AstronomieAntwoorden
AstronomieAntwoordenBoek: Wetenschap

\(\def\|{&}\DeclareMathOperator{\D}{\bigtriangleup\!} \DeclareMathOperator{\d}{\text{d}\!}\)

Deze bladzijde beantwoordt vragen over de wetenschap. De vragen zijn:

• [582] Is het wetenschappelijk redelijk om te zeggen dat de Maan een licht aan de hemel is, hoewel de Maan geen eigen licht uitzendt en het maanlicht eigenlijk verstrooid zonlicht is? Als je in een donkere kamer een zaklamp op een spiegel richt dan zeg je toch ook niet dat de spiegel de kamer verlicht?
• [575] Ik denk een verklaring te hebben gevonden voor bijna alles, van geloof tot het leven tot het paranormale. Wat moet ik nu doen?
• [549] Hoe kan ik wetenschappelijke interesse opwekken voor mijn theorie?
• [467] Waar kan ik op internet wetenschappelijke sterrenkundige artikelen of gegevens vinden over ...?
• [453] Onze eenhedenstelsels lijken gebaseerd te zijn op willekeurige maten. Heeft ooit iemand een eenhedenstelsel ontwikkeld gebaseerd op universele constanten?
• [416] Waarom is het belangrijk om zwarte gaten te bestuderen als ze geen bedreiging zijn voor de Aarde?
• [259] Hoeveel kost ruimteonderzoek?
• [258] Wat is het nut van ruimteonderzoek?
• [220] Wat betekent voorspelling in de wetenschap?
• [159] Waar leeft een wetenschapper van? Als iemand iets wetenschappelijk wil onderzoeken, wie betaalt daar dan voor?
• [157] Er wordt veel geschreven over de stand van de planeten in december 2012 vanwege de Maya-theorie. Is daar wetenschappelijk al iets over bekend?
• [77] Hoe ver staan we in de wetenschap?
• [29] Wat is de formule en wetenschappelijke schrijfwijze van zwaartekracht?

Wat wetenschap is en hoe het werkt wordt uitgelegd op de aparte bladzijde over wetenschap.

[258]

1. Het nut van ruimteonderzoek

Het is niet eenvoudig om vast te stellen welke dingen nut hebben en welke niet. Iets dat jij heel nuttig vindt kan volgens iemand anders helemaal nutteloos zijn. Is iets al nuttig als je het leuk vindt?

Veel ruimteonderzoek probeert gewoon meer te leren over de dingen die er in de ruimte zijn, zonder dat het van tevoren duidelijk is dat het meer nut dan dat voor de mensheid zal hebben. Net als bij ander onderzoek weet je van tevoren niet wat er ontdekt zal worden, en het gebeurt vaak dat je nuttige dingen vindt of leert waar je van tevoren nooit aan gedacht zou hebben. Ook is het een hele uitdaging om een satelliet met instrumenten te ontwerpen, te bouwen, en ver de ruimte in te sturen, en om uit de enorme hoeveelheid ruwe gegevens die dat oplevert conclusies over je onderzoeksonderwerp te trekken, en de ervaring en kennis die je daarmee opdoet kun je ook weer voor aardse dingen toepassen waar ze misschien meer zichtbaar nut hebben. Volgens mij is het geen toeval dat de landen waar het meeste wetenschappelijke onderzoek gedaan werd of wordt over het algemeen het meest welvarend zijn.

Omdat we onderzoek vanaf de grond en vanuit de ruimte gedaan hebben weten we nu bijvoorbeeld dat er dingen in de ruimte zijn die problemen kunnen veroorzaken voor ons op Aarde, zoals zonnevlammen die satellieten en electriciteitsnetten onklaar kunnen maken, en zoals inslaande meteorieten die grote verwoesting kunnen veroorzaken. Als we niet ooit begonnen waren met het onderzoeken van de Zon en meteorieten en het Zonnestelsel, dan hadden we deze gevaren niet gekend. Als we die dingen voldoende onderzoeken dan kunnen we ze hopelijk voorspellen en er misschien iets aan doen of tenminste de schade die ze geven beperken.

Ook weten we nu dankzij onderzoek aan de Zon en de sterren dat de Zon nog ongeveer vijf miljard jaar lang zal blijven schijnen, dus hoeven we ons geen zorgen te maken dat de Zon snel geen brandstof meer heeft. Deze kennis is niet iets dat je zomaar van een metertje af kunt lezen, en er was heel veel verschillende soorten onderzoek voor nodig die helemaal niet speciaal op de ouderdom en de verwachte leeftijd van de Zon gericht waren, maar toen al die verschillende onderzoeken gedaan waren bedacht iemand zich opeens dat je de resultaten kon gebruiken om te schatten hoe lang de Zon nog te gaan had.

[259]

2. De kosten van ruimteonderzoek

Hoe duur het is om een satelliet te ontwerpen, te bouwen, en de ruimte in te sturen hangt er helemaal van af wat je er aan apparatuur en instrumenten in stopt en hoe ver hij de ruimte in moet gaan en wat hij bij zijn doel moet doen. Ik zou denken dat je voor minder dan een paar miljoen euro niet veel kan doen. Hier is een lijstje met geschatte kosten voor een aantal recente en oude ruimtemissies, omgerekend naar miljoenen euro's (met $1 ≈ €1 en £1 ≈ €1,5):

Tabel 1: Ruimtemissiekosten

(Zie bijvoorbeeld //www.nap.edu/html/ssb_html/Clementine/clemtab3-1.html.)

Je ziet wel dat het International Space Station (ISS) verreweg het duurste is. Voor dat geld kun je zeker 400 wagentjes over Mars laten rijden of 30 satellieten naar Saturnus sturen. Ik zou het geld dat nu in het ISS gaat liever aan zulke onbemande ruimtemissies uitgeven.

[220]

3. Voorspellen

Voorspellen is in de wetenschap heel belangrijk. Alleen door dingen te voorspellen en dan te kijken of ze ook echt zo gebeuren kun je er achter komen of je voorspellingsmethode echt werkt. Als je iets goed begrijpt dan kun je er dingen goed van voorspellen, dus als je iets heel vaak goed kan voorspellen, dan begrijp je het misschien wel.

Als je niet weet of iets op manier A werkt of op manier B, dan gebruik je allebei de manieren om voorspellingen te doen en dan kijk je welke voorspellingen niet uitkomen. Een manier waarvan de voorspellingen meestal niet uitkomen is niet goed.

[77]

4. Hoe ver is de wetenschap al gekomen?

Deze vraag kan op tenminste twee manieren uitgelegd worden. Ik zou hem kunnen uitleggen als "hoeveel weten we al van alle dingen?", maar de wetenschap onderzoekt miljoenen verschillende dingen, en niemand op de wereld zou kunnen zeggen hoe ver de wetenschap voor elk van die dingen is. Een volledig antwoord zou langer zijn dan een hele encyclopedie.

Ik zou de vraag ook kunnen uitleggen als "weten we al zo'n beetje alles dat er te weten valt?". Het antwoord op die vraag is heel duidelijk: Nee. Het maakt niet uit welk onderwerp je kiest, je kunt er altijd meer vragen over stellen. En ik denk dat elke wetenschapper het er wel mee eens is dat hoe meer je ontdekt over een onderwerp, hoe meer je er achter komt dat je er veel dingen nog niet van weet. In het algemeen denken alleen mensen die ergens heel weinig van weten dat ze er alles van weten.

5. Eenhedenstelsels

Als je iets meet, dan vergelijk je het met een standaard. Als we zeggen dat een huis 20 meter lang is, dan bedoelen we dat het 20 keer zo lang is als een standaardlengte die we "meter" noemen. Een meetwaarde zoals "20 meter" bestaat uit een grootte (hier 20) en een eenheid (hier "meter").

Je kunt lengtes ook meten met heel veel andere eenheden, zoals kilometers of centimeters (afleidingen van de meter) of duimen, voeten, ellen, of mijlen (oude eenheden die bij ons niet veel meer gebruikt worden), maar al die eenheden voor lengte kun je eenvoudig naar elkaar omrekenen door ze met een getal te vermenigvuldigen dat voor elke soort omrekening vast is. Bijvoorbeeld, om van meters om te rekenen naar kilometers moet je de grootte door 1000 delen, en om van duimen naar centimeters om te rekenen moet je de grootte vermenigvuldigen met 2,54.

Alle eenheden die de lengte meten zijn eigenlijk gelijkwaardig, dus is het eigenlijk maar toeval welke we precies gebruiken, behalve dat we meestal een eenheid zoeken die ongeveer even groot is als het ding dat we willen meten, want anders krijg je van die getallen die zo klein of zo groot zijn. Zo is de lengte van het huis hierboven ook gelijk aan 0,000 000 000 000 0021 lichtjaren, maar het rekent zo vervelend met al die nullen achter de komma, dus is het veel praktischer om die lengte te vermelden als 20 meter. Andersom is de dichtstbijzijnde ster (anders dan de Zon) ongeveer 41 000 000 000 000 000 meter van ons vandaan, maar ook dat is een vervelend getal, dus dan is het weer beter om die afstand te vermelden als 4,3 lichtjaren.

Er zijn ook zaken die je niet met een meter kunt vergelijken, zoals hoe lang iets duurt, of hoe hard iets tegen je duwt, of hoe snel iets gaat, of hoe helder het schijnt. Om zulke zaken te meten heb je andere eenheden nodig, eenheden die dan zelf ook niet met een meter te vergelijken zijn, zoals de seconde of de kilometer per uur.

Wetenschappers zijn er achter gekomen dat je met zeven eenheden en met (dimensieloze) getallen alle metingen kunt beschrijven, als die zeven eenheden tenminste voldoende onafhankelijk zijn van elkaar (zodat je niet een van die eenheden kunt uitrekenen uit een combinatie van de zes andere). Een verzameling van onafhankelijke eenheden heet een eenhedenstelsel. Het maakt niet uit welke eenheden er precies in zo'n stelsel zitten, als ze maar onafhankelijk zijn van elkaar.

Het Internationale Systeem van Eenheden (het SI) bevat de volgende fundamentele eenheden:

Tabel 2: SI-eenheden

Je kunt geen enkele van deze fundamentele eenheden omrekenen naar een combinatie van de andere, dus zijn ze onafhankelijk van elkaar. Wel kun je de fundamentele eenheden combineren en daarmee afgeleide eenheden vormen. Zo krijg je een snelheid als je een lengte deelt door een tijd, dus krijg je een eenheid voor de snelheid als je een eenheid voor de lengte deelt door een eenheid voor de tijd, bijvoorbeeld de meter per seconde (m/s). En je krijgt een oppervlakte als je een lengte vermenigvuldigt met een andere lengte, dus als je een eenheid voor lengte met zichzelf vermenigvuldigt dan krijg je een eenheid voor oppervlak, bijvoorbeeld de vierkante meter (m²).

Het maakt niet uit welke eenheden er precies in een eenhedenstelsel zitten, als ze maar onafhankelijk van elkaar zijn. Ook kun je een eenhedenstelsel maken waar minder dan zeven eenheden in zitten, maar dan kun je bepaalde metingen niet in dat eenhedenstelsel beschrijven. Zo kun je een cgs-eenhedenstelsel definiëren dat de centimeter (in plaats van de meter), de gram (in plaats van de kilogram) en de seconde gebruikt, maar daarmee kun je dan geen elektrische stroom meten.

Het is zelfs mogelijk om eenheden te gebruiken die geen veelvouden van de SI-eenheden zijn. Zo zou je bijvoorbeeld een eenhedenstelsel kunnen maken dat gelijk is aan het SI maar in plaats van de lengte de snelheid als fundamentele grootheid heeft, met een bijbehorende eenheid die de "flup" heet. Dan is de grootste snelheid die een bepaalde auto kan bereiken niet meer 220 kilometer per uur, maar bijvoorbeeld 85 flup, en dan is de lengte een afgeleide grootheid geworden, gelijk aan het produkt van een snelheid en een tijd, die je dan moet meten in flup-seconden.

[453]

6. Natuurlijke eenheden

Omdat de gebruikelijke eenhedenstelsels nogal willekeurig zijn hebben mensen gezocht naar eenhedenstelsels die verbonden zijn met fundamentele natuurconstanten.

Een eenhedenstelsel waarin de lichtsnelheid in het vacuüm gelijk wordt gesteld aan 1 is vrij gebruikelijk in de takken van de natuurkunde waar snelheden dicht bij die van het licht voorkomen. Vaak worden in zulke stelsels ook nog andere fundamentele natuurconstanten gelijk gesteld aan 1, zoals de universele zwaartekrachtsconstante (meestal geschreven als G) en de gereduceerde constante van Planck (meestal geschreven als ℏ, wat een "h" is met een horizontale balk erdoor). Deze eenhedenstelsels worden stelsels van "natuurlijke eenheden" genoemd.

Veel natuurkundige formules bevatten fundamentele natuurconstanten, dus als die constanten gelijk gezet kunnen worden aan 1 (door de juiste keuze van het eenhedenstelsel) dan worden die formules eenvoudiger. Bijvoorbeeld, de formule voor de schwarzschildstraal van een bolvormig zwart gat is gelijk aan

\begin{equation} r = \frac{2 G M}{c^2} \end{equation}

waar \(r\) de straal is, \(G\) de universele zwaartekrachtconstante, \(M\) de massa, en \(c\) de lichtsnelheid. Als we een eenhedenstelsel gebruiken waarin \(G\) en \(c\) gelijkgesteld zijn aan 1, dan versimpelt de formule tot

\begin{equation} r = 2 M \end{equation}

Hieruit volgt dat massa en lengte in dit eenhedenstelsel in dezelfde eenheden gemeten kunnen worden, net als de tijd.

Men kan natuurlijk niet zomaar alle natuurconstanten gelijk stellen aan 1, want ze zijn niet allemaal onafhankelijk van elkaar. Omdat er hooguit zeven onafhankelijke eenheden in een eenhedenstelsel kunnen zitten, kun je ook hooguit zeven onafhankelijke natuurconstanten gelijk stellen aan 1 (waarmee dan het hele eenhedenstelsel vast ligt).

[467]

7. Wetenschappelijke sterrenkundige artikelen en data

Goede bronnen voor sterrenkundige wetenschappelijke artikelen zijn:

//adsabs.harvard.edu/abstract_service.html //arxiv.org/abs/astro-ph

De eerste bron geeft toegang tot samenvattingen van heel veel sterrenkundige artikelen. De meeste sterrenkundige wetenschappelijke tijdschriften zijn verschrikkelijk duur, maar sommige tijdschriften staan toe dat hun artikelen na een paar jaar gescand worden en dan kun je die gescande artikelen via ADS gratis lezen. Ook veel oude artikelen (zoals van Edwin Hubble) zijn via ADS gratis te lezen.

De tweede bron geeft toegang tot "preprints", afdrukken van een voorlopige versie van een wetenschappelijk artikel met als doel om commentaar van collega's te krijgen dat nog in de uiteindelijke officiële versie verwerkt kan worden. Omdat preprints nog niet per sé helemaal af zijn en ook nog niet door het nakijkproces van het tijdschrift heen zijn geweest hebben ze veel minder status dan de latere officiële artikelen en worden ze vaker gratis ter beschikking gesteld. Preprints zijn daarom soms ook te vinden van recente artikels of van artikels die in officiële vorm waarschijnlijk nooit gratis ter beschikking zullen komen. ADS is ook begonnen met naar preprints te verwijzen.

Veel wetenschappelijk astronomische dataverzamelingen zijn beschikbaar via VizieR: //vizier.u-strasbg.fr/ //vizier.cfa.harvard.edu/ Tegenwoordig leveren veel astronomische artikelen dataverzamelingen, die dan ook via ADS van VizieR te krijgen zijn, zelfs als de volledige artikelen zelf (nog) niet gratis beschikbaar zijn.

[575]

8. Je denkt de verklaring voor alles gevonden te hebben?

Het gebeurt wel vaker dat iemand een idee krijgt voor een verklaring van bijna alles. Helaas is het veel eenvoudiger om zo'n idee te krijgen dan het is om te bewijzen dat dat idee iets nuttigs zegt over ons, de wereld, en het Heelal.

Veel mensen denken dat het voldoende is om met een paar zinnen te laten zien dat hun verklaring de goede zou kunnen zijn, maar voor wetenschappers is dat niet genoeg. In de Middeleeuwen ging dat wel zo: "Mijn broer werd ziek de avond nadat de buurvrouw een raar dansje deed. De buurvrouw is vast een heks die met dat dansje mijn broer ziek getoverd heeft!" Ja, het zou kunnen dat heksen bestaan en dat de buurvrouw er eentje is en dat de buurvrouw tovert door te dansen en dat de buurvrouw met dat dansje je broer ziek maakte, maar dat is nog geen bewijs dat dat ook allemaal zo is. Het zou ook kunnen dat heksen niet bestaan en dat je buurvrouw niets te maken heeft met de ziekte van je broer maar dat je broer vergat om zijn handen te wassen voor het eten en dat er bacteriën op zijn vingers zaten (die daarop kwamen toen je broer een steen van de straat pakte) en dat die bacteriën hem ziek maakten. En er zijn nog wel meer logische verklaringen die nog weer heel anders zijn.

Verschillende mensen kunnen hele verschillende verklaringen hebben over dezelfde dingen in de wereld. Al die verklaringen kunnen heel logisch in elkaar zitten, maar toch kan maar één van die verklaringen de goede zijn ― en misschien zit de goede verklaring er nog helemaal niet bij. Om te kunnen bepalen welke verklaring de juiste is moet je daar iets aan kunnen meten, en moet je met behulp van die verklaring kunnen voorspellen wat de uitkomst van de meting zou moeten zijn als die verklaring de juiste is. Als die voorspellingen verschillend zijn voor verschillende verklaringen, dan kun je uit de uitkomsten van de metingen zien welke verklaring het beste past. Als je er niet aan kunt meten, dan vinden wetenschappers het al snel niet interessant, want dan kun je niet bepalen of het klopt. Dan wordt het een welles/nietes-ruzie zonder einde.

Wat betreft paranormale zaken: Er is geen overtuigend wetenschappelijk bewijs voor paranormale zaken, hoewel er wel veel zogenaamd paranormale dingen wetenschappelijk zijn getest. Steeds bleek het paranormale effect niet te bestaan ― of tenminste niet op te treden tijdens de wetenschappelijke test.

Wat betreft geloof: Wetenschappers zien geloof niet als bewijs van waarheid, want verschillende mensen kunnen tegenstrijdige dingen geloven en die kunnen niet allemaal tegelijk waar zijn. Als jouw verklaring er van uit gaat dat geloof bewijs van waarheid levert en dat paranormale effecten bestaan, dan is het niet waarschijnlijk dat de wetenschap er veel interesse voor zal hebben.

Het is heel goed om na te denken over de wereld en te willen weten hoe het allemaal in elkaar zit. Zo is volgens mij iedereen begonnen die later wetenschapper is geworden ― ik ook. Heel erg veel mensen hebben ook al nagedacht over de wereld en het Heelal, en die hebben allerlei vreemde ideeën gehad, en sommige daarvan bleken te kloppen maar heel veel andere bleken niet te kloppen. Als jouw idee niet blijkt te kloppen dan betekent dat niet dat je dom bent, maar dat de wereld toch anders in elkaar zit dan je dacht ― en daar kun je niets aan doen. De wereld is verschrikkelijk ingewikkeld, maar daarom ook interessant om te onderzoeken.

[549]

9. Wetenschappelijke interesse opwekken voor je theorie

Stel, je hebt een theorie of model opgesteld waarvan je denkt dat die een astronomisch verschijnsel beter beschrijft dan alle andere theorieën doen, of je denkt bewijs te hebben dat een veelgebruikte natuurwetenschappelijke wet of theorie fout is. Hoe kun je bij wetenschappers interesse opwekken voor je werk?

De manier waarop wetenschappers zelf proberen hun werk onder de aandacht van andere wetenschappers te brengen is door dat werk te publiceren, liefst in een vooraanstaand wetenschappelijk tijdschrift. De toonaangevende wetenschappelijke tijdschriften laten aangeboden artikelen beoordelen door één of meer andere wetenschappers, die dan hun mening geven over de kwaliteit van het artikel. Ze zouden bijvoorbeeld antwoorden kunnen zoeken op vragen zoals de volgende: Zijn de conclusies gebaseerd op logische argumenten en zijn ze ondersteund door de gemelde waarnemingen of berekeningen? Lijken de gebruikte methoden op de juiste manier toegepast te zijn? Is een goede beschrijving gegeven van hoe de conclusies van het artikel zich verhouden tot ander (recent) werk in hetzelfde veld? Als de beoordeling goed is, en als de redacteur van het tijdschrift vindt dat het artikel voldoende interessant is voor het tijdschrift, dan wordt het gepubliceerd. Als de beoordeling niet goed genoeg is maar de beoordelaar denkt dat het met wat verbeteringen wel goed genoeg kan zijn, dan krijgt de schrijver meestal de gelegenheid om het artikel nog te verbeteren en het nog eens ter publicatie aan te bieden.

De meeste van deze tijdschiften verlangen dat je een flink bedrag betaalt om je artikel gepubliceerd te krijgen, en bovendien is het ook nog erg duur om een abonnement op dat tijdschrift te hebben. De meeste wetenschappers worden wat dat betreft ondersteund door hun werkgever: die betaalt voor het publiceren, en betaalt het abonnement op het tijdschrift.

Voor de gemiddelde leek is het dus niet zo eenvoudig om een artikel gepubliceerd te krijgen in zo'n tijdschrift. Wat sommige doorzetters dan nog wel eens proberen is om hun werk onder de aandacht te brengen van een wetenschapper waarmee ze op een of andere manier in contact kunnen komen. Hun hoop is dat als ze die wetenschapper kunnen overtuigen van hun gelijk, dan wil die wetenschapper misschien wel meewerken om het gepubliceerd te krijgen.

Echter, het is meestal nog moeilijker voor een leek om een wetenschapper te overtuigen dan het is voor een wetenschapper om andere wetenschappers te overtuigen, omdat de leek meestal veel minder ervaring heeft in het gebruik van wetenschappelijke methoden en in het opstellen van een goed artikel waarvan het snel duidelijk is dat er geen grote gaten in zitten.

Het meest belangrijke dat je moet doen om een wetenschapper ervan te overtuigen dat jouw theorie beter is dan de gebruikelijke theorie is om te laten zien dat je met jouw theorie uitkomsten krijgt die nauwkeuriger zijn (vergeleken met de waarnemingen) dan de gebruikelijke theorie. Het is niet voldoende om logische argumenten te geven waarom jouw theorie beter moet zijn dan die andere, want misschien kloppen je aannames niet, en dan kloppen de conclusies ook niet, zelfs al volgen de conclusies zonder twijfel uit de aannames via de logische argumenten. En bewijzen dat je aannames redelijk zijn is minstens zo moeilijk als bewijzen dat je conclusies logisch volgen uit de aannames.

De enige efficiënte manier om aan te tonen dat jouw theorie waardevol is is door te laten zien dat jouw theorie in de praktijk beter werkt dan de gebruikelijke theorie. Het is meestal veel gemakkelijker om te zien of iets in de praktijk werkt dan het is om te begrijpen waarom het werkt. Ook daarom is het beter om eerst te laten zien dat het werkt, voor je probeert uit te leggen waarom het werkt. Gebruik je theorie om voorspellingen te doen, en kijk dan of die voorspellingen beter uitkomen, dus minder ver afwijken van de waarnemingen dan de voorspellingen uit de andere theorie doen. Als dat zo is, en als de verbetering voldoende flink is, dan is de kans veel groter dat een wetenschapper er interesse voor zal hebben. En als de voorspellingen toch niet zo goed blijken te zijn, dan is je theorie toch (nog) niet zo goed als je dacht, en dan is het maar beter dat je er (nog) niemand anders mee lastig valt.

Waarom zou iemand interesse moeten hebben voor jouw theorie, als jouw theorie niet aantoonbaar betere resultaten geeft dan de huidige theorie? Het is aan jou om aan te geven waarom je werk interessant is; het is niet aan anderen om aan te geven waarom je werk niet interessant is. Er worden heel veel artikelen ter publicatie aangeboden, en voor slechts een klein deel is plaats. De lat ligt hoog.

De gerenommeerde tijdschriften op sterrenkundig gebied zijn in het Engels. Je kunt gratis (iets oudere) astronomische artikelen inzien op //adsabs.harvard.edu/index.html. Daar kun je een idee krijgen van hoe een wetenschappelijk astronomisch artikel er uit ziet. Ook kun je mogelijk toepasselijke tijdschriften inzien in universiteitsbibliotheken (van universiteiten waar astronomie gedoceerd wordt: voornamelijk Amsterdam, Leiden, Groningen).

talen: [en] [nl]

//aa.quae.nl/nl/antwoorden/wetenschap.html;
Laatst vernieuwd: 2021-07-19