Visions of the Future

Hoe groot is het heelal? Heeft het een grens?

Het heelal is groot, dat weet iedereen. Maar hoe groot is het precies? Is het onbegrensd? Of is het eindig? Of is het beide? Vooraleer ik die vragen zal proberen te beantwoorden, wil ik jullie eerst een indruk geven over de immense grootte van het heelal.

Stel dat we op reis vertrekken en gemiddeld 100 km per uur vliegen. Laten we starten aan de grote markt van Leuven. Na 78 seconden bereiken we het kasteel van Arenberg in Heverlee en na een kwartiertje komen we voorbij Tienen. Een groot uur na onze start komen we aan in de hoge venen. Na 10 uur vliegen, ligt Zagreb, de hoofdstad van Kroatië, pal onder ons. We reizen verder en na een volledige dag hangen we boven Kreta. Om aan dit tempo de Zuidpool te bereiken hebben we precies een week nodig.

Erg praktisch om ruimtereizen te maken is dit niet, dus lenen we eens tuigje van de ESA dat 50.000 km per uur haalt. Dat is nodig, want om niet terug te vallen op aarde is er een ontsnappingssnelheid van ongeveer 40.000 km per uur nodig. Ons nieuwe ruimtetuig blijkt een hele verbetering, want om de Zuidpool te bereiken zouden we in plaats van een week nog slechts 19 minuten nodig hebben. Vanaf nu stoppen we met over het aardoppervlak te sjezen en vliegen we verticaal omhoog. Na 31 seconden vliegt het ISS aan ons raampje voorbij en na zo'n half uurtje liggen zowat alle satellieten achter - of onder - ons. Na 6 tot 8 uur vliegen - hangt af van welk tijdstip van het jaar we onze reis plannen - bereiken we de maan. Als bij toeval Mars op zijn dichtste afstand tot ons staat, dan zou het bijna 2 maanden duren vooraleer we bij onze buurplaneet aankomen. Hebben we pech, dan zijn we 10 maanden onderweg. Om Pluto te bereiken, hebben we 14 jaar nodig. Daar stopt onze reis echter niet, we willen verder. Helaas zouden we met ons ruimteschip ongeveer 93.000 jaar onderweg zijn om de dichtstbijzijnde ster te bereiken.

Opnieuw hebben we dus nood aan een verbeterd ruimtetuig. Gelukkig heeft de NASA nog een voertuig op overschot waarmee we de lichtsnelheid kunnen halen. Niets kan sneller gaan dan het licht, ongeveer 300.000 km per seconde of 1.08 miljard kilometer per uur. Met ons verbeterde ruimtetuig doen we er geen 14 jaar meer over om naar Pluto te reizen, maar slechts 5 uur en 28 minuten. De dichtstbijzijnde ster bereiken we nu in 'amper' 4.3 jaar. Na 431 jaar vliegen, bereiken we de poolster en om de andere kant van onze melkweg te bereiken, zijn we 100.000 jaar onderweg. Willen we ons buursterrenstelsel Andromeda bezoeken, dan hebben we 2.5 miljoen jaar nodig. Om een exotische reis te maken naar het stelsel van onderstaande foto, moeten we 45 miljoen jaar vliegen. Als je weet dat er sterrenstelsels zijn die nog honderden keren verder weg staan, dan heb je nu waarschijnlijk een indruk van de grootte van het - waarneembare - heelal.

Hoe groot het heelal precies is, is niet makkelijk te zeggen. Ons heelal is 13.7 miljard jaar oud en niets kan sneller gaan dan het licht, dus zou je denken dat het heelal maximaal 13.7 miljard lichtjaar groot kan zijn. Toch is dit niet juist, in realiteit ligt het iets ingewikkelder.

Het kan best zijn dat er objecten bestaan die honderden miljarden lichtjaren van ons verwijderd zijn. Helaas is het onmogelijk die te zien, omdat hun licht ons nog niet heeft kunnen bereiken. Toch behoren ze tot ons heelal. Daarom maken we een onderscheid tussen het fysisch en het waarneembaar heelal. Die objecten die op honderden miljarden lichtjaren staan, zouden dus tot het fysische heelal behoren, maar niet tot het waarneembare. Pas op, het kan ook zijn dat het fysische heelal kleiner is dan het waarneembare. Op het eerste zicht lijkt dit paradoxaal, maar in zo'n heelal zouden verre sterrenstelsel kopieën zijn van dichterbij gelegen sterrenstelsels, waarvan hun licht ons via de andere kant bereikt heeft. Bekijk het op deze manier: Je kan op onze aarde 35.000 km vliegen naar een bepaalde plaats en dus zeggen dat die plaats op 35.000 km afstand ligt. Je kon echter evengoed 5.000 km in de andere richting vliegen, zodat dezelfde plaats slechts op 5.000 km afstand lag. In feite is dit voorbeeld compleet dezelfde situatie, maar dan een dimensie lager. Als je niet echt begrijpt wat ik hiermee bedoel, lees dan eerst het artikel uit en herhaal daarna deze passage nog eens. Dan moet het wel duidelijk worden. Of het fysisch heelal nu uiteindelijk groter of kleiner is dan het waarneembaar heelal hangt compleet af van de kromming van ons heelal.

Als een object op 13.7 miljard lichtjaar van ons afstaat, hoelang doet zijn licht er dan over om ons te bereiken? 13.7 miljard jaar? Neen... Omdat ons heelal uitdijt - hoe verder een object van ons af staat, hoe sneller het zelfs wegvliegt - wordt de afstand tussen ons en het object steeds groter en doet het licht er veel langer dan 13.7 miljard jaar over. Wanneer je gebruik maakt van een kosmologisch model dat de uitdijing van het heelal beschrijft kan je berekenen hoelang dat licht er zou over doen om ons te bereiken. Je kan met dat model ook berekenen hoe ver een object, waarvan het licht ons nu bereikt, 13.7 miljard jaar geleden van ons afstond. Het antwoord is slechts 36 miljoen lichtjaar. Nog niet zo ver als het sterrenstelsel van de foto hierboven!

Misschien herhaal ik dat laatste beter even, het is belangrijk: Licht dat 13.7 miljard jaar gereisd heeft en dat ons vandaag bereikt, is afkomstig van een lichtbron die 13.7 miljard jaar geleden op een afstand van 36 miljoen lichtjaar van ons afstond. Door de uitdijing van ons heelal staat datzelfde object vandaag op 46 miljard lichtjaar afstand. Dát is de huidige straal van het waarneembare heelal.

Enkele opmerkingen komen hier wel op hun plaats. Aandachtige lezers zullen zeggen: "13.7 miljard jaar geleden, wanneer de oerknal plaatsvond, dan kon een object toch niet op 36 miljoen lichtjaar afstand staan? Tijdens de oerknal was het volledige heelal immers een punt." Toch klopt wat ik gezegd heb. Dat komt doordat de oerknal niet plaatsvond in één punt, maar in elk punt van de ruimte. Dat is voor ons moeilijk te bevatten, omdat we leven in een driedimensionale wereld. De oerknal vond immers plaats in een hogere dimensie. Om te verduidelijken wat ik bedoel en om even op adem te komen vertel ik jullie het verhaaltje over de 2D-wezens (*).

Stel je een bol voor met een straal van miljarden lichtjaren en met 2D-wezens op het oppervlak. Deze wezens hebben dus een lengte en breedte, maar ze zijn volledig plat. Ze leven in een tweedimensionale wereld en kunnen zich een derde dimensie onmogelijk voorstellen. Toch is hun universum driedimensionaal: de bol waarop ze leven heeft namelijk ook een hoogte.

Na observaties merken de 2D-wezens dat hun heelal uitdijt en dat het dus moet ontstaan zijn met een oerknal. Stippen op hun bol verwijderen zich steeds verder van elkaar, zoals bij een enorme ballon die opgeblazen wordt. Vanzelfsprekend vond hun oerknal midden in de bol plaats. Het heelal van de 2D-wezens, het oppervlak van de bol, ontstond volledig uit dat ene punt. Hun oerknal vond dus plaats in elk punt van hun tweedimensionale heelal.

Stappen we nu een dimensie hoger, dan komen we in ons heelal. Wij leven in een driedimensionale wereld, maar in werkelijkheid is ons heelal een hyperbol, een soort meerdimensionale bol. Onze volledige heelal ontstond uit een oerknal in een hogere dimensie en vond dus plaats in elk punt van het heelal.

Herinner je dat ik daarnet zei: "Dat komt doordat de oerknal niet plaatsvond in één punt, maar in elk punt in de ruimte." Die zin kan je met de kennis die je nu hebt aanpassen tot: Dat komt doordat de oerknal niet plaatsvond in één punt in de driedimensionale ruimte, maar in elk punt van de driedimensionale ruimte. Hij vond plaats in één punt in een meerdimensionale ruimte.

Nu kunnen we ons afvragen of het heelal onbegrensd is of niet. Archytas, filosoof en opperbevelhebber van de stadstaat Tarentum, bewees in de vierde eeuw op zijn eigen manier dat het heelal onbegrensd was. Hij zei: "Stel dat ik aan de uiterste grens van het heelal sta. Als ik dan een stok naar voren steek, wat raak ik dan?" Archytas dacht dat hij met de stok in de ruimte zou prikken. Dus lag er achter de grens van het heelal nog ruimte, wat betekende dat het heelal geen grenzen had. Hoewel Archytas tevreden was met zijn bewijs, willen wij toch liever wetenschappelijk achterhalen hoe dat nu eigenlijk zit met de grens van het heelal.

Helemaal aan het begin van deze post typte ik over ons heelal: "Is het onbegrensd? Of is het eindig? Of is het beide?" Hoe kan iets nu onbegrensd en tegelijk eindig zijn? Opnieuw komen onze 2D-wezens goed van pas. De bol waarop ze leven is eindig in de derde dimensie, maar toch lijkt hij voor een 2D-wezen onbegrensd. Een 2D-wezen kan zich onmogelijk voorstellen hoe iemand die ooit westwaarts trekt, plots vanuit het oosten zal komen opdagen. Net op dezelfde manier is ons heelal eindig in een hogere dimensie, maar in onze derde dimensie is ons heelal onbegrensd. Als ons heelal de juiste kromming heeft, dan is het mogelijk dat je na miljarden jaren reizen aan de lichtsnelheid plots terug thuis uitkomt. Probeer je dat niet voor te stellen, we zijn in hogere dimensies even beperkt als 2D-wezens in de derde dimensie. Gelukkig kennen we zoiets als wiskunde, waarmee we in hogere dimensies kunnen rekenen.

Waarom bewegen je écht jonger houdt

Bewegen houdt je jonger. Niet enkel joggen of fietsen of een andere bewegingsactiviteit, ik bedoel echt iedere vorm van beweging. Meer nog, hoe sneller je beweegt, hoe minder snel je oud wordt. Wie zijn hele leven in een vliegtuig doorbrengt zal minder snel ouder worden dan iemand die dagelijks in zijn zetel zit. Wie in een raket zou leven die aan snelheden vliegt die de geluidssnelheid doen verbleken zal nog trager verouderen. Als dit je wat vreemd in de oren klinkt, wees gerust, dat is het ook. Maar het is wel waar. Wil je het bewijs zien, lees dan verder en laat je wereldbeeld op zijn kop zetten.

Stel dat je met je auto aan 100km per uur naar het noorden rijdt. Na een tijdje neem je een flauwe bocht naar links, zodat je nu richting noordwesten aan het bewegen bent. Je snelheid is nog steeds 100km per uur, maar je snelheid in noordelijke richting zal minder zijn. Een deel van je snelheid naar het noorden is immers omgezet in snelheid naar het westen. Dit is een erg simpel voorbeeldje, maar we hebben het straks nodig als opstapje naar de climax van het verhaal. Hou het dus in je achterhoofd.

We vinden het vanzelfsprekend dat voorwerpen in 3 dimensies kunnen bewegen, maar in feite is er nog een vierde dimensie die minstens even belangrijk is: de tijd. Op elk willekeurig moment beweeg je namelijk onverbiddelijk van de ene seconde naar de volgende. Natuurkundigen dachten eeuwenlang dat deze twee vormen van beweging, namelijk beweging door de tijd en beweging door de ruimte volkomen los van elkaar bestonden. Maar toen kwam er ene Einstein om het hoekje kijken. Einstein ontdekte dat er een nauw verband bestond tussen beide. Dit is de revolutionaire ontdekking van de speciale relativiteitstheorie. Laten we eens bekijken wat dit betekent:

Wanneer je een geparkeerde auto observeert, dan beweegt deze niet in de ruimte. Alle beweging van de auto vindt in de tijd plaats. Als de auto nu echter wegrijdt, wordt een deel van zijn beweging door de tijd omgezet in beweging door de ruimte. Net zoals in het voorbeeldje van daarnet onze snelheid in noordelijke richting verminderde wanneer we in noordwestelijke richting reden, zal nu de snelheid van de auto door de tijd verminderen wanneer een deel van zijn beweging in de tijd wordt omgezet door beweging in de ruimte. Lees deze zin gerust nog een paar keer tot je ze echt helemaal doorhebt, want wanneer je dit voor de eerste keer hoort wordt je wereldbeeld echt op zijn kop gezet. Dit wil namelijk zeggen dat de tijd voor de bewegende auto en zijn bestuurder langzamer gaat dan voor jij die in rust langs de kant staat te kijken.

Wanneer Einstein deze redenering nog een stap verder doorvoerde, kwam hij tot de volgende wet: De gecombineerde snelheid van de beweging van elk voorwerp door de ruimte en zijn beweging door de tijd is exact gelijk aan de lichtsnelheid, namelijk 300.000km per seconde. De twee soorten beweging (door ruimte en tijd) zijn dus volledig complementair.

Eventjes een voorbeeld ter verduidelijking: Op dit moment zit je waarschijnlijk voor je pc deze blogpost te lezen. Je beweegt dus niet door de ruimte en daarom vindt al je beweging in de tijd plaats. Wanneer je echter in je privéjet zou stappen, dan wordt een deel van je beweging door de tijd omgezet in beweging door de ruimte. De snelheid van je beweging in de tijd zal dus verminderen. Of met andere woorden: wanneer je na enkele uren vliegen uitstapt zal je uurwerk iets achterlopen op dat van een persoon die de hele tijd heeft stilgezeten. Deze vertraging is natuurlijk miniem, maar is in 1971 effectief gemeten. Met behulp van atoomklokken heeft men kunnen nagaan dat de klok die met een vliegtuig meegereisd was een paar hondermiljardste van een seconde achterliep op een uurwerk dat achtergebleven was. Stap je nu in een raket van de toekomst die 225.000km per seconde haalt, dan wordt nog meer van je snelheid door de tijd omgezet in snelheid door de ruimte. Je uurwerk zal nu tweederde maal zo langzaam tikken als een horloge op de begane grond. Wanneer er op aarde dus 3 uur voorbij zou gaan, dan gaat er op jouw uurwerk slecht 2 uur voorbij. In het uiterste geval, wanneer je met de lichtsnelheid zou voortbewegen, dan wordt al je snelheid door de tijd omgezet in snelheid door de ruimte. Moest een lichtdeeltje, een foton, dus een uurwerk dragen, dan zou het niet tikken.

Zoals uit deze redenering blijkt zijn de effecten van de speciale relativiteitstheorie dus het duidelijkst merkbaar bij snelheden (door de ruimte) dicht in de buurt van de lichtsnelheid. Bij onze alledaagse snelheden is de afwijking in tijd natuurlijk miniem, maar deze afwijking is wel degelijk aanwezig.

Vandaar dus de titel van deze post. Hoe sneller je beweegt in de ruimte, hoe meer je snelheid door de tijd afneemt en hoe minder snel je dus ouder wordt.

Hoe klein is de grens tussen mensen en dieren?

Susan Savage-Rumbaugh doet al jaren onderzoek bij verschillende soorten mensapen. In onderstaande video spreekt ze over haar ervaringen met de bonobo, een minder bekende soort dan bijvoorbeeld de chimpansee, maar volledig onterecht eigenlijk.

De kernvraag die je tijdens de volledige video in je achterhoofd moet houden is: “Wat is nu eigenlijk het verschil tussen mensen en dieren?” Is het biologisch? Of komt het door onze cultuur? Waarschijnlijk is het een combinatie van beide, maar de bijdrage van cultuur wordt volgens mij zwaar onderschat. Neem het voorbeeld van ‘bird boy’, een zevenjarig jongetje dat vorig jaar door welzijnswerkers gevonden werd in een kamer vol met vogels in kooien. De jongen was volledig verwaarloosd door zijn moeder, het enige wat ze deed was hem te eten geven. Wat blijkt? Bird boy communiceert door te tsjilpen en met zijn armen te wapperen.

Een ander voorbeeld is het Oekraïens meisje Oxana Malaya. Haar drankverslaafde ouders verwaarloosden haar compleet, zodat Oxana tot haar zesde opgroeide enkel en alleen in het gezelschap van honden. Toen ze werd ontdekt, gromde en blafte Oxana als een wilde hond en snuffelde ze aan haar eten vooraleer ervan te eten. Wat nog opmerkelijker is: haar gehoor, zicht en reukzin waren fenomenaal.

Zo zijn er tientallen voorbeelden van kinderen die opgegroeid zijn tussen wolven, honden, beren, kippen of apen en hun gedrag aanpasten aan hun ’soortgenoten’.

De link met de Ted-talk hieronder is de volgende: Is het omgekeerde ook mogelijk? Kan je dieren in een zodanig stimulerende omgeving plaatsen dat ze menselijk worden en enkele opmerkelijke gewoontes overnemen? Bekijk deze video om het te weten te komen…

Revolutie door competitie: X prize foundation

Er is een probleem in de ruimtevaartbusiness. Waarom is de groei van ruimtevaart min of meer aan het stagneren en waarom is luchtvaart daarentegen op korte tijd gegroeid - zeg maar geëxplodeerd - tot wat het nu is? Het antwoord is simpel: Luchtvaart is volledig geprivatiseerd, terwijl ruimtevaart nog grotendeels een overheidszaak is.

Om ruimtevaart deze eeuw net zo te laten boomen als luchtvaart tijdens de vorige, probeert de X prize foundation bedrijven te stimuleren om in de ruimtevaartindustrie te stappen. Ze loven hiervoor prijzen uit voor het eerste bedrijf - zeg maar team - dat naar de maan vliegt en daar enkele opdrachten vervult. Opdrachten zoals onder andere een maannacht overleven of een bepaalde afstand afleggen…Dat soort zaken.

Het idee om prijzen uit te loven voor ‘onmogelijke’ opdrachten, met de bedoeling nieuwe technologieën te laten ontwikkelen is echter niet nieuw. Charles Lindbergh vloog in 1927 niet als eerste de Atlantische Oceaan over voor zijn plezier, maar omdat hij daar een prijs van 25.000 dollar mee kon winnen. De ochtend van 20 mei 1927 stond Lindbergh nog bekend als the Flying Fool, de avond van 21 mei was hij Lucky Lindy. Hij werd een held en 18 maanden na zijn prestatie was het aantal Amerikaanse vliegtuigpassagiers gestegen 6000 naar 180.000. Net daarin ligt de kracht van dit soort wedstrijden. Ze populariseren een ambitieus idee, zodat er een markt voor ontstaat.

Helemaal origineel is de X-prize foundation dus niet, maar de schaal waarop deze ‘techniek’ van prijzen uitloven voor mijlpalen in wetenschap en techniek wordt toegepast, is ongezien. Er worden immers niet enkel op het gebied van ruimtevaart prijzen uitgeloofd. Er zijn 5 categorieën - Exploration, education, life sciences, energy & environment, global development - waarin wedstrijden georganiseerd worden. Zo kan je met de Archon genomics X prize een prijs van 10 miljoen dollar winnen. De komende jaren zullen nog tientallen ambitieuze wedstrijden gelanceerd worden.

In onderstaande video legt Peter Diamandis, de oprichter van X prize foundation, uit hoe deze ontstaan is en wat we in de toekomst nog mogen verwachten. De video is opgenomen op 12 september 2008, behoorlijk recent dus.

De video kan hier gevonden worden.

ID als handrem op wetenschappelijke vooruitgang

In onderstaande video heeft één van mijn persoonlijke helden, Neil DeGrasse Tyson het over Intelligent Design, kortweg ID. Niet zozeer over wat we vandaag onder ID verstaan - denk maar aan The Bible Belt in Amerika -, al is dat natuurlijk wel de trigger om deze voordracht te houden. Wat Tyson doet is spitten naar de wortels van ID, ver weg van alle discussies over evolutieleer vs. ID in de biologielessen. Hieronder zal ik kort samenvatten wat ik uit de voordracht onthouden heb.

De rode draad doorheen Tysons voordracht is: “Waar kennis ophoudt, daar doet God zijn intrede.” Dat is geen verzonnen regeltje, het is een vaststelling die je kan doen wanneer je reist doorheen de geschiedenis. Neem bijvoorbeeld Newton. Hij was in staat de beweging van objecten onder invloed van de zwaartekracht te beschrijven, maar hij kon onmogelijk het hele zonnestelsel in evenwicht brengen. Daar hield zijn kennis op en hij introduceerde een God.

Een eeuw later was Laplace wél in staat het zonnestelsel uit te balanceren. Hij vond hiervoor een wiskundige techniek uit die voor Newton peanutts zouden geweest zijn. Wanneer Napoleon aan Laplace vroeg welke plaats God inneemt in zijn systeem, zei Laplace: “Ik had geen behoefte aan die hypothese”. Daar maakt Tyson een briljante observatie. Newton was zeker en vast in staat geweest om diezelfde wiskundige techniek uit te vinden, maar kwam er gewoon niet toe omdat hij genoegen had genomen met een God als verklaring. Daarom meent Tyson: “Geloof in een God die zijn intrede doet in onze werkelijkheid werkt als een rem op het voortschrijden van onze kennis.”

Misschien zal je dat onzin vinden, maar de geschiedenis voorziet ons wel degelijk van voorbeelden van culturen waarin geloof de voortgang van kennis niet enkel heeft vertraagd, maar zelfs heeft stopgezet. Het meest voor de hand liggende voorbeeld betreft de Arabische wereld. Van 800-1100 kende de wetenschap een enorme bloeiperiode en lag het toenmalige wetenschappelijke centrum in Baghdad. Nog steeds gebruiken we Arabische cijfers om aan algebra - op zich een Arabisch woord - te doen en nog steeds kleeft op talloze sterren een Arabisch naamkaartje.

Alles ging goed tot theoloog Hamid Al Ghazali (1058-1111) zijn intrede deed in de geschiedenis. Hij verklaarde wiskunde tot het werk van de duivel, want alle kennis die niet uit het heilige boek kwam, was verdacht. De bloei van de Arabische wetenschap stagneerde en stopte en is er nooit meer bovenop gekomen.

Tyson maakt bij dit voorbeeld twee bedenkingen. Ten eerste vraagt hij zich af hoeveel briljant geesten er misschien geboren zijn in het voorbije millenium in de Arabische wereld, maar die nooit hun talenten ten volle hebben kunnen ontplooien. In een tweede bedenking vergelijkt Tyson de toenmalige Arabische wereld met de hedendaagse Amerikaanse of gewoon de Westerse wereld. Ook vandaag krijgt wetenschap heel wat tegenwind door gelovigen. Denk maar aan de vele acties om ID in het lessenrooster te krijgen.

De ideeën die ik hier kort neergeschreven heb, worden in de video natuurlijk veel beter gestaafd door voorbeelden en analogieën, maar als ik jullie heb kunnen aanzetten tot nadenken over deze materie, dan ben ik in mijn opzet geslaagd. Geniet van de video!

Wanneer wordt onze zon wakker?

Vandaag wil ik het hebben over onze zon en haar zonne-activiteit, of beter gezegd, het uitblijven van zonne-activiteit. Want, je mag er dan misschien weinig of niets over horen of lezen in de pers, in het wetenschapswereldje is de laatste tijd meer en meer te doen over de langdurige 'winterslaap' van onze zon.

Wat is onze zon eigenlijk? De zon bestaat momenteel voor 70% uit waterstof, 28% uit helium en 2% andere stoffen zoals zuurstof, koolstof, neon, ijzer, ... Deze samenstelling is echter niet stationair. Per seconde wordt er via kernfusie zo'n 700 miljoen ton waterstof in 695 miljoen ton helium omgezet. Ter illustratie: Stel dat we met 7 miljard mensen op aarde zijn en elk gemiddeld 50 kg wegen (denk aan kinderen), dan is 700 miljoen ton tweemaal zoveel als het totale gewicht van alle mensen samen...

De 5 miljoen ton massa die overblijft, wordt uitgestraald onder de vorm van pure elektromagnetische energie. Inderdaad, energie en massa kunnen uitgewisseld worden: E=mc². Het is die elektromagnetische energie die ervoor zorgt dat je bruin wordt tijdens de zomer, dat de aarde verlicht wordt, dat planten zuurstof aanmaken en dat er leven is op aarde.

Op het oppervlak van onze zon bevindt zich een wirwar van magnetische velden. Die velden houden enorm veel energie vast en wanneer die energie plotseling vrijkomt, dan onstaan er zonnevlammen of wetenschappelijk gezegd: protuberansen. Hieronder zie je een kort filmpje met wat zonne-activiteit onder de vorm van zonnevlammen. De vreemde vorm die de zonnevlammen aannemen komt doordat de protuberansen bestaan uit geladen deeltjes en zoals jullie allemaal wel weten schikken geladen deeltjes zich volgens magnetische veldlijnen.

Een maatstaf voor de activiteit van de zon is het aantal zonnevlekken. Zonnevlekken zijn - relatief natuurlijk - donkere, koelere vlekken op het oppervlak van de zon. Hoe meer zonnevlekken er zijn, hoe actiever onze zon is en vice verse. Meer nog, er is ook een regelmaat achter te vinden. Onze zon blijkt zich aan een 11 jaar durende cyclus te houden, waarbij er tijdens het zonnemaximum een maximum - nogal logisch - aan activiteit is en tijdens het zonneminimum bijna geen. Het laatste zonnemaximum vond plaats in 2001. Bewijs hiervan is de foto hieronder waarop een gespikkelde zon te zien is.

Hieronder zie je nog een zonnevlek, maar dan ingezoomd. Die kleine vakjes die je kan zien worden granules genoemd.

Zonnevlekken werden in de oudheid al waargenomen, maar dit alleen bij perfecte omstandigheden. Bijvoorbeeld wanneer er een hele grote zonnevlek aanwezig was, kon deze tijdens een zonsondergang - overdag kan je natuurlijk niet in de zon kijken - met het blote oog gezien worden. Systematische observaties begonnen pas in de 17e eeuw, na het uitvinden van de telescoop. Één van de bekendste pioniers bij het 'ontdekken' van zonnevlekken was de uitvinder van de telescoop zelf, Galileo Galilei.

In 1843 merkte Heinrich Schwabe dat het aantal zonnevlekken een ongeveer 10 jaar durend cyclisch patroon volgde. Nog steeds wordt de zonnecyclus "de zonnecyclus van Schwabe" genoemd. In 1853 preciseerde Rudolf Wolf dat getal tot 11,1 jaar.

Momenteel bevinden we ons in het zonneminimum tussen cyclus 23 en cyclus 24. Maar, niet elke cyclus is gelijk. Sommige cycli hebben langere minima of actieve minima of actievere maxima of...Tussen 1645 en 1715 vertoonde de zon amper zonnevlekken. Die periode wordt het Maunder minimum genoemd. En wat blijkt? De globale temperatuur was toen 1 graad lager dan gewoonlijk, in de lage landen was het zelfs nog kouder dan dat. Daarom staat de periode ook bekend als 'de kleine ijstijd'. Het is toen dat Breughel zijn befaamde sneeuwtaferelen schilderde. Een gebrek aan zonne-activiteit zorgt dus voor een temperatuursdaling hier op aarde. Op de afbeelding hieronder zie je de zonneactiviteit in functie van de tijd. Bemerk Maunder minimum tijdens de tweede helft van de zeventiende eeuw.

Nu kunnen we ons de vraag stellen: Zou het omgekeerde ook waar zijn? Zou een verhoogde zonne-activiteit zorgen voor het stijgen van de temperatuur hier op aarde? Verschillende wetenschappers menen van wel en aanwijzingen zijn er ook. Als je namelijk nog eens kijkt naar de afbeelding hierboven, dan zie je dat de laatste 50 jaar de zonne-activiteit hoger kwam te liggen dan normaal. En toevallig of niet, de laatste 50 jaar swingt de temperatuur de pan uit. Bemerk ook het gemeenschappelijke dipje van beide grafieken rond 1910.

Tijdens de laatste cyclus, cyclus 23, werden alle grootterecords van zonnevlammen gebroken en dat vooral in het jaar 2003, een jaar dat bij mij toch eeuwig herinnerd zal worden als een jaar met een zomer waarin zowat alle hitterecords gebroken werden. Ik ben natuurlijk niet naïef. Deels zal dit alles wel door toeval wat bijgekleurd zijn, maar dat er een verband bestaat tussen zonneactiviteit en de temperatuur hier op aarde staat vast. De kleine ijstijd is er het bewijs van.

Zoals ik al zei bevinden we ons momenteel in het minimum tussen cyclus 23 en cyclus 24. De laatste decennia is het onderzoek naar het gedrag van de zon aardig toegenomen en talloze wetenschappers probeerden natuurlijk de activiteit van de volgende cyclus te voorspellen. Sommigen zeiden dat cyclus 24 een zwakke cyclus zou worden, andere geloofden dat de zon tijdens cyclus 24 net enorm actief zou zijn. Wie er gelijk zal hebben moet nog blijken, maar waar iedereen het wel over eens was, was het beginpunt van cyclus 24. De nieuwe cyclus zou starten in maart 2008. En daar wringt het schoentje. We zijn al januari 2009 en nog steeds is er op de zon geen noemenswaardige vlek te bespeuren.

Nu de zon het voorbije jaar meer dan 200 dagen vlekkenvrij geweest is, beweren sommigen dat er ons een nieuwe kleine ijstijd te wachten staat. Zo'n vaart zal het waarschijnlijk niet lopen, maar dat de nieuwe cyclus nu wel erg lang uitblijft begint iedereen toch lichtjes zorgen te baren. Op 23 september hield NASA nog een persconferentie omdat ze zich zorgen beginnen te maken over de huidige toestand van de zon.

Sommigen onder jullie weten misschien dat ik er van overtuigd ben dat de aarde mede door menselijk handelen aan het opwarmen is en vragen zich dan misschien af wat ik hier nu allemaal zit te zwanzen over het verband tussen zonne-activiteit en de temperatuur op aarde. Dat de aarde opwarmt, daar twijfelt niemand aan, enkel de meningsverschillen over de oorzaak ervan zorgen voor discussie. Is het de toegenomen zonne-activiteit van de afgelopen decennia? Zijn het de broeikasgassen die we uitstoten? Ik kies geen kant, volgens mij dragen beide factoren hun steentje tot global warming bij. Nog eens, of wij nu wel of niet de oorzaak zijn voor global warming doet er niet toe, dat is compleet irrelevant. Milieuvriendelijker leven is beter voor onze aarde en voor ons, sowieso.

Artificial evolution

Één van de interessantere vakken die ik vorig jaar voorgeschoteld kreeg was objectgericht programmeren in Java. In één van de lessen werd er gesproken over genetische algoritmes en artificiële evolutie - ik weet niet meer of de termen gevallen zijn, maar daar ging het in feite over.

Genetische algoritmes en artificiële evolutie zijn eigenlijk moeilijker uit te leggen dan ze te begrijpen zijn, maar ik zal een poging wagen, zodat je een beeld kunt vormen bij deze termen.

Wanneer personen in videospelletjes gesimuleerd worden, dan zijn dat objecten waaraan bepaalde opdrachten worden toegekend. Wanneer een speler in Fifa vb.een tackle maakt, of een mannetje in een ander videospel tegen iets opbotst, dan zal dat figuur steeds dezelfde beweging uitvoeren. Het karakter kan dus slechts een eindig aantal voorgeprogrammeerde bewegingen uitvoeren. Dat is natuurlijk geen goede weergave van de werkelijkheid, iets wat een simulatie bij definitie zo goed mogelijk hoort te doen.

Een oplossing voor dat probleem ligt nu net in genetische algoritmes. Deze doen - sterk vereenvoudigd - het volgende: Wanneer je bijvoorbeeld een figuur wilt laten wandelen, dan maak je eerst een zeer grote populatie objecten aan die je willekeurig laat bewegen. Het algoritme selecteert dan de objecten die het wandelen het beste benaderen en zorgt ervoor dat die objecten nakomelingen krijgen. Door mutaties zullen er tussen de nakomelingen objecten zitten die beter kunnen wandelen dan hun "ouders". Het algoritme selecteert opnieuw de beste objecten en kruist die met elkaar. Zo gaat het verder tot je een object hebt dat probleemloos kan wandelen. Het kruisen van objecten met elkaar en waarbij er mutaties optreden heet artificiële evolutie.

Het filmpje hieronder dateert al uit 1994, maar illustreert wel mooi wat ik net uitgelegd heb. Wat je te zien krijgt zijn enkele van de eindresultaten die bekomen werden nadat aan objecten een bepaalde opdracht zoals zwemmen of springen was toegekend. De maker van de software, Karl Sim is één van de pioniers op het gebied van artificiële evolutie.

Hieronder een ander filmpje, uit 2005, waarin men een vliegende vogel probeert te simuleren.

Een mooie toepassing om artificiële evolutie helemaal te snappen kan je hier downloaden. Het is een klein programmaatje, Gene Pool, dat een vijver vol "diertjes" simuleert. De diertjes moeten eten en kunnen zich voortplanten door te paren. Bij de nakomelingen treden er af en toe mutaties op waardoor er na enkele generaties een resem aan soorten kan ontstaan. Omdat een diertje dat niet tijdig aan voedsel raakt sterft, zullen de snellere zwemmers voor meer nakomelingen zorgen en zo hun genen doorgeven, zodat na verloop van tijd de snelste soorten overleven. Het is dus een erg vereenvoudigde weergave van het principe 'Survival of the Fittest'. Je kan ook een voorkeur voor liefde instellen, vb: groot, hyperactief, ander kleur, ... , zodat je bijvoorbeeld erg grote soorten krijgt. Het wordt allemaal wel duidelijk wanneer je het "spelletje" speelt. Je kan je er gerust enkele uurtjes mee experimenteren vooraleer het gaat vervelen.

Een ander voorbeeld dat erg goed bij deze post past, is de volgende video waarin Torsten Reil uitleg geeft bij deze termen. Meteen worden de vele toepassingen duidelijk en raken jullie hopelijk ook geboeid door deze vorm van programmeren. Ook deze film is al 5 jaar oud, maar iets recenter kon ik helaas niet vinden. Geniet van de video en ga desnoods zelf verder op zoek naar informatie.

Plastic, een zegen?

Wanneer we het hebben over de grootste uitvindingen van de twintigste eeuw, duikt plastic vaak op in het lijstje. Het is een stof die de dag van vandaag nog steeds alomtegenwoordig is in onze huiskamer. Plastic werd zo'n succes omdat de toepassingen oneindig waren, omdat het erg makkelijk en goedkoop te produceren is, maar vooral omdat het praktisch onverwoestbaar is. En laat dat nu net het grote probleem zijn. Omdat plastic nauwelijks recycleerbaar is - één tot drie procent van alle plastic wordt gerecycled -, wordt vrijwel alle plastic die de huiskamer verlaat ofwel verbrand, ofwel gedumpt.

De opkomst van plastic bracht enkele decennia geleden een golf van wegwerpmaterialen met zich mee. Omdat plastic zo simpel en goedkoop te maken is, moest je niet langer geld uitgeven aan een dure balpen of iets anders. Je kocht er gewoon tien plastieken voor een fractie van de prijs van een degelijk stuk. Balpen leeg? Vuilbak in!

Een ander voorbeeld van de plasticmania waren de welbekende plasticzakjes in grootwarenhuizen en kleinere winkeltjes. Waren, want gelukkig zijn die in ons land in 2007 afgeschaft. Door die afschaffing sparen we jaarlijks meer dan 200 miljoen plasticzakjes uit. Daarmee zouden we met ons kleine Belgenlandje één op vijf Chinezen een zakje kunnen geven, om maar aan te tonen hoeveel we in ons pietluttig landje produceren en wegwerpen.

Plastic is dus helemaal geen zegen, het is eerder iets waar we zo snel mogelijk vanaf willen, maar bij gebrek aan een degelijk - lees functioneel én goedkoop - alternatief hangen we min of meer vast aan onze plasticverslaving. Er zijn heel wat pogingen geweest om alternatieve stoffen voor plastic uit te vinden, maar je kent onze kijk of de feiten: Liever vuil en goedkoop dan proper en duur... Een voorbeeld van een functioneel, maar duur alternatief is de bioafbreekbare fles van Biota. Na tachtig dagen is de fles volledig gecomposteerd.

De nadelen zijn echter dat de productieprijs veel hoger is dan bij gewone plastic en dat er bij de productie maïs nodig is. Als we miljarden afbreekbare zakjes uit maïs zouden maken, zou dat niet erg bevorderlijk zijn voor de hongersnood in de wereld. En zo is er altijd wel iets...Zolang er dus geen doorbraak komt in een alternatieve stof kunnen we maar beter proberen om ons plasticverbruik zo laag mogelijk te houden, want de schade die plastic in het milieu aanricht is echt enorm.

Ver weg, in de Stille Oceaan drijft een tapijt van plastic met een oppervlakte tweemaal zo groot als de Verenigde Staten. In 1997 werd deze stortplaats bij toeval ontdekt en sindsdien is de hoop afval toegenomen tot 100 miljoen ton! Van jou, ik en iedereen ter wereld ligt daar dus gemiddeld 16 kg afval! De zeestromingen zorgen ervoor dat het afval zich verzamelt in 2 grote stortplaatsen.

Iedere zee ter wereld is vervuild met plastic. Zeeschildpadden zien een drijvend zakje plastic aan voor een kwal, slikken het in ... en sterven.

Of ze raken verstrikt in één of ander stuk afval, raken misvormd ... en sterven.

Ook zeehonden blijven niet gespaard.

Albatrossen vullen hun maag stukje per stukje met plastic, waardoor er op de duur geen plaats meer is voor echt voedsel ... en sterven.

Doordat ook vissen kleine stukjes plastic inslikken bestaat er ook gevaar dat het plastic in onze voedselketen terechtkomt, met de gevolgen van dien. Het afval zomaar opvissen uit het water, kan niet, want het plastic breekt af tot miscroscopisch kleine partikels. Om die deeltjes te vangen heb je heel fijne netten nodig, die ook een groot deel van het plankton mee zouden opvissen. Daarmee zouden we veel zeedieren van hun voedsel beroven.

De grotere stukken plastic spoelen vaak terug aan op stranden zodat je plaatjes als deze te zien krijgt.

Ook baaien zijn vaak verzamelplaatsen van afval.

Voor meer schokkende beelden en feiten verwijs ik je naar deze blog, volledig gewijd aan deze problematiek.

Om te eindigen geef ik nog enkele tips, zodat je ook zelf aan de slag kan:

- koop drank in statiegeldflessen en schaf je een kan aan die kraanwater zuivert in plaats van water in plastieken flessen te kopen.

- Voor de mensen die in een bedrijf werken: Zorg ervoor dat op uw bedrijf de plastic bekers worden vervangen door afwasbare kopjes.

- Vermijd zo veel mogelijk producten met overtollige verpakking.

- Gebruik herbruikbare luiers. (Scheelt 280 kg afval per baby!)

- ...

Worden we robots?

Toen ik vroeger las dat we in de toekomst bestanden zouden kunnen downloaden naar onze hersenen leek mij dat eerder science-fiction dan werkelijkheid. Na het zien van deze uiteenzetting - zie de video onderaan - denk ik daar anders over. Kevin Warwick, 's werelds eerste cyborg is een pionier op het gebied van cybernetica, de wetenschap die zich bezighoudt met de relatie tussen mens en machine. Hij liet bij zichzelf en bij zijn vrouw een chip in hun zenuwstelsel inplanten, waardoor hij voor het eerst in de geschiedenis draadloze elektronische communicatie tussen twee menselijke zenuwstelsels mogelijk maakte.

Warwick liet in zijn linkerarm een chip met sensor aanbrengen en plots leken de mogelijkheden oneindig. Door zijn hand te openen en te sluiten kon hij lampen aan- en uitdoen of kon hij een rolstoel besturen.

Wanneer hij een armband omhad die radiosignalen kon ontvangen, was hij in staat objecten te detecteren - geblinddoekt! - en te voelen wanneer ze dichterbij kwamen. Hij kon zelfs opmerkelijk nauwkeurig zeggen op welke afstand het object zich van hem bevond. Warwick had als het ware een zesde zintuig ontwikkeld, een soort van mix tussen zicht en voelen.

Toen hij zich met een kabeltje in een computer inplugde, kon hij via een internetverbinding een robothand besturen die zich op duizenden kilometers afstand bevond. Door de draadloze communicatie die tussen hem en zijn vrouw plaatsvond, was Warwick in staat te voelen wanneer zijn vrouw haar hand opende en sloot. De toepassingen die ingebouwde chips met zich meebrengen zijn talloos. Protheses zouden bijvoorbeeld met je hersenen kunnen bestuurd worden, net zoals dat bij echte lichaamsdelen gebeurd.

In een volgend stadium wil Warwick een chip rechtstreeks in zijn hersenen laten inplanten in plaats van in het zenuwstelsel. Dan zou hij zelfs kunnen communiceren met zijn vrouw door er gewoon maar aan te denken. Warwick vindt dat onze hedendaagse communicatie zich in een prehistorisch stadium bevindt. En ik geef hem geen ongelijk als ik zie wat hij daarmee bedoelt. De complexe gedachten die we in onze hersenen produceren brengen we over via codering. Dat wil zeggen via spraak of door iets op te schrijven of via gebaren. Door middel van chips in onze hersenen zouden we onze gedachten gewoon rechtstreeks kunnen overbrengen naar iemand anders, zonder gebruik te maken van een codetaal die er meestal toch maar voor zorgt dat onze gedachten vervormd overgebracht worden. Wie heeft bijvoorbeeld nooit moeite om zich uit te drukken, om écht te zeggen wat hij bedoelt. Je kan een lumineus idee hebben, maar gewoon niet in staat zijn om het over te brengen. Warwick zegt op het einde van de video: "Let's upgrade us humans, instead of communicating almost like the dinosaurs did. Let's improve a new technology with us, in order to move forward into the future and communicate in a respectable way."

Natuurlijk brengen deze nieuwe technologie en zijn toepassingen ook heel wat nieuwe politieke, ethische en andere problemen met zich mee. Wat als deze technieken in de verkeerde handen terechtkomen? Of waar trek je de grens mens versus robot? Kan je iemand zodanig updaten dat hij meer robot dan mens is? Of omgekeerd. Hoe ga je dan met zo iemand / iets om? Of stel dat we onze reukzin of ons zicht zodanig upgraden dat we onze eigen zintuigen bijna niet of helemaal niet meer gebruiken. Zou de evolutie er dan voor zorgen dat onze echte zintuigen weggeëvolueerd worden? Wat stellen we dan nog voor als er plots een probleem opduikt met onze artificiële zintuigen? Het is duidelijk dat deze problemen ons veel meer moeite zullen kosten om op te lossen of mee om te gaan dan de problemen die verband houden met de ontwikkeling van de technologie. Als we inderdaad bestanden naar onze hersenen kunnen downloaden, moeten we dan nog naar school? Hoe gaan we om met zo'n verandering in ons dagelijks leven.

Kortom, razend interessante materie die eigenlijk al meer science dan fiction is, maar die slechts met veel moeite en de nodige maatregelen in ons dagelijks leven zal kunnen ingebed worden.

Hieronder kan je de dertig minuten-durende video bekijken. Zeker doen! Beelden zeggen zoals altijd immers nog veel meer dan woorden.