natuurkunde

Draadloze energie nu echt binnen bereik

Worden elektriciens werkeloos, nu er een revolutionair systeem voor draadloze energie is uitgevonden? Onderzoekers van de Universiteit van Michigan en de Universiteit van Tokio hebben een systeem ontwikkeld om veilig elektriciteit via de ether te leveren.

Draadloze energie tot 50 watt

Dit systeem, wat de onderzoekers “room-scale magnetoquasistatic wireless power transfer” noemen, kan elektronica in een heel huis of ander gebouw van draadloze energie voorzien. Volgens een nieuw onderzoeksartikel, gepubliceerd in Nature Electronics, kunnen magnetische velden door middel van deze technologie 50 watt vermogen leveren. Een van de auteurs, hoogleraar informatica en techniek Alanson Sample, zegt dat de technologie niet alleen telefoons en laptops bevrijdt van de eeuwige snoeren.

Maar, en dat is heel belangrijk, ook geïmplanteerde medische apparaten van stroom kan voorzien. En, ook, op deze manier, nieuwe mogelijkheden biedt voor mobiele robotica in huizen en fabrieken. het grote probleem bij kleine draadloze apparaten is de energievoorziening. Iedere bezitter van een telefoon of ander draadloos apparaat weet daar alles van.

Draadloze energie, zowel op grote als op kleine schaal

Het team heeft het systeem ook uitgetest in ruimtes die kleiner zijn dan een complete kamer. Bijvoorbeeld een gereedschapskist voor computers en andere gadgets. Maar de grootste waarde heeft dit natuurlijk voor medische implantaten. Een pacemaker, bijvoorbeeld, of misschien een geïmplanteerde insulinepomp. Op dit moment krijgen hartimplantaten meestal hun stroom via een draad, waardoor er een gat nodig is voor de draad. Met alle risico’s voor infectie van dien.

Werkzaamheid in een kamer

De technologie werkt gedemonstreerd door het team van de universiteit van Tokio in de kamer van ongeveer 3 bij 3 meter.

Het maakt niet uit waar je je apparaten zijn, overal in deze kamer blijven ze werken. en waar de meubels en mensen zich in de kamer ook bevonden. Dat is anders dan bijvoorbeeld met de hier eerder beschreven technologie van Xiaomi, die werkt met behulp van richtbundels.

Het vermogen is ook veel groter. Apparaten die werkten over deze nieuwe technologie waren onder meer lampen, ventilatoren en mobiele telefoons.

draadloze energie
Elk apparaat in deze kamer werkt met draadloze energie, die op wordt gewerkt via de elektrische geleidende wanden. Bron Universiteit Michigan

Systeem zonder schadelijke microgolfstraling

Dit systeem is een grote verbetering ten opzichte van bestaande draadloze technologie. Daarbij wordt bijvoorbeeld mogelijk schadelijke microgolfstraling gebruikt of moeten apparaten op speciale oplaadpunten geplaatst. In plaats van deze technologie gebruikt dit systeem elektriciteit geleidende wanden in de kamer, die oscillerende magnetische velden opwekken. Dit magneetveld wekt stroom op in de ontvangende elektrische spoel in het apparaat in kwestie, waar het apparaat op werkt.

Draadloze energie van gereedschapskist tot grote productiehal

Het systeem kan gemakkelijk worden opgeschaald naar grotere toepassingen, zoals productiehallen en kantoren, stellen althans de onderzoekers. Je hoeft alleen een elektrisch geleidend oppervlak op de muur te spuiten of aluminiumfolie aan te brengen en je bent zogezegd in business. We kunnen dus stellen dat met deze technologie aluhoedjes het laatst lachen.

Maar hoe werkt het systeem?

Het geheim is een uitgekiende combinatie van spanning in een bepaalde frequentie, condensatoren en geleidende wanden. De onderzoekers slaagden er in twee driedimensionale magnetische velden op te wekken, door rekening te houden dat met de resonantie van de kamer. Bij deze kamer van 3 m groot is dat ongeveer 1.300.000 Hz. Het eerste veld cirkelt rond het centrum van de kamer, het tweede veld gaat van hoek tot hoek. Het gevolg is dat in ieder deel van de kamer ongeveer evenveel wisselende magnetische velden op worden gewekt, waardoor een apparaat op elke plek in de kamer werkt.

De efficiëntie van dit systeem is ongeveer 37,1%. Dat is natuurlijk slecht nieuws voor het milieu, maar in principe gebruiken kleine huishoudelijke apparaten veel minder energie dan grootgebruikers als de douche, de verwarming en vervoer.

Elektriciens hoeven zich dus niet erg zorgen te maken. Ook dit systeem vergt nog de nodige installatie. Aantrekkelijk aan dit systeem voor draadloze energie is wel dat het zowel in nieuwbouw als bestaande huizen toegepast kan worden.

:

Bronnen

  1. ‘Charging room’ system powers lights, phones, laptops without wires, University of Michigan News, 2021
  2. Takuya Sasatani, Alanson P. Sample, Yoshihiro Kawahara. Room-scale magnetoquasistatic wireless power transfer using a cavity-based multimode resonator. Nature Electronics, 2021; DOI: 10.1038/s41928-021-00636-3

Constructortheorie kan natuurkunde herschrijven

Einstein slaagde er in om met zijn unieke kijk, de relativiteitstheorie te ontwikkelen. Kan de constructortheorie de natuurkunde uit het slop halen?

De natuurkunde zit in het slop. Met de ontdekking van het Higgs-deeltje zijn alle volgens het Standaardmodel voorspelde elementaire deeltjes gevonden. En gedraagt zich alles, nou ja, bijna alles, precies volgens de voorspellingen van het Standaardmodel. Het netelige probleem waar Einstein en tal van anderen zich het hoofd over braken, de unificatie van de zwaartekracht en de overige natuurkrachten, bestaat nog steeds. Dit, na bijna honderd jaar noeste natuurkundige arbeid en supercomputers.

Constructortheorie

Maar misschien kijken we verkeerd, denkt een groeiend aantal natuurkundigen. Het tweetal Chiara Maretto en David Deutsch, bijvoorbeeld. Deutsch is de bedenker van het eerste algoritme waarmee een kwantumcomputer sneller kan rekenen dan een klassieke computer. Hij bedacht met zijn promovenda Maretto, de Constructortheorie. Wat houdt deze theorie in? En kunnen we hiermee experimenteel toetsbare natuurwetten ontdekken?

Constructortheorie, of paradigma?

De constructortheorie is niet zozeer een theorie, maar een nieuw paradigma voor beoefening van natuurkunde en wetenschap in het algemeen. Er bestaan in de natuurkunde verboden omzettingen. Dingen die natuurkundig gezien onmogelijk zijn. Zo zegt de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica, dat het onmogelijk is om uit afvalwarmte nuttige energie te halen, zonder temperatuurverschil dat je af kan tappen. De constructortheorie zegt: deze verboden zijn geen randverschijnselen, maar juist het fundament van de natuurkunde.

Wat is een constructor?

Een constructor is een ding (een taak in de constructortheorie) die iets meerdere keren achter elkaar kan doen met hetzelfde resultaat. Bijvoorbeeld: een hittemotor, zoals een Stirlingmotor is een constructor. Deze zet een warmteverschil om in vrije energie. Deze constructoren kunnen ook abstract zijn. Zo is de valversnelling, die van een grote hoogte vallende appels in appelmoes verandert, ook een constructor. Nu komen we op het domein van de theologie. Want het ultieme einddoel is om de opperconstructor te vinden. De onbewogen beweger. God, zou een gelovige vinden.

Kan de constructortheorie ons uit het slop halen?
Kan de constructortheorie ons uit het slop halen? Bron: David Dayag in Wikimedia Commons

Contrafeitelijk

Heel belangrijk in de constructortheorie zijn counterfactuals, contrafeitelijke beweringen. Een voorbeeld van een dergelijke bewering is: stel dat er wel een machine had bestaan die energie uit warmte kan onttrekken, dan zou je de tijd om kunnen keren. Daaruit kan je dus een verbod afleiden. Immers, tijdreizen zou het heelal zoals we dat kennen ontwrichten.

Chip implanteren met injectiespuit nu mogelijk

Aanhangers van complottheorieën geloven dat een vaccinatie, een chip implanteren betekent. Nu is dat ook daadwerkelijk technisch mogelijk. Met een domme chip. Nog wel.

Chip implanteren wordt steeds makkelijker

Met de nieuwste EUV-machines van ASML is het nu mogelijk om microtransistoren met een diameter van 3 nanometer te ontwerpen. Ter vergelijking: een atoom is circa 0,032 (helium) tot 0,265 (cesium) nanometer in diameter. De atomen in de schakeling zijn gemiddeld rond de 100 nm groot. Dit betekent, dat structuren nog maar enkele tientallen atomen breed zijn, en dat er een volwaardig (Turing-compleet) computertje op zeer kleine oppervlaktes kan worden gerealiseerd.

In microscopische computers uit werk van de universiteit van Michigan uit 2018, zijn de transistoren nog relatief groot, rond de 50 nm. In principe zouden deze computertjes dus nog tien maal zo klein in diameter kunnen worden. En hiermee erg gemakkelijk om te implanteren. Het zendbereik ligt rond de 15 cm. [1] Dat is wat weinig voor communicatie met de sinistere 5G-masten van de Illuminati (of een andere groep engerds), maar mogelijk zou je het zendbereik kunnen opvoeren door een antenne toe te voegen.

Injecteerbare chip

In deze nieuwe, nog kleinere en daardoor injecteerbare chips van 2021 lijkt de grootte inderdaad nog verder te zijn teruggebracht. Columbia University bereikte minder dan ongeveer 0,2 mm. [2] Hiermee zijn deze chips ongeveer zo groot als een menselijke eicel, of grote eencellige. Voorlopig is er nog geen reden tot ongerustheid. Althans: met deze chips niet. De chips zijn namelijk “dom”. Ze bevatten alleen ‘klassieke’ elektronica, geen computer. De temperatuurmetingen worden door een passief elektronisch circuit omgezet in ultrageluid[2].

Chip implanteren met een hypodermische injectienaald.
Chip implanteren met een hypodermische injectienaald. Bron: engineering.columbia.edu, persberichten

Geluid in plaats van radiogolven

Deze chips zijn zo klein, dat ze geen radiogolven meer kunnen produceren, althans niet op de gebruikelijke manier met een zendantenne. Vandaar dat de onderzoekers gebruik hebben gemaakt van pulsen ultrageluid voor communicatie en om het apparaatje van energie te voorzien. [2] De chip is ontwikkeld om nauwkeurige metingen te kunnen uitvoeren van de temperatuur in kankergezwellen. Tumoren springen namelijk nogal verkwistend met voedingsstoffen om en zijn erg actief. Daarom zijn ze doorgaans wat warmer dan gezond weefsel. Het toestelletje is, met een andere sensor en elektronica, ook geschikt voor andere metingen, bijvoorbeeld pH en druk. [3]

Bronnen

1. A 0.04mm316nW Wireless and Batteryless Sensor System with Integrated Cortex-M0+ Processor and Optical Communication for Cellular Temperature Measurement, symposium VSLI Circuits, 2018
2. Chen Shi et al., Application of a sub–0.1-mm3 implantable mote for in vivo real-time wireless temperature sensing, Science Advances  07 May 2021: Vol. 7, no. 19, eabf6312, DOI: 10.1126/sciadv.abf6312
3. Universiteit van Columbia, persbericht

Rydberg-ontvangers kunnen dankzij extreem-gevoelige Rydberg-atomen zeer veel verschillende frequenties ontvangen. Bron: leger USA

Rydbergontvanger kan alle radiofrequenties ontvangen

Stel je voor, een radio waarmee je alle mogelijke radiogolven kan ontvangen, van extreem-lage frequentie, tot 20 gigahertz. Dat is nu mogelijk met de Rydbergontvanger.

Omdat het elektron nu bijna nul energie nodig heeft om te ontsnappen, is de Rydbergontvanger extreem gevoelig.
Rydberg-atomen. Door steeds meer energie toe te voegen, springt het buitenste elektron van een atoom naar een hogere baan. Er is steeds minder energie nodig om een baan hoger te springen, tot die energie bijna nul is. Dat is de Rydberg-toestand. Omdat het elektron nu bijna nul energie nodig heeft om te ontsnappen, is de Rydbergontvanger extreem gevoelig. Bron

Wat is een Rydbergontvanger?

De werking van een Rydbergontvanger berust op Rydbergatomen, in dit geval van het element rubidium. Rydbergatomen zijn atomen die veel groter zijn dan normale atomen, omdat het buitenste elektron heel veel extra energie bezit. Daarom bevindt dit elektron zich in een erg wijde baan om de atoomkern. Dat maakt Rydbergatomen erg labiel. Er is immers maar heel weinig energie nodig om het elektron te laten ontsnappen. En dus gevoelig. Zelfs het zwakste signaal is bij Rydbergatomen al voldoende om het elektron weg te laten springen, en dus een elektrisch stroompje te geven. Bijvoorbeeld, het zwakke signaal van een radiogolf.

Rydbergontvangers kunnen dankzij extreem-gevoelige Rydberg-atomen zeer veel verschillende frequenties ontvangen. Bron: leger USA
Rydbergontvangers kunnen dankzij extreem-gevoelige Rydberg-atomen zeer veel verschillende frequenties ontvangen. Bron: leger USA

In deze ontvanger worden de rubidium-atomen opgepompt met een laser tot Rydberg-atomen en bij een microgolfcircuit geplaatst. Dat microgolfcircuit versterkt de signalen die door de antenne worden ontvangen. Rydbergatomen zijn zo gevoelig dat ze op alle golflengtes reageren – van extreem lange golflengtes (denk aan tienduizenden kilometers of meer) tot centimetergolven.

Erg handig in het leger natuurlijk, als er weer eens ergens een olie- of grondstofrijk landje van een anti-westerse dictator, of democratisch gekozen president, bevrijd moet worden. Hun stoorzenders gaan ze dan niet meer baten, want de Rydbergontvanger kan elke frequentie ontvangen, ook de niet-gestoorde frequenties.

Verwacht voorlopig geen Rydberg-modem waarmee je online Space Invaders kan spelen terwijl je trein door een tunnel rijdt. Het Usaanse leger wil eerst hun nieuwe speeltje doorontwikkelen tot een volwassen communicator. We zullen hier nog van horen.

Bron:

  1. David H. Meyer et al, Waveguide-Coupled Rydberg Spectrum Analyzer from 0 to 20 GHz, Physical Review Applied (2021). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.15.014053
  2. David H Meyer et al, Assessment of Rydberg atoms for wideband electric field sensing, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics (2019). DOI: 10.1088/1361-6455/ab6051

Donkere materie is alleen indirect waar te nemen. Zoalas hier door het zwaartekrachtslens-effect.

Massa van donkere materiedeeltjes nu veel nauwkeuriger

Theoretisch fysici hebben het mogelijke bereik voor de massa van donkere materiedeeltjes flink ingeperkt. Dit bereik blijkt veel kleiner dan voorspeld. Daardoor hoeven donkere-materiejagers maar met een beperkt aantal deeltjes rekening te houden.

Massa van donkere materiedeeltjes maximaal 20 maal zo groot als elektron

Bij hun berekeningen gingen de onderzoekers er van uit dat alleen de zwaartekracht op de deeltjes inwerkt. Ze berekenden dat de massa van de donkere materiedeeltjes tussen de 0,001 en 10 000 000 eV/c2 moet liggen. Om een indruk te geven: elektronen hebben een massa van 511 000 eV/c2, protonen en neutronen nog eens rond de duizend maal meer. Dat betekent dat de donkere materie-deeltjes maximaal 20 maal zo zwaar zijn als een elektron, of veel lichter

Dat klinkt als een enorme onzekerheid, en dat is het ook. Maar vergeleken met het eerdere massabereik – tussen de 10-24 eV en 1019 GeV (de Planck-massa, waarbij deeltjes direct ineenstorten tot een zwart gat), is dit een zeer sterke afname. Vergelijk een onzekerheid van een getal met vijftig cijfers, met die van tien cijfers. We weten nu bijvoorbeeld dat het hypothetische deeltje X ruim binnen het bereik van onze deeltjesversnellers ligt. Nu kunnen we ook veel gerichter zoeken. Deze schatting is een indrukwekkende prestatie, zeker als je bedenkt dat we alleen de massaverdeling van donkere materie kennen. En verder niets weten.

Kwantumzwaartekracht

Voor het stellen van deze grenzen is gebruik gemaakt van onze bestaande kennis over kwantumzwaartekracht. Dit laat zien dat donkere materie niet ‘ultralicht’ of ‘superzwaar’ kan zijn, zoals sommigen theoretiseren, tenzij er een nog onbekende extra kracht op inwerkt. Dit onderzoek helpt natuurkundigen op twee manieren: het perkt het zoekgebied voor donkere materie enorm sterk in, en het zal mogelijk ook helpen onthullen of er al dan niet een mysterieuze onbekende extra kracht in het universum is.[1]

Zowel de aanhangers van de snaartheorie, als van loop quantum gravity zijn het er over eens dat er iets als kwantumzwaartekracht bestaat. Een groep mensen, waaronder ik, heeft daar vraagtekens bij. En dus ook bij deze uitkomst. Mijn persoonlijke gevoel is, dat zwaartekracht in werkelijkheid de kwantumverstrengeling is tussen reële en virtuele deeltjes. Deze kwantumverstrengeling vermindert dan de vrijheidsgraden van virtuele deeltjes, dus lijkt ruimtetijd in te krimpen. Precies het effect dat je ziet door zwaartekracht. De theorie dat tijd voortkomt uit kwantumverstrengeling is overigens al onderwerp van serieus onderzoek.

De massa van donkere-materiedeeltjes is alleen indirect waar te nemen. Zoals hier door het zwaartekrachtslens-effect.
De massa van donkere materiedeeltjes is alleen indirect waar te nemen. Zoals hier door het zwaartekrachtslens-effect. De reden voor de ringen. Bron: NASA/Wikimedia Commons

Het zichtbare universum bestaat voor slechts vijf procent uit ‘normale’, baryonische materie. Vijfentwintig procent komt voor rekening van donkere materie, terwijl zeventig procent van de totale energie-inhoud van het universum uit donkere energie bestaat.

Bronnen

  1. X. Calmet en F. Kuipers, Theoretical bounds on dark matter masses, Physics Letters B, Volume 814, 10 March 2021, DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136068

SPARC, het nieuwe MIT-experiment is veel kleiner dan de enorme reactor ITER, maar moet door de sterkere magnetische velden toch goede resultaten kunnen bereiken. Bron/copyright: MIT

Toekomstige technologie, van 2022 tot het jaar 4000

Sommige toekomstige technologie is er nu al in rudimentaire vorm. Denk aan kwantum computers en wetware, de interface tussen brein en machine. Voorspellen dat deze technologie effectiever en goedkoper wordt, is dus vrij veilig. Of dat deze nieuwe toepassingen krijgt.

Moeilijker te voorspellen is echt disruptieve technologie. Dat is technologie, die de mens vermogens geeft die deze tot nu toe nog niet had. Vooral technologie, die het gevolg is van nieuwe wetenschappelijke doorbraken. Toch doen de makers van deze video, een moedige poging. Dit op basis van bestaande trends en de bekende natuurkundige wetten.

De voorspelling in de video dat de Alcubierre drive werkt, is omstreden. Het effect waarop deze drive berust, is nog niet in een experiment aangetoond. Al vormt het warpveld waarop de Alcubierre drive berust een geldige oplossing van de algemene relativiteitstheorie.

Dat wil zeggen, geldig, als er negatieve energie bestaat op onze schaal, niet alleen maar op de schaal van kleine deeltjes. En er een methode is om deze te scheppen. We kunnen dan ook zelf wormgaten aanleggen. Daarmee zou je in principe zelfs tijd kunnen reizen.

Wormgaten en warp drives zijn nog onbewezen toekomstige technologie, maar in theorie mogelijk. Bron: Genty/Pixabay
Wormgaten en warp drives zijn nog onbewezen toekomstige technologie, maar in theorie mogelijk. Bron: Genty/Pixabay

Vind je nanotechnologie klein? Welnu, het kan nog kleiner. Stel je voor, een complete fabriek opbergen in de ruimte van een atoom. Dat kan in theorie met femtotechniek. Technologie op de schaal van een atoomkern. Mogelijk kunnen we in de toekomst de sterke kernkracht net zo manipuleren als de elektromagnetische kracht nu. Dan zouden er compleet nieuwe technieken ontstaan. En nieuwe kansen. Nieuwe dingen om mee te maken en te onderzoeken. Denk aan een bezoekje aan het binnenste van de zon, of de aarde, bijvoorbeeld. Dat, en nog veel meer, zou dan mogelijk zijn.

Nieuwe natuurwetten, toekomstige technologie

Alles staat of valt met de vraag, of onze natuurkundige wetten, de enige wetten zijn die bestaan. Of dat er mogelijk nog nieuwe wetten bestaan. Inderdaad zijn er dingen die we nog niet kunnen verklaren met de wetten die we nu kennen. Zo hebben we geen flauw idee, wat donkere materie precies is. En waar die enorme ringen vandaan komen in de hemel. Zo groot, dat ze haast wel het restant van een botsing met een ander heelal lijken te zijn. Ontdekken we nieuwe natuurwetten, dan ontdekken we ook enorm veel nieuwe potentiële apparaten.

De geruchten over samenwerking tussen overheden en buitenaardse wezens blijven hardnekkig. Wat als ze waar zijn? No copyright/plaatje afkomstig van https://pixabay.com/users/comfreak-51581/

Wat als: aliens werkelijk samenwerken met aardse overheden?

De laatste jaren duikt er steeds meer beeldmateriaal op, alsmede rapporten van ooggetuigenverslagen, van ontmoetingen tussen Usaanse piloten en onbekende vliegende entiteiten (UFO’s), die sneller accelereren en van richting veranderen dan vliegtuigen met menselijke piloten zouden kunnen overleven.

Waarheidsgehalte omstreden
Deze beelden zijn afkomstig van de USAF en het Usaanse leger. Deze instellingen vallen onder de Usaanse FOIA (Freedom of Information Act, te vergelijken met de Nederlandse WOB). Hoewel het niet denkbeeldig is dat UFO’s een bewuste desinformatiecampagne zijn van het Pentagon om ongestoord prototypes van experimentele luchtvaartuigen te kunnen testen, zijn deze aanwijzingen te serieus om niet te onderzoeken. Een gepensioneerde Israëlische topofficial, prof. dr. Haim Eshed, schreef een boek waarin hij onthult dat er uitgebreide contacten bestaan tussen een technisch geavanceerde niet-menselijke soort en de Usaanse overheid, en daarmee de Israëlische overheid. Het is niet gezegd dat het verhaal van Eshed klopt – mogelijk spelen er commerciële belangen (Eshed is sf- en fantasyschrijver), is Eshed “gek” [4] of wordt ergens de aandacht van afgeleid – maar we nemen het in dit wat-als scenario voor juist aan. Wat zijn dan de consequenties?

De geruchten over samenwerking tussen overheden en buitenaardse wezens blijven hardnekkig. Wat als ze waar zijn? No copyright/plaatje afkomstig van https://pixabay.com/users/comfreak-51581/
De geruchten over samenwerking tussen overheden en buitenaardse wezens blijven hardnekkig. Wat als ze waar zijn?
No copyright / afbeelding afkomstig van https://pixabay.com/users/comfreak-51581/

Geheimzinnige Galactische Federatie
De uitgelekte informatie uit het boek, afkomstig van een interview in de Hebreeuwse krant Jediot Aharonot[1], is summier. De rest van het Y.A. artikel is weggestopt achter een paywall, maar het googlen van de Hebreeuwse titel leverde een uitvoeriger bron op. [3] Volgens Eshed zijn de aliens afkomstig van een galactische federatie van buitenaardse beschavingen, ruwweg te vergelijken met de Federation of Planets in de beroemde Usaanse SF-franchise Star Trek. Deze aliens zouden in het geheim op aarde rondlopen en met de Usaanse regering samenwerken, waarvan elke Usaanse president op de hoogte is. Beide zouden samenwerken op een basis op Mars, de hoofdvestiging van de aliens in het zonnestelsel. De aliens zouden onder meer het uitbreken van een kernoorlog hebben voorkomen (wat ook door andere bronnen is gemeld)[2]. De aliens zouden tot doel hebben om het wezen van het universum te doorgronden in samenwerking met de mensheid.

Welk nut kunnen de aarde en mensen hebben voor aliens?
Zowel de aarde met haar abnormaal grote maan als de zon zijn, fysisch gezien, ongewoon maar niet uniek in het bekende heelal. Aardachtige exoplaneten blijken veel voor te komen, NASA schat alleen al in de Melkweg meer dan tien miljard. Er zijn nu al zelfs 24 “superbewoonbare” exoplaneten bekend die zelfs geschikter zijn voor leven dan de aarde. We weten dat het technisch gezien haalbaar is om bijvoorbeeld helium-3 te winnen uit gasreuzen als Jupiter of desnoods uit sterren. Echt vergevorderde beschavingen kunnen zelfs zwarte gaten of -mogelijk- donkere materie benutten om energie mee op te wekken.

Het voornaamste bijzondere element van de aarde is haar diverse ecosysteem en vooral de aanwezigheid van minimaal één intelligente, althans: handige soort. We zijn een weelderige oase, omringd door saaie, dode werelden. Als woongebied ligt de aarde niet echt voor de hand. Een ruimtecilinder bouwen is veel gemakkelijker dan om naar een verre ster te reizen. Om maar niet te spreken over de vele bacteriesoorten hier die voortdurend op zoek zijn naar voedingsbronnen. Wel interessant is om DNA van miljoenen soorten te verzamelen en de menselijke cultuur te snuiven.

En wie weet is er meer aan de hand. Mogelijk vormt de aarde een belangrijk knooppunt in een voor ons onzichtbaar transportnetwerk. Of is hier een belangrijke grondstof aanwezig die we nog niet kennen, of waarvan we tot nu toe nog geen nuttige toepassing hebben ontdekt.

Waarom de geheimhouding?
Het bestaan van leven buiten de aarde is een idee dat al honderden jaren bestaat.  Giordano Bruno, een tijdgenoot van Galilei, werd er nog voor op de brandstapel gegooid. Een invasie door buitenaardsen is de uitgekauwde plotline van honderden razendpopulaire science fiction boeken en series, variërend van War of the Worlds tot V en Independence Day. Waarschijnlijk zal het grootste deel van de mensheid een zucht van verlichting slaken als blijkt dat “minds infinitely superior to us” voorkomen dat het beste kabinet sinds de Tweede Wereldoorlog en hun al even verlichte collega’s in de rest van de wereld, hun onovertroffen talenten tot het creëren van rampspoed nog verder uitleven. De meeste mensen geloven al in een onpeilbaar wijze en almachtige alien, God genaamd. Kortom: als er geheimhouding moet zijn, heeft dat waarschijnlijk een andere reden. Want waar komen deze aliens vandaan? En:  waarom hebben ze met hun onvoorstelbaar overvloedige hulpbronnen de mensheid nodig om onderzoek te doen?

Mogelijkheid 1: de aliens waren hier al veel eerder en onze voorouders vereerden ze als goden. 
God kwam al eerder ter sprake als een almachtig buitenaards wezen. Voldoende geavanceerde technologie is niet van magie te onderscheiden. Zou een buitenaards wezen duizenden jaren geleden op aarde landen, dan zouden mensen hen vermoedelijk zien als goden. In feite is dit precies wat er gebeurde in enkele gevallen waarbij westerlingen met paarden en vuurwapens in aanraking kwamen met op wapengebied iets minder ver ontwikkelde beschavingen, zoals de Azteken en de Inca’s. Beschrijvingen  in zowel de Tenach (Ezechiël) als in de vedische literatuur uit India hebben veel weg van twintigste- en eenentwintigste technologie, bij Ezechiël. een vliegend tuig, in de veda’s een nucleaire oorlog en een raketafweersysteem. Zou dit inderdaad kloppen, en zouden de goden inderdaad kosmonauten zijn zoals kroegbaas Erich von Däniken beweerde, dan zouden letterlijk miljarden mensen van hun geloof afvallen. De maatschappelijke impact zou aanzienlijk zijn.

Mogelijkheid 2: we leven in een simulatie.
Volgens de simulatiehypothese is onze wereld een soort zeer realistisch computerspel, een soort Second Life. God is, vanaf atheïstisch oogpunt bekeken, dan de sysadmin van de simulatie die het heelal is en die op een onvoorstelbare krachtige supercomputer ergens draait. Wij zijn dan niets dan een computerprogramma.
De diverse geloven, zoals christendom en boeddhisme zijn in feite varianten van de simulatietheorie. Dit zou inderdaad een enorme schok zijn, vooral voor atheïsten en agnosten. Afhankelijk van met welk geloof de werkelijke simulatie overeen komt, zou ook dit een schokeffect hebben op gelovigen met een sterk hiervan afwijkend wereldbeeld.  De aliens zouden hier onze hulp niet nodig hebben. De programmeur van de simulatie is immers almachtig. De Marsbasis zou eveneens niet nodig zijn.

Mogelijkheid 3: de aliens komen van een parallel heelal. 
Volgens de veel-wereldeninterpretatie van de kwantummechanica en enkele kosmologische modellen bestaan er veel parallelle heelallen naast ons eigen heelal. Hier zijn de natuurwetten iets anders.  De schok hiervan zou beperkt zijn. De Kelten geloofden al in parallelle werelden. In de 1001 Nacht, gebaserd op oude Perzische legenden en filosofieën,  worden onderaardse werelden beschreven. Ook hemel en hel, en de diverse werelden van het Zuivere Land boeddhisme waarin je incarneert als je het erg goed, of juist erg slecht, doet, kunnen worden gezien als parallelle werelden. Parallelle heelallen zijn een minder schokkend alternatief dan de eerder genoemde mogelijkheden. Het is al vrij algemeen bekend onder het grote publiek dat ons heelal waarschijnlijk niet het enige heelal is. De voorwaarden voor leven zijn namelijk wel erg gunstig in dit heelal. Waarschijnlijk bestaan er veel heelallen waar bijvoorbeeld sterren direct ontploffen of er geen atomen bestaan. Dit is dus zeker een mogelijkheid.

Mogelijkheid 4: de “experimenten” van de aliens zijn verre van onschuldig en onethisch naar huidige menselijke maatstaven.
Aardbewoners die door aliens ontvoerd zeggen te zijn, verklaren dat ze onvrijwillig deel uitmaakten van fokexperimenten. Een buitenaards fokprogramma zou inderdaad ethisch erg schokkend zijn en de buitenaardsen niet erg populair maken onder de gemiddelde aardbewoner. Een fokprogramma is voor een soort die biologisch totaal afwijkt van de mens, vanzelfsprekend niet haalbaar. Zo zijn er geen gevallen bekend waarin Japanse octopus-porno resulteerde in de geboorte van een nieuw zeemonster. Waarmee we op de volgende optie komen.

Mogelijkheid 5: de aliens zijn afstammelingen van de mens uit de verre toekomst en hebben ons DNA nodig. 
Getuigenverslagen beschrijven doorgaans “greys”, mensachtige wezens met grote ogen en een groot hoofd op een spichtig lichaam. Vergeleken met onze aapachtige voorouders hebben wij een groter hoofd, grotere ogen en een zwakker lichaam. Toekomstige mensensoorten zouden veel op deze greys kunnen lijken, als deze ontwikkelingen zich doorzetten. Mogelijk ontstond er in de verre toekomst een calamiteit, bijvoorbeeld een ziekte, waardoor voortplanting niet meer mogelijk is of de mens op uitsterven staat. Indianenvolkeren met weinig genetische variatie die afstamden van het handjevol eerste kolonisten uit Siberië, stierven als vliegen aan voor ons alledaagse ziekten als griep of verkoudheid. Menselijke plantenkwekers zijn voortdurend op zoek naar materiaal van gewassen als tarwe, tomaten en olijven uit zogenoemde Vavilov-centra. Dit zijn plekken, waar de meeste genetische variatie is te vinden. De aarde van nu is het Vavilov-centrum van de mens.  Toekomstige kolonisten zullen net als de voorouders van de indianen, uit vrij kleine groepen bestaan. Mogelijk zijn ze zo genetisch homogeen, dat hun voortbestaan wordt bedreigd. Genen oogsten op aarde ligt dan voor de hand. Medewerking van een grote aardse mogendheid, zoals de supermacht Usa, is dan nuttig om incidenten in de doofpot te stoppen.
Dit scenario veronderstelt tijdreizen. Omdat tijdreizen allerlei logische paradoxen oplevert, zouden deze wezens dan uit een parallelle tijdlijn afkomstig moeten zijn. Ook veronderstelt dit scenario een relatief gebrekkige kennis van de menselijke biologie. Hoewel er subscenario’s denkbaar zijn waarbij deze kennis verloren is geraakt, bijvoorbeeld omdat de mens een machineachtige soort is geworden en vervolgens door een ramp al deze biologische kennis is vernietigd – zo weten wij ook niet meer hoe Grieks vuur of (tot voor kort) Romeins zeewaterbestendig beton werden gemaakt – , zijn deze niet heel waarschijnlijk. Deze aliens zouden dan over moeten gaan op low-tech methodes als seks en implantatie in draagmoeders. Sterk punt van dit scenario is wel dat het buitenaardse ontvoeringen logisch verklaart.

Mogelijkheid 6. De aliens zijn gestrand in het zonnestelsel en hebben aardse hulp nodig om te ontsnappen. 
De afstanden tussen sterren zijn enorm. De afstand tot het Alfa Centauristelsel, de dichtstbijzijnde zonachtige ster, is 4,2 lichtjaar, oftewel rond de 250.000 maal verder dan de afstand tussen de aarde en de zon. Zonder een warpachtige aandrijving zijn deze afstanden niet te overbruggen.

Stel, een astronaut zou stranden in de Romeinse tijd, of in het Chinese Tang-keizerrijk omstreeks het jaar nul, of bij de Maya’s, en niet ziek worden of gedood. Zelfs als hij of zij een complete bibliotheek met alle aardse technische kennis van nu tot zijn beschikking had, en redelijk Latijn of klassiek, Chinees of Kiche zou spreken, dan zou hij weinig hebben aan het primitieve smeedijzeren Romeinse, Chinese, laat staan stenen Maya-gereedschap om zijn ruimteschip te repareren. Om van de aarde te ontsnappen, zou hij minimaal een laat twintigste-eeuwse beschaving uit de grond moeten stampen om alle onderdelen van zijn ruimteschip te kunnen produceren. Dit zou zeker twee tot drie generaties kosten, als je veel risico neemt, zo ongeveer alle priesters tot vijand maakt en alle medewerking hebt van de machthebbers.

In dit geval is niet zozeer sprake van een schokeffect, maar van (gerechtvaardigde) angst van de aliens dat ze tot slaaf gemaakt en uitgebuit zullen kunnen worden. Dit scenario zou verklaren waarom aliens menselijke hulp nodig hebben.

Een variant is dat deze aliens de laatste overlevenden van een interstellaire oorlog zijn en onderdak zoeken op een barbaarse planeet. Ongeveer zoals rebellen die zich in een tropisch regenwoud verstoppen.

Of…
Deze lijst is verre van uitputtend. Wat denken jullie, als lezers?

Bron
1. The UFOs have asked not to publish that they are here, humanity is not ready yet (vertaald), Yedioth Aharonot, 2020
2. The UFOs Didn’t Come In Peace! Astronaut Sets Record Straight On ET Nuclear War, Huffington Post, 2019
3. Prof. Haim Eshed: “Aliens asked not to publish that they are here (vertaald), radio2000, 2020
4. David Israel, Former Head of Israel’s Space Program: The Aliens Asked Not To Be Revealed, Humanity Not Yet Ready, JweishPress.com, 2020

Extreem energierijke botsingen, zoals deze waarbij een Higgsdeeltje betrokken was, zijn veel te sterk om lichte deeltjes te kunnen vinden, Bron: Wikimedia Commons/Lucas Taylor (CERN)

Sterke aanwijzing voor bestaan donkere bosonen ontdekt

Er is naar schatting ongeveer vier maal zoveel donkere materie, als baryonische (standaard)  materie. Van de zwaartekrachtswisselwerking van donkere materie merken we veel, maar in deeltjesdetectoren ontbrak tot nu toe elk spoor. Maar mogelijk is daar nu verandering in gekomen.

Spookachtige donkere bosonen

Een belangrijke kandidaat voor donkere materie zijn extreem lichte deeltjes die zwak op elkaar inwerken. We kennen al één vorm van dergelijke deeltjes: de spookachtige neutrino’s. Neutrino’s wisselwerken alleen via de zwakke kernkracht en de zwaartekracht. Dit betekent dat we neutrino’s alleen waar kunnen nemen door radioactieve reacties in het uiterst zeldzame geval dat ze die opwekken. De hypothetische steriele neutrino’s, een van de kandidaten voor donkere materie, zijn alleen via de zwaartekracht waar te nemen. Met een hoge-energie supercollider zijn deze en andere lichte deeltjes niet waar te nemen, maar met alternatieve methoden mogelijk wel. Veel onderzoekers zijn hier mee bezig.

Extreem energierijke botsingen, zoals deze waarbij een Higgsdeeltje betrokken was, zijn veel te sterk om lichte deeltjes te kunnen vinden, Bron: Wikimedia Commons/Lucas Taylor (CERN)
Extreem energierijke botsingen, zoals deze waarbij een Higgsdeeltje betrokken was, zijn veel te sterk om lichte deeltjes te kunnen vinden, Bron: Wikimedia Commons/Lucas Taylor (CERN)

Wat zijn donkere bosonen?

Donkere bosonen is een verzamelnaam voor alle kandidaten van donkere materie die dezelfde kwantumgetallen kunnen hebben in elkaars buurt (dus: zonder elkaar af te stoten op elkaar geplaatst kunnen worden). Vooral de lichtere deeltjes binnen deze verzameling, ‘lichte donkere bosonen’, staan in de belangstelling. Zij zouden als ze met een atoom in aanraking komen, namelijk de energieniveaus van elektronen moeten veranderen. Onderzoekers over de hele wereld hebben daarom geprobeerd alternatieve technologieën en methoden te ontwikkelen die de detectie van deze deeltjes mogelijk maken. Een veelbelovende benadering is het meten van de verschillen in energieniveaus van verschillende isotopen. In de spectra van koolstof-12, koolstof-13 en koolstof-14, bijvoorbeeld, zit een miniem verschil in het energieniveau van een aangeslagen elektron. Dat komt door het massaverschil in de kern van steeds één neutron extra. Als er in het atoom niets anders is dan protonen, neutronen en elektronen, zal het verschil in een bepaalde overgang tussen koolstof-12 en koolstof-13 precies even groot zijn als het verschil in diezelfde overgang tussen koolstof-13 en koolstof-14. Is er nog een onbekend deeltje bij betrokken, dan zal een lijn die getrokken wordt door deze waardes afwijken van een rechte lijn: de voorspelling van het Standaardmodel.

Nieuwe aanwijzing voor donkere bosonen gevonden

Omdat de verschillen hier echt miniem zijn, moet precisiespectroscopie toegepast worden om deze waar te kunnen nemen. In hun experimenten onderzochten de teams van de Deense Universiteit van Aarhus (met calciumionen[1]) en de Usaanse MIT (met ytterbiumionen[2]) deze overgangen. Het team van Aarhus mat een rechte lijn (wat overeenkomt met de rechte lijn van het Standaardmodel), maar de groep van het MIT mat een afwijking in het ytterbiumspectrum. Deze afwijking was relatief klein, drie sigma (een kans van 0,3 procent dat de waarnemingen op toeval berusten is naar natuurkundige begrippen nog te hoog; zes sigma, 0,00033 procent was de standaard voor bijvoorbeeld  de bevestiging van het Higgsdeeltje) maar wijst er toch op dat er waarschijnlijk “iets” aanwezig is. Het is goed mogelijk, dat de gebruikte benadering van het Standaardmodel bij het ytterbiumion niet volledig is en dat dit de afwijking verklaart, maar er is eveneens een goede kans dat dit het eerste echte spoor is van een nog onbekend deeltje.

Al eerder werden er aanwijzingen voor een nog onbekend deeltje aangetroffen in een met xenon gevuld vat diep onder de Italiaanse berg Gran Sasso. Verdere metingen en het uitwerken van het theoretische model moeten duidelijkheid opleveren.

Bronnen
1. Improved Isotope-Shift-Based Bounds on Bosons beyond the Standard Model through Measurements of the 2D3/2−2D5/2 Interval in Ca+. Physical Review Letters DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.123003.
2. Evidence for nonlinear isotope shift in Yb+ search for new Boson. Physical Review Letters
DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.123002.

Een experimentele chip met de technologie. Bron/copyright: University of Arkansas, 2020

Chip wekt energie op uit warmte

Een team natuurkundigen van de universiteit van Arkansas is er naar eigen zeggen in geslaagd om energie uit afvalwarmte op te wekken. Hun ontwerp maakt gebruik van de Brownse beweging: de willekeurige bewegingen op microscopische schaal door lokale oneffenheden. Hebben ze de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica gekraakt?

Wat is de Brownse beweging? 
Wat op macroschaal een oase van rust lijkt, is dat allesbehalve. De moleculen in lucht hebben alle verschillende snelheden en richtingen. Wat wij waarnemen is het gemiddelde van ontelbare miljarden moleculen die ons onophoudelijk treffen. Dit gemiddelde nemen we waar als luchtdruk. Op kleinere schaal, kleiner dan een micrometer, is er geen stabiel evenwicht meer. Geregeld treffen meer (of juist minder) moleculen het deeltje in de ene richting, dan in de tegenovergestelde richting. Als gevolg hiervan maakt het stofje een wanordelijke beweging. Deze Brownse beweging is met een microscoop waar te nemen aan bijvoorbeeld rookdeeltjes.

Een experimentele chip met de technologie. Bron/copyright: University of Arkansas, 2020
Een experimentele chip met de technologie. Bron/copyright: University of Arkansas, 2020

Hoe kan je hier energie uit opwekken? 
Alles wat beweegt, kan je gebruiken om elektriciteit mee op te wekken. Stel,. je zou aan het rookdeeltje een minuscule dynamo of andere generator bevestigen, dan kan je er in theorie stroom mee opwekken. Op het eerste gezicht lijkt dit een perpetuüm mobile van de tweede categorie: een machine die warmte onttrekt aan de omgeving waarmee iets nuttigs is te doen. Een dergelijk apparaat is erg handig: je kan dan je stroomabonnement opzeggen en je smartphone hoeft nooit meer aan de lader. Kortom; het klinkt te mooi om waar te zijn en dat is het ook. Want de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica verbiedt dat er bij een energieomzetting vrije energie bij komt. Of is er toch hoop?

Ja, zo blijkt uit een experiment met grafeen aan de universiteit van Arkansas. In de proefopstelling wordt het eigenlijke werk verricht door twee blaadjes grafeen tegenover elkaar. Deze één atoomlaag dikke koolstofblaadjes ‘wapperen’ voortdurend onder invloed van de Brownse beweging. Omdat ze tegenover elkaar zijn geplaatst, werken ze als een condensator. Als ze elkaar naderen, neemt de lading op beide plaatjes toe, als ze van elkaar verwijderd raken, stroomt deze weg. In de opstelling zijn twee diodes opgenomen: elektronische componenten die alleen eenrichtingsverkeer toelaten. De “gevangen” elektronen kunnen alleen via de energie-oogster (bijvoorbeeld een accu) terugvloeien. Het netto resultaat: warmte wordt omgezet in elektriciteit.

En de Tweede Hoofdwet dan?
De specifieke versie van de Tweede Hoofdwet: er ontstaan niet uit zichzelf temperatuursverschillen, lijkt met deze proefopstelling niet gebroken volgens onderzoeksleider Thibado. Op grotere schaal lijkt op het eerste gezicht echter wel degelijk sprake van een schending. Immers, als de proefopstelling afkoelt omdat er energie aan onttrokken wordt, ontstaat er wel degelijk uit het niets een temperatuursverschil met de rest van het universum. Ook is het geleverde vermogen laag, in de orde van picowatts. Zeg voorlopig dus uw elektriciteitsleverancier niet op. Maar als proof of principe is deze ontdekking uiterst belangrijk.
Het artikel is gepubliceerd in Physics Review E, een vooraanstaand natuurkundeblad.

Bronnen
Physicists Build Circuit That Generates Clean, Limitless Power From Graphene, University of Arkansas, 2020
Fluctuation-induced current from freestanding graphene, P. M. Thibado, P. Kumar, Surendra Singh, M. Ruiz-Garcia, A. Lasanta, and L. L. Bonilla, Phys. Rev. E 102, 042101
(ArXiv preprint versie)

De RITM-200 reactor is één van de enige twee typen microkernreactoren in productie. Bron: Rosatom.ru

Lossen kleine kernreactoren onze energieproblemen op?

Stel je voor, een kernreactor zo groot als een elektriciteitshuisje. Ze bestaan al in bijvoorbeeld atoomonderzeeërs. Kan de massaproductie van dergelijke kleine kerncentrales onze energieproblemen oplossen?

Op dit moment is de kleinste werkende reactor de Russische EGP-6 licht water-grafietreactor met per eenheid een vermogen van 12 megawatt. Vier van deze eenheden, die in 1974 in gebruik werden genomen, waren voldoende voor een middelgroot dorp, zoals de Russische poolnederzetting Pevek (4000 inwoners). Het ontwerp van de EGP-6 voldoet niet meer aan de huidige, zeer strenge, veiligheidseisen, maar overal ter wereld wordt gewerkt aan alternatieve compacte kernreactoren. Deze zijn zowel nuttig hier op aarde, als in ruimtekolonies op grote afstand van de zon. De enige nieuwe operationele microkernreactoren zijn eveneens Russisch: de RITM-200 en de KLT-40 scheepsreactoren.

Kernenergie werkt altijd en is hiermee betrouwbaarder dan hernieuwbare energiebronnen zoals zon en wind. Alleen waterkracht en geothermische energie komen in de buurt. Is kleinschalige kernenergie de oplossing voor onze energieproblemen?

De RITM-200 reactor is één van de enige twee typen microkernreactoren in productie. Bron: Rosatom.ru
De RITM-200 reactor is (met de eveneens Russische KLT-40) één van de enige twee typen microkernreactoren in serieproductie. Bron: Rosatom.ru