[CENTRAAL] Wetenschap & Technologie in het Nieuws #4

04-04-2016

Vooruitblik: nieuwe theorie Erik Verlinde ontmaskert 95 procent van het heelal

95 procent van het heelal is verstopt, maar theoretisch-fysicus Erik Verlinde weet waar het zich schuilhoudt. De vakpublicatie waarin hij dat uit de doeken doet, verschijnt later deze week. Een ding is alvast zeker: met die theorie gaat Verlinde de kosmologie volledig overhoop gooien. Een uitgebreide vooruitblik.

(Disclaimer: Onderstaande is gebaseerd op de stand van zaken in 2014. Zover bij de redactie bekend is, is Verlindes theorie in de tussentijd concreter geworden, maar niet wezenlijk veranderd. Zodra zijn publicatie verschijnt, leest u op deze site alle duiding en reacties. Niets missen? Meld u dan nu aan voor onze nieuwsbrief.)


Zal de baanbrekende nieuwe theorie van Erik Verlinde net zo’n revolutie ontketenen als de relativiteitstheorie van Einstein? Bron: Hollandse Hoogte, Joanny Beer

Het is een geval van verstoppertje op de grootst mogelijke schaal. Zo’n 95 procent van het heelal, het overgrote merendeel dus, is kwijt. Toch zou je dat niet zeggen wanneer je naar het heelal kijkt. Het universum bevat miljarden sterrenstelsels, met in elk van die stelsels miljarden sterren en planeten. Het zit vol uitgestrekte gasnevels, waarin steeds weer nieuwe sterren worden geboren, gevaarlijke zwarte gaten die alles in hun omgeving verzwelgen en dwalende planeten die eenzaam door de donkere leegte zweven.

Al die dingen zijn opgebouwd uit materie: elementaire deeltjes zoals quarks en elektronen. Maar wie de massa van al die deeltjes in het heelal bij elkaar optelt, vindt onder de streep een getal dat slechts goed is voor 5 procent van wat er eigenlijk in zou moeten zitten. Hoe de rest eruit ziet, is onbekend. Wetenschappers vermoeden dat het universum vol zit met een onzichtbare vorm van materie en een mysterieuze, onbekende vorm van energie die zij respectievelijk donkere materie en donkere energie noemen.

Donkere materie is van die twee nog het meest behapbaar. Het is niet met het blote oog te zien, maar wel indirect waar te nemen. Donkere materie verraadt haar aanwezigheid doordat ze net als gewone materie zwaartekracht uitoefent op de materie om zich heen. Daardoor weten we vrij exact hoeveel ervan moet zijn. Donkere materie vormt grofweg 27 procent van het heelal. 5 procent is zichtbare materie. Het overige deel, maar liefst 68 procent, is donkere energie.

Al decennia bijten natuur- en sterrenkundigen hun tanden stuk op de vraag wat donkere materie en donkere energie nu precies is. Theoretisch-fysicus Erik Verlinde, verbonden aan de Universiteit van Amsterdam, denkt die impasse te kunnen doorbreken. Hij heeft een radicaal nieuw idee dat het bestaan van donkere materie, donkere energie en gewone materie direct aan elkaar verbindt. Verlinde veroorzaakte in 2010 al een schokgolf in de natuurkundewereld toen hij een nieuw idee over de zwaartekracht wereldkundig maakte. Hij ontving onder meer dankzij dat idee de Spinozapremie, de meest prestigieuze wetenschappelijke prijs in Nederland.

Volgens Verlinde is de zwaartekracht een zogeheten emergent verschijnsel. Dat wil zeggen: een effect dat het gevolg is van iets fundamentelers. Het is daardoor net zoiets als temperatuur. Die kun je voelen en meten op thermometers, maar is in feite een illusie. Temperatuur wordt immers veroorzaakt door de beweging van moleculen.

Mogelijkheden

Verlinde drukt zwaartekracht op zijn beurt uit in informatie. Alles in het universum bevat in zekere zin informatie, van de positie van een planeet tot het gewicht van een atoom. Veranderingen in de dichtheid van die informatie spelen bij het ontstaan van zwaartekracht volgens Verlinde dezelfde rol als de bewegende moleculen bij het ontstaan van temperatuur. Dat inzicht zorgt ervoor dat de algemene relativiteitstheorie van Einstein, de theorie die kosmologen nog altijd gebruiken om het heelal op grote schaal te beschrijven, volgens Verlinde achterhaald is. ‘De vergelijkingen van Einstein houden niet goed bij hoeveel informatie waar aanwezig is’, zegt hij.

Verlinde kijkt op een andere manier naar het universum, en legt daarbij de nadruk op wat hij ‘mogelijkheden’ noemt. Elke mogelijkheid is een bepaalde manier om de hoeveelheid informatie in het universum te verdelen. ‘Al die mogelijkheden moeten in het universum behouden blijven’, zegt hij.

Wanorde

Die conclusie lijkt te botsen met een bekende natuurkundewet die stelt dat de entropie de wanorde in een systeem altijd doet toenemen. De wet verklaart waarom een kopje kan breken (scherven zijn wanordelijker dan een kopje), maar waarom scherven niet spontaan een kopje kunnen vormen. Dat impliceert ook iets over mogelijkheden. Scherven kun je immers op veel manieren door elkaar husselen, terwijl een enkel kopje slechts één mogelijke toestand heeft. De natuur lijkt dus niet alleen te eisen dat de entropie toeneemt, maar ook dat het aantal mogelijkheden in het universum stijgt. Verlinde stelt dat dat niet klopt. ‘Het standaardbeeld ‘entropie neemt toe’ is aan het wankelen’, zegt hij. Ook kosmoloog Andreas Albrecht, verbonden aan de Universiteit van Californië, meent dat een herevaluatie van het begrip entropie in de kosmologie noodzakelijk is. ‘De vraag hoe informatie behouden kan blijven terwijl de entropie toeneemt, is iets waar veel fysici nu naar kijken.’

Het probleem laat zich als volgt samenvatten: wanneer de entropie alleen kan toenemen, moet deze vroeger heel klein zijn geweest. Hetzelfde geldt dan vermoedelijk voor het aantal mogelijkheden. ‘Dat geloof ik niet’, zegt Verlinde. Hij meent dat het toenemen van de mogelijkheden van een systeem een illusie is. Wie van tevoren bekijkt welke mogelijkheden een kopje heeft, moet volgens Verlinde al rekening houden met de kans dat het kopje kan breken. ‘Dan is er geen sprake van een toename en blijft het aantal mogelijkheden juist behouden’, zegt hij.

Verlinde meent dat de boekhouding van mogelijkheden gemakkelijker gaat wanneer we informatie als onderliggende eenheid kiezen. Hij stelt de entropie gelijk aan de totale hoeveelheid informatie en definieert energie als de snelheid waarmee informatie wordt verwerkt. De temperatuur is dan de energie per hoeveelheid informatie. Ook krachten vangt hij in dat raamwerk. ‘Dat zijn veranderingen in de energie’, zegt Verlinde.

Stopverf

Op die manier ontdekte Verlinde zijn nieuwe verklaring voor donkere materie en donkere energie. Om uit te leggen hoe dat werkt, vergelijkt hij het universum met een stuiterend balletje stopverf. Volgens Verlinde bestaat er een analogie tussen de elasticiteit van stopverf en de zwaartekracht. Je kunt de elasticiteit van stopverf beschrijven als een voorwaarde voor het kunnen vervormen van het bolletje. Net zo beschreef Einstein de zwaartekracht als een vervorming van de ruimtetijd door massa’s of energie.

Een bolletje stopverf is in feite een complexe kluwen polymeren. De elasticiteit van het bolletje is het gevolg van het feit dat die polymeren allemaal dezelfde lengte willen hebben. Soms beweegt een polymeer per ongeluk uit de kluwen, en laat daardoor een soort gat achter: een ‘leeg buisje’ waar eerst een polymeer zat. ‘Op die plek ontstaat extra elasticiteit’, zegt Verlinde. Met andere woorden: het verplaatsen van het polymeer zorgt dat plaatselijk extra elastische energie vrij komt.

Volgens Verlinde kun je de achterliggende wiskunde van dat proces vergelijken met het ontstaan van donkere materie. In zijn analogie is het lege buisje hetzelfde als gewone materie, en is de extra elastische energie hetzelfde als donkere materie. De elastische energie in het totale bolletje is dan donkere energie, en het gehele bolletje is het gehele universum.

Verlinde vertaalt die analogie naar de werkelijkheid in het universum, en meent daarom dat donkere materie geen deeltje is, maar extra energie die tevoorschijn komt bij het ontstaan van materie. ‘Uit de relatie tussen gewone materie en donkere materie kan ik berekenen hoeveel donkere materie er moet zijn. Dat klopt exact met de waarnemingen van astronomen’, zegt Verlinde. Bovendien verklaart zijn idee ook waarom donkere materie altijd rond gewone materie is te vinden, een toevalligheid die traditionele deeltjesverklaringen links laten liggen.

De bekende Zuid-Afrikaanse natuurkundige Neil Turok, directeur van het toonaangevende Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada, is enthousiast over Verlindes verklaring voor donkere materie. ‘Het is een dappere en creatieve oplossing’, zegt hij. Volgens Turok is de traditionele verklaring van donkere materie als een nog onontdekt deeltje ‘te gemakkelijk’. ‘Erik stelt in elk geval de juiste vragen’, zegt hij.

Er zijn wel grenzen aan de analogie die Verlinde gebruikt om donkere materie te verklaren, meent Albrecht. ‘Ik denk dat wanneer Erik de wiskunde nauwkeuriger uitwerkt, vanzelf zal blijken dat de vergelijkingen af gaan wijken van de fysica van polymeren’, zegt hij. ‘Het gedrag dat we zien zal dan vermoedelijk afkomstig blijken van diepere structuren in het universum.’ Turok benadrukt dat het zoeken naar analogieën met dingen die al begrepen zijn in het lab, zoals het gedrag van polymeren, niets nieuws is in de fysica. ‘Het idee van het higgsdeeltje werd bijvoorbeeld geïnspireerd door het principe van supergeleiding’, zegt Turok. ‘Deze analogie is beter dan simpelweg een nieuw deeltje introduceren.’

Natuurkunderevolutie

Verlinde meent dat zijn vergelijking tussen het universum en de manier waarop polymeren zich in een bol stopverf gedragen nog een tweede fundamentele waarheid blootlegt. Volgens hem bevat het universum namelijk daadwerkelijk basisbouwstenen die te vergelijken zijn met polymeren.

‘Ruimtetijd bestaat uit quantummechanische mogelijkheden, uit quantuminformatie’, zegt Verlinde. Quantum-informatie heeft van nature de neiging te verstrengelen. Wanneer dat gebeurt, is het onmogelijk om stukjes informatie nog los van elkaar te zien. In Verlindes stopverfanalogie is een los stukje informatie dan een monomeer en is verstrengelde quantuminformatie een polymeer.

Die boodschap, en zijn conclusies over donkere materie, presenteert Verlinde al af en toe aan andere fysici op congressen en bijeenkomsten. Turok en Albrecht waren afgelopen mei op Princeton bij zo’n voordracht aanwezig. ‘Zijn presentatie stimuleerde me enorm om mijn verwachtingen en ideeën over de kosmos aan te passen’, zegt Albrecht. Ook Turok raakte tijdens de bijeenkomst geïnspireerd. Hij ziet in het idee van Verlinde een voorloper van een aanstaande revolutie in de fysica. ‘De laatste dertig jaar ging men in de deeltjesfysica op zoek naar steeds weer nieuwe deeltjes, velden en dimensies’, zegt Turok. Hij meent dat de deeltjesfysica daardoor zo complex is geworden dat die op het punt staat onder haar eigen gewicht in te storten. ‘Er zijn steeds exotischere dingen nodig om het universum te verklaren, zoals het idee dat er naast ons universum nog allerlei parallelle universa bestaan. Ik denk dat we met zijn allen een verkeerd pad bewandelen.’

Turok ziet dat vermoeden bevestigd in nieuwe meetresultaten, zoals de vondst van het higgsdeeltje. Sommige fysici hoopten meer dan één type higgsdeeltje te vinden, omdat dat een aanwijzing zou zijn voor het bestaan van nog meer nieuwe deeltjes. Toch bleek ‘higgs’ gewoon in zijn eentje te zijn. Bovendien, zo zegt Turok, toonden de eerste resultaten van de Planck-satelliet, een ruimte-telescoop van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, dat het universum heel simpel in elkaar zit. Tel daarbij de onbegrepen donkere energie op en de conclusie ligt volgens hem voor de hand dat we op de rand van een grote natuurkunderevolutie staan. ‘De komende tien jaar worden bijzonder interessant. In die periode hebben we radicale ideeën als die van Erik hard nodig’, zegt hij.

Wilde Westen

Het is nu aan Verlinde om aan te tonen dat zijn ideeën juist zijn. ‘Het is gemakkelijk om kritiek te leveren op zijn theorie’, zegt Turok. ‘Want die is nog relatief vaag.’ Albrecht sluit zich daarbij aan. ‘Twintig jaar geleden was de kosmologie nog een soort Wilde Westen. We hadden bijna geen meetgegevens en dus kon iedereen ideeën roepen zonder dat we die konden testen. Nu hebben we die gegevens wel en vallen de theorieën bij bosjes. Dat is goed, dat is wat je wil. Erik moet zorgen dat wij zijn theorie ook op die manier kunnen toetsen.’

Voorlopig wacht Verlinde nog even voordat hij zijn theorie daadwerkelijk publiceert in een vakblad. ‘Ik gooi een hoop dingen omver, dus ik wil het goed kunnen onderbouwen’, zegt hij. ‘Ik wil geen serie artikelen publiceren die ik elk jaar moet verbeteren. Ik wil liever één artikel publiceren dat over tien, twintig, dertig jaar, of zelfs over een eeuw nog relevant is.’

Verlinde verwijst naar eerdere artikelen die revoluties in de natuurkunde teweegbrachten. Bij Einstein zat bijvoorbeeld acht jaar tussen zijn publicaties over de speciale relativiteitstheorie en de algemene relativiteitstheorie. Of Verlinde een nieuwe polder-Einstein is, is dus nog even afwachten. Wel ziet hij om zich heen steeds meer mensen overtuigd raken. ‘Mijn ideeën passen steeds beter in de ontwikkelingen rond entropie en emergentie’, zegt hij.

Ook Turok steunt de richting die Verlinde is ingeslagen. ‘Ik hoop dat Erik mensen inspireert om naar oplossingen te zoeken langs dit soort meer fundamentele en creatieve lijnen.’ Albrecht denkt er net zo over. ‘Ik vraag me weleens af: denken we wel groot genoeg? Stellen we wel de juiste vragen? Verlinde doet dat. In deze bijzondere tijd in de natuurkunde hebben we mensen nodig die dat soort dingen durven te denken en doen.’

Zwaartekracht en oerknal

Om te vieren dat Verlinde zijn onderbouwing nu goed genoeg op orde heeft om zijn ideeën in een vakpublicatie op papier te zetten, delen wij als extra cadeautje nog eens twee lange verhalen over zijn baanbrekende ideeën met u. Beide verhalen verschenen in 2012 in NWT Magazine, de voorganger van New Scientist.

Het eerste verhaal is een interview waarin Verlinde uitgebreid ingaat op de revolutionaire nieuwe zwaartekrachttheorie, waarvoor hij de Spinozapremie won (‘Een heelal zonder oerknal, pdf‘). Het tweede stuk gaat in op Verlindes tegendraadse overtuiging dat de oerknal niets meer is dan een illusie (‘Wat als er geen oerknal was?, pdf‘).

(newscientist.nl)

Ik weet niet of dit al gepost is of er een topic over is maar Juno bereikt Jupiter deze zomer!

quote:

Nog iets meer dan een jaar en dan komt ruimtesonde Juno aan bij Jupiter. Hopelijk komen we dan eindelijk te weten wat er onder het dikke wolkendek van Jupiter schuilgaat en hoe de gasreus precies is ontstaan.

Jupiter is een fantastische planeet om te zien. Het dikke wolkendek doet denken aan een woelig schilderij. Niet in de laatste plaats door die enorme rode vlek: een cycloon die al honderden jaren op Jupiter actief is. Maar Jupiter is niet alleen mooi. De gasreus is ook heel mysterieus. Want wat gaat er precies onder dat wolkendek schuil? En hoe is de planeet ontstaan?

Juno
Om een antwoord te krijgen op die – en vele andere – vragen, werd in 2011 de ruimtesonde Juno gelanceerd. De belangrijkste missie van de sonde? De oorsprong en de evolutie van Jupiter blootleggen en ons zo ook meer inzicht geven in de babyjaren van ons zonnestelsel.

De oorsprong en evolutie van Jupiter
Hoe is het zonnestelsel ontstaan? Het begon allemaal met het ineenstorten van een enorme gas- en stofwolk (oftewel: een nevel) en de geboorte van onze zon. Net als onze zon bestaat ook Jupiter voor het grootste deel uit waterstof en helium. Dat wijst erop dat deze kort na het ontstaan van onze zon het levenslicht moet hebben gezien en zich het materiaal dat na de geboorte van de zon was overgebleven, heeft toegeëigend. De grote vraag is echter: hoe? Wetenschappers hebben daar twee theorieën over. De eerste theorie veronderstelt dat een onstabiel deel van de nevel ineenstortte en Jupiter vormde. Een tweede theorie stelt dat eerst een grote kern ontstond die vervolgens al dat gas middels zijn eigen zwaartekracht naar zich toetrok. Juno moet aantonen of Jupiter een vaste kern heeft en dus bewijs leveren voor één van deze twee theorieën.

De babyjaren van ons zonnestelsel
Juno kan ons ook meer vertellen over het jonge zonnestelsel. In tegenstelling tot de aarde heeft Jupiter – dankzij zijn enorme massa – nog steeds zijn originele samenstelling.

Atmosfeer
Juno zal ook diep in de atmosfeer van Jupiter gaan turen. De ruimtesonde moet onder meer de samenstelling en temperatuur van die atmosfeer vaststellen en de bewegingen van de wolken in kaart brengen. Ook zal Juno achterhalen hoeveel water er in de atmosfeer van Jupiter te vinden is.

Over Juno
Om al die missiedoelen na te kunnen streven, is Juno uitgerust met tal van instrumenten. Bijvoorbeeld ultraviolet- en infraroodcamera’s om foto’s te kunnen maken van de atmosfeer en aurora’s. Maar ook instrumenten om het zwaartekrachtsveld en magnetisch veld van Jupiter te kunnen vereeuwigen. En de zogenoemde JunoCam: een kleurencamera waarmee spectaculaire close-up foto’s van Jupiter kunnen worden gemaakt. Deze camera moet de eerste gedetailleerde beelden van Jupiters polen opleveren.
De meest gevaarlijke straling vinden we ter hoogte van de evenaar van Jupiter. In dit gebied bewegen kleine deeltjes - ionen en elektronen - zich bijna net zo snel als het licht voort. Ook al zijn de deeltjes klein, ze kunnen de elektronica aan boord van Juno ruïneren. Naarmate de missie verder komt, zal de afstand tussen Juno en dit gevaarlijke stralingsgebied kleiner worden. Hoewel Juno het gevaarlijkste stralingsgebied zal blijven mijden, zal een deel van de elektronica waarschijnlijk ergens rond het achtste rondje rond Jupiter al de geest geven. Het gaat dan onder meer om de JunoCam.

De meest gevaarlijke straling vinden we ter hoogte van de evenaar van Jupiter. In dit gebied bewegen kleine deeltjes – ionen en elektronen – zich bijna net zo snel als het licht voort. Ook al zijn de deeltjes klein, ze kunnen de elektronica aan boord van Juno ruïneren. Naarmate de missie verder komt, zal de afstand tussen Juno en dit gevaarlijke stralingsgebied kleiner worden. Hoewel Juno het gevaarlijkste stralingsgebied zal blijven mijden, zal een deel van de elektronica waarschijnlijk ergens rond het achtste rondje rond Jupiter al de geest geven. Het gaat dan onder meer om de JunoCam. Afbeelding: NASA.

Baantjes trekken
Zover is het echter nog niet: eerst zal Juno zijn lange reis richting Jupiter moeten voltooien. De sonde heeft nog miljoenen kilometers voor de boeg. Naar verwachting arriveert deze begin juli 2016 bij de gasreus. Juno zal dan in een ellipsvormige baan rond Jupiter gaan cirkelen. Vanuit die baan kan Juno de planeet het beste in kaart brengen, zonder dat de ruimtesonde bedreigd wordt door de gevaarlijke straling ter hoogte van de evenaar van Jupiter (zie ook de afbeelding hierboven). Het is de bedoeling dat Juno 33 baantjes rond Jupiter maakt en tijdens elke ronde een ander deel van Jupiter bestudeert. Tijdens elk baantje rond Jupiter zal Juno de afstand tot de wolken van Jupiter tot zo’n 5000 kilometer verkleinen.

Zonne-energie
Zodra Juno eenmaal bij Jupiter is aangekomen, moet niet alleen rekening worden gehouden met de gevaarlijke straling rond Jupiter. Het is ook zaak dat Juno de zon in de gaten houdt. De ruimtesonde is namelijk uitgerust met drie enorme zonnepanelen die de sonde op grote afstand van de zon van voldoende energie moeten voorzien. De zonnepanelen zijn zo’n 2,7 meter breed en 8,9 meter lang. Eenmaal bij Jupiter aangekomen genereren ze zo’n 450 watt aan elektriciteit. In zekere zin zijn de zonnepanelen een primeur: nog nooit heeft een ruimtesonde op zo’n grote afstand van de zon (Jupiter is zo’n vijf keer verder van de zon verwijderd dan de aarde) gebruik gemaakt van zonnepanelen.

Als Juno straks na een lange reis bij Jupiter aankomt, verwachten onderzoekers heel wat antwoorden. Juno heeft ongeveer een jaar de tijd om die te verzamelen. Daarna zal de sonde zich in de atmosfeer van Jupiter boren en verbranden.

Blauwe stukjes:

Over Jupiter
Jupiter is de grootste planeet in ons zonnestelsel. De planeet heeft een massa die 300 keer groter is dan de massa van onze aarde. De planeet bezit tientallen manen, waaronder het veelbelovende Europa, de zeer actieve Io en de grootste maan van ons zonnestelsel: Ganymedes. Jupiter doet er tien uur over om een rondje rond zijn eigen as te draaien. Een rondje rond de zon duurt twaalf aardse jaren.

bron: http://www.scientias.nl/r(...)iters-wolken-gluren/



[ Bericht 2% gewijzigd door Woods op 06-04-2016 12:27:13 ]

quote:

Op woensdag 6 april 2016 12:11 schreef Woods het volgende:
Ik weet niet of dit al gepost is of er een topic over is maar Juno bereikt Jupiter deze zomer!

[..]

bron: http://www.scientias.nl/r(...)iters-wolken-gluren/

NASA's Juno Mission to Jupiter: Investigating a Colossus

Daar heb ik vorig jaar een apart topic voor gemaakt
W&T / Missie Juno: een ontdekkingsreis naar Jupiter

08-04-2016

Wetenschappers zijn erin geslaagd 'bouwstenen van het leven' na te bootsen


© Thinkstock.

Ribose Hoe is leven op aarde ontstaan? In taal van chemici: welke ingrediënten moet je samenvoegen om leven op te wekken? In een ophefmakende Science-publicatie hebben Franse onderzoekers aangetoond dat ribose, een suikerbouwsteen van genetisch materiaal in levende organismen, zich misschien in kometenijs gevormd heeft.

'Dit overtreft onze stoutste verwachtingen'
Uwe Meierhenrich, chemicus aan de Universiteit van Nice

Het genetische materiaal van alle levende organismen op aarde, zelfs van virussen, is opgebouwd uit DNA en het meer primitieve RNA. Dat laatste wordt verondersteld één van de eerste moleculen te zijn die leven op aarde kenmerkt. Wetenschappers hebben zich altijd verwonderd over de oorsprong van deze biologische verbinding.

De these van sommige onderzoekers is dat de aarde 'in den beginne' bezaaid geweest is met asteroïden en kometen die de basis van zulke RNA-moleculen bevatten. En inderdaad, aminozuren - de bouwstenen van proteïnen - en nitrogene basen zijn al in meteorieten gevonden, en in artificiële kometen die een lab geproduceerd zijn. Ribose, de andere sleutelcomponent van RNA, was echter nog nooit in buitenaards materiaal gedetecteerd, noch in een laboratorium onder 'astrofysische condities' gereproduceerd. Tot nu. Door het simuleren van kometenijs heeft een Frans onderzoeksteam van de Universiteit van Nice aangetoond dat ribose succesvol kan verkregen worden. Een gigantische stap voorwaarts in het begrijpen van RNA - en bijgevolg het leven.

"Dit overtreft onze stoutste verwachtingen", zegt Uwe Meierhenrich, chemicus aan de Universiteit van Nice, in een reactie aan Le Monde.

'De onderzoeksresultaten volstaan niet om het vraagstuk van leven op aarde te beantwoorden'
Grégoire Danger, onderzoeker aan de Franse universiteit Aix-Marseille

Toch moeten enkele belangrijke kanttekeningen bij het onderzoek geplaatst worden. Ten eerste is tot op vandaag geen enkele complexe suiker op een meteoriet of op een komeet gevonden.

Daarnaast is ook niet duidelijk of de verkregen ribose dezelfde is als degene die van RNA deel uitmaakt. Bovendien bevat het resultaat van de onderzoekers van Nice een extreem grote hoeveelheid - wat verdacht is.

"De chemische rijkdom van dit onderzoek is indrukwekkend, maar het volstaat niet om het vraagstuk van leven op aarde te beantwoorden", zo verklaart Grégoire Danger, onderzoeker aan de Franse universiteit Aix-Marseille, aan Le Monde.

(HLN)

12-04-2016

Stephen Hawking wil ruimtevaartuig naar ster Alpha Centauri sturen

Stephen Hawking en filantroop Yuri Milner hebben vanavond een nieuw wetenschappelijk project aangekondigd: Breakthrough Starshot. Het doel: een ruimtevaartuig in twintig jaar tijd naar de meest nabije buurster sturen.

Een licht ruimtevaartuig reist op een nader te bepalen tijdstip naar het nabije Alpha Centauri-systeem op een afstand van 4,37 lichtjaar bij de aarde vandaan. Dat is – omgerekend – zo’n 40 biljoen kilometer. Hawking en Milner willen dat deze ruimtesonde deze afstand in twintig jaar overbrugt, wat neerkomt op een snelheid van eenvijfde lichtminuut per minuut.

Aangezien een lichtseconde ongeveer 300.000 kilometer is, moet het ruimtevaartuig dus 60.000 kilometer per seconde afleggen. Dat is vijf keer de doorsnede van de aarde.

.
Het ruimtevaartuig reist op hoge snelheid naar Alpha Centauri.

Zeilen in de ruimte
Hoe gaat dit duo dit plan verwezenlijken? Het ruimtevaartuig van Milner en Hawking weegt niet meer dan een vel papier en gebruikt een zeil – niet groter dan een gemiddelde vlieger – om voort te bewegen. Dit zeil is slechts enkele honderden atomen dik. Een gigantische laserstraal van 100 miljard watt raakt het zeil van dit ruimtevaartuig, waardoor het vliegende zeilbootje flink wordt versneld. Deze straal wordt afgevuurd vanaf een hoge en droge locatie, bijvoorbeeld de Atacamawoestijn in Chili.

Binnen vijftien jaar
De verwachting is dat het ruimtevaartuig binnen vijftien jaar gelanceerd kan worden. Tenminste, als de ontwikkelingen op het gebied van nanotechnologie, lasers en microelektronica op het huidige tempo blijven doorgaan. Het feit dat een bekende wetenschapper als Stephen Hawking zijn naam verbindt aan het project is hoopgevend te noemen.

Foto’s van een andere wereld
De missie gaat zo’n 100 miljoen dollar kosten. De grote vraag is: wat levert het op? Natuurlijk is het een fantastische prestatie dat een ruimtevaartuig een ander zonnestelsel kan bereiken. Wellicht kunnen er zelfs foto’s gemaakt worden, maar dat gaat spannend worden. Kunnen de gegevens een afstand van vier lichtjaar overbruggen? Hawking en Milner laten het er niet bij zitten en zijn van plan om een ontvanger te bouwen die de gegevens kan ontvangen. We krijgen wellicht voor het eerst foto’s van een andere wereld te zien.

Yuri Gagarin
Het is bijzonder dat het project vandaag is aangekondigd. Het is namelijk 55 jaar geleden dat de Russische kosmonaut Yuri Gagarin voor het eerst een rondje om de aarde aflegde. Op Scientias.nl werd in 2011 het jubileum gevierd met een artikel over Gagarin.

(scientias.nl)

Expansie van het universum sneller dan gedacht.

http://www.nature.com/new(...)mc_id=TWT_NatureNews

Verbazing alom onder natuurkundigen: licht kan achteruit lopen
http://www.volkskrant.nl/(...)ruit-lopen~a4283214/

19-04-2016

Europa trekt 6,7 miljard uit voor Science Cloud met supercomputer

De Europese Commissie heeft besloten extra te investeren in de wetenschapsindustrie. Zo moet er 6,7 miljard euro op tafel komen om extra supercomputers in Europa beschikbaar te maken voor de 1,7 miljoen wetenschappelijke onderzoekers en de 70 miljoen wetenschappers en technologie professionals.

De Europese Commissie wil een zogenaamde "Science Cloud" gaan bouwen waar alle onderzoekers in Europa gebruik van kunnen maken. Hierin moeten zijn hun gegevens kunnen opslaan, delen en hergebruiken. Europa haalt 2 miljard euro uit het gigantische 80 miljard euro Horizon fund om te investeren in nieuwe supercomputers.

Daarnaast moet er in de komende vijf jaar nog 4,7 miljard euro opgehaald worden bij publieke en private investeerders. Het cloudproject moet verder de beschikking krijgen over een glasvezelnetwerk met hoge snelheden tussen alle Europese onderzoekslocaties, faciliteiten waar enorm veel data kan worden opgeslagen en uiteraard de nodige rekenkracht in de vorm van supercomputers.

Tot slot trekt de Europese Commissie ook nog 1 miljard euro uit voor onderzoek naar Quantumtechnologie, een groot deel van dat geld zal uiteindelijk terecht komen bij de TU Delft, waar inmiddels al enige tijd onderzoek wordt gedaan naar Quantumtechnologie en niet zonder resultaat.

(techzine.nl)

SCIENTISTS HAVE PUSHED WATER MOLECULES INTO A WHOLE NEW STATE OF MATTER

Holy crap!

Physicists have managed to squeeze water molecules into a brand new state that doesn't adhere to the usual laws of solids, liquids, and gases. By trapping water into very tiny cracks, similar to those that also exist in nature, the researchers have managed to get its hydrogen and oxygen atoms to behave in very peculiar ways.

The discovery is closely linked to existing hypotheses in quantum physics – an area of science where the 'classic rulebook' of the Universe is often tossed out and ignored. The team behind the research isn't quite sure where their find will lead quite yet, but it should offer new insight into how water behaves in ultra-confined spaces.

Scientists from Oak Ridge National Laboratory forced water molecules down channels made from the mineral beryl, measuring just 5 angstroms across (about 1 ten-billionth of a metre), as Michael Byrne from Motherboard reports.

They say similar conditions are likely to be found in the natural world too, inside soils, mineral interfaces, and cell walls, for example.

Inside this molecular straightjacket (individual atoms are about 1 angstrom across), the two hydrogen atoms and one oxygen atom that make up a water molecule started to display some really weird behaviour.

Rather than being fixed, the hydrogen atoms began to appear in six different symmetric orientations at the same time, with the oxygen atom in the middle:


Water molecules in tunnelling mode. Credit: A. I. Kolesnikov et al.

The six different positions match the six different walls of the hexagonal channel, the scientists say. As they tunnel, the hydrogen atoms cycle between all possible positions, and the temperature is increased as a result.

What's more, the molecule's centre of mass shifts to the central oxygen atom rather than the outlying hydrogen ones (as would be the case in a typical molecule). The newly symmetrical layout also means the molecule loses its electric dipole moment, which means the negative and positive charges in the atoms are no longer unbalanced, and in theory, it should no longer be interested in bonding with other atoms or molecules.

It's a major discovery, even if the scientists behind it aren't exactly sure what it means quite yet.

"It's one of those phenomena that only occur in quantum mechanics and has no parallel in our everyday experience," said lead researcher, Alexander Kolesnikov.

"This discovery represents a new fundamental understanding of the behaviour of water and the way water utilises energy," added team member, Lawrence Anovitz.

The next step is figuring out why this phenomenon occurs, but ultimately it should give scientists a better understanding of the thermodynamics and behaviour of water when it's in very tightly confined environments.

http://www.sciencealert.c(...)ds-liquids-and-gases

NEW PAPER EXPLAINS WHY THE UNIVERSE ENDED UP WITH THREE DIMENSIONS

And there’s no string theory in sight.


It's probably not news to you that as residents of this fine Universe we call home, we can only move left or right, up or down, backwards or forwards. That’s it. There aren’t any other possible directions that aren’t some combination of those three.

These are our Universe’s three spatial dimensions, and why we have exactly three of them (not just one or two, five or 80) is still something of a mystery.

Not that physicists haven’t been searching for an answer - explaining the fundamental nature of reality is just a really hard nut to crack. But a new paper has shown that a universe with our laws of thermodynamics (which describe how energy moves around) will always get stuck with exactly three spatial dimensions. So basically, this paper just explained the Universe.

The researchers, from the University of Salamanca in Spain and the National Polytechnic Institute of Mexico, explained it with the first and second laws of thermodynamics.

For our purposes, these laws say that a system - whether it’s a universe, a human, or a rock - can’t do anything that requires more energy than it has to start out, unless it gets more energy added. And if the system gets bigger without gaining energy, like we think our Universe has, then, on average, there’s less energy available in any particular place.

Put those together, and it means that once the Universe stopped having enough energy to complete the same action everywhere, the whole Universe could never do that thing again - though certain parts of it might be able to if they could concentrate enough energy.

We’ll get back to that shortly, but the above description probably irks some of my fellow physicists. Take a deep breath. It’ll be okay.

Thermodynamics works in any number of dimensions. It works in our 3D Universe, of course, but it also would work in two spatial dimensions, where the only possible directions to travel were left-right and up-down. In a two-dimensional universe, it would be physically impossible to move backward or forward, because that direction just wouldn’t exist.

But, as the authors of this new paper, published in Europhysics Letters, explain, a universe could also have four dimensions: left-right, up-down, backward-forward, and 'flirp-flarp' - or whatever you want to call the new direction.

In that universe, it would be possible to travel in a direction that's completely impossible in our Universe. And, similarly, in such a universe, the laws of thermodynamics could work perfectly well.

With this in mind, we know that energy can move from one place to another, but it would still be impossible for a system to use more energy than it has available. The same goes for five, or six, or 30 dimensions.

The physicists decided to see what happens if you start a universe with a completely undefined number of dimensions - a universe where it’s unclear how many directions you can move in. As Lisa Zyga reports for Phys.org, they found something interesting.

In our incredibly early Universe - like, millionths of a trillionth of a trillionth of a trillionth of a trillionth of a second after the Big Bang - everything was really, really hot, and there were huge amounts of energy in every tiny part of space. Any number of dimensions could have worked equally well at this point; there wasn’t really any way to tell the difference between a universe with one dimension and a universe with seven.

But very quickly afterwards, as the energy spread out, the Universe got caught in a kind of rut and didn’t have enough energy everywhere to get out. And remember: once the Universe doesn’t have enough energy to get out of somewhere, it’s never going to.

The rut that everywhere in the Universe settled into was one with three spatial dimensions - exactly the Universe that we see today, says the team. The paper makes it clear that among all of the possible numbers of dimensions, our lowly three was inevitable.

Oh and by the way, the researchers also propose that it’s possible, in theory, to pack enough energy into a tiny bit of space that - in that one spot - the Universe momentarily escapes its rut. It might take a particle accelerator the size of the Solar System, but in principle, it's doable.

If we ever do get something like that running, maybe we’ll see a proton, for the most fleeting of moments, move flirp for a few trillionths of a metre before returning to the boring old left.

http://www.sciencealert.c(...)-in-three-dimensions

quote:

Kepler ontdekt 1284 nieuwe planeten
Met de ruimtetelescoop Kepler heeft NASA 1284 planeten buiten ons zonnestelsel ontdekt. Van die planeten kunnen er 550 een stenen planeet zijn ter grootte van de aarde, zo meldt de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie dinsdag.

Nu weten we dat er weleens meer planeten dan sterren kunnen zijn.

,,Dit geeft ons de hoop dat we ergens daarbuiten, rond een ster als de onze, een andere aarde kunnen ontdekken", aldus Ellen Stofan van NASA. Negen van de gevonden planeten bevinden zich op een 'leefbare' afstand van hun 'zon'. Dat betekent dat er temperaturen zijn waarop water vloeibaar is.

Eerder vond de geavanceerde telescoop al 1041 andere zogenoemde exoplaneten: planeten die om een andere ster cirkelen dan om de zon in ons zonnestelsel. De Kepler scande sinds 2009 150.000 sterren. Als het licht van zo'n ster af en toe dimt, concluderen wetenschappers dat er een planeet om die ster draait.

De bevindingen van planetenjager Kepler is met 1284 resultaten de grootste planetenontdekking ooit, aldus NASA. ,,Voordat we ruimtetelescoop Kepler lanceerden, wisten we niet of exoplaten zeldzaam waren of niet. Nu weten we dat er weleens meer planeten dan sterren kunnen zijn."

Mini ‘wind farm’ could capture energy from microbes in motion

quote:

Fluid filled with lively, churning bacteria could one day become a small-scale power source.

New computer simulations indicate that a miniature wind farm‒like device could harvest the energy of chaotically swirling bacteria. That energy could be used to power micromachines or pump fluids through tiny channels. In the simulations, bacteria tended to spontaneously swim in an orderly fashion around an array of cylindrical turbines. These turbines then rotated steadily like windmills in a breeze, scientists report July 8 in Science Advances.

Previous research has harnessed the energy of the motion in such chaotic fluids using tiny, asymmetric gears, which spin as bacteria bump into their teeth. But the new result shows that a very simple system can serve the same purpose — a result that could make such devices easier to construct. “You don’t have to muck around with getting the teeth right; you just have a nice smooth cylinder,” says biophysicist and study coauthor Tyler Shendruk of the University of Oxford. The technique would sidestep the need to manufacture complicated microscopic gears.

“I think it’s quite surprising because previous work showed that you need to have a certain nonsymmetry in the system” to generate rotation, says physicist Igor Aronson of Argonne National Laboratory in Illinois, who was not involved with the new work.



TINY TURBINES Nine rotors in a computer simulation spin in response to the flowing bacteria-filled liquid surrounding them. Blue rotors spin clockwise, and red rotate counterclockwise. Green lines indicate the orientation of the bacteria, and black arrows indicate the flow of the fluid.

The researchers studied simulations of a liquid filled with many self-propelled particles, called a dense active fluid. These fluids can be made up of swimming bacteria or biological motors found inside cells — for instance, the proteins myosin and actin, which cause muscles to contract. Such fluids are normally turbulent, with swarms of particles generating rapidly and unpredictably changing flows. That makes it a challenge to harvest energy from the fluid. “It’s chaotic, so you can’t use it to do anything useful because it’s a random flow,” Shendruk says.

But when Shendruk and colleagues added a grid of cylindrical rotors, each a few hundredths of a millimeter in diameter, into their simulated fluid, they found that bacteria would spontaneously organize, like sailors all rowing in the same direction. The swimming bacteria produced a circular fluid flow that spun the rotors. That rotation could be used to generate electrical power in the same manner as windmills do, but in much smaller amounts that might be used to power tiny electronics. Each rotor might produce around a quadrillionth of a watt of electrical power, Shendruk estimates.

A single rotor on its own didn’t work as well: Its spin changed direction periodically as the chaotic fluid swirled around it. But with an array of rotors close together, the bacteria became steady synchronized swimmers squeezing through gaps between the rotors — and making each rotor consistently spin in the direction opposite to that of its neighbors.

The system should translate well from simulation to the real world, says Shendruk, and the researchers are already discussing the possibilities for constructing it. But, says applied mathematician Jörn Dunkel of MIT, the details of the real world are important. Whether the rotors would behave the same way in a real-life system where the rotors experience friction is uncertain. “The effect is there — I don’t doubt that. The question is how strong.”

https://www.sciencenews.o(...)crobes-motion?tgt=nr

Scientists have found a woman whose eyes have a whole new type of colour receptor

She sees 99 million colours more than the rest of us.

After more than 25 years of searching, neuroscientists in the UK recently announced that they've discovered a woman who has an extra type of cone cell - the receptor cells that detect colour - in her eyes.

According to estimates, that means she can see an incredible 99 million more colours than the rest of us, and the scientists think she's just one of a number of people with super-vision, which they call "tetrachromats", living amongst us.

Most humans are trichromats, which means we have three types of cone cells in our eyes.

Each type of cone cell is thought to be able to distinguish around 100 shades, so when you factor in all the possible combinations of these three cone cells combined, it means we can distinguish around 1 million different colours.

Most people who are colour blind only have two functioning types of cone cells, which is why they can only see around 10,000 shades - and almost all other mammals, including dogs and New World monkeys, are also dichromats.

But there's one doctor in northern England who has four cone cell types, taking the potential number of colours she can distinguish up to 100 million - colours most of us have never even dreamed of.

Identified only as cDa29, the scientists finally found this woman two years ago, but they've been searching for more than 25 year - and think there are more tetrachromats like her out there.

So how do you get a fourth type of cone cell?

The idea of tetrachromats was first suggested back in 1948 by Dutch scientist HL de Vries, who discovered something interesting about the eyes of colour blind people.

While colour blind men only possess two normal cone cells and one mutant cone that's less sensitive to either green or red light, he showed that the mothers and daughters of colour blind men had one mutant cone and three normal cones.

That meant they had four types of cone cells, even though only three were working normally - something that was unheard of before then.

Despite the significance of the finding, no one paid much attention to tetrachromats until the late '80s, when John Mollon from Cambridge University started searching for women who might have four functioning cone cells.

Assuming that colour blind men pass this fourth cone cell onto their daughters, Mollon estimated that around 12 percent of the female population should be tetrachromats.

But all of his tests showed that these women could only perceive the same colours as the rest of us - which meant only three of their cone cell types were working, so they weren't true tetrachromats.

Then, in 2007, neuroscientist Gabriele Jordan from Newcastle University in the UK, who had formerly worked alongside Mollon, decided to try a slightly different test to look for this super-vision.

She took 25 women who had a fourth type of cone cell, and put them in a dark room. Looking into a light device, three coloured circles of light flashed before these women's eyes.

To a trichromat, they all looked the same, but Jordan hypothesised that a true tetrachromat would be able to tell them apart thanks to the extra subtlety afforded to her by her fourth cone.

Incredibly, one of the women tested, cDa29, was able to differentiate the three different coloured circles in every single test.

"I was jumping up and down," Jordan told Veronique Greenwood from Discover magazine.

So if so many female children of colour blind men have four cones, why have we only been able to find one true tetrachromat?

For starters, the team was only looking within the UK. But the bigger issue that Jordan thinks most true tetrachromats would never need to use their fourth cone cell type, and so would never realise they had special vision.

"We now know tetrachromacy exists," she told Greenwood. "But we don’t know what allows someone to become functionally tetrachromatic, when most four-coned women aren’t."

Jay Neitz, a vision researcher at the University of Washington, who wasn't involved in the study, thinks that it might take practice and specially designed hues to truly unlock the power of tetrachromats.

"Most of the things that we see as coloured are manufactured by people who are trying to make colours that work for trichromats," he said. "It could be that our whole world is tuned to the world of the trichromat."

In other words, the colours we use are so limited that the fourth cone cell never gets a work out.

The research on cDa29 hasn't been peer-reviewed or published as yet, and Jordan is continuing her research and search for more tetrachromats.

There's a lot more work to be done and Jordan's results need to be replicated and verified. But if we can confirm that tetrachromats really do exist, it won't just teach us about the limitations of human senses, it could help scientists develop better artificial sensing devices, and also help us figure out more about how vision works.

One thing we might never be able to understand, sadly, is exactly what the world looks like through cDa29's eyes, seeing as it's our brains that truly perceive colour - our cone cells just receive the data to be processed.

"This private perception is what everybody is curious about," Jordan told Discover. "I would love to see that."

ok, het is officieel, we leven in het land van de reuzen

25-07-2016

"Nederlandse man is langste van de wereld"


Foto ter illustratie. © thinkstock.

De Nederlandse man is de langste ter wereld. Uit een groot onderzoek blijkt dat de Nederlandse man is gegroeid, van gemiddeld 169 centimeter honderd jaar geleden, tot 182,5 centimeter. Daarmee zijn onze mannelijke noorderburen de langste van de wereld.

In het onderzoek, uitgevoerd door wetenschappers van de Britse universiteit Imperial College London, werd data van bijna alle landen in de wereld vergeleken tussen 1914 en 2014. Nooit eerder werd zo'n grootschalig onderzoek naar de lengte van mensen uitgevoerd. Uit de resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift eLife, valt vooral op dat Europese landen de lijsten domineren. Alleen Australië komt als niet-Europees land voor in de top 25. De Verenigde Staten doet het helemaal 'slecht' met een stijging van slechts zes centimeter over honderd jaar.

Onderaan de lijst van de mannen staat Oost-Timor met een gemiddelde lengte van 160 centimeter. Bij de vrouwen zijn de Guatamalteken de kleinsten met 149 centimeter.

(HLN)

Breakthrough solar cell captures CO2 and sunlight, produces burnable fuel



Researchers at the University of Illinois at Chicago have engineered a potentially game-changing solar cell that cheaply and efficiently converts atmospheric carbon dioxide directly into usable hydrocarbon fuel, using only sunlight for energy.
The finding is reported in the July 29 issue of Science and was funded by the National Science Foundation and the U.S. Department of Energy. A provisional patent application has been filed.
Unlike conventional solar cells, which convert sunlight into electricity that must be stored in heavy batteries, the new device essentially does the work of plants, converting atmospheric carbon dioxide into fuel, solving two crucial problems at once. A solar farm of such “artificial leaves” could remove significant amounts of carbon from the atmosphere and produce energy-dense fuel efficiently.
“The new solar cell is not photovoltaic — it’s photosynthetic,” says Amin Salehi-Khojin, assistant professor of mechanical and industrial engineering at UIC and senior author on the study.
“Instead of producing energy in an unsustainable one-way route from fossil fuels to greenhouse gas, we can now reverse the process and recycle atmospheric carbon into fuel using sunlight,” he said.
While plants produce fuel in the form of sugar, the artificial leaf delivers syngas, or synthesis gas, a mixture of hydrogen gas and carbon monoxide. Syngas can be burned directly, or converted into diesel or other hydrocarbon fuels.
The ability to turn CO2 into fuel at a cost comparable to a gallon of gasoline would render fossil fuels obsolete.
Chemical reactions that convert CO2 into burnable forms of carbon are called reduction reactions, the opposite of oxidation or combustion. Engineers have been exploring different catalysts to drive CO2 reduction, but so far such reactions have been inefficient and rely on expensive precious metals such as silver, Salehi-Khojin said.
“What we needed was a new family of chemicals with extraordinary properties,” he said.
Salehi-Khojin and his coworkers focused on a family of nano-structured compounds called transition metal dichalcogenides — or TMDCs — as catalysts, pairing them with an unconventional ionic liquid as the electrolyte inside a two-compartment, three-electrode electrochemical cell.
The best of several catalysts they studied turned out to be nanoflake tungsten diselenide.
“The new catalyst is more active; more able to break carbon dioxide’s chemical bonds,” said UIC postdoctoral researcher Mohammad Asadi, first author on the Science paper.
In fact, he said, the new catalyst is 1,000 times faster than noble-metal catalysts — and about 20 times cheaper.
Other researchers have used TMDC catalysts to produce hydrogen by other means, but not by reduction of CO2. The catalyst couldn’t survive the reaction.
“The active sites of the catalyst get poisoned and oxidized,” Salehi-Khojin said. The breakthrough, he said, was to use an ionic fluid called ethyl-methyl-imidazolium tetrafluoroborate, mixed 50-50 with water.
“The combination of water and the ionic liquid makes a co-catalyst that preserves the catalyst’s active sites under the harsh reduction reaction conditions,” Salehi-Khojin said.
The UIC artificial leaf consists of two silicon triple-junction photovoltaic cells of 18 square centimeters to harvest light; the tungsten diselenide and ionic liquid co-catalyst system on the cathode side; and cobalt oxide in potassium phosphate electrolyte on the anode side.
When light of 100 watts per square meter – about the average intensity reaching the Earth’s surface – energizes the cell, hydrogen and carbon monoxide gas bubble up from the cathode, while free oxygen and hydrogen ions are produced at the anode.
“The hydrogen ions diffuse through a membrane to the cathode side, to participate in the carbon dioxide reduction reaction,” said Asadi.
The technology should be adaptable not only to large-scale use, like solar farms, but also to small-scale applications, Salehi-Khojin said. In the future, he said, it may prove useful on Mars, whose atmosphere is mostly carbon dioxide, if the planet is also found to have water.
“This work has benefitted from the significant history of NSF support for basic research that feeds directly into valuable technologies and engineering achievements,” said NSF program director Robert McCabe.
“The results nicely meld experimental and computational studies to obtain new insight into the unique electronic properties of transition metal dichalcogenides,” McCabe said. “The research team has combined this mechanistic insight with some clever electrochemical engineering to make significant progress in one of the grand-challenge areas of catalysis as related to energy conversion and the environment.”
“Nanostructured transition metal dichalcogenide electrocatalysts for CO2 reduction in ionic liquid” is online at Science.
Co-authors with Asadi and Salehi-Khojin are Kibum Kim, Aditya Venkata Addepalli, Pedram Abbasi, Poya Yasaei, Amirhossein Behranginia, Bijandra Kumar and Jeremiah Abiade of UIC’s mechanical and industrial engineering department, who performed the electrochemical experiments and prepared the catalyst under NSF contract CBET-1512647; Robert F. Klie and Patrick Phillips of UIC’s physics department, who performed electron microscopy and spectroscopy experiments; Larry A. Curtiss, Cong Liu and Peter Zapol of Argonne National Laboratory, who did Density Functional Theory calculations under DOE contract DE-ACO206CH11357; Richard Haasch of the University of Illinois at Urbana-Champaign, who did ultraviolet photoelectron spectroscopy; and José M. Cerrato of the University of New Mexico, who did elemental analysis.

15-08-2016

Wiskundigen beginnen eindelijk legendarisch ABC-bewijs te begrijpen


Het heeft bijna veertig jaar geduurd, maar wiskundigen snappen eindelijk de beginselen van een gigantisch bewijs dat ons begrip over de aard van getallen radicaal kan veranderen.


Shinichi Mochizuki met de ABC-formule. Afbeelding: Kanijoman Shinichi Mochizuk

Het 500-pagina lange bewijs werd in 2012 online gepubliceerd door Shinichi Mochizuki van de Universiteit van Kyoto in Japan. Het biedt een oplossing voor een lang bestaand probleem dat bekendstaat als het abc-vermoeden. Dit vermoeden onderzoekt de fundamentele relatie tussen getallen, optellingen en vermenigvuldigingen die beginnen met de simpele vergelijking a + b = c.

Wiskundigen waren enthousiast over het bewijs maar worstelden met het onder de knie krijgen van Mochizuki’s “Interuniversele Teichmüller Theorie” (IUT), een volledig nieuw gebied van de wiskunde dat hij gedurende tientallen jaren heeft ontwikkeld om het probleem op te lossen. Een bijeenkomst van afgelopen jaar op de Universiteit van Oxford, met als doel het bestuderen van IUT, eindigde in een mislukking. Dit kwam gedeeltelijk doordat Mochizuki zijn werk niet wil vereenvoudigen zodat het begrijpelijker wordt, en gedeeltelijk door een cultuurclash tussen de Japanse en de westerse manier van wiskunde bestuderen.

Een tweede bijeenkomst, afgelopen maand gehouden op zijn thuisgrond in Kyoto, bleek succesvoller. ‘Het ging zeker beter dan verwacht,’ zegt Ivan Fesenko van de Universiteit van Nottingham, die hielp bij het organiseren van de bijeenkomst.

De doorbraak komt waarschijnlijk doordat Mochizuki de theorie persoonlijk uitlegde. Hij weigerde reizen naar het buitenland en sprak tijdens de bijeenkomst in Oxford via Skype, waardoor het voor wiskundigen van buiten Japan lastig is zijn werk onder de knie te krijgen. ‘Het was het belangrijkste onderdeel van de bijeenkomst,’ zegt Fesenko. ‘Hij beklom de top van zijn theorie, en trok andere deelnemers met zich mee, hun hand vasthoudend.’

Flikkering van begrip

Minstens tien mensen begrijpen de theorie nu in detail, zegt Fesenko. Bovendien hebben de IUT-artikelen de peerreview bijna doorlopen en worden ze dus waarschijnlijk rond komend jaar in een tijdschrift gepubliceerd. Die publicatie zal vermoedelijk de houding veranderen van de mensen die eerder nog vijandig stonden tegenover Mochizuki’s werk, zegt Fesenko. ‘Wiskundigen zijn erg conservatieve mensen, en ze volgen de tradities.’ Hij denkt dat de artikelen beter worden geaccepteerd zodra ze gepubliceerd zijn.

‘Er zijn zeker mensen die verschillende cruciale delen van de IUT begrijpen,’ zegt Jeffrey Lagarias van de Universiteit van Michigan, die de bijeenkomst in Kyoto bijwoonde, maar de volledige theorie niet in een keer tot zich kon nemen. ‘Meer mensen buiten Japan willen IUT begrijpen zoals het gepresenteerd is, alle 500 pagina’s ervan, gebruikmakend van nieuwe materialen uit de verschillende conferenties.’

Maar velen willen er nog steeds niet de tijd aan besteden die Mochizuki eist voor zijn werk. ‘De experts zijn nog steeds besluiteloos,’ zegt Lagarias. ‘Ze wachten op iemand om het bewijs te lezen en te vragen waarom het niet begrijpelijker gemaakt kan worden.’

Het is waarschijnlijk dat een Japans tijdschrift de IUT-artikelen publiceert, zegt Fesenko, aangezien dat ook gebeurde met het vorige werk van Mochizuki. Dat kan de ontvangst ervan bij een grotere gemeenschap beïnvloeden. ‘Welk soort tijdschrift de theorie publiceert, heeft zeker invloed op hoe de wiskundige gemeenschap reageert,’ zegt Lagarias.

De flikkering van begrip die ontstaat is de moeite zeker waard, zegt Fesenko. ‘Ik verwacht dat we minstens honderd van de meest belangrijke open problemen in de getaltheorie kunnen opgelossen met behulp van Mochizuki’s theorie en verdere ontwikkelingen.’

Het duurt waarschijnlijk wel nog vele decennia voordat de volledige impact van Mochizuki’s werk aan de getaltheorie wordt gevoeld. ‘De omvang van de hoeveelheid nieuwe structuren en ideeën in IUT heeft jaren nodig om door de wiskundige gemeenschap opgenomen te worden,’ zegt Lagarias.

(newscientist.nl)

17-08-2016

Déjà vu kunstmatig opgeroepen



Déjà vu is een van de wonderlijkste fenomenen van de menselijke hersens. Je bent ergens voor het eerst, maar toch lijkt het alsof je er al een keer bent geweest. In veel culturen werd en wordt het gezien als een magisch moment, een visioen van een alternatieve werkelijkheid. Maar wetenschappers weten dat het gaat om een trucje van ons brein. Nu hebben ze geleerd het zelfs kunstmatig op te roepen.

Neurowetenschappers van de University of St Andrews (GB) hebben daarvoor een bekende psychologische test een beetje aangepast. Het gaat om een eenvoudige proefneming; je geeft een groep mensen een serie woorden, zoals matras, kussen, wekker, deken. Het enige dat ontbreekt is het verbindende woord, in dit geval ‘slaap’. Een tijdje later vraag je de proefpersonen of het woord slaap ook in de lijst stond. Veel mensen zullen daar positief op antwoorden, de hersens hebben de omissie zelf aangevuld.

In de nieuwe versie van de test vroegen de neurowetenschappers niet of mensen ‘slaap’ hadden gehoord, maar of er ook een woord dat begint met de letter s in de lijst zat. Dat leverde het gekke resultaat op dat de proefpersonen ontkenden, maar wel vaag het gevoel hadden dat ze het wél hadden gehoord. Daarmee is het een déjà vu.

Nu dit gevoel kunstmatig kan worden opgewekt, is het ook beter mogelijk om het te bestuderen. Dat hebben ze in St Andrews ook gelijk gedaan. Proefpersonen werden tijdens het experiment onder een MRI-scanner gelegd om te kijken welk deel van de hersens ze eigenlijk het meest gebruiken tijdens een déjà vu. Dat bleek niet het geheugen te zijn, maar de frontaalkwab, het deel van de hersens waarmee we beslissingen maken.

Waarom dat deel? Waarschijnlijk omdat mensen moeten beslissen of hun herinneringen echt zijn of niet. Eenzelfde reactie is te zien bij mensen die in een trein zitten, waarnaast een trein op een ander perron vertrekt. Rijden wij of rijden die anderen? Ook die vraag wordt opgelost in de frontale cortex. De bewegende treinen brengen de hersens net zo in de war als een herinnering die er niet is.

(faqt.nl)

17-10-2016

600.000.000.000.000 bewerkingen per seconde: dit is de Vlaamse supercomputer

klik hier voor video

De KU Leuven mag vier jaar lang de Vlaamse supercomputer beheren. Dat is één van de 200 krachtigste computers ter wereld.

Met die supercomputer kunnen wetenschappers ongelooflijk snel heel complexe berekeningen doen. Ook onderzoekers van andere universiteiten kunnen daarvoor aan de KU Leuven terecht.

Om een idee te krijgen van de kracht van de computer, moet je de rekenkracht van je eigen computer thuis maal 25 doen. En zo zitten er 580 in de supercomputer. De supercomputer kan zo zeshonderd biljoen complexe berekeningen per seconde uitvoeren. Dat is noodzakelijk voor onderzoek in alle wetenschappelijke domeinen.

De afgelopen 4 jaar had de UGent de krachtigste computer van Vlaanderen, nu is de KU Leuven aan de beurt. De overheid trekt er 5,5 miljoen voor uit

(HLN)