België raakt door de ondergang van Dexia nu net zo in de problemen als Griekenland en Italië.

België: het volgende Griekenland

5 reacties / Analyses, Europa / Door / 17 november 2011

Dexia, de Belgisch-Franse bank die nu op omvallen staat, is niet zomaar een bank. Het is in feite de hofleverancier kapitaal van de Belgische overheden. De Belgische aankondiging om Dexia te steunen is dus een loze belofte. België zelf is, zo lijkt het er steeds meer op, rijp voor de sloop.

België raakt door de ondergang van Dexia nu net zo in de problemen als Griekenland en Italië.
België raakt door de ondergang van Dexia nu net zo in de problemen als Griekenland en Italië.

België steeds dieper in financiële moeras
Terwijl de persbureau-media ach en wee roepen over eurozondaren Griekenland en Italië, is de situatie bij de Belgen minstens even beroerd. Om te beginnen: een enorme staatsschuld van rond de honderd procent. Daarbij komt nog de twintig miljard euro die de redding van Dexia zal eisen en de staaatsschuld nog met tien procent zal vergroten. En anders dan de Grieken en Italianen, die nu harde bezuinigingen voor de kiezen krijgen, lijkt er niet echt een gevoel van urgentie bij de Belgen te zijn. Bij de financiële markten is dat gevoel van urgentie er wel. De rente op staatsleningen van België ligt nu rond de vijf procent. Dat is niet veel lager dan de rente op Italiaanse of Spaanse leningen.

België heeft dan nog het geluk dat de ‘Europese hoofdstad’ Brussel binnen de landsgrenzen is gelegen. Een aanzienlijk deel van de riante emolumenten die europarlementariërs en het leger van overbetaalde Europese ambtenaren opstrijken, rond de vijf miljard euro per jaar, wordt in luxe etablissementen in Brussel en omgeving opgemaakt. Ook brengt de uitgebreide entourage aan het Europese hof van pluimstrijkers, pardon, lobbyisten en ambassadepersoneel van de vele Europese missies de nodige euro’s in het laadje. Immers, om de lucratieve Europese subsidiestromen en alomvattende Europese regelgeving te kunnen beïnvloeden moet je dicht bij het vuur zitten.

Belgische belastingdruk vrijwel hoogste van Europa
België kan zich daarom een fiscaal beleid veroorloven dat hooguit Zweden zich durft te permitteren. De Belgische belastingen behoren tot de hoogste van Europa. Bedrijven worden toch wel naar Brussel getrokken wegens de aanwezigheid van de EU. De belastingen worden besteed voor het overeind houden van verliesgevende staatsbedrijven en een zeer uitgebreid sociaal stelsel. Zo duren werkloosheidsuitkeringen in België tot het pensioen. Niet dat het erg makkelijk is in België werkloos te worden. Er bestaat een werkelijk ongekende bescherming van werknemers met strijdbare vakbonden die graag een complete bedrijfstak lamleggen om een hen onwelgevallig loonakkoord te blokkeren.

Wat nog verder bijdraagt aan de misère zijn de onevenwichtigheden tussen Vlaanderen en Wallonië. In de welvarende, vruchtbare laagvlakte Vlaanderen woont zestig procent van de bevolking, die voor het grootste deel de werkloosheidsuitkeringen van de twintig procent werkloze Walloniërs ophoest. Veel Walloniërs hebben een ouderwets socialistische mentaliteit die uitgaat van natuurlijke rechten, die te vuur en te zwaard bevochten en verdedigd moeten worden.

Hoe nu verder?
Er zijn drie scenario’s denkbaar. In het eerste scenario groeit ‘Europa’ uit tot een superstaat, waarin het ambtenarencorps in Brussel flink groeit en de EU ook federale belastingen gaat heffen. Dit is uiteraard het droomscenario voor België, want zo groeit Brussel uit tot de grootste honingpot van Europa en worden de belastinginkomsten zo groot, dat een verstandig kabinet zelfs ondanks de tirannieke voorvechters van de status-quo de schuld kan aflossen.

In het tweede scenario valt de eurozone uiteen in een Noord-Europees en een Zuid-Europees deel. Hierbij is het van belang waar de grens wordt getrokken. Doet Frankrijk mee met het Noord-Europese blok, dan blijft het voor België business as usual, hoewel de hoge herfinancieringsrente het land zal dwingen orde op zaken te stellen. Dit zal uiteraard Griekse taferelen opleveren. Zal het Noord-Europese blok niet Frankrijk bevatten (bijvoorbeeld doordat Duitsland eenzijdig de eurozone verlaat), dan zal België gezien de belabberde toestand van de economie vermoedelijk niet welkom zijn bij het Noord-Europese feestje. België zal als lid van de zuidelijke eurozone een steeds goedkopere munt hebben. Het Belgische bedrijfsleven zal vervolgens even adempauze krijgen, tot de looneisen van de vakbonden Belgische producten en diensten weer onbetaalbaar hebben gemaakt.

In het derde scenario verklaart Vlaanderen eenzijdig de onafhankelijkheid. Hiermee zouden de Vlamingen van de loden last Wallonië verlost zijn. Een nauwe samenwerking met Nederland ligt dan voor de hand.

Innoveren in de wereld van de baggeraars

7 reacties / Techniek / Door / 13 november 2011

Met een zuigkop die via een flexibele slang aan een schip zit, is zand of grind te winnen tot zo’n 200 m diep. Scheepsbouwer Damen Dredging Equipment hoopt met de diepwaterbaggerkop een nieuwe markt aan te boren.

Gewoonlijk zit een baggerkop vast aan een buis die vanaf het schip wordt neergelaten tot een diepte van zo’n 30 m. ‘Er zijn wel baggerschepen die tot 150 m gaan, maar die zijn ontzettend duur’, zegt ir. Mark Winkelman, hoofd Research van Damen Dredging Equipment. ‘Ons systeem is op bestaande schepen in te passen, waardoor de kosten veel lager liggen.’

Het ontwerp bestaat uit een baggerkop met een pomp, die het opgezogen materiaal in een flexibele slang met een doorsnede van 60 cm perst. ‘Die slang zit op het schip op een haspel, waardoor we gemakkelijk in diepte kunnen variëren.’ De behuizing van de zuigkop en de pomp hangt met kabels onder het schip.

‘Tijdens het varen trekt de hoofdkabel de kop voort over de bodem. Een verticale kabel bij de kop regelt de hoogte ten opzichte van de zeebodem en compenseert voor het deinen van het schip.’

De flexibele slang is speciaal ontworpen. ‘De segmenten van 20 m hebben koppelingen die op trek kunnen worden belast, niet uitsteken en oprolbaar zijn.’ Op een diepte van 200 m zuigt het systeem zo’n 2000 m3 zand per uur op.

Bronnen:
De Technologiekrant
DAMEN Dredging Equipment

Groene eetbare woestijnen met permacultuur

22 reacties / Ideeën, Ideeën en techniek, Mensheid, Visionair leven, Visionaire projecten, Wereld / Door / 12 januari 2013
plant-a-tree
De beste tijd om een (fruit)boom te planten is 20 jaar geleden. De beste tijd daarna is nu.

Goed nieuws, woestijnen en volledig geërodeerde gebieden zijn weer te veranderen in bruikbare en productieve ecosystemen. Permacultuur is een ontwerpsysteem waarmee je natuurlijke ecosystemen nabouwt met een functie voor de mens. Door de op ecologie gebaseerde ontwerpprincipes van permacultuur te gebruiken bij het ontwerp kan men bijna overal mooie diverse stabiele ecosystemen ontwikkelen met functies voor de mens, bijvoorbeeld voedselvoorziening, het leveren van bouwmaterialen, etc.

Permacultuur gebruikt geen fossiele input en houdt rekening met de mens en de aarde. Het zoekt win-win situaties op met haar ontwerp zodat de natuur en de mens op een harmonische manier met elkaar kunnen voortbestaan.

Eerder al kwam aan bod hoe er met permacultuur in Nederlandse eetbare bostuinen kunnen worden aangelegd. Nu een paar voorbeelden uit de praktijk hoe je met de principes van permacultuur stukken onproductieve woestijn weer terug kunt vormen naar productieve groene gebieden waar volop voedsel kan worden geproduceerd met respect voor de natuur.

Permacultuur omvat een flink aantal ontwerptechnieken om water zo optimaal mogelijk op te vangen, zo lang mogelijk in het systeem te houden en dit zo vaak mogelijk opnieuw te gebruiken als mogelijk is binnen het systeem.

Hieronder een aantal films met de resultaten. Als eerste een permacultuurproject in Jordanië vlakbij de Dode Zee met de titel Greening The Desert.

Daarnaast een inspirerende film waar ze laten zien hoe volledig geërodeerde en verwoestijnde gebieden weer productief zijn gemaakt door ontwerpprincipes toe te passen die in de permacultuur ontwerpprincipes uitgebreid aan bod komen. Bekijk: Lessons of the Löss Plateau.


En tot slot een aflevering van The Global Gardener waarin Bill Mollison, één van de uitvinders van permacultuur, permacultuurstrategiën voor droge gebieden uitlegt en toelicht en langs verschillende projecten gaat rondom de wereld.

Het logo van permacultuur Nederland. Klik op het logo om naar de site te gaan.
Het logo van Permacultuur Nederland. Klik op het logo om naar de site te gaan.

Het interessante van permacultuur en de slimme ontwerpprincipes waar het gebruik van maakt is dat permacultuur overal kan worden toegepast.

Een uitgebreide uitleg over de ecologische principes waarop permacultuur gebaseerd is, is te vinden op de website www.permacultuurnederland.org, waar een vrij downloadbare cursus mensen bekend maakt met de belangrijkste ontwerpprincipes van permacultuur. Deze cursus is ook op papier tegen print en verzendkosten te bestellen via Omslag.nl. Als mensen nog vragen hebben over permacultuur, stel ze vooral!

Aanverwante artikelen en informatie:
-) Eetbare dorpen en steden
-) Raamtuinieren
-) De gemakkelijke moestuin
-) De kruidenspiraal
-) De eetbare bostuin 
-) De buurtmoestuin
-) Een boerderij voor de toekomst
-) Eetbare groene woestijnen met Permacultuur
-) Groen Goud – VPRO Tegenlicht over permacultuur
-) Rondleiding Permaculture Research Insitute 
-) Permacultuur, voorbeelden en inspiratie
-) Permacultuur in Nederland en omgeving
-) Web of Life, Diversiteit is van levensbelang
-) Eetbare planten en paddenstoelen database
-) Ruil je eigen eetbare planten bij elkaar
-) Engelse Plants for a Future database

Vrij downloadbare documenten:
-) Permacultuur, ontwerpen met de natuur (pdf)


‘Supergeleidende antenne kan zwaartekrachtsgolven waarnemen’

4 reacties / Ideeën, Universum, Wetenschap / Door / 16 november 2011
Zwaartekrachtsgolven zijn door Einstein voorspelde trillingen in ruimtetijd. Tot nu toe is er nog nooit direct bewijs gevonden voor zwaartekrachtsgolven. Het lijkt er nu op dat er eindelijk een methode is ontdekt om dit spookachtige verschijnsel te ontdekken: een supergeleider.

Zwaartekrachtsgolven bieden kijkje in diepste geheimen van het heelal
Zwaartekrachtsgolven zijn zeer interessant, omdat ze opgewekt worden door buitenissige processen zoals botsende zwarte gaten of zelfs de Big Bang zelf. Ontdekken astronomen zwaartekrachtsgolven, dan biedt dit een rechtstreeks kijkje in de keukengeheimen van de kosmos, waaronder de nog steeds onbeantwoorde vraag wat zwaartekracht precies is. Ook voorspellen bepaalde kosmologische theorieën afwijkend gedrag van zwaartekrachtsgolven. Geen wonder, dat er enorme interesse bestaat in zwaartekrachtsgolven. Ook is het de enige voorspelling van Einsteins algemene relativiteitstheorie die nog niet direct is bevestigd.

Zwaartekrachtsgolven zeer lastig waar te nemen
Helaas is er een probleem. Weliswaar vervormen zwaartekrachtsgolven ruimtetijd waar ze doorheen reizen maar de gevolgen zijn miniem, denk aan de afmeting van de atoomkern van goud of uranium op een afstand van Amsterdam naar New York. In principe zijn de huidige generatie zwaartekrachtsdetectoren, monsterlijke apparaten tot vier kilometers lang, in staat dit minieme verschil te ‘spotten’. Deze apparaten lijken op een enorme L. Er kaatst voortdurend licht heen en weer dat met zichzelf interfereert. De theorie is dat als een zwaartekrachtsgolf passeert, de ene arm tijdelijk korter wordt dan de andere, dus dat dat het interferentiepatroon zal verstoren. Desondanks is er nog steeds geen zwaartekrachtsgolf rechtstreeks waargenomen.

Supergeleider als extreem gevoelige detector
Armen Gulian van de Chapman University in Maryland en enkele collega’s beschrijven nu een goedkoop, nieuw type detector dat veel compacter is dan dit soort reuzendetectoren. Uiteraard goed nieuws in een tijd van economische neergang. In plaats van op lengteverschillen te testen, maakt deze detector gebruik van een andere eigenschap.

De detector bestaat ui teen grote staaf supergeleidend metaal. Als een zwaartekrachtsgolf passeert, werkt deze in op alle massa in de staaf, dus zowel de supergeleidende elektronen als de metaalatomen.De grap is dat de atomen in de metalen staaf vastgenageld zitten op hun plaats, maar de elektronen niet. Deze zijn geheel vrij om te stromen. Het gevolg: de zwaartekrachtsgolf zal de elektronen heen en weer slingeren, stellen ze. Een tweede supergeleidende staaf wordt aan een hoekpunt van de eerste staaf gezet (ze vormen dus een L). Als een zwaartekrachtsgolf de eerste staaf samenperst, wordt de tweede staaf uitgerekt. De elektronen in deze staaf zullen nu ook gaan trillen, maar dan uit fase met de eerste staaf. Als beide staven worden verbonden met een ook supergeleidende stroomdraad, moet er een soort wisselstroom ontstaan.

In principe, stelt de groep, (met enkele verfijningen, die nodig zijn vanwege specifieke eigenschappen van supergeleiders) kunnen ze op deze manier met twee staven van ongeveer tien meter lang, zwaartekrachtgolven waarnemen.

Zwaartekrachtsgolf wekt stroom op
Op dit moment zijn er ampèremeters van Hewlett Packard op de markt die stroompjes tot een attoampère kunnen waarnemen. Dat is in principe voldoende om de opgewekte stroom te meten. Elektromagnetische ruis kan uit worden gefilterd door alleen de voorspelde golven uit te filteren. Ook kan de detector in een magnetische fles worden geplaatst om zo alle elektrische en magnetische velden uit te sluiten. NASA heeft nu al een aantal dure missies geschrapt. Zou deze technische vondst de lancering van een goedkope zwaartekrachtsgolfdetector toch mogelijk maken?

Bron:
Armen Gulian et al., Superconducting Antenna Concept for Gravitational Wave Radiation, ArXiv.org (2011)

Een van de vele voorstellen voor zonne-energiecentrales in de ruimte.

Zonne-energie in de ruimte: zin of onzin?

10 reacties / Analyses, Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 17 november 2011

Volgens diverse populair-wetenschappelijke websites is het dé oplossing voor het wereldenergietekort: zonnepanelen in de ruimte. Wat zijn de voor- en nadelen van het toepassen van satellieten die zonne-energie in de ruimte verzamelen? Een analyse.

Een van de vele voorstellen voor zonne-energiecentrales in de ruimte.
Het voorstel van de Franse ruimtevaartgigant Astrium voor zonne-energiecentrales in de ruimte.

Hoe zullen de zonnecentrales er in de praktijk uit zien?
Een zonnecentrale zweeft boven de aarde om het zonlicht in de ruimte op te vangen. Omdat er helaas nog geen ruimtelift bestaat, moet de opgevangen zonne-energie draadloos naar de aarde worden gezonden en daar worden omgezet in elektriciteit. In diverse plannen worden hiervoor microgolven (bekend van de magnetron), een soort radiogolven, voorgesteld.
In de voorgestelde configuratie worden de zonnepanelen in een geostationaire baan (GEO) om de aarde gebracht. Deze hoogte, op rond de 35 786 km boven zeeniveau, heeft als voordeel dat de satelliet altijd boven dezelfde plek blijft zweven. GEO is uiteraard een gewilde plek voor bijvoorbeeld communicatiesatellieten; op dit moment zweven al veel satellieten in GEO.

Wat zijn de voordelen van een zonnecentrale in de ruimte?

  • De satelliet ontvangt bijna 24 uur per dag zonlicht, waardoor de zonnecentrale vrijwel continu vermogen kan leveren, ook als zonnepanelen op het aardoppervlak in de nachtzone terecht komen. De satelliet kan zo manoeuvreren, dat het zonnepaneel altijd loodrecht op de zon staat en zo maximaal rendement haalt. Door dit effect alleen al levert een zonnepaneel in de ruimte meer dan twee keer zoveel vermogen als een zonnepaneel op de evenaar, de gunstigste locatie, geografisch gezien.
  • Atmosferische gassen absorberen geen zonnestraling. Naar schatting levert dit zo’n 44% vermogenswinst op. Dit voordeel wordt nog groter vergeleken met niet-woestijnachtige gebieden waar het vaak bewolkt is.
  • Door het ontbreken van een atmosfeer zijn er geen problemen door slechte weersomstandigheden.
  • Er is geen land nodig om de zonnepanelen op te plaatsen.
  • Door de draadloze transmissie kan de zonnecentrale energie sturen naar de punten waar er tekort aan elektriciteit is, bijvoorbeeld in delen van de wereld waar het avond of winter is.
  • Ieder land kan zijn eigen zonnecentrale in een baan om de aarde plaatsen. Hierdoor is het land niet meer afhankelijk van het buitenland. Voor bijvoorbeeld Japan is dat een groot voordeel.

.. en de nadelen?

  • De ruimte is een uitermate slopende omgeving. Kosmische deeltjes bewegen met procenten van de lichtsnelheid door de ruimte en laten weinig heel van zonnepanelen. Dit halveert in de praktijk hun levensduur.
  • Ontelbare micrometeorieten bewegen met tientallen kilometers per seconde door het heelal. Ook deze beschadigen een zonnepaneel.
  • Een zware zonnevlam kan onvoldoende beschermde satellieten roosteren.
  • Er gaat het nodige vermogen (vijftien tot vijftig procent) verloren als de zonne-energie in de vorm van microgolven naar de aarde wordt gestuurd.
  • De lanceerkosten zijn hoog. Om aan het aardse zwaartekrachtsveld te ontsnappen is minimaal 17,4 kWh aan energie per kg massa nodig. Daarbij komt nog de gepeperde prijs voor de raket en het feit dat een raket verre van efficiënt werkt.
  • Reparaties vereisen een dure bemande vlucht, al zou je dit in principe op kunnen lossen door van op afstand bedienbare robots in te zetten.
  • Er moet een ontvangststation voor de straling worden ingericht. Dit moet voldoende ver van de bewoonde wereld worden ingericht en een enorme diameter hebben: rond de 10 km doorsnede. Ter vergelijking: een dergelijke oppervlakte, wanneer bedekt met zonnepanelen in de Sahara, is al groot genoeg om een derde van  Nederland van energie te kunnen voorzien. We weten overigens ook niet of deze microgolfstraling niet schadelijke biologische gevolgen heeft. Uit experimenten in Wageningen blijkt dat in ieder geval de hoogfrequente straling van WiFi-router mogelijk nare gevolgen op planten heeft.
  • Wordt gekozen voor een geconcentreerde bundel op bijvoorbeeld een gebied van enkele hectares, dan ontstaan veiligheidsrisico’s. Als een hacker besluit voor de gein de bundel op het hoofdkantoor van Goldman Sachs  te richten, of nog erger, ergens anders op, dan zijn de gevolgen vergelijkbaar met het gebakken worden in een magnetron.

Het Franse ruimtevaartbedijf Astrium ontwikkelde dit concept.

Doen of niet doen?
De huidige voorgestelde vorm is in ieder geval onzinnig. Er zal of een veilige, maar enorm grote constructie voor veilig vermogenstransport moeten komen, of een onveilige, geconcentreerde richtantenne. Het is verstandiger om zonnecentrales drijvend op zee of in de woestijn (plus op daken van huizen en bedrijven) neer te zetten. Dit is veel goedkoper.

Als met de komst van een ruimtelift het transmissieprobleem is opgelost, wordt het wel interessant. Aan de ruimtelift zouden dan enorme hoeveelheden zonnepanelen kunnen worden gekoppeld – koolstofnanovezels geleiden redelijk goed stroom.

Zinniger is het idee om delfstoffen te gaan winnen op de maan of planetoïden, aangedreven door zonne-energie. De gesmolten ertsen kunnen met een maglev-rail worden gelanceerd richting aarde of, nog slimmer, op de maan worden gebruikt voor het fabriceren van ruimtevaartuigen waarmee de rest van het zonnestelsel kan worden gekoloniseerd. Ook kunnen zeer energievretende fabricageprocessen – denk aan het fabriceren van koolstofnanovezels en kunstdiamant – in de ruimte uitgevoerd worden, waarbij dan zonne-energie gebruikt wordt.

De jonge ster TW Hydrae geeft een kijkje in hoe het zonnestelsel er vlak na het ontstaan uitgezien heeft.

Duizenden aardse oceanen rond ster

2 reacties / Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 16 november 2011

Astronomen ontdekten dat zich rond de jonge ster TW Hydrae duizenden oceanen aan waterijs bevinden. Het scenario dat kometen de aardse oceanen hebben gevuld, wordt zo steeds waarschijnlijker.

Blik op het jonge zonnestelsel
De ster TW Hydrae, een oranje K-dwergster die iets kleiner is dan de zon, is naar kosmische maatstaven extreem jong, rond de 10 miljoen jaar. Het materiaal rond deze T Tauri-ster (een ster in de planeetvormingsfase) klontert op dit moment samen tot een zonnestelsel. Een gelukkig toeval is dat TW Hydrae vrij dicht bij de aarde staat – 150 lichtjaar – en de pool vrijwel op de aarde gericht is, zodat met een telescoop de planetaire schijf goed waar te nemen is. We kunnen dus als het ware een kijkje nemen in het zonnestelsel zoals dat er miljarden jaren geleden uitzag.

De jonge ster TW Hydrae geeft een kijkje in hoe het zonnestelsel er vlak na het ontstaan uitgezien heeft.
De jonge ster TW Hydrae geeft een kijkje in hoe het zonnestelsel er vlak na het ontstaan uitgezien heeft. Bron van deze artist impression:NASA/JPL Caltech

Waar komen de aardse oceanen vandaan?
Een bekend vraagstuk in de astronomie is, waar de oceanen van de aarde vandaan komen. Immers: de aarde bevindt zich binnen de ‘ijsgrens’,  de grens waarbinnen ijs niet kan blijven bestaan zonder beschermend zwaartekrachtsveld. Dat zwaartekrachtsveld was er uiteraard nog niet toen de aarde nog niet bestond. Op dit moment is de meest gezaghebbende theorie dat kometen uit het buitenste deel van het zonnestelsel onze oceanen hebben gevuld. Vandaar dat astronomen het buitenste deel van de protoplanetaire schijf rond TW Hydrae met meer dan normale belangstelling hebben waargenomen.

Duizenden oceanen
Een groep astronomen benutte de Herschel ruimtetelescoop om sporen van water rond TW Hydrae waar te nemen. Met succes. Het team rapporteert dat er een groot reservoir aan waterijs in de stellaire schijf te vinden is  met een totaal van enkele duizenden malen de hoeveelheid water in de aardse oceanen.

Dit ontdekten ze door de hoeveelheid waterdamp te meten en deze via astrofysische berekeningen te herleiden tot de hoeveelheid ijs die aanwezig moet zijn om deze waterdamp te produceren. De hoeveelheid ijs is zelfs genoeg om een geheel uit water bestaande oceaanplaneet zo groot als de aarde te produceren.

Uit details van de vorm waarin het ijs aanwezig was, leidden ze af dat het ijs afkomstig is van een mengsel dat verspreid is over de hele protoplanetaire schijf. Kortom:  een duidelijke aanwijzing dat de komeethypothese klopt.

Bron
Scientific American

Waarschijnlijkheidgolven in een kwantumomheining.

Kwantummechanica na tachtig jaar opgevolgd door nieuwe theorie?

15 reacties / Filosofie, Wetenschap / Door / 16 november 2011

Al tachtig jaar wordt kwantummechanica geplaagd door iets vreemds: een ‘waarnemer’ die een kwantumgolffunctie doet instorten en zo een wazig deeltje vastlegt op één plaats. Een nieuwe theorie slaagt er in om voor het eerst in tachtig jaar hier komaf mee te maken.

Waarschijnlijkheidgolven in een kwantumomheining.
Waarschijnlijkheidgolven in een kwantumomheining.

Gapend gat in de kwantummechanica
Al bijna een eeuw is kwantummechanica zowel de succesvolste als meest raadselachtige theorie van de moderne wetenschap. We kunnen door kwantummechanische formules te gebruiken een werkelijk ongeëvenaarde nauwkeurigheid bereiken bij het voorspellen van natuurkundige fenomenen. Kwantummechanica was verantwoordelijk voor de komst van moderne techniek zoals halfgeleiders (dus computers), lasers en nog veel meer. Kwantummechanica bevat echter een groot gat: het is onbekend door wat voor proces precies golffuncties ineenstorten. Om dit raadsel op te lossen zijn tientallen zogeheten ‘interpretaties’ van de kwantummechanica bedacht, die echter geen van allen op dit moment door experimenten bevestigd of verworpen kunnen worden. Weinig bevredigend uiteraard.

Tijd voor de kettingzaag in het oerwoud aan kwantuminterpretaties
Meerdere Nobelprijswinnaars hebben opgeroepen dit storende gat in kwantummechanica te dichten, in Nederland Gerardus ’t Hoofd en in de VS Steven Weinberg, die kort geleden een blauwdruk heeft gepubliceerd van hoe een dergelijke ‘verbeterde’ kwantummechanica er uit zal komen te zien.  Er zijn al eerder pogingen gedaan om kwantummechanica te verbeteren, maar een nieuwe theorie, mede ontwikkeld door Weinberg, krijgt veel belangstelling. De nieuwe theorie is namelijk naadloos verweven met Einsteins speciale relativiteitstheorie. Tot nu toe zijn kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie van elkaar losstaande theorieën. De algemene relativiteitstheorie levert de ‘achtergrond’ waarop de kwantummechanica zich afspeelt.

“Zoals veel fysici heb ik gedurende mijn gehele carrière kwantummechanica gebruikt en luchtig de fundamentele vragen over haar betekenis genegeerd. Dit wel met een knagend gevoel dat er iets is dat ik zou moeten begrijpen,” aldus Weinberg.  “Als deze verfijning blijkt te kloppen, zou veel van de spookachtigheid die nog steeds kwantummechanica omringt wegsmelten.”

Als subatomaire deeltjes (en wat dat betreft: soms zelfs moleculen) niet worden gemeten, gedragen ze zich als een waarschijnlijkheidwolk. Ze zijn dan tegelijkertijd op alle  plaatsen in deze wolk. Deze wolk wordt weergegeven door een golffunctie, die zich uitbreidt in de ruimte. Als er een meting wordt uitgevoerd, klapt de waarschijnlijkheidsfunctie echter ineen en zien we alleen het deeltje op een precieze plaats, nooit de wazige golf zelf. De hamvraag is natuurlijk:  hoe kan een deeltje weten of het al dan niet in de gaten wordt gehouden? En waarom verandert het waarnemen van het deeltje zijn gedrag? Onzinnige vragen, zegt de Kopenhaagse interpretatie en de meeste fysici. Weinberg en de zijnen (en ondergetekende) zijn het hier hartgrondig mee oneens.

Ze stellen dat het inklappen van de golffunctie een toevalsproces is en dat deze domweg waarschijnlijker is als een meting wordt uitgevoerd. Tot nu toe slaagden ze er echter niet in hun theorie in overeenstemming te brengen met de speciale relativiteitstheorie. Dit jaar is Daniel Bedingham (die naast zijn baan in de financiële sector bijklust als natuurkundige aan het Imperial College van Londen, een manier op het spoor gekomen om dat voor elkaar te krijgen. Zijn theorie is een afgeleide van GRW, een theorie die genoemd is naar de mensen die deze in 1986 ontwikkeld hebben, GianCarlo Ghirardi, Alberto Rimini en Tullio Weber.

Wat houdt GRW in?
GRW zegt dat een kwantumcollaps extreem zeldzaam is voor een individueel deeltje, maar dat een actuele meting uitvoeren op een deeltje het deeltje dwingt een wisselwerking aan de gaan met de meetapparatuur. Het deeltje raakt zo verstrengeld (entangled). Omdat er zoveel atomen in de meetapparatuur voorkomen – een gram waterstof bevat bijvoorbeeld een onvoorstelbare 6,02 * 1023 atomen – is de kans vrijwel 1 dat er tijdens de meting een kwantumfunctie implodeert. Er is zo geen spookachtig effect nodig om het kwantumdeeltje in elkaar te laten storten.

In 1989 verfijnde Philip Pearle van het Hamilton College in Clinton, New York, GRW tot een andere theorie: continuous spontaneous localisation (CSL)[1]. CSL stelt dat de toevallige fluctuaties die bij toeval de golffuncties in laten storten, horen bij een soort veld dat het hele heelal vult en varieert over de ruimte en tijd. Helaas lukte het maar niet om CSL in overeenstemming te brengen met de speciale relativiteitstheorie. Slecht nieuws, uiteraard, want ook voor de speciale relativiteitstheorie zijn er geen uitzonderingen bekend. Vreemde knikpunten in de golffuncties zouden een oneindige hoeveelheid energie in het universum dumpen. We weten dat golffuncties dat niet doen (anders was het heelal allang ingestort tot een zwart gat).

Bedingham is er nu in geslaagd om CSL relativistisch te maken, wat de oneindigheden elimineert. Het fluctuerende veld werkt niet direct op de golffuncties, maar op een ’tussenliggend’ veld dat de effecten gladstrijkt en zo de scherpe fluctuaties stopt. Bedingham’s idee beschrijft nu niet alleen de deeltjes zelf, maar ook de krachten tussen de deeltjes – een must voor elke theorie die kwantummechanica wil vervangen. Ghirardi is een van de mensen die nu met Bedingham het relativistische collapsmodel verder onderzoekt.

Theorie kan nu worden getest
Stefan Nimmrichter van de vooraanstaande onderzoeksgroep kwantumfysica van de universiteit van Wenen (zij zijn de groep die kwantumverstrengeling voor het eerst over grote afstanden hebben aangetoond) stelt nu een experiment voor om te toetsen of de theorie klopt. Als twee golffuncties met elkaar in contact komen, kunnen ze met elkaar interfereren – elkaar uitdoven of juist versterken. Tot dusver ouwe koek, dit is al begin negentiende eeuw door Young aangetoond. Nimmrichter stelt nu echter voor om te onderzoeken wat voor interferentiepatronen worden geproduceerd als twee wolkjes atomen met elkaar interfereren. Details in [2].

Bronnen:
1. Philip Pearle, Combining stochastic dynamical state-vector reduction with spontaneous localization. Physical Review A (1986) (paywall)
2. Stefan Nimmrichter et al., Testing spontaneous localization theories with matter-wave interferometry, Physical Review A (2011) (gratis toegankelijk)

Witte heliumdwergen vormen zich als van een klein sterretje de buitenste gaslagen worden gestript.

‘Nieuw deeltje gevormd in witte dwergsterren’

2 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 15 november 2011

Al jaren is het een raadsel waarom de oudste heliumdwergen uit het zicht verdwijnen. Een exotisch kwantumproces verklaart mogelijk waarom. En nog een bonus: dit is ook de eerste waarneming van het spookachtige Higgsmechanisme in actie, als dit klopt.

Witte heliumdwergen vormen zich als van een klein sterretje de buitenste gaslagen worden gestript.
Witte heliumdwergen vormen zich als van een klein sterretje de buitenste gaslagen worden gestript.

Witte-dwergsterren zijn de uitgebrande resten van sterren, waarin alle fusiebrandstof al is omgezet. De meeste witte dwergsterren bestaan uit witgloeiende koolstof en zuurstof. De lichtste variant, met een kern van helium, ontstaat als de kleine M-sterren, rode dwergen, uitgebrand zijn. Dit type sterren is te licht om helium te kunnen omzetten in koolstof en zuurstof. Omdat een kleine ster een veel grotere levensduur heeft dan een grote ster (tot 1000 miljard jaar, ter vergelijking: ons heelal is ‘maar’ 13,5 miljard jaar oud), zijn de weinige heliumdwergen die bekend zijn, het gevolg van het opslokken van hun buitenste gaslagen door een begeleider.

Afkoelen duurt langer dan het heelal oud is
Witte dwergen produceren geen energie meer, dus koelen uiteindelijk af tot zwarte dwergen die zo koud zijn dat ze geen warmte of licht meer uitzenden. Dit afkoelen duurt echter zeer  lang[1], rond de tienduizend miljard jaar, waardoor er op dit moment nog geen zwarte dwergen zijn gevormd. Althans, denken astronomen, want de koelste witte dwerg ooit waargenomen blijkt nog een temperatuur te hebben van plm. 3600 graden Celsius (rond de 3900 K). De precieze snelheid waarmee witte dwergen hangt af van hun structuur en is vrij ingewikkeld [1], maar wordt op zich goed begrepen. Naar nu blijkt, blijken heliumdwergen zich echter onverwacht afwijkend te gedragen.

Heliumdwergen koelen veel sneller af… waarom?
Tot nu toe wordt gedacht dat helium onder hoge druk (net als andere stoffen) een elektronenvloeistof vormt. Atomen worden zo dicht op elkaar geperst dat elektronen niet meer verbonden zijn aan één atoom. Dit is een vorm van gedegenereerde materie. Als de druk nog verder toeneemt, vormen de atoomkernen een soort kristal in de zee van elektronen. De eigenschappen van dit heliumkristal bepalen hoe snel de ster afkoelt. Hoe lager de warmtecapaciteit van het kristal, des te minder hitte kan het bergen en hoe sneller het afkoelt.

Wat bepaalt de warmtecapaciteit?
Die warmtecapaciteit hangt, zoals de warmtecapaciteit van alles, af van het aantal vrijheidsgraden van de atoomkernen en elektronen in het kristal. De warmtecapaciteit van water is bijvoorbeeld zo enorm groot omdat watermoleculen op heel veel verschillende manieren intern en extern kunnen bewegen, waardoor ze veel energie op kunnen slaan. Zo kunnen de waterstof- en zuurstofatomen onderling bewegen, het molecuul kan draaien, de waterstofbruggen, waarmee watermoleculen elkaar aantrekken, geven nog een extra aantal vrijheidsgraden. Kortom: verandert de structuur van het ‘atoomkernkristal’, dan heeft dat enorme gevolgen voor de hoeveelheid warmte die de witte dwerg op kan slaan.

In feite werkt magnetische koeling ook zo. Als het magnetisch veld aan wordt geschakeld, kunnen de atomen in het materiaal veel minder verschillende kanten op trillen. Omdat de energie behouden blijft, wordt deze verdeeld over minder trillingen. De temperatuur neemt daardoor enorm toe en het materiaal dumpt zijn warmte. Als het veld weer uit wordt geschakeld, is het materiaal opeens ijskoud. Immers, de warmte wordt nu opeens uitgesmeerd over meer trillingsmogelijkheden.

Quasideeltjes in een kwantumvloeistof
Naar nu blijkt, kan het helium ook een soort Bose-Einstein condensaat vormen. Dat betekent dat de atoomkernen hun identiteit verliezen en dat het verandert in een soort vloeistof. Astrofysicus Paulo Bedaque van de universiteit van Maryland in College Park en enkele collega’s onderzoeken hoe de aanwezigheid van een dergelijk condensaat de warmtecapaciteit beïnvloedt[2]. Naar nu blijkt, kunnen heliumcondensaten extreem veel verschillende quasideeltjes vormen. Deze quasideeltjes bestaan niet werkelijk, maar zijn in feite trillingen in het condensaat. In de bekende Bose-Einsteincondensaten, die zich vormen in extreem koude stoffen, is het gedrag van quasideeltjes al goed bekend. Deze trillingen transporteren snel hitte uit het binnenste van de ster.

Bedaque en zijn groep hebben nu een quasideeltje gevonden dat de warmtecapaciteit van de kwantumvloeistof met factor honderd verkleint. De gevolgen laten zich raden: deze witte dwergsterren koelen veel sneller af. Ze denken zelfs dat deze snelle afkoeling meetbaar is.

Bewijs voor het Higgsmechanisme gevonden?
Al jarenlang breken astrofysici zich tevergeefs het hoofd waarom heliumdwergen zo snel afkoelen. Enkele jaren geleden vonden astronomen een groep heliumdwergen in een bolvormige sterrenhoop enkele duizenden lichtjaren van hier. Als de temperatuur en helderheid van witte dwergen tegen elkaar worden afgezet vinden astronomen een vloeiende lijn tot de witte dwergen niet meer zichtbaar zijn met de telescoop. Met deze heliumdwergen bleek wat vreemds aan de hand. De lijn eindigde ruim boven de detectielimiet van de Hubble-ruimtetelescoop. Om een bepaalde reden verdwenen de zwakste, koelste en oudste sterren plotsklaps uit beeld. Zou de vorming van een Bose-Einstein kwantumvloeistof, dat plaatsvindt onder een bepaalde temperatuur, inderdaad verantwoordelijk zijn voor het snelle afkoelen van witte heliumdwergen?  Dit zou inderdaad verklaren waarom de dwergen plotseling uit het zicht verdwijnen.

Ook interessant is dat in hun model gebruik wordt gemaakt van het Higgs-mechanisme om fotonen magnetische massa te geven. Dit zou dan het eerste geval zijn waarin het Higgsmechanisme daadwerkelijk verantwoordelijk is voor een waargenomen natuurkundig proces.

Bronnen
1. Greg Thompson, The Physics of White Dwarf Cooling, Universiteit van Toledo (2007)
2. Paulo Bedaque et al., Nuclear Condensate And Helium White Dwarfs, ArXiv (2011)

Koud asfalt beperkt CO2-emissie

Laat een reactie achter / Techniek / Door / 13 november 2011

In Dordrecht is een proefstuk weg aangelegd van Ecopave-C asfalt. Dit wordt bij omgevingstemperatuur gemaakt en verwerkt, waardoor de CO2-uitstoot zo’n 40 % lager is dan van conventioneel asfalt.

Het geheim van Ecopave-C (C staat voor cold) is een bitumenemulsie, zeer kleine bolletjes in water. In de asfaltcentrale en bij de wegaanleg scheelt dit mengsel 80 tot 90 % in energie en CO2-uitstoot.

Maar omdat in dit mengsel cement is toegevoegd als bindmiddel, is de CO2-besparing uiteindelijk maar 40 à 50 %. Dit asfaltmengsel is bij een buitentemperatuur vanaf 10 °C te verwerken. Naast energiebesparing is Ecopave-C ook gunstig voor de luchtkwaliteit en de arbeidsomstandigheden.

De weg is aangelegd door Dura Vermeer, welke al sinds 2004 onderzoek doet naar hoe de asfaltproductie en –verwerking met minder energie toe kan. Voor standaardasfalt is nog een temperatuur nodig van 170 °C, maar met de Ecopave-W (‘warm’) werd dat al terug gebracht tot 135 °C. In dit materiaal zat een paraffinewas bijgemengd.

‘We konden vervolgens onder 100 °C komen door schuimbitumen als bindmiddel toe te passen’, aldus ir. Robbert Naus, innovatiemanager. Dit asfaltmengsel reduceerde de CO2-emissie met zo’n 25 %.

Bron: De Technologiekrant

Oncolytische virussen (de naam zegt het al) vallen kankercellen aan en laten ze uiteenvallen. Bron: oncolyticvirus.wordpress.com

‘Pokkenvaccin geneest kanker’

8 reacties / Wetenschap / Door / 14 november 2011

Het vaccin tegen de pokken maakte het mogelijk voor het eerst in de geschiedenis van de mensheid een infectieziekte uit te roeien. Nu kan het helpen kanker uit te schakelen. Het enzym verdubbelt namelijk de levensverwachting van patiënten met gevorderde leverkanker.

Oncolytische virussen (de naam zegt het al) vallen kankercellen aan en laten ze uiteenvallen. Bron: oncolyticvirus.wordpress.com
Oncolytische virussen (de naam zegt het al) vallen kankercellen aan en laten ze uiteenvallen. Bron: oncolyticvirus.wordpress.com

Pokkenvaccin toch nog nuttig
Het verzwakte virus waaruit het pokkenvaccin wordt bereid, Vaccinia, blijkt een opmerkelijke voorliefde voor tumoren aan de dag te leggen. Het virus tast vooral kankercellen aan omdat ze het antiviruseiwit interferon niet meer maken.

Experimenten in 2007 toonden aan dat dit vaccin een interessante nieuwe toepassing kan krijgen: het vernietigen van kankergezwellen[2].

Genetisch gemanipuleerd virus infecteert bijna alleen kankercellen
Onderzoekers van het bedrijf Jennerex Biotherapeutics[1] (genoemd naar de Europese ontdekker van het pokkenvaccin, Edward Jenner) in San Francisco brachten twee wijzigingen aan in het DNA van het virus. Ten eerste verwijderden ze de genetische code voor thymidine kinase, een voor het virus essentieel enzym, dat niet in gezonde cellen voorkomt maar in kankergezwellen overvloedig aangemaakt wordt. Zo kon het virus alleen kankercellen aantasten. Ten tweede maakt het virus een signaalstof (een cytokine), die menselijke immuuncellen aanlokt. Het gevolg: het virus vermenigvuldigt zich alleen in kankergezwellen en trekt bovendien een zwerm aan agressieve immuuncellen richting het gezwel aan.

Dit verhoogde de gemiddelde overlevingsduur in dertig patiënten met vergevorderde leverkanker aanzienlijk. Zij bleven na toediening van het vaccin veertien maanden in leven, vergeleken met zeven maanden voor de controlegroep die een lage dosis van het vaccin toegediend kreeg.

Ook andere kankersoorten in onderzoek
Jennerex startte de proeven bij deze terminale groep omdat ze niet meer lang te leven hadden (dus de resultaten snel zichtbaar werden). Wat vermoedelijk ook een voordeel van deze groep was, is dat toestemming voor riskante experimenten makkelijker te krijgen is. Het bedrijf plant nu vervolgonderzoeken bij patiënten met leverkanker in een vroeger stadium. Over de hele wereld is leverkanker de op twee na dodelijkste  kankersoort en er is een groot tekort aan effectieve behandelmethoden. Jennerex wil het virus ook testen op mensen met endeldarmkanker, een andere veel voorkomende kankersoort die weinig vatbaar is voor andere behandelingsvormen.

Oncolytische virussen steeds belangrijker alternatief voor chemotherapie
Oncolytische virussen, virussen die kankergezwellen uiteen  laten vallen, worden niet voor niets steeds vaker gezien als alternatieve kankertherapie. De biotech-gigant Amgen slokte het bedrijf BioVex op voor een miljard dollar[4]. Dat laat duidelijk zien dat deze nieuwe antikankerbehandeling wel eens heel erg belangrijk kan gaan worden. Zou dit de langgezochte golden bullet tegen kanker vormen?

Bronnen
1. Jennerex corporate website
2. Steve Thorne et al., Rational strain selection and engineering creates a broad-spectrum, systemically effective oncolytic poxvirus, JX-963, Journal of Clinical Investigation, 2007 (gratis toegankelijk)
3. Jennerex Presents Final Data From JX-594 Randomized Phase 2 Clinical Trial Showing Statistically Significant Survival Benefit in Patients with Advanced Liver Cancer , Jennerex press release (2011)
4. Persbericht AmGen (2011)