‘Gedachte-experimenten kun je nu nog wel uitvoeren’
Nu wetenschappers bijna allemaal thuis zitten en haast geen experimenten in het lab kunnen doen, moeten ze op een andere manier hun onderzoek vervolgen. Voor sommige natuurkundigen hoeft dat geen probleem te zijn, ze kunnen ook gedachte-experimenten uitvoeren. UvA-fysicus Marcel Vonk schreef een boek vol met slimme gedachte-experimenten uit de natuurkunde, en jij kunt het winnen.
‘Bij een gedachte-experiment doe je in je hoofd bepaalde aannames, die combineer je met je bestaande kennis van de natuur, en zo kijk je of je bepaalde natuurverschijnselen kunt verklaren,’ legt Marcel Vonk op de eerste pagina’s in zijn boek De race tegen de schildpad uit.
Een eenvoudig voorbeeld van een gedachte-experiment dat hij geeft, gaat over een theekop en een lepeltje. De vraag is of die gelijktijdig op de grond landen wanneer je ze loslaat uit een raam op de vierde verdieping. Als je in gedachten eerst een blok hout laat vallen en daarna twee helften van datzelfde blok – die je tegen elkaar aanhoudt voordat je ze loslaat – vallen die losse helften dan even snel als het zwaardere, hele blok? Ja. Dus de theekop en het lepeltje zouden ook op hetzelfde moment moeten neerkomen op de grond. Tenminste, in een situatie waar geen luchtweerstand is.
Gedachte-experimenten kunnen ook tijdens corona
Zelf moet Vonk voor zijn werk ook regelmatig gedachte-experimenten uitvoeren. Hij doet namelijk onderzoek naar quantumzwaartekrachtQuantumzwaartekracht combineert twee theorieën met elkaar, de quantummechanica en de algemene relativiteitstheorie. Marcel Vonk schrijft in zijn boek: ‘Quantumzwaartekracht vertelt je dat je in een willekeurige doos, of je die nu in een zwart gat laat vallen of niet, nooit méér dan een bepaalde hoeveelheid entropie [informatie, red] kunt proppen.’ en zwarte gaten. ‘De experimenten die daarbij horen kun je niet altijd uitvoeren. Ze zijn vaak duur, of de technologie die je daarvoor nodig hebt bestaat nog niet.’
Vonk heeft gedachte-experimenten altijd al fascinerend gevonden. ‘Ik had al heel lang het idee om dit boek te maken. Nu komt het boek wel op een toepasselijk moment uit. We zitten allemaal thuis, er kunnen geen experimenten gedaan worden maar je kunt nog wel gedachte-experimenten uitvoeren. Ik had daar eigenlijk geen rekening mee gehouden; het is meer toeval dat De race tegen de schildpad precies op dit moment uitkomt.’
Suggesties collega’s
Het was voor Vonk niet makkelijk om te bepalen welke gedachte-experimenten in zijn boek moesten komen. ‘Ik had zo nog twee boeken met gedachte-experimenten kunnen vullen. Mede door tips van collega’s werd mijn lijstje met experimenten langer.’ Zo gaven UvA-hoogleraren theoretische natuurkunde Erik Verlinde en Kareljan Schoutens suggesties. En die zijn ook in het boek terecht gekomen.
‘Kareljan opperde de bomb tester. Dat vind ik zelf een van de leukste hoofdstukken. Dit gedachte-experiment gaat over een typisch quantumverschijnsel. Het is een manier om te testen of bommen echt zijn zonder dat je ze daadwerkelijk af laat gaan. Je beredeneert aan de hand van de wetten van de quantummechanica of de bommen kunnen ontploffen.’ Die wetten horen bij processen die op hele kleine schaal plaatsvinden, die van atomen en nog kleinere deeltjes die weer een onderdeel van atomen kunnen zijn. ‘Met behulp van dit experiment kunnen we bij een kwart van de gevallen zeker weten of de bom echt is, en daarvoor hoeft die niet eens te ontploffen.’
Wil jij samen met het boek De race tegen de schildpad gedachte-experimenten aangaan? Stuur dan voor maandag 6 juli een antwoord op onderstaande vraag naar Marleen Hoebe (marleen@folia.nl) onder vermelding van je naam en adres.
Welk gedachte-experiment zou jij nog wel in een boek terug willen zien of zelf willen uitvoeren?
Marcel Vonk kiest het origineelste antwoord.
N.B. Inzenders met een UvA-mailadres krijgen voorrang.
Ook wel filosofisch
Klinkt misschien ingewikkeld, maar Vonk legt in zijn boek stap voor stap uit hoe dit werkt. En bij elk hoofdstuk geeft hij met een aantal pepers aan hoe pittig het is. Zo kun je ook bepalen welke hoofdstukken je eventueel wilt overslaan, want het zijn allemaal losse, op zichzelf staande verhalen. ‘Voor dit boek heb je geen achtergrondkennis nodig. Maar het is wel bedoeld voor lezers die normaal ook de wetenschapspagina’s van de kranten lezen.’
Verder heeft de tekst van het boek ook wat weg van filosofie. ‘Ik probeer filosofie wel gescheiden te houden van de natuurkunde, want ik ben zelf geen filosoof. Maar als we over het allerkleinste praten, heeft dat toch iets filosofisch. Het eerste gedachte-experiment dat ik beschrijf, “de race tegen de schildpad”, is ook bedacht door een filosoof, de Griekse filosoof Zeno van Elea. In zijn tijd (ca. 490-430 v.Chr.) was er nog geen verschil tussen een filosoof en een natuurkundige.’
De race tegen de schildpad verschijnt 25 juni bij uitgeverij UnieBoek | Het Spectrum.
