De Bètacanon: Natuurkunde

Presentatie over: "De Bètacanon: Natuurkunde"— Transcript van de presentatie:

1 De Bètacanon: Natuurkunde
Wim J. van der Zande

2 Wat is een Bètacanon? Is dat die kennis, die de mensheid bij een ramp zo snel mogelijk up-to-date brengt? die u kan gebruiken om u beter staande te houden in een technische maatschappij? die de intrinsieke schoonheid van de natuur (volgens de natuurkunde) het meest recht doet?

3 Wat is Natuurkunde? Beschrijven wat je niet kan zien en je slecht kan voorstellen en dan met veel wiskunde. Het heeft de schoonheid van kunst, maar met minder vrijheid, er is nml maar één natuur, waaraan we verantwoording afleggen!

4 Wat is Natuurkunde? Beschrijven wat je niet kan zien en je slecht kan voorstellen en dan met veel wiskunde. Het heeft de schoonheid van kunst, maar met minder vrijheid, er is nml maar één natuur, waaraan we verantwoording afleggen!

5 The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences
De toepasbaarheid van de wiskunde voor de formulering van de natuurwetten (theorieën) is een wonderbaarlijk geschenk, dat wij doorgronden noch verdienen. Eugene Paul Wigner,

6 Een Natuurwet (= Theorie) is wel bedoeld om tegen aan te schoppen, maar wel voorzichtig en met eerbied! Een theorie in de natuurkunde blijft zelfs in zekere zin waar, als zijn geldigheid niet meer universeel is

7 Stel dat die ramp er toch komt:
De meest informatieve zin om te bewaren: Alles is gemaakt van atomen die voortdurend in beweging zijn en elkaar aantrekken als ze ver van elkaar zijn en elkaar afstoten als je ze op elkaar drukt Richard P Feynman (1960)

8 Hoe lang kennen we eigenlijk die atomen en moleculen?
from to Jean Baptise Perrin: De man die de realiteit van atomen aantoonde (1906) door heel, heel geduldig door een microscoop te turen .

9 De VOX (2007): Prof. Luthy, ‘ik kan me niet voorstellen dat materie echt uit ronde bolletjes bestaat (…) zolang we ze niet echt kunnen zien’ Overigens kunnen we ze wel tellen er zijn ongeveer moleculen in onze atmosfeer

10 De -canon: de materie om ons heen is opgebouwd uit atomen en moleculen, die kriskras door elkaar bewegen Ludwig Boltzmann en zijn constante: kB= (24)×10−23 JK-1 300 tot 2000 m/s 1 – 10 miljard botsingen per molecuul per seconde 0.1 micron bewegingsruimte

11 De -canon: atomen kunnen ook kapot, maar dan zijn het geen atomen meer . . . . .
Pu of U

12 De -canon: Naast materie bestaat er elektromagnetische straling van harde Roentgens tot zachte radiostraling: De natuurkunde is gelijk De effecten verschillen

13 De -canon: Op microscopische schaal gedraagt de natuur zich heel vreemd materie en licht gaan op elkaar lijken: golfmechanica (=quantummechanica) van materie

14 De -canon: Energie en impuls (totale beweging) zijn behouden in microscopische processen (Natuurkunde) Alleen dan krijgt de natuur een richting (bijv.  laagste energie) als er sprake is van heel heel veel botsingen . . . (Scheikunde) Absolute grenzen aan de efficiëntie van machines en geen perpetuum mobile William Thomson, Lord Kelvin,

15 De -canon: Materie, mechanische eigenschappen, geleiding, supergeleiding, optische eigenschappen, gedrag van materie in sterren volgen alle uit een paar simpele (maar moeilijk te doorgronden) principes waarbij complexiteit een natuurlijke limiet is . . . Onmogelijke precisie: 1/ = (96)

16 IMM: Het onderzoeksinstituut waar de limieten van de atoom-eigenschappen ingezet worden voor kennis van en manipulatie van de meest geavanceerde materialen

17 Deel twee: van natuurkundige wetten tot de complexiteit van klimaat?
There are known knowns. These are things we know that we know. There are known unknowns. That is to say, there are things that we know we don't know. But there are also unknown unknowns. There are things we don't know we don't know. Donald Rumsfeld Ceci n’est pas un fysicus

18 Deel twee: hoe ziet het klimaat er overmorgen uit?

19 Deel twee: gas wordt opgeschud door de energie van de warmtebeweging
8 km hoog bij slechts Joule

20 Hoeveel atmosfeer hebben we?
kg is de massa van de atmosfeer met moleculen Waarvan: zuurstof stikstof CO2 Wij voegen hieraan toe via verbranding van fossiele brandstof: CO2!

21 Zonlicht (of zonnestraling) bevat alle kleuren en nog meer!
Newton

22 Kijken naar zonlicht: de quantum structuur van atomen en moleculen in de zon en onze atmosfeer wordt zichtbaar!

23 Atomen en moleculen zijn verrassend doorzichtig waar wij goed kunnen zien!
Lucht is leeg en vol: 1 meter bij 1 m2 gas heeft een oppervlakte van m2!

24 Broeikaseffect en water, koolstofdioxide, etc (I) !
Temperatuur verraadt zich via straling op aarde en in de ruimte

25 Broeikaseffect en water, koolstofdioxide, etc (I) !
ondoorzichtig Ondoorzichtig, ozone als UV-filter doorzichtig Ondoorzichtig, 30o Celcius Transparant, 5500 o Celcius

26 Broeikaseffect: (feit: meer CO2 is opwarming) (II) !
De onschuldige ‘schuldige’: terugstraling van IR naar ons

27 Broeikaseffect: Feit: er is meer CO2 (III) !
Onze energiebehoefte impliceert (1013 kg) 3 ppm per jaar 

28 Broeikaseffect: Feit: Temperatuur neemt toe: (IV) !

29 Broeikaseffect: Complexiteit neemt het over (V) !
T-+  ijs -  albedo +  T-+ T-+  meer waterdamp  wolk op  albedo -  T-- Aerosol +  wolk +  albedo +  T -- T- +  oceaan - +  CO2 +  T- + etc etc Complexiteit Voorkomt exacte voorspellingen

30 Dank u wel voor uw aandacht!

31 Albert Einstein (1917) Een energetisch elektron in een atoom/molecuul kan gedwongen worden een foton toe te voegen aan een langskomend foton . . . De laser was geconcipieerd alleen duurde de zwangerschap nog ruim 40 jaar (maar zijn maker is recent overleden: Maiman)

32 Magneet, magneter, magneetst
Magneet, magneter, magneetst . . .de noodzaak voor een krachtige, flexibele THz bron 50 proposed FEL spectrum pseudogaps of high-Tc superconductors 40 c proposed magnet 30 electron spin and cyclotron resonances superconducting gaps Magnetic field (T) 20 lattice vibrations and polarons antiferromagnetic resonance available field at HFML 10 ferromagnetic spin waves 0,1 1 10 Frequency (THz)