Ref:Vrije en aangepaste vertaling van "La vraie fausse erreur d'Einstein.",Alain Riazuelo,Science et Vie,Hors Série,242,mars 2008 (L'Univers d'Aujourd'hui)p 52-57.
Uit wat bestaat het universum ? Uit atomen natuurlijk,ook uit licht en uit neutrinos ,ontwijkende deeltjes gevormd tijdens sommige nucleaire reacties.Maar daarbuiten is 96% van de inhoud vandaag nog onbekend.Erger nog,van deze 96% weet men dat het gaat over een soort materie die men op aarde niet kent.Een derde van deze onbekende materie is gekend als "zwarte materie",waarschijnlijk samengesteld uit elementaire deeltjes die men hoopt te ontdekken in de deeltjes versnellers.De andere 2/3 vertegenwoordigt het grootste raadsel van de moderne kosmologie.De aandacht vestigen op wat genoemd wordt de "kosmologische constante" is sinds de laatste tijd aan de orde van de dag.Men spreekt ook over de "donkere energie" waarvan de geschiedenis door onvoorziene wendingen gekenmerkt is.Alles begint in 1916.Einstein zoekt een model van het universum voor zijn algemene relativiteitstheorie die hij pas uitgewerkt heeft.Hij weigert echter te aanvaarden dat het universum een uitzettinsfaze kent.Voor hem,zoals vroeger voor Newton,is het universum statisch.Hij komt dan te staan voor een moeilijk probleem:door de zwaartekracht,die een aantrekkingskracht is,kan het universum niet statisch zijn.Een inkrimping van het universum moet noodzakelijlk volgen op de expansie.Om zijn statisch model te redden bedenkt Einstein een universum gevuld met een entiteit die overal en altijd een afstotende kracht op de materie uitoefent en die de aantrekkingskracht van de gravitatie exact compenseert. De "kosmologische constante" is geboren.Tussen 1917 en 1922 vinden de astronomen Arthur Eddington en Willem de Sitter dat het model van Einstein grote tekortkomingen vertoont.Volgens dit model mag de verhouding materie dichtheid/kosmologische constante niet veranderen.Een dergelijke configuratie is echter niet stabiel.Een lichte stijging van de verhouding leidt tot inkrimping en een lichte daling tot een uitdijing van het universum.Het model van Einstein is echter niet totaal uit te sluiten.Een eerste genadeslag voor de kosmologische constante is de ontdekking door Edwin Hubble in 1922 dat de sterrenstelsels zich van ons verwijderen met een snelheid die groter is naarmate de sterrenstelsels verder van ons zijn.(N.B.In de vergelijkingen van Einstein heeft de kosmologische constante de dimensie van materie) Dit betekent dat het universum uitdijt en dat de kosmologische constante overbodig is.Einstein bestempelde deze constante als " de grootste blunder van mijn leven".Maar had hij werkelijk ongelijk? De kosmologische constante geraakte in diskrediet tot aan de ontdekking van de quasars in 1963.
Eindelijk de evidentie...
De quasars zijn buitengewoon heldere (lichtgevende) objecten en zijn uitzonderlijk zeldzaam in het universum.De dichtste quasar is op 2 miljard lichtjaren van ons verwijderd. (N.B.1 lichtjaar is gelijk aan de lichtsnelheid-300.000 km/sec-vermenigvuldigd met het aantal seconden in een jaar-3.15x10 exp(5) seconden-;Dit komt neer op een afstand van ongeveer 10 exp(12) km !!) De kosmologische constante kon een uitleg bieden voor sommige anomalieën waargenomen bij de observatie van de quasars.Dit bleek als uitleg toch nog onvoldoende te zijn.De kosmologische constante werd dan terug verlaten tot in 1998 toen supernova stelsels werden ontdekt.De ontploffing van deze sterrenstelsels op het einde van hun leven is minder lichtgevend dan voorzien.De lichtemissie van deze supernovae kan echter best worden verklaard door de kosmologische constante terug in te voeren maar twijfel bleef toch bestaan.
Kritische dichtheid en materie dichtheid.
Een eeuw na de invoering van de kosmologische constante moet men die wel in overweging nemen om talrijke waarnemingen zoals de kosmische achtergondstraling te kunnen uitleggen.Talrijke interpretatie pogingen hebben geleid tot de conclusie dat de kosmologische constante in feite niets anders zou kunnen zijn dan de "vacuum energie" voorspeld door de fysica van de hoge energieën van materie deeltjes.Hier treden vacuum fluctuaties op die een belangrijk rol spelen.Enorme aantallen materie en antimaterie deeltjes duiken plotseling op uit he vacuum en vernietigen zich onmiddelijk.Deze fluctuaties van het vacuum bestaan dus en bezitten a priori een energie die men kan berekenen en waarvan het effect op de expansie van het heelal hetzelfde effect hebben als de kosmologische constante.Er blijven nog onopgeloste vragen om de ware natuur van de kosmologische constante ,anders genoemd "de donkere energie",te beschrijven.De geschiedenis van de kosmologische constante gaat verder en is in de 21e eeuw nog niet aan haar laatste wendingen toe.Dit wordt zeker vervolgd.
Referentie: Vrije en aangepaste vertaling van "La révolution du Big Bang.",Anne Debroise, Science et Vie,Hors Série 242,2008;"L'univers d'aujourd'hui." p 42-54.
Het toneel situeert zich 13,7 miljard jaren geleden.De temperatuur is dan onvoorstelbaar hoog: 10 exp 32 graden.Bij deze temperatuur is de materie volledig instabiel.De materiedeeltjes ondergaan zulke heftige botsingen dat ze elkaar eerst vernietigen in een energie opwelling om daarna terug te voorschijn te komen.Iedere materie deeltje bezit een energie van ongeveer 1 miljard joule.Dit is het vermogen geproduceerd door een kerncentrale gedurende 1 seconde.De levensduur van een deeltje is dan zo kort dat een hypothetische waarnemer dit deeltje onmogelijk zou kunnen observeren.Het kader is dan ook ultramicroscopisch klein.Nochtans is daar alles aanwezig geconcentreerd in een ongelooflijk klein volume-kleiner dan een speldenkop-wat nodig is om de honderde miljarden sterrenstelsels van het huidige universum te vormen.Deze uitbarsting van geweld is de geboorte van het universum.Om het nauwkeuriger te formuleren,dit toneel situeert zich 10 exp(-43) seconde na de geboorte van het universum.Dit wordt beschreven als de Big Bang theorie ( maar men zou beter moeten zeggen de Big Bang hypothese want men heeft dit tot nu toe niet kunnen waarnemen) die nu wel algemeen aanvaard wordt. -------------------------------------------------------------------------------------------------- Om een idee te krijgen van deze reusachtige afmetingen,die voor een gewone sterveling onvoorstelbaar zijn volgt nu een kleine illustratie:
Om dit begrip te vatten moet men weten dat tot 1920,niemand,zelfs Einstein niet, het universum zich anders kunnen voorstellen dan Aristoteles(384-322 v.C): beperkt in omvang en onbeweeglijk.Toen Einstein in 1917 zijn algemene relativiteitstheorie uitwerkte bleek zijn voorstelling niet overeen te stemmen met een statisch universum.Einstein trachtte hiervoor een uitweg te vinden.Deze beeldenstormer was bezig de fysica op haar grondvesten te doen daveren door de visie van Newton te verwerpen.Om uit de impasse waarin zijn universum visie toch verzeild was geraakt te komen besloot hij zij vergelijkingen te verbeteren door een constante "lambda" in te voeren.Dit is de beruchte "kosmologische constante".Einstein noemde dit later "de grootste blunder van zijn leven".Later bleek echter dat er voor zijn kosmologische constante wel een aanvaardbaar uitleg bestond en zijn kosmologische constante werd in ere hersteld.Dankzij de ingreep van Einstein werd het universum opnieuw statisch.In de jaren 1920 hernam de russische fysicus Alexandre Friedmann de vergelijkingen van Einstein en kwam uit op een alternatieve zienswijze:het universum,vertrokken van niets (?),dijt uit sedert 10 miljard jaren en zal als volgt voort gaan,het is zeker in een uitzettingsperiode maar zal een maximum bereiken en nadien krimpen en in elkaar storten,een Big Crunch,om daarna opnieuw uit te zetten.Einstein herkende dat de mathematische vergelijkingen van Friedman juist waren maar kon deze zienswijze niet aanvaarden.Dit werd trouwens door anderen ook niet ernstig genomen omdat toen de oorsprong en het einde van het universum tot de religie behoorden.Als Friedmann suggereerde dat "de schepping van de wereld uit het niets ontstond werd dit als een provocatie beschouwd.Het is echter (oh ironie !) een katholieke priester van de Leuvense Universiteit,Georges Lemaître,die een uitweg vond.In 1927 publiceerde hij zijn hypothese van een universum in expansie en stelde hij het bebrip "oeratoom" (Hypothèse de l'atome primitif) voor.De Big Bang hypothese was geboren.
De Rode Verschuiving (Red Shift).
De astronomie was toen is volle beweging.Men begon sterrenstelsels waar te nemen en te identificeren.Maar men stelde ook vast dat de sterrenstelsels (galaxieën) zich van elkaar verwijderden.In 1929 publiceerde de astronoom Edwin Hubble zijn werk die de eerste steunpilaar van de "Big Bang" werd. Door de straling uitgezonden door de sterrenstelsels bij verschillende golflengten te observeren bemerkte hij dat hoe verder de sterrenstelsels verwijderd zijn hoe meer het spectrum van het uitgezonden licht naar het rood verschoven was.Dit is het Doppler effect.Hieruit kan men besluiten dat de meeste sterrenstelsels zich van ons verwijderen.Het gevolg hiervan is dat het universum uitdijt en bijgevolg betekent dit dat in het verre verleden het universum veel meer geconcentreerd was. In dezelfde periode toonde George Gamow aan dat de geboorte van het universum moest leiden tot een samenstelling met 92% waterstof,7% helium en een kleine hoeveelheid zwaardere elementen.Dit is exact wat in het universum waargenomen wordt. Dit kan geen toeval zijn.De publicatie van deze resultaten in 1948 is een tweede steunpilaar voor de "Big Bang".Tenslotte vonden A.Penzias en R.Wilson toevallig in 1964 de derde steunpilaar van de "Big Bang" : de straling afkomstig van de eerste fotonen vrijgemaakt in het universum 300.000 jaren na zijn geboorte.Dit is de kosmische achtergrondstraling,zodanig afgezwakt dat ze enkel als radiogolven momenteel kan waargenomen worden.In 1992 bracht de sonde COBE (Cosmic Background Explorer) daarvan de experimentele bevestiging.Deze achtergondstraling is zeer homogeen verdeeld in alle richtingen met minieme fluctuaties van ongeveer 0.01%.Deze fluctuaties zijn aan de oorsprong van de vorming van de sterrenstelsels.
De oersoep van materiedeeltjes en energie.
Er is echter één groot probleem.Waarom is het universum zo homogeen ? Alan Guth bracht hiervoor de oplossing door zijn "inflatie theorie" in 1980. Een minieme fractie van een seconde na zijn geboorte werd door een enorme blaaskracht het zeer klein primitief universum tot een omvangrijk heelal uitgezet.De afmeting van het primitief universum werd met een factor 10 exp(26) vermenigvuldigd in minder dan een duizendste van een seconde,van de afmeting van een speldenkop tot de afmeting van 10 maal onze sterrenstelsel (de melkweg).Deze enorme inflatie vormt een glad,homogeen universum.Dit was de derde steunpilaar van de "Big Bang" .Daarna werden nog bewijzen bekomen via experimenten met deeltjes versnellers.Alles was echter nog niet gezegd want men kan slechts gaan tot 10 exp(-43) seconde als ultieme limiet.Verder gaan is nu niet mogelijk.Noch de kwantum theorie,noch de algemene relativiteitstheorie laten dit toe.Men weet niet in welke toestand de materie verkeerde en welke kracht(en) toen speelde(n).De elektronucleaire kracht wedijverde met de zwaartekracht (gravitatie).Men zal wellicht nooit deze toestand nabootsen in een laboratorium op aarde.De experimenten gaan echter wel door in centra zoals de CERN in Genève waar ultrakrachtige versnellers in 2008 in werking zullen treden.Na de inflatie was het universum leeg en koud.Dit vacuum is echter zeer bijzonder want het lijkt gevuld te zijn met "vacuum energie".Vogens de vergelijking E=Mc(2) van Einstein vertegenwoordigt deze vacuum energie ook een virtuële massa.Dit gebeurt ook na 10 exp(-32) seconde.Er komen dan nieuwe krachten te voorschijn.De elektronucleaire kracht wordt gesplitst in elektrozwakke- en elektrosterke kracht.
Een orgie van lichtenergie.
De eerste ogenblikken van deze materie zijn stormachtig.Als energie materie genereert komen gelijke hoeveelheden materie en antimaterie te voorschijn.Deze zijn niet compatiebel en vernietigen elkaar met productie van lichtenergie en de cyclus kan opnieuw beginnen.Er blijft echter een onevenwicht tussen materie en antimaterie,ten voordele van de eerste.Nu zijn we al bij 10 exp (-12) seconde na de Big Bang en de temperatuur is gedaald tot 10 exp (15) graden.Vanaf dit ogenblik komt men in een gebied dat met deeltjes versnellers kan bestudeerd worden.De materie is dan in de vorm van een plasma. Het universum treedt uit de schaduw.Structuren beginnen te ontstaan 1 seconde ongeveer na de Big Bang.De temperatuur daalt verder tot 10 miljard graden.De interactie tussen protonen en neutronen leidt tot de vorming van atoomkernen.De elektronen vinden stilaan de weg naar de atoomkernen.Men is dan drie minuten na de Big Bang en de wereld van de nuleosynthese is begonnen.Het licht kan vrijkomen en de visuele waarneming van het universum mogelijk maken omdat de fotonen niet meer geremd worden door interactie met de elektronen.Het universum is dan 300.000 jaar oud en begint dus licht te emitteren en is dus niet meer opaak.
Een onvoltooide constructie.
In de schoot van de gaswolken worden sterren geboren tengevolge van de gravitatiekracht die deze wolken in elkaar doen storten.Door deze ineenstorting wordt het inwendige van de sterren verwarmd.Nucleaire reacties treden op en maken energie vrij (bv.de zon)Deze processen gaan nu sedert miljarden jaren steeds verder.Zelfs al blijven er schaduwzijden over,de "Big Bang" is een stevige hypothese geworden die echter zeker nog niet alles kan verklaren,verre van.
Waarom wordt de mens aangetrokken tot een leven gewijd aan de wetenschap? Deze vraag beantwoorden is niet zo eenvoudig omdat er vele aspecten moeten bekeken worden.Zeer eenvoudig gesteld komt het op neer dat iemand "verwondering" voelt voor de wereld rondom hem en dat hij vurig wenst de kern van de werkelijkheid te begrijpen.Zoals Virgilius schreef in Georgia,2490: "Felix qui potuit rerum cognoscere causas."(Gelukkig is hij die de oorzaken van de werkelijkheid kan kennen)Maar dit moet niet tot in het absurd nagestreefd worden.Er zijn limieten.Dan is het waar wat Erasmus citeert uit Sophocles in "De lof der Zotheid":"Je leeft het gelukkigst als je niets weet." Er moet dus een goed evenwicht gevonden worden.Sommige citaten maken duidelijk wat wetenschappers inspireert: -"It is of paramount importance that the outside world is something independent of man,something absolute and the quest for the laws which apply to this absolute appeared to me as the most sublime scientific pursuit in life."(Max Planck-Autobiografie) -"I became a scientist because I was fascinated by the world around me and I wanted to to know what made it work.The burning desire for wealth creation never entered my soul.As a result of commercialization,science,engineering and technology are not as much fun as they used to be when those of my generation were young scientists."(George Porter,UK,Nobel prijs Chemie,1966-The independent,01.12.90-Interview). Ik heb dit weerhouden omdat ik George Porter gekend heb en het voorrecht heb gehad onderzoek te kunnen doen in zijn laboratorium in Engeland. De fascinatie voor kennis van G.Porter komt neer op de volgende citaten: -"Desire is the very essence of man." (Spinoza) -"En mens zonder verlangen is een dode mens." (Herman Van Rompuy) -Uit een heel andere hoek is de uitspraak van Ulrich Walter,astronaut fysicus van de shuttle missie in 1993: "Ik ben wetenschapper geworden omdat ik de innerlijke behoefte heb om erachter te komen waarom de dingen zijn zoals ze zijn." Dit is,kort en bondig,waarover het hier gaat. -Tenslotte nog enkele zinnen van Etienne Vermeersch ,filosoof/ethicus ,.prof.em.U.Gent.:"De twee wetenschappen die mij van kindsbeen af het meest hebben geboeid,zijn de natuurkunde en de biologie.De eerste omdat ze een inzicht schenkt in de samenhang van de totale werkelijkheid;de tweede omdat ze ons dichter brengt tot het begrijpen van het raadsel dat we zelf zijn..." Het wordingproces van een wetenschapper begint vroeg in het leven en wordt duidelijker tijdens de adolescentie wanneer een richting aan de volwassenheid moet gegeven worden.Enkele basisvereisten moeten wel aanwezig zijn.Er moet een duidelijke genetische component bestaan,al is het zeer moeilijk dit concreet te omschrijven.Verder spelen nog omgevings- en opleidingsaspecten een belangrijk rol.Omdat de mens een sociaal wezen is,is het weinig waarschijnlijk dat men veel wetenschappers zal vinden die volledig zelfstandig en solitair hun activiteiten uitgevoerd hebben.Dit is zeker waar vanaf de industriële revolutie in de 18e eeuw.Tijdens de vroegere perioden in de geschiedenis zal men wel solitaire wetenschappers ontmoeten maar,zelfs in de griekse oudheid ,werden deze wetenschappers ook beinvloed door de maatschappij waarin ze leefden.Dit was zo in de tijd van Aristoteles (384-322 v.C).Later ,zelfs Newton die toch gekend is als een solitaire persoonlijkheid moest dit bekennen: "I seem to have been only like a boy playing on a seashore and diverting myself in now and then finding a smoother pebble or prettier shell than ordinary whilst the great ocean of thruth lays all undiscovered before me." Het volgend citaat van Newton is nog veel duidelijker:"If I have see further than others it is because I have stood on the shoulders of giants." Zelfs Einstein kon niet aan deze externe invloeden ontsnappen.De start van zijn relativiteitstheorie mag wel gezien worden aan een zeer persoonlijke geweldige intuitie,hij kon die echter slechts verder verdiepen door veelvuldige gesprekken met vrienden,collega's en ook met zijn vrouw Mileva.Om tot de uiteindelijke theorie te komen had hij wel de hulp nodig van anderen o.a. meer onderlegde mathematici zoals Herman Minkovski voor de speciale relativiteit en Marcel Grossmann voor de algemene relativiteit. Hier mag nog onderstreept worden dat de eenvoud en de nederigheid een echte wetenschapper siert. -"De ware wijsheid is de gezellin van de eenvoud." (I.Kant) -"The highest happiness of man as a thinking being is to have probed what is knowable and quietly revered what is unknowable."(Goethe)(Epitaaf van Max Planck). -"I was born not knowing and had only a little time to change that here and there."(Richard Feynman). Om te eindigen komt nu een bondige beschrijving van mijn eigen weg in de wetenschap.Over de genetische achtergrond kan ik niets zeggen voor de eenvoudige reden dat ik ze niet ken;toch twijfel ik niet dat die bestaat.De belangstelling voor de natuurwetenschappen is stilaan gegroeid tijdens de laatste twee jaren van het secundair onderwijs.Omgeving en opvoeding hebben ongetwijfeld een grote rol gespeeld.Ik heb het voorrecht gehad een bezielende wetenschapleraar te hebben.Zijn prachtige lessen over scheikunde en over kosmologie en de lezing van boeken over de toen actuele aspecten van de chemische industrie en over de snel opkomende kennis van de structuur van de materie hebben mij gemotiveerd om chemie als wetenschappelijke richting te kiezen,meer in bijzonder de organische chemie...de wonderbare wereld van de koolstof chemie.Deze richting heb ik gevolgd doorheen de verschillende levensfazen.Van de organische chemie als basis voor het levensonderhoud van de familie ben ik geëvolueerd naar biologie o.a.de moleculaire biologie.De belangstelling voor kosmologie/fysica is ook steeds levendig geweest.Dit alles vormt het kader van permanente bezigheden.Ik kan hierover een citaat aanhalen om dit te illustreren: -"Het vullen van de tijd met systematisch vorderende bezigheden die een belangrijk nagestreefd doel als gevolg hebben is het enige zekere middel om blijmoedig te leven en het levenseinde met een voldaan gevoel tegemoet te zien." (I.Kant,Brevier V-556)
De mens is in essentie een sociaal wezen.Het is dan ook niet te verwonderen dat zijn activiteiten als natuurwetenschapper een weerklank vinden in de maatschappij.Omdat de laatste faze in het wetenschappelijk onderzoek erin bestaat in het openbaar maken van een theorie,ontstaan na formulering van een hypothese,is het evident dat de maatschappij hiervan zal kunnen gebruik maken om allerlei toepassingen te realiseren.Reeds in de oudheid stelde Confucius (China,351-479 c.C) dat:"The essence of knowledge is,having it,to apply it."Dit geldt voor alle soorten kennis en zeer zeker voor de kennis in de natuurwetenschap.Men heeft hieruit te snel de conclusie getrokken dat de natuurwetenschap onderverdeeld kon worden in fundamentele en toegepaste wetenschap.Dit is echter niet juist.Zoals Louis Pasteur al zei:"Il n'existe pas de science appliquée mais des applications de la science.",of volgens André Oosterlinck,ex-rector van de K.U.Leuven,"Wetenschappelijk onderzoek heeft twee doelen:gewoon belangloos meer willen weten en dienen als basis in een kennismaatschappij."Beide aspecten van de natuurwetenschap worden hierin verenigd.De natuurwetenschap is,in se,neutraal;ze is noch goed noch slecht.Het is enkel bij de aanwending ervan door de maatschappij dat er een gevaar schuilt.Men moet altijd de visie van François Jacob (F,Nobelprijs winnaar) voor ogen hebben.Hij formuleerde het prachtig als volgt:"De waarheid vertellen is niet genoeg.De hele waarheid dient te worden verteld.Niets geheim houden,daarin ligt de grote verantwoordelijkheid van de wetenschapsbeoefenaar.Niets van wat hij vermoedt ten aanzien van de mogelijke toepassingen of risico's mag hij in het vage laten."Dit is van kapitaal belang als men wenst aan de toepassingen van de wetenschap een ethisch en moreel aanvaardbaar karakter te geven.Dit kan men illustreren in diverse gebieden.Zo is de wetenschap die aan de basis ligt van de kernenergie strikt genomen neutraal.Als men de toepassingen ervan bekijkt vindt men echter zowel positieve als negatieve aspecten.De toepassing van de kernsplitsing en van de kernfusie om de maatschappij te voorzien van de noodzakelijke energie is een positief aspect.Maar zelfs in dit geval moet men rekening houden met de opmerking van François Jacob.Hier zijn ook ethische aspecten aan verbonden.De toepassing in het aanmaken van atoombommen is het meest dramatisch negatief aspect van de kernenergie.Er zijn nog talrijke andere gebieden in de natuurwetenschap waarvoor analoge scenario's kunnen beschreven worden.Zeer nadrukkelijk aanwezig in de huidige tijd zijn de positieve en negatieve aspecten van de biotechnologie.Deze is afgeleid van de vooruitgang van de moleculaire biologie die op zich neutraal is.Wat men ermee doet bepaalt of de toepassingen een positief of een negatief karakter krijgen. ------------------------------------------------------------------------------------------------ In een recent boek van P.Van Eersel,"Le monde s'est-il crée tot seul?" (Collection Entretiens/Clés , Albin Michel/C.L.E.S,2008) komt een interview voor met de onlangs overleden Ilya Prigogine,prof .em.ULB,Nobelprijs Chemie. Het volgende fragment behandelt de problematiek van de rol van de wetenschapper in de maatschappij en is sterk verwant met de uitspraak van François Jacob,maar wel benaderd vanuit een maatschappij standpunt: "Les scientifiques ont un rôle fondamental dans la société:notre vie n'est plus concevable sans information,sans technique,sans médecine.....Mais ce rôle énorme n'est pas sans danger.La société dépend tellement des progrès et des changements de la science qu'il est nécessaire de lui garantir le droit de pouvoir se rendre compte de la direction ou la science va......La société doit avoir le droit de s'exprimer et éventuellement de poser son veto,même si,à certains moments,le résultat sera négatif pour la science." --------------------------------------------------------------------------------------------- In de relatie tussen de wetenschapbeoefening en de maatschappij schuilt nog een ander potentieel gevaar.Vanaf de industriële revolutie en,meer nadrukkelijk,vanaf de 20e eeuw,zijn steeds meer middelen nodig om wetenschappelijk onderzoek uit te voeren.Er moet dus meer en meer beroep gedaan worden op financiering door de overheid en door de economische sector (de bedrijven).Op zich is dit heel normaal en er is niets mis mee.Problemen ontstaan er wel als de toepassingen van de wetenschap aangewend worden om de winsten te maximaliseren.Winst op zich is noodzakelijk om de financiering mogelijk te maken.Niet alles kan echter gedragen worden door de overheid die steeds beroep moet doen op beperkte belastingsinkomsten.Overdreven winsten,zeker als ze gebaseerd zijn op bedriegelijke informatie of op geheimhouding van sommige aspecten van de toepasssingen ,worden zeker door de meeste mensen als onethisch of,nog erger,als immoreel beschouwd.Uit de actualiteit der laatste jaren zijn er helaas duidelijke voorbeelden hiervan aan het licht gekomen.Een democratisch controle is hier dus wel op zijn plaats maar het is echter niet gemakkelijk dit te realiseren. ------------------------------------------------------------------------------------------------- Als aanvulling zijn er nog citaten van de astrofysicus Trinh Xuan Thuan ( uit "Le monde s'est-il crée tout seul?": "La science est un outil qui en soi n'est ni bon ni mauvais,qui n'impose aucune morale ou éthique.Ce sont ses applications techniques qui peuvent nous faire du bien ou du mal." "La science n'engendre pas la sagesse....parce qu'elle n'impose pas de vue philosophique,la science ne peut pas nous guider quand il s'agit de morale et d'éthique." "Confronté à des problèmes éthiques et moraux,notamment en génétique,le scientifique a besoin de la spiritualité pour l'aider à ne pas oublier son humanité."
Het toeval in het wetenschappelijk onderzoek (serendipity).
In de uitvoering van de experimentele faze van het wetenschappelijk onderzoek kunnen soms toevallige waarnemingen gedaan worden.Door attent te zijn tijdens het onderzoek kan een wetenschapper dikwijls baat hebben bij een nauwkeurige evaluatie van zulke toevaltreffers en daardoor ook zijn werk voor een stuk flink vooruit helpen.Soms kan men nieuwe aspecten en toepassingen ontdekken.Het is wel nuttig de woorden van Louis Pasteur in herinnering te brengen:"Dans les champs de l'observation,le hasard ne favorise que les esprits préparés."Hiermee bedoelde Pasteur dat door onoplettentheid of overhaasting waardevolle feiten aan de aandacht ontsnappen.Dit aspect van toevallige ontdekkingen wordt algemeen gekend als "serendipiteit(serendipity)" maw de gave om toevallige waardevolle dingen te ontdekken.Serendipity stamt af van een oud perzisch toververhaal ,vermeld door Horace Walpole.Het verhaal is gekend als "De Drie Prinsen Van Serendip."(Serendip is de oude perzische naam van Sri Lanka).Toen ze op reis waren deden ze dikwijls,door toeval en wijsheid, ontdekkingen op gebieden waar ze niet op zoek waren.Een versie van Serendipity luidt: "....the effect by which one accidentally discovers something fortunate,especially while looking for something else entirely."Om een nuttig effect te sorteren moet serendipiteit samengaan met "wijsheid" ofwel met de gave correlaties te vinden tussen toevallige observaties en het onderzoek zelf.Sommige wetenschappers zijn niet bereid toevallige observaties te vermelden en rangschikken die meestal als vergissingen of artefacts terwijl andere openlijk aanvaarden dat serendipiteit wel een rol kan spelen en af en toe een doorslaggevende betekenis hebben. Er zijn in de natuurwetenschappen zeer veel gevallen van serendipiteit bekend. Drie markante voorbeelden zijn: -De ontdekking van penicilline door Alexander Fleming. Fleming was vergeten cultuurmedia voor bacterieën te ontsmetten toen hij op reis vertrok.Bij zijn terugkomst vond hij deze cultuurmedia verontreinigd door schimmels (penicillium notatum).Op sommige plaatsen waren de bacterieën vernietigd.Zijn aandacht werd hierdoor getrokken en zo werd penicilline gevonden.Fleming had ervaring opgedaan op het gebied van antibacteriële stoffen en was dus enigszins voorbereid om aan deze waarneming zijn volle aandacht te schenken. -De X-stralen (of beter de Roentgen stralen) werden toevallig waargenomen door W.Roentgen tijdens het onderzoek van cathodestraal buizen (bv.deze die gebruikt werden in de eerste vorm van TV toestellen).Hij merkte op dat sommige fluorescerende media (bv.schermen),gesitueerd op enige afstand van zijn meetopstelling,oplichtten.Door absorberende materialen (bv.beenderen) tussen de cathode buis en het fluorescerend scherm te plaatsen kon hij foto's maken van inwendige skelet structuren zoals de hand van zijn vrouw. -De ontdekking van LSD door Albert Hoffmann.(Overleden in 2008) Deze wetenschapper beschrijft zelf beter het aspect serendipiteit in het kader van zijn onderzoek:"It is true that my discovery of LSD was a chance discovery,but it was the outcome of planned experiments and these experiments took place in the framework of systematic pharmaceutical,chemical research.It could better be described as serendipirty." Men komt beter tot de uitspraak van Pasteur over "Les esprits préparés" als men weet dat de meeste "toevallige ontdekkingen" gebeuren in het kader van de eigen specialiteit van de onderzoeker. Talrijke voorbeelden uit zeer diverse takken van de wetenschap worden vermeld in:www.wikipedia.org/serendipity. Aan de hand van deze voorbeelden kan men verder de serendipiteit beter illustreren. In mijn eigen onderzoek heb ik verschillende malen toevallige waarnemingen gedaan tijdens het uitvoeren van experimenten.Door voldoende aandacht aan deze observaties te schenken werd,tot driemaal toe,het onderzoek beinvloed en in een vruchtbare richting gestuurd.
Falsificatie theorie in het wetenschappelijk onderzoek.
Een belangrijke faze in het processus van het wetenschappelijk onderzoek is het formuleren van een theorie op basis van een hypothese na het verzamelen van observaties en experimentele data.Om door iedereen aanvaard te kunnen worden moet echter de theorie op haar validiteit getoetst worden.Een techniek om dit te doen berust op de falsificatie theorie bestudeerd en beschreven door Karl Popper. Karl Popper (1902-1994) was de meest vooraanstaande wetenschapsfilosoof van de 20e eeuw (na Bertrand Russell).Hij werd geboren in Oostenrijk,emigreerde in 1937 naar New Zealand om te ontsnappen aan het Nazi regime en kwam daarna in 1946 naar Londen waar hij werkte aan de London School of Economy.Zijn werk "The Logic of Scientific Discovery" (1959) is algemeen herkend als een klassiek in zijn genre.In verschillende domeinen toonde Popper aan dat theorieën die in het begin wetenschappelijk schenen daarna degenereren tot pseudo-wetenschappelijke dogma's (bv.psychoanalyse en marxisme).Dit bracht Popper tot het formuleren van zijn falsificatie beginsel als demarcatie tussen wetenschap en niet-wetenschap.De toepasbaarheid van de falsificatie theorie werd prachtig gedemonstreerd in het geval van de algemene relativiteitstheorie van Einstein.Deze theorie voorzag dat een lichtstraal afgebogen kon worden door een massief lichaam (licht van een ster bij het passeren langs de zon).Dit werd effectief waargenomen tijden een zonne-eclips.De relativiteitstheorie werd dan gepromoveerd tot echte wetenschap en Einstein werd op slag wereldberoemd.Voor Popper was dit niet het geval voor de psychoanalyse en voor het marxisme.In deze gevallen kan er geen falsificatie toegepast worden omdat er steed een ad hoc hypothese kan geformuleerd worden waardoor deze theorieën steeds compatibel blijven met de feiten.Het zijn dus geen echte wetenschappelijke theorieën;in het beste geval is psychoanalyse een pseudo-wetenschap.Karl Popper is wel zo eerlijk om op te merken dat door de vooruitgang een theorie die aanvankelijk als niet-wetenschappelijk bestempeld werd toch nog kan herzien worden en de status van goede wetenschap kan krijgen.Met de vooruitgang op het gebied van de neurobiologie zou dit voor de psychoanalyse misschien wel het geval kunnen zijn.In de laatste jaren schijnt alles in deze richting te wijzen.Voor het marxisme is het wel hopeloos.Een analyse van de falsificatie in het geval van de algemene relativiteitstheorie is goed beschreven in http://www.quackfiles.com.In "Science as falsification" formuleerde Popper zijn visie in zeven belangrijke criteria.Enkele citaten van Karl Popper illustreren de falsificatie van een theorie in het wetenschappelijk onderzoek: a)"We weten nooit of iets waar is;we kunnen alleen weten of iets onwaar is." b)"Hoeveel feiten je ook verzamelt,er blijven er altijd oneindig veel die je niet gezien hebt." Voor a en b is de formulering van Karl Popper duidelijk in de volgende citaten uit "Science as falsification." "With Einstein's theory the situation was strikingly different.Take one typical instance-Einstein's prediction,just then confirmed by the finding of Eddington's expedition.Einstein's gavitational theory had led to the result that light must be attracted by heavy bodies (such as the sun),precisely as material bodies were attracted.As a consequence it could be calculated that light from a distant fixed star whose apparent position was close to the sun would reach the earth from such a direction that the star would seem to be slightly shifted away from the sun;or,in other words,that stars close to the sun would look as if they had moved a little away from the sun,and from one another.This is a thing which cannot normally be observed since such stars are rendered invisible in daytime by the sun's overwhelming brightness;but during an eclipse it is possible to taken photographs of them.If the same constellation is photographed at night one can measure the distance on the two photographs,and check the predicted effect."
What makes a theory scientific? "The big question about a theory is whether it's right or wrong. Unfortunately,it's impossible to know that a scientific theory is right.The theory may agree beautifully with all the evidence,today.But science isn't like mathematics.There can be no guarantee about what evidence we will discover tomorrow.So,we go for the next best thing,which is proving theories wrong.That's easy.You just find some evidence that contradicts what the theory says.The theory is the falsified and stays that way.So,a scientific theory is one which can in principle be falsified.The theory has to make strong statements about evidence.If the statements aren't strong,then the theory fits any evidence and is unfalsifiable.That's bad.It's bad for three practical reasons.First,a theory which can't make predictions is a dead end.Second,it would be useless.Oil companies are very pleased that geologists can predict where to drill for oil.And third,if we have two rival theories,we want to use evidence to choose between them.If they are unfalsifiable,then evidence doesn't do that for us."
De belangrijke fazen van het wetenschappelijk onderzoek.
Hoe in de natuurwetenschappen een onderzoek ondernomen wordt hangt af van zeer uiteenlopende factoren zoals persoonlijke of maatschappelijke belangen.In ieder ondezoek onderscheidt men echter drie belangrijke fazen:de observatie-het experiment -het openbaar maken van de resultaten en/of de theorie.Iedere faze is onontbeerlijk maar het fundamenteel belang van de experimenten is voor iedereen duidelijk zoals blijkt uit de volgende citaten: -Max Planck,de grondlegger van de kwantum theorie,formuleerde het zo in 1900:"Experiments are the only means of knowledge at our disposal.The rest is poetry,imagination."Planck schijnt dus ook het aspect verbeelding in dit citaat te onderstrepen. -Volgens een van de vaders van het elektromagnetisme Michaël Faraday ( de andere is J.C.Maxwell) zijn de data verzameld in de experimenten doorslaggevend:"The facts are the gifts of experiments;without experiments I am nothing." -Dichter bij ons stelde de nederlandse Nobelprijs winnaar Martinus Veltman het zo:"Physics implies that the theoretical ideas discussed must be supported by experimental facts."(zie Facts and Mysteries in elementary particle physics). -Tenslotte nog twee citaten van Henri Poincaré:"It is by logic that we prove but by intuition that we discover." en "L'expérience est la source de la vérité."Men kan niet beter de complementariteit expriment/verbeelding uitdrukken.De experimentele faze kan op haar beurt onderverdeeld worden in de volgende stappen:de analyse van de gegevens bekomen door observatie en door metingen,aan de hand van deze analyse het formuleren van een hypothese,de toetsing van de hypothese op haar geldigheid en,als alles gunstig verloopt,de formulering van een theorie die geopenbaard moet worden om tenslotte aanvaard te kunnen worden. Nu moeten echter nog belangrijke opmerkingen gemaakt worden.Normalerwijze wordt een wetenschappelijk onderzoek uitgevoerd op basis van een referentiekader algemeen aanvaard door de wetenschappelijke gemeenschap op het ogenblik van de uitvoering van het experiment.Dit referentiekader wordt ook paradigma genoemd.Een wetenschappelijke theorie is echter nooit een dogma.Het gebeurt dikwijls dat,na het formuleren van een theorie,feiten aan het licht komen die in het kader van de theorie niet kunnen uitgelegd worden of dat,door de evolutie van de meet- en observatie technieken nieuwe inzichten ontstaan.Het is dan tijd om het gevolgde referentiekader aan te passen.Dit noemt men dan een "paradigma shift".De basis van een paradigma shift werd grondig bestudeerd door Thomas Kuhn (USA 1922-1996) in zijn belangrijk werk van 1962:"The structure of scientific revolutions.-SSR."Om dit aspect van het wetenschappelijk onderzoek te illustreren kan men best enkele voorbeelden van paradigma shift beschrijven.Een eerste voorbeeld vindt men in de astronomie.Tot het begin van de 17e eeuw werd algemeen aanvaard dat de zon rond de aarde draaide.Dit was niet zo verwonderlijk omdat de obervatiemogelijkheden herleid waren tot een eenvoudige visuele waarneming van de opkomende en ondergaande zon.Deze visie werd aanvaard als dogma door de toen gevestigde macht,zeer specifiek door de Katholieke Kerk.Dit kwam neer de mens op aarde centraal te stellen.Hieraan twijfelen werd gelijk gesteld aan ketterij.Sommige hebben door er aan te twijfelen hun leven door verloren (G.Bruno).Op basis van waarnemingen met zelf geconstrueerde telescopen begon Galilei in deze periode belangrijke ontdekkingen te doen door observatie van de hemellichamen.Hiermee begon hij een aanval te doen op de toen gangbare visie.Hij werd daarvoor door de Kerk zeer zwaar gestraft.Zijn visie leidde tot een paradigma shift: niet de zon draaide rond de aarde maar wel andersom de aarde draaide rond de zon.Toen begon men te spreken van "heliocentrisme".De visie van Galilei werd echter verder onderschreven en bestudeerd door geleerden zoals N.Copernicus (men begon dan ook te spreken van de Copernicaanse revolutie) en J.Kepler.Tenslotte werd het geheel van waarnemingen in de astronomie verder uitgebouwd door de grote Isaac Newton.Dit allemaal tijdens de 17e eeuw.Newton gebruikte voor de eerste keer de wiskunde als instrument om de toenmalige kennis een stevige logische basis te geven.Hij beschreef dit allemaal in zijn wereldberoemd werk :"Philisophiae Naturalis Principia Mathematica."In die tijd werd de wetenschap nog als een tak van de filosofie beschouwd.Wie zich nu in de 21e eeuw wetenschapper noemt moet de "Principia" als een fundament van de moderne wetenschap beschouwen.De werken van Newton werden samengevat in de wetten van de zwaartekracht (gravitatie) en vormden het kader van de "Mechanica van Newton".Voor ons dagelijks leven is deze mechanica nog steeds van toepassing.Nochtans.....op het einde van de 19e euw werden waarnemingen gedaan in de astronomie die niet in overeenstemming waren met de theorie nan Newton.Er was dus nood aan een nieuw paradigma shift.Het is Albert Einstein die hiervoor gezorgd heeft met zijn speciale relativiteitstheorie van 1912 en enkele jaren later met zijn algeme relativiteitstheorie die de gravitatiewetten van Newton een nieuwe dimensie gaven namelijk de intieme koppeling van ruimte en tijd en de kromming van de ruimte door de materie.De gevolgen van dit paradigma shift zijn nu nog van kracht.Ze zijn echter niet direct waarneembaar,althans niet in het dagelijks leven.Het is wel de moeite waard te signaleren dat de moderne veel geprezen GPS systemen gebaseerd zijn op de werken van Einstein.Omdat de zoektocht naar kennis in de natuurwetenschap nooit ten einde is,zijn er nu reeds prille aanwijzingen dat er aan de theorie van Einstein hier en daar onvolmaaktheden blijven kleven.Dit is een bewijs dat de zoektocht van de mens naar de kennis van de werkelijkheid steeds voortgaat en,wie weet, misschien nooit zal eindigen. Een analoge evolutie kan beschreven worden voor wat betreft de kennis van de structuur van de materie:van de "ondeelbare" atomen van Democritos tot de hedendaagse fysica van de hoge energîeën die in de 21e eeuw een nieuw elan zal krijgen door de geplande experimenten met de LHC versneller van de CERN in Genève. Er staat ons zeker nog meer te wachten in de natuurwetenschap.
De verbeelding is een essentieel element in de beoefening van de natuurwetenschappen.Uit de literatuur zijn er markante voorbeelden van deze stelling.De allerbelangrijkste is (volgens mij) deze van Albert Einstein die zei dat de verbeelding belangrijker was dan de kennis:"L'imagination est plus importante que le savoir."Niemand wist dit beter dan Einstein want aan de oorsprong van de relativiteitstheorie in 1912 werd er door hem gebruik gemaakt van "gedachte experimenten (Gedanken experiment)" waarin de verbeelding een hoofdrol gespeeld heeft.Een andere groot geleerde die de verbeelding aanprees was Friedrich August Kékulé (1829-1896).Deze duitse geleerde is aan de basis van de chemische structuur van de aromatische structuren (zoals benzeen).Hij is een tijd leraar geweest aan de Universiteit van Gent en is uitzonderlijk hoog gewaardeerd in België;vandaar de regelmatige organisatie van de Kékulé cyclus door de KVCV (Koninklijke Vlaamse Chemische Vereniging) die belangrijke evoluties in de wetenschap aan het groot publiek voorstelt aan de Universiteit van Antwerpen.Kékulé spoorde de wetenschappers aan om te "dromen":"Lernen wir traümen dann finden wir vielleicht die Wahreit".Hiermee bedoelde hij dat een wetenschapper soms over de bekomen resultaten van zijn experimenten moet kunnen "dromen" maw zich erover bezinnen vooraleer een hypothese te formuleren.Persoonlijk ben ik tijdens mijn wetenschappelijke loopbaan geconfronteerd geweest met netelige punten waarvoor op eerste zicht geen verklaring voor gegeven kon worden.Het heeft mij dikwijls geholpen een tijdje afstand te doen van het experimenteel werk en mij in bezinning te verdiepen bv gedurende lange wandelingen en ook soms met een probleem te gaan slapen;de volgende dag scheen er een verklaring in zicht te komen.Dit noem ik echt het "traümen" van Kékulé.Zelfs in de tijd van prestatiedruk,ook in de wetenschap,zou het goed zijn deze gouden regel af en toe te volgen.
Over de essentie van de natuurwetenschap en de eigenschappen ervan.
De beoefening van de natuurwetenschap vertoont een reeks typische aspecten die goed verwoord worden door talrijke belangrijke wetenschappers zoals A.Einstein die schreef dat het doel van iedere intellectuele activiteit is het geheimzinnige tot iets begrijpelijks terug te brengen of zoals Marie Curie die zei:"Ik behoor tot degenen die van mening zijn dat er een grote schoonheid verborgen ligt in de wetenschap".De belangstelling van de mens voor de kennis van de natuur is een fundamentele eigenschap van zijn soort.Van in de tijd van de prehistorie is de mens steeds op zoek geweest naar een uitleg voor de stimuli die op hem afkwamen uit de buitenwereld door zijn zintuigen maar ook vanuit het binnenste van zijn eigen lichaam.Met de evolutie van het bewustzijn en de hiermee gepaard gaande steeds groeiende werking van de cognitieve eigenschappen is onze soort nu meer dan ooit op zoek gegaan naar de kennis van de werkelijkheid;deze zoektocht is zeker nog ver van gedaan.Alles begon met de VERWONDERING zoals Aristoteles het reeds formuleerde.Maar de VERWONDERING moet steeds gepaard gaan met de noodzakelijke VERBEELDING.Hiervan getuigen een reeks citaten die verder zullen aangehaald worden.
