De Bètacanon: Natuurkunde

Wim J. van der Zande

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?

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!

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!

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, 1902-1995

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 . . . . . .

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)

Hoe lang kennen we eigenlijk die atomen en moleculen?

Jean Baptise Perrin: De man die de realiteit van atomen aantoonde (1906) door heel, heel geduldig door een microscoop te turen .

from to

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 ongeveer80.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 moleculen in onze atmosfeer

De -canon: de materie om ons heen is opgebouwd uit atomen en moleculen, die kriskras door elkaar bewegen

Ludwig Boltzmann en zijn constante: kB=1.3806504(24)×10−23 JK-1

300 tot 2000 m/s1 – 10 miljard botsingen per molecuul per seconde0.1 micron bewegingsruimte

De -canon: atomen kunnen ook kapot, maar dan zijn het geen atomen meer . . . . .

Pu of U

De -canon: Naast materie bestaat er elektromagnetische straling van harde Roentgens tot zachte radiostraling:

De natuurkunde is gelijk . . . . De effecten verschillen

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

Vmt

i 22

2

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)

William Thomson, Lord Kelvin, 1824- 1907

Absolute grenzen aan de efficiëntie van machines en geen perpetuum mobile

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/ = 137.035 999 710 (96)

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

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

Deel twee: hoe ziet het klimaat er overmorgen uit?

Deel twee: gas wordt opgeschud door de energie van de warmtebeweging

8 km hoog bij slechts 10-21 Joule

Hoeveel atmosfeer hebben we?

4.000.000.000.000.000.000 kg

80.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 moleculen

Waarvan:16.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 zuurstof64.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 stikstof

32.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 CO2

Wij voegen hieraan toe via verbranding van fossiele brandstof: 320.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 CO2!

is de massa van de atmosfeer met

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

Newton

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

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 200.000 m2!

Broeikaseffect en water, koolstofdioxide, etc (I) !

Temperatuur verraadt zich via straling op aarde en in de ruimte . . . .

Broeikaseffect en water, koolstofdioxide, etc (I) !

Transparant, 5500 o Celcius

Ondoorzichtig, 30o Celcius

Ondoorzichtig,

ozone als UV-filter

ondoorzichtig

doorzichtig

Broeikaseffect: (feit: meer CO2 is opwarming) (II) !

De onschuldige ‘schuldige’: terugstraling van IR naar ons

Broeikaseffect: Feit: er is meer CO2 (III) !

Onze energiebehoefte impliceert (1013 kg) 3 ppm per jaar

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

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

Dank u wel voor uw aandacht!

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)

0,1 1 10

10

20

30

40

50proposed FEL spectrum

prop

osed

m

agne

t

Ma

gn

etic

fie

ld (

T)

Frequency (THz)av

aila

ble

field

at

HF

ML

elec

tron

spin

and

cycl

otro

n re

sona

nces

superconducting gaps

antiferromagnetic resonance

ferromagnetic spin waves

pseudogaps of high-Tc superconductorsc

lattice vibrations and polarons

Magneet, magneter, magneetst . . .de noodzaak voor een krachtige, flexibele THz bron