog steeds zo ongeveer het meest heilige natuurkundige principe dat er bestaat.
Impuls is iets anders dan energie. Impuls is massa maal snelheid. Door massa een drie keer zo hoge snelheid mee te geven is de impuls te verdrievoudigen, maar de hoeveelheid energie die je daar voor nodig hebt vernegenvoudigt, met het kwadraat dus: bewegingsenergie is [latex]E=1/2 m*v^2[/latex]. Einsteins algemene relativiteitstheorie maakt de situatie nog beroerder: er is extreem veel energie voor nodig om massa te versnellen tot, zeg, 99% van de lichtsnelheid (om precies te zijn: meer dan Nederland in een half jaar aan elektriciteit verbruikt), maar de impuls is nog steeds [latex]0,99c * m[/latex], dat is de impuls van een langzaam rijdende trein. Met andere woorden: om massa te versnellen moet je heel veel massa (raketbrandstof) meenemen. Die ook weer versneld moet worden.
Gelukkig is er één kleine troost. Voortstuwing wordt om dezelfde reden veel effectiever bij hoge snelheden. Het kost evenveel impuls om te versnellen van nul naar één meter per seconde als het kost om van 100.000 naar 100.001 meter per seconde te versnellen terwijl de benodigde hoeveelheid energie in dat tweede geval twee keer zo hoog is.
Samengeperste waterstof
De gasreus Jupiter heeft het sterkste magnetisch veld van het zonnestelsel: meer dan tien keer zo sterk als dat van de aarde. De aarde heeft een vloeibare kern bestaande uit de (elektrisch geleidende) metalen ijzer en nikkel die een sterk magnetisch veld opwekken, maar Jupiter heeft nauwelijks metalen in zijn kern. Dus moet er iets anders zijn dat dit veld opwekt. Onderzoekers denken dat dit geheimzinnige materiaal waterstof is, zo dicht samengeperst dat het zich als een metaal gaat gedragen.
De gasreuzen Jupiter en Saturnus bestaan voor een groot deel uit metallische waterstof (donkergrijs), denken astrofysici.
Metallisch waterstof
Er bestaan vanuit elektrisch oogpunt twee soorten materialen: isolatoren en geleiders (en uiteraard allerlei interessante tussenvormen: halfgeleiders). In een geleider (zoals alle metalen) kunnen er sommige elektronen vrij bewegen. Daardoor geleiden ze elektriciteit. Waterstof bestaat uit een positief geladen atoomkern (doorgaans een enkel proton) en een negatief elektron dat er omheen hangt. Gewoonlijk zitten deze elektronen stevig vastgenageld aan de atoomkern. Het gevolg: er kan geen elektrische stroom (die immers bestaat uit elektronen) lopen door waterstof: het is een isolator.
Het verhaal wordt anders bij extreem hoge drukken en dichtheden. Elektronen en atoomkernen worden dan zo dicht op elkaar geperst dat waterstofatomen uiteenvallen en elektronen vrij tussen de atoomkernen kunnen bewegen, net als in een metaal. Deze gedegenereerde vorm van waterstof wordt metallisch waterstof genoemd. Op dit moment is alleen zeer kort metallisch waterstof geproduceerd. Toen onderzoekers in 1996 een kogel afvuurden op vloeibaar waterstof bleek de elektrische weerstand een fractie van een seconde sterk te dalen. De meest logische verklaring is dat de waterstof een fractie van een seconde in een metaal veranderde. Helaas zijn alle verdere pogingen om metallisch waterstof te produceren tot op dit moment mislukt, alhoewel wel supergeleiding is aangetoond in extreem samengeperst siliciumhydride (SiH4).
Volgens de theorie is er 400 gigapascal, ongeveer vier miljoen atmosfeer, nodig om waterstof direct om te zetten in metallisch waterstof. Dat is drie keer zo veel als het wereldrecord waterstofatomen martelen op dit moment.
Metallisch waterstof als wonderbrandstof
Raketbouwers zijn erg geïnteresseerd in dit materiaal, want de energiedichtheid van metallisch waterstof is met 216 megajoule per kilo vele malen zo groot als het verbranden van waterstof oplevert (zeker als je het gewicht van de benodigde zuurstof meerekent). Er hoeft dus veel minder brandstof meegenomen te worden: op dit moment moeten honderden kilo’s brandstof meegesleept worden om één kilo nuttige lading in de ruimte te krijgen.
Volgens sommige theorieën is metallisch waterstof metastabiel. Dat wil zeggen dat het ook bij lagere drukken en temperaturen in metallische staat blijft. Terroristen opgelet: dat maakt het ook meteen een ideale springstof. Vooral door die coole waterstofexplosie direct er na. De ETA zal stinkend jaloers zijn. Gelukkig wel makkelijk aan te tonen met een metaaldetector, dus geen paniek als u een vakantievlucht hebt gepland. Ook is metallisch waterstof milieuvriendelijk: als het op aarde ontploft komt alleen waterdamp vrij en in de ruimte bestaan de meeste rondzwervende atomen al uit waterstof.
Twee tot drie miljoen levens per jaar redden, schone lucht en geen bloederige oorlogen om aardolie meer, terwijl we niet meer aan energie uitgeven dan nu. Al met onze bestaande technieken kunnen we in twintig, hooguit veertig jaar volledig overstappen op duurzame energie. Zon, wind en water kunnen in al onze energie voorzien, zeggen experts. Zelfs als er nu geen enkele technische doorbraak meer wordt gerealiseerd. Oliesjeiks kunnen dus maar beter snel een andere inkomstenbron zoeken…
Zonne-energie farm in de woestijn. Enkele tienden van procenten van het landoppervlak is reeds voldoende.
Grote zonnefarms in woestijnen als die in Arizona en Texas (voor Europa liggen Zuid-Spanje en eventueel de Sahara voor de hand, India heeft de Thar-woestijn en China de Gobi-woestijn) wekken het grootste deel van alle energie op. Windmolens leveren de rest terwijl waterkracht ten procent voor haar rekening neemt. Geothermische energie (aardwarmte) en golfslaggenerators leveren de rest.
Energiegebruik in 2030
Vliegtuigen vliegen in 2030 op waterstof in plaats van kerosine. Dat kan ook heel goed: waterstof levert per kilo drie keer zoveel energie als kerosine en bespaart zo veel gewicht en dus brandstof. Wel moet de tank veel groter zijn.
Voertuigen, schepen en treinen werken op elektriciteit of waterstofbrandstofcellen. Huizen worden verhit en gekoeld met warmtepompen op elektriciteit. Steenkool en aardgas zijn niet meer nodig.
Het plan leidt op korte termijn al tot een energiebesparing van dertig procent. De reden: directe omzetting in elektriciteit is veel efficiënter dan verbranding. zelfs de beste verbrandingsmotor haalt misschien dertig procent conversie, terwijl elektromotoren dicht bij de honderd procent zitten en brandstofcellen (die de elektriciteit opwekken) ook ruim boven de zestig procent zitten.
Zon en wind met hydro als accu
In hun visie vullen wind- en zonne-energie elkaar aan. Hoe minder zon, hoe meer wind. Het is dus verstandig om investeringen in beide uit te balanceren.
Wind waait vooral als er weinig zon is, dus kan zonne-energie aanvullen. Door windmolens op zee te plaatsen kan het landgebruik nog verder omlaag.
Plotselinge pieken kunnen worden opgevangen met hydroelectriciteit: in de praktijk, een stuwmeer leeg laten lopen als er behoefte in aan veel stroom. Zij zien waterstof als energiebuffer: zodra er een overschot aan energie is wordt deze gebruikt om waterstof op te wekken voor voer-, vaar- en vliegtuigen.
Grondstof- en landgebruik
Bij hun berekeningen zijn ze uitgegaan van de bekende hoeveelheden grondstoffen. Zelfs schaarse grondstoffen als platina en zeldzame aardmetalen bleken geen bottleneck te vormen. Het beroep op land valt mee. Ongeveer vier tiende procent van het land wordt in beslag genomen door de installaties en nog eens zes tiende procent om windmolens ver genoeg uit elkaar te kunnen plaatsen.
Essentieel voor het plan is een wijdvertakt netwerk van elektriciteitskabels dat elektriciteit van plaatsen met overschotten naar plaatsen met energietekort kan transporteren.
Beide onderzoekers denken dat een bedrag ter grootte van wat aan het Apollo-project is uitgegeven voldoende is om de Verenigde Staten te veranderen in een groene economie.
De spanning loopt op bij de LHC-onderzoekers in Genève. Geen wonder. Uit drieduizend miljard botsingsproeven, gedaan in de compact muon solenoid-detector, zijn ondertussen een dertiental afwijkende botsingen gezeefd. De resultaten zijn het makkelijkst te verklaren door aan te nemen dat de lichtste van de hypothetische sparticles, voorspeld door de supersymmetrie theorie, echt bestaat.
Supersymmetrie
Op dit moment zijn er twee grote natuurkundige theorieën. Einsteins algemene relativiteitstheorie die de zwaartekracht beschrijft en het standaardmodel, dat bestaat uit de drie kwantumveldtheorieën die de overige drie krachten: de elektromagnetische kracht (QED), de zwakke kracht en de sterke kracht(QCD) beschrijven.
Eén van de dertien raadselachtige botsingen.
Alle pogingen om algemene relativiteit te verzoenen met het standaardmodel hebben gefaald. Wel is de speciale relativiteitstheorie naadloos in de kwantumelektrodynamica verwerkt.
Volgens de supersymmetrie theorie (SUSY) kent ieder deeltje uit het Standaardmodel een superpartner: zo heet een superelektron een selectron, een superquark een squark enzovoort.
Superdeeltjes, sparticles, verschillen van normale deeltjes omdat hun spin, ‘draairichting’, een half afwijkt van die van normale deeltjes. Het gevolg: bosonen veranderen in fermionen en andersom. Je krijgt dan heel vreemde materie: lichtdeeltjes (fotino’s) die elkaar afstoten en superneutronen die door elkaar heen kunnen vliegen. Super-atomen en super-levensvormen zien er (als ze al bestaan) heel anders uit dan die van ons. En kunnen dwars door ons heen vliegen zonder dat we het merken.
Deze superpartners hebben voor kosmologen de prettige eigenschap dat ze alleen maar door de zwaartekracht waar te nemen zijn, een ideale kandidaat voor de mysterieuze donkere materie dus zonder dat ze hun toevlucht hoeven te zoeken tot alternatieve zwaartekrachtstheorieën als MOND. Om het prille geluk helemaal compleet te maken: het lichtste sparticle is ook stabiel.
In de Large Hadron Collider worden protonen, waterstofkernen, met extreem hoge energie met elkaar in botsing gebracht. De filosofie achter de proeven is dat in een klein deel van de gevallen de botsingsenergie zal worden gebruikt om nog onbekende deeltjes te produceren.
Een deeltje dat op bijna geen enkele wijze reageert met ‘normale’ materie is behalve door de zwaartekrachtswerking, maar op één effectieve manier waar te nemen: door het plotseling verdwijnen van energie en moment (beweging maal massa), op het moment dat het gevormd wordt. Op deze manier is het neutrino ook ontdekt.
Dit is precies wat er in de dertien botsingen gebeurd is. Er is precies zoveel energie en moment verdwenen als volgens de supersymmetrietheorie wordt voorspeld.
Dertien is niet erg veel en om een statistisch significant meetresultaat te bereiken moeten de botsingsproeven nog even doorgaan. Dat dit een veelbelovende eerste ontwikkeling is op weg naar een nieuwe natuurkunde, staat echter buiten kijf.
Wetenschappers hebben verbanden gevonden tussen de grootte van het zwarte gat in het centrum van een melkwegstelsel en de omvang van de “bobbel” in het centrum van een melkwegstelsel. Ook vonden ze verbanden tussen de grootte van de spiraalschijf en de hoeveelheid donkere materie. Wat echter ontbreekt, blijkt uit de nieuwste analyses, is een verband tussen de grootte van het zwarte gat in het centrum en de hoeveelheid donkere materie.
Dat is vreemd. Immers: als er vijf keer zoveel donkere materie is als zichtbare materie (wat de meeste kosmologen geloven), zou je verwachten dat er veel meer donkere materie dan zichtbare materie door zwarte gaten opgeslokt zou worden, m.a.w. dat er een sterk verband bestaat tussen de hoeveelheid donkere materie en de grootte van de zwarte gaten.
NGC 2998 kent nauwelijks een bobbel. Een mooie test om vast te kunnen stellen of donkere materie misschien iets te maken heeft met zwarte gaten.
In een nieuwe analyse hebben de Duitse astronomen John Kormendy en Ralf Bender aan het Duitse Max Planck Instituut voor buitenaardse fysica het antwoord gevonden. Ze bestudeerden zes naburige melkwegstelsels die wel een zwart gat bevatten maar geen bobbel, zoals de hier getoonde NGC 2988. Ze deden dit om te kunnen vaststellen of bij het ontbreken van de gebruikelijke correlatie met een bobbel (zoals bij deze zes ontbrak), zwarte gaten wellicht worden verklaard door de hoeveelheid donkere materie. Voorlopige conclusie: een dergelijke correlatie is afwezig. Hoeveel donkere materie ook aanwezig is, het heeft geen invloed op de grootte van zwarte gaten. Er bestaat slechts een correlatie met het melkwegstelsel zelf: hoe groter het melkwegstelsel, hoe groter het zwart gat.
Dit is uiteraard koren op de molen van de aanhangers van de zwaartekrachtstheorie MOND, modified Newtonian dynamics. Volgens hen bestaat er helemaal geen donkere materie. De reden dat er iets als donkere materie lijkt te bestaan, heeft domweg te maken met het gedrag van de zwaartekracht, dat volgens MOND heel anders is op enorme afstanden zoals die in de Melkweg. De implicaties van het niet bestaan van donkere materie zouden enorm zijn. Bestaat er niet iets als donkere materie, dan kunnen heel wat kosmologische theorieën op de schroothoop. Onze voorspellingen over hoe het heelal er in de verre toekomst uit zal zien, kloppen dan bijvoorbeeld niet meer.
Goed nieuws voor hen die zich zorgen maken over het exploderende energiegebruik van stroomvretende computers en serverparken. Omkeerbare rekenlogica kan in theorie het energieverbruik van een computer terugbrengen tot nul. Helaas zitten er nog heel wat haken en ogen aan het in de praktijk brengen van dit idee, maar de gevolgen zouden enorm verstrekkend zijn. Ook in de verre toekomst. Leven kan dan namelijk bestaan zonder energieverbruik…
Computers slechts voor 0,000001% efficiënt
Op dit moment is de discussie academisch. Op dit moment wordt slechts een honderdmiljoenste deel (dat is een één met acht nullen er achter) van het totale vermogen van een computer gebruikt om de daadwerkelijke berekening te produceren. De rest is in feite overbodig: weerstand, bewegende mechanische onderdelen en dergelijke.
Rekenen, wanorde en warmte
Informatie staat gelijk aan wanorde (entropie, zegt een natuurkundige). Een maat voor wanorde is namelijk hoeveel informatie je nodig hebt om een systeem te beschrijven.
Je kan een bak met een laag van duizend witte knikkers onder een laag van duizend zwarte knikkers in minder woorden precies beschrijven dan een bak waarin de zwarte en witte knikkers lukraak door elkaar liggen. Anders geformuleerd: stel dat je bak met knikkers een bepaalde boodschap bevat, bijvoorbeeld in morse-code. waarbij één zwarte knikker staat voor een punt en twee zwarte knikkers voor een streep. Hoe langer de boodschap in je bak, hoe wanordelijker de knikkers door elkaar lijken te liggen.
Het verband gaat nog dieper: de entropie is maximaal als je je informatie optimaal gecomprimeerd hebt. Vandaar dat het begrip entropie niet alleen in de natuurkunde, maar ook in de informatietechniek opduikt.
Vallende suikerkorrel drijft pc aan
Hoe kleiner computers worden, hoe dichter de thermodynamische limiet wordt benaderd, dus een hoe groter percentage van alle energie die een computer gebruikt, daadwerkelijk in een berekening terecht komt. Stel je bereikt die limiet, dan kan je een computer met het rekenvermogen van een moderne pc laten lopen op minder dan een microwatt vermogen (het vermogen dat nodig is om een flinke suikerkorrel in de lucht te houden). Je zou dan door te trappen op een hometrainer een tiende van alle pc’s in de hele wereld van energie kunnen voorzien.
De enorme supercomputer Columbia van NASA slurpt nu nog megawatts aan energie. Dit wordt anders, stellen informatietheoretici Himanshu Thapliyal en Nagarajan Ranganathan.
Houd je vast. Je kan namelijk het energieverbruik terugbrengen tot precies de informatieinhoud van het eindresultaat door vanuit alle resultaten waar je niets aan hebt, weg te gooien. Ja, u leest het goed. Een energietechnisch gezien gratis berekening. Vergelijk het met een magische fabriek waar je afval ingooit en kant en klare auto’s, kleding en huisraad voor terugkrijgt (en alleen het energieverschil tussen het afval en de producten hoeft te betalen).
Terugrekenen en logisch omkeerbare poorten
Het geheim: inverse computing, terugrekenen. Dat kan met omkeerbare logische poorten (logische poorten zijn de basiselementen van iedere computer).
Op dit moment bestaan die omkeerbare poorten (m.u.v. de NOT-poort) nog niet. Een eis aan een omkeerbare poort is dat deze geen informatie weggooit. Standaard logische poorten zoals die in bestaande computers (bijvoorbeeld een OR-poort, die ‘waar’ zegt als ingangssignaal 1 of ingangssignaal 2 waar zijn) gooien informatie weg: stel je weet dat een OR-poort ‘waar’ zegt, dan weet je niet of de poort ja zegt omdat ingangssignaal 1 waar is of omdat inganggsignaal 2 waar is. Die informatie is verloren gegaan, weggegooid. Je kan dan niet meer terugrekenen. Al onze bestaande poorten gooien informatie weg en zijn dus onbruikbaar voor reverse computing.
Logische poorten
De computers zoals wij ze kennen doen in feite niets anders dan bits, die elk bestaan uit een nul of een één, met elkaar vergelijken. Dat vergelijken gebeurt in logische poorten. In de chips van een pc zitten er vijf: AND, OR, NOT, XOR en XNOR.
Een AND (en)-poort geeft een 1 (waar) als de eerste en de tweede bit allebei 1 (waar) zijn. Anders een nul (onwaar).
Een OR (of)-poort geeft een 1 als de eerste bit, de tweede bit of allebei bits 1 zijn.
Een XOR (exclusive OR, wat wij in het dagelijks leven met ‘of’ bedoelen) geeft een één als de eerste bit verschilt van de tweede bit (dus nul en een of een en nul), anders een nul.
De XNOR (exclusive not or) geeft juist een 1 als beide bits aan elkaar gelijk zijn en anders een nul.
De NOT-poort, tenslotte, kent maar één bit als invoer en keert die om. Dus nul wordt één en andersom. Bij alle poorten met uitzondering van NOT wordt er dus informatie weggegooid, je kan niet terugrekenen.
Foutcorrectie
Door de beginwaarden terug te berekenen van het eindresultaat kan wordt getoetst of de berekening wel klopt. Dat kan met inverse logische poorten. Goed nieuws is dat voor kwantumcomputers inverse poorten toch al vereist zijn. Het lijkt er dus op dat met de komst van kwantumcomputers we foutcorrectie en nul energieverbruik gratis meekrijgen.
Verre toekomst
Als alle sterren zijn opgebrand en er nauwelijks of geen vrije energie meer is, kan intelligent leven dus toch nog voortbestaan. In deze virtuele wereld zou het ervaren doorgaan alsof we nog in een reële wereld leven. Wel voor een prijs: er zou gemeten over de tijd niets veranderen, de kwantumstaat zou altijd hetzelfde blijven. Het leven zou voor eeuwig slapen tot het door een bepaald proces, een reiziger uit een ander heelal misschien, uit zij slaap wordt gewekt.
Extreem langgolvige radiogolven (ULF) piekten in Haïti een maand voor de aardbeving. Kunnen we hiermee nieuwe aardbevingen voorspellen? En wijzen de emissies op een nieuwe aardbeving? Het inkoopgedrag van de Amerikaanse federale rampenbestrijdingsorganisatie FEMA is in ieder geval opmerkelijk…
ULF: ultralage radiofrequentie
Elektromagnetische straling komt in heel veel verschillende golflengtes voor, variërend van de zeer energierijke, extreem kortgolvige gammastraling via licht en warmtestraling tot de zwakke langgolvige fotonen van radiostraling. De langste golven die we kennen worden ULF, ultra low frequency, genoemd. Je moet dan denken aan golven met een frequentie van drie hertz of lager, dus minder dan drie trillingen per seconde. De bijbehorende golflengte is honderdduizend kilometer of meer.
ULF-uitbarstingen gemeten voor aardbeving in Haïti
De Franse satelliet DEMETER mat in de maand voor de aardbeving op Haïti in het gebied heftige uitbarstingen in ultra-lage frequentie radiostraling.
De rode gebieden zijn bronnen van extreem hoge hoeveelheden ULF-straling.
Al langer vermoeden geologen dat aardbevingen en terrestriële ULF-uitbarstingen met elkaar samenhangen. Rond de tijdstippen dat aardbevingen optreden, zijn vaak merkwaardige elektromagnetische verschijnselen te zien in het aardbevingsgebied.
De microsatelliet DEMETER werd daarom in 2004 in een polaire baan (een baan waarbij de satelliet over de beide polen draait) om de aarde gebracht. Op die manier kan de satelliet het gehele aardoppervlak scannen: bij elke omloopbaan wordt een andere meridiaan gescand. In de weken voor de aardbeving in Haïti werden uitbarstingen langs de gehele Andes-breuklijn en de Rocky Mountains gemeten.
Het lijkt er op dat het gehele Amerikaanse platensysteem in beweging is.
Tellurische stromen
Al meer dan een eeuw is bekend dat er onderzeese en onderaardse elektrische stromen bestaan: de tellurische stromen. Deze stromen zijn over het algemeen gericht naar de plaats waar de zon recht boven de hemel staat en helpen bij het ontstaan van een elektrische potentiaal en dus onweersbuien. Tellurische aardstromen kunnen ook afgetapt worden als zwakke bron voor elektriciteit: aardbatterijen.
Vermoedelijk spelen tellurische stromen een centrale rol in de ULF-uitbarstingen. Als door langs elkaar heen schuivende rotsplaten (dit is wat er gebeurt bij aardbevingen) kristallen in gesteente worden fijngemalen, ontstaan enorme elektrische spanningen. Een gasaansteker werkt ook via dit piëzo-elektrische effect. Deze spanningen wekken weer tellurische stromen op, die de ULF golven opwekken.
Aardbeving in zuiden VS aanstaande?
In samenzweringskringen is al verontrust gereageerd op de publieke aanbesteding door de Amerikaanse rampenbestrijdingsorganisatie FEMA voor 140 miljoen noodrantsoenen in de kuststaten aan de Golf van Mexico.
Het kan uiteraard dat het hier om een voorbereiding voor het nieuwe orkaanseizoen gaat. Het kan ook dat de volgende aardbeving wordt voorspeld in de New Madrid seismische zone, een breukensysteem in dit gebied waar onder andere de grote stad Memphis ligt. Een zware aardbeving zou weinig heel laten van deze stad.
Er ontstaan op dit moment steeds meer zorgen over het steeds toenemende CO2 gehalte in de atmosfeer. In feite is het lange-termijn probleem van de aarde heel anders: het steeds lagere CO2-gehalte in de lucht bedreigt over enkele honderden miljoenen jaren de biosfeer. Wat is er aan de hand?
Meer kooldioxide is meer regenwoud
Toen de aarde pas was ontstaan bevatte de atmosfeer van de aarde veel meer kooldioxide dan nu. Met het ontstaan van fotosynthese werd dit kooldioxide opgenomen, wat (denkt men) de eerste grote globale ijstijden veroorzaakte. Deze waren veel erger dan die van twintigduizend jaar geleden: bijna de hele aarde, van pool tot evenaar, was overdekt met honderden meters dikke gletsjers. Ook gedurende latere episodes betekende het dalen van het CO2 gehalte slecht nieuws voor het leven, terwijl een hoog CO2-gehalte in de atmosfeer leidde tot een explosie van groen.
Libelles bereikten in het koolstofdioxiderijke Carboon enorme groottes. Bron Wikipedia
Zo was tijdens het vochtige en hete Carboon de aarde van de pool tot de evenaar overdekt met dichte wouden en konden er door het hoge zuurstofgehalte meterslange reuzenpissenbedden en libelles groter dan een duif rondscharrelen.
Direct na het verdwijnen van de dino’s kende de aarde de heetste periode in haar geschiedenis: het Paleoceen-Eoceen thermale maximum met oerwouden tot aan de poolcirkel. Er kwamen subtropische en tropische boomsoorten tot in Alaska en Groenland voor. De woestijnen waren veel kleiner dan nu; overvloedige regenbuien lieten het land druipen van het vocht. U moet de klimaatjokkebrokken die beweren dat hogere temperaturen leiden tot verwoestijning dus niet geloven. In al deze periodes zat er veel meer kooldioxide en vermoedelijk ook methaan in de atmosfeer dan nu.
Wel stond de zeespiegel veel hoger dan nu: honderd tot honderdvijftig meter. Van Nederland zou alleen Zuid-Limburg en misschien wat eilandjes in Twente en op de Veluwe overblijven. Vervelend voor ons (behalve voor de Zuid-Limburgers die geen leegstand meer hebben), maar het verdwijnen van de woestijnen weegt voor de biosfeer ruim op tegen de paar laagvlaktes die onderlopen. Ook zijn de ondiepe zeeën die dan ontstaan zeer vruchtbaar.
Voortdurende CO2-daling laat planten stikken
Wat dat betreft ziet het er in de veel verdere toekomst (we praten dan over honderden miljoenen jaren) somberder uit. Al honderden miljoenen jaren is het kooldioxidegehalte aan het dalen. De temperatuurdaling woordt gecompenseerd doordat de zon steeds feller is gaan schijnen.
De reden voor de CO2-daling: eroderende silicaatgesteenten absorberen steeds meer kooldioxide, waardoor er een CO2-tekort ontstaat voor planten. Ook neemt het vulkanisme (vulkanen zijn een bron van CO2) steeds meer af naarmate er minder radioactief verval is in de aardkern (de uiteindelijke bron van de energie voor vulkanen). Nu al bestaat de helft van alle eiwitten in C3 planten (planten die CO2 rechtstreeks binden, de meeste plantensoorten, in plaats van in twee stappen zoals C4 planten als mais doen) uit het enzym rubisco dat maar één taak heeft: kooldioxide vangen.
Je kan de rol van rubisco vergelijken met die van hemoglobine in gewervelde dieren. Met andere woorden: onze planten stikken op dit moment haast in onze veel te CO2-arme atmosfeer en moeten biochemisch gesproken alle zeilen bijzetten om het laatste restje CO2 te kunnen oogsten. Het opstoken van de steenkool van het Carboon en de olievoorraden is waarschijnlijk het beste dat we ooit voor de biosfeer hebben gedaan. Dus wees de volgende keer een beetje vriendelijker tegen die voorbijscheurende patsers in hun dikke SUV. Niet alleen spekken ze de staatskas flink met hun benzineslurpende sleeën, ze redden ook de wereld.
