Kloptdatwel?

Wetenschap

Phil Plait: hoe verdedig je de aarde tegen een astroïde?

by Leave a Comment

Phil ‘The Bad Astronomer’ Plait is naast astronoom ook een bekende skepticus. In bovenstaande TEDtalk-video legt hij uit dat de dinosauriërs toch echt een hele vervelende dag hadden toen de aarde geraakt werd door een grote astroïde en wat wij kunnen doen mocht het weer dreigen te gebeuren.

Hoewel de dreiging van Elenin ‘gelukkig’ voorbij is, staat 2012 over een klein maandje al op de stoep en iedereen kent de verhalen daarover natuurlijk. Gelukkig hebben we de wetenschap om ons te beschermen… en te beseffen dat de verhalen onzin zijn ;).

Maar de dreiging van een astroïde is er daadwerkelijk. Dus steun uw lokale ruimteprogramma!

Cool!

by 39 Comments

Cool! 1Misschien heb je wel eens gehoord dat je beter heet water kunt gebruiken om ijsblokjes te maken. Heet water zou sneller bevriezen dan koud water. Als je er even over nadenkt, klinkt dit nogal ongeloofwaardig. Het hete water moet immers eerst afkoelen tot de temperatuur van het koude water. Dat duurt natuurlijk even en vervolgens moet het nog bevriezen. Dat laatste traject zal toch wel even snel verlopen met dat ‘afgekoelde’ water als met het water dat die temperatuur al had, of niet soms?

Er blijkt echter toch wat meer aan de hand te zijn. Al eeuwen lang wordt het fenomeen van sneller bevriezen van heet water opgemerkt. Bij Aristoteles is het te vinden en veel later ook bij Descartes en Bacon. Blijkbaar was het een redelijk bekend fenomeen, maar nooit goed onderzocht.

Wetenschappelijke bijdrage vanuit Donker Afrika

Het kwam pas weer echt onder de aandacht van de wetenschappelijke wereld in 1969 door de publicatie van een artikel van Erasto Mpemba en Dr. Denis G. Osborne onder de titel ‘Cool?’. Zeker één van de coolste titels van een wetenschappelijke publicatie! Het artikel gaat over de ontdekking van de Tanzaniaan Erasto Mpemba die in 1963 op 13-jarige leeftijd constateerde dat zijn warme ijsmengsel sneller bevroor in de vriezer dan het mengsel van een vriendje dat er koud in gezet was. Mpemba beschrijft die ontdekking als volgt:

In 1963, when I was in form 3 in Magamba Secondary School, Tanzania, I used to make ice-cream. The boys at  the school do this by boiling milk, mixing it with sugar and putting it into the freezing chamber in the refrigerator, after it has first cooled nearly to room temperature. A lot of boys make it and there is a rush to get space in the refrigerator.

One day after buying milk from the local women, I started boiling it. Another boy, who had bought some milk for making ice-cream, ran to the refrigerator when he saw me boiling up milk and quickly mixed his milk with sugar and poured it into the ice-tray without boiling it; so that he may not miss his chance. Knowing that if I waited for the boiled milk to cool before placing it in the refrigerator I would lose the last available ice-tray, I decided to risk ruin to the refrigerator on that day by putting hot milk into it. The other boy and I went back an hour and a half later and found that my tray of milk had frozen into ice-cream while his was still only a thick liquid, not yet frozen.

Dr. Osborne, een docent in Dar es Salaam, kwam langs op de school van Mpemba voor een lezing en nam zijn verhaal serieus. Door zelf te experimenteren stelde hij vast dat er wel degelijk iets aan de hand was en nam initiatief tot het schrijven van het artikel samen met Mpemba.

Wetenschappelijk onderzoek

Er is sindsdien wel verder onderzoek naar gedaan en het Mpemba-effect blijkt echt te bestaan! Of het optreedt valt echter moeilijk te voorspellen, het hangt nogal af van de omstandigheden. De volgende effecten zouden namelijk allemaal een bijdrage kunnen leveren (o.a te vinden in een artikel van Monwhea Jeng):

1. verdamping: heet water verdampt meer en dus zal er uiteindelijk minder water hoeven te bevriezen.

2. rol van opgeloste gassen: in het hete water zit minder opgelost gas, maar hoe dat een verschil zou kunnen verklaren is niet zo duidelijk.

3. convectie: heet water geeft sneller hitte af en door convectie zou de temperatuur van toplaag in de hetere vloeistof ook hoog blijven. In de hete vloeistof ontstaat er een groter temperatuurverschil tussen bodem en oppervlakte.

4. geleiding: hete samples kunnen afhankelijk van de containers een andere geleiding veroorzaken met de omgeving. Een warm bekerglas kan de dunne ijslaag op de bodem van het vriesvak doen smelten, waarna er direct contact is tussen glas en de wand van het vriesvak.

5. isolatie: bij koude samples zou er eerder een ijskorst ontstaan bovenop de vloeistof, die isolerend zou kunnen werken voor de vloeistof eronder.

6. superkoeling: water bevriest niet zomaar bij 0°C, om ijskristallen te vormen zijn nucleatiekernen nodig. Bij afwezigheid van die kernen kan de temperatuur ver onder nul dalen (volgens laatste theorie tot wel -48°C!) , voordat ijsvorming optreedt. Het zou kunnen dat er een verschil is in de mate waarin superkoeling optreedt bij koude en opgewarmde vloeistoffen.

Dat fenomeen van superkoeling toont ook aan dat je niet zo makkelijk kunt vaststellen wanneer water bevroren is. En wat neem je eigenlijk aan als moment van bevriezen? Het onstaan van het eerste ijskristal? Of moet het duidelijk zijn dat de hele vloeistof door en door vast is geworden?

In het recente A Search for the Mpemba effect: When hot water freezes faster then cold water, James D. Brownridge (2010) worden de mogelijke oorzaken van het Mpemba-effect op een systematische manier onderzocht. Een belangrijk probleem bij eerdere onderzoeken was dat het nogal wat uitmaakte waar je sensoren plaatst om de bevriezing vast te stellen.

Cool! 2
Temperatuurverloop van Brownridges experimenten

Brownridge doet het net wat anders: hij stelt vast wanneer de latente warmte vrijkomt. Doordat de watermoleculen zich bij het bevriezen vastnestelen in een kristalrooster, verliezen ze bewegingsvrijheid en moet er energie aan de omgeving afgestoten worden. De afbeelding hiernaast illustreert een van de typische temperatuurverlopen van de experimenten van Brownridge.

Ik ben wel onder de indruk van de aanpak. Brownridge is er dan ook jaren mee bezig geweest. Het artikel is gepubliceerd in januari van dit jaar (‘When Does hot water freeze faster then cold water? A search for Mpemba Effect’, American Journal of Physics, January 2011, Volume 79, Issue 1) maar tot die definitieve versie heeft niet iedereen toegang en de plaatjes zijn er trouwens ook minder fraai in.

De conclusie is dat het Mpemba-effect op kán treden ten gevolge van superkoeling:

Hot water will freeze before cooler water only when the cooler water supercools, and then, only if the nucleation temperature of the cooler water is several degrees lower than that of the hot water. Heating water may lower, raise or not change the spontaneous freezing temperature.

Als omstandigheden van de hete en koude samples niet precies gelijk blijven, kunnen ook de andere genoemde effecten een rol gaan spelen. Of hiermee het laatste woord gezegd is over het Mpemba-effect?

Het blijft onduidelijk of er condities zijn waarbij het opwarmen van een vloeistof de temperatuur waarbij die spontaan bevriest zou kunnen verhogen. In het artikel wordt wel het omgekeerde aangetoond: dat verhitten van water (van verse sneeuw) de spontane bevriezingstemperatuur kan verlagen (waarschijnlijk doordat nucleatiekernen worden afgebroken). Dat het Mpemba-effect kan optreden als je met exact dezelfde vloeistoffen start (waarvan je dus één sample verhit) en de condities goed onder controle houdt, is onwaarschijnlijk.

Nog steeds scepsis

Als je kijkt op de discussiepagina bij het Mpemba-artikel op Wikipedia, valt op dat het nog steeds niet zo maar geaccepteerd wordt. Ook op een site als Museum of Hoaxes kwam ik het ongeloof erin tegen. Tot zijn ontmoeting met Osborne werd Mpemba ook volstrekt niet serieus genomen door zijn leraar en medeleerlingen. Die zetten indertijd zijn ontdekking schertsend weg als ‘Mpemba physics’. De bijdrage van Mpemba aan de natuurwetenschap is eerder te danken aan zijn eigenwijsheid en doorzettingsvermogen dan aan geniaal inzicht.

Natuurlijk komen we ook lieden tegen die het effect (en de aanvankelijke scepsis van de wetenschap erover) omarmen om hun eigen rare ideeën plausibeler te laten klinken. Sommige homeopaten halen het aan als iets dat hun theorie over geheugen van water zou ondersteunen. Maar erg vaak kom ik het niet tegen, dan blijven kwantumeffecten toch populairder.

Leuk experiment

Ik kwam het volgende leuke filmpje tegen waarin aangetoond wordt dat heet water onder bepaalde omstandigheden inderdaad sneller bevriest. Misschien leuk om te proberen als we weer zo’n koude winter krijgen.

Het is in een heel andere setting dan door Mpemba beschreven. Die zal ook niet zo snel de omstandigheden van -26 °C in Tanzania hebben aangetroffen. Hier is echter toch wat anders aan de hand, lijkt me. De ijswolk die ontstaat bij het bijna kokende water is zo fijn, dat het eerder waterdamp is, die desublimeert (verrijpt). De bijna kokende vloeistof zal door het in de vriesdroge lucht te werpen, misschien lokaal de lucht oververzadigen met waterdamp, die dan meteen in fijne ijskristallen neerslaat. Met het Mpemba effect heeft het niet zoveel te maken, denk ik.

Cool! 3
Enige foto die van Mpemba te vinden was

Wat is er intussen van Mpemba geworden?

Geen carrière in de natuurwetenschap. Ten tijde van het opstellen van het artikel dat zijn naam voor altijd(?) koppelt aan het beschreven effect, volgde hij een opleiding in Wildlife Management. In die business (in Tanzania vermoedelijk wat belangrijker dan de wetenschap), maakte hij een mooie carrière door. In 2002 nam hij afscheid als Principal Game Officer en ging vermoedelijk met pensioen.

Voor zover ik kon nagaan, heeft hij verder nooit meer wat op natuurkundig gebied gedaan. Zelf was hij ook wat cynisch over zijn bijdrage aan de wetenschap, misschien omdat hij, volgens Osborne, niet zo best scoorde bij zijn natuurkunde-eindexamen.

Cool! 4In Tanzania zelf is hij ook niet zo bekend geworden, want ik vond maar weinig Tanzaniaanse bronnen. En dat terwijl het Mpemba-effect misschien wel het enige verschijnsel in de natuurwetenschappen is dat de naam van een Afrikaan van beneden de Sahara heeft gekregen! Hoog tijd dat iemand er ook in de Swahili-Wikipedia een artikel aan wijdt (mijn eigen kennis van Kiswahili is er niet goed genoeg voor, helaas).

Voor de muziekliefhebbers heb ik nog een band met de naam ‘Mpemba Effect’ in de aanbieding, die Afrikaanse Loungemuziek maakt. Helpt misschien als rustgevend achtergrondmuziek bij het doorlezen van het artikel van Brownridge.

James Randi test een wichelroedeloper

by 7 Comments

Dit is een oud fragment uit een tv-show van James Randi waarin hij bijzondere claims test. In de onderstaande via test hij een wichelroedeloper:

De wichelroedeloper laat eerst zien dat zijn wichelroede een duidelijke uitslag geeft bij de steentje in de doos. Let wel: hij weet hier zelf al het antwoord.

De duidelijke uitslag van de wichelroede wordt veroorzaakt door het ideomotoreffect. Er zijn allerlei websites die dit psychologische effect omschrijven, ik citeer hier de Wikipediapagina ‘ideomotorisch effect‘:

Het ideomotorisch effect is het psychologisch fenomeen dat mensen spierbewegingen maken nadat ze deze onbewust bij anderen hebben waargenomen of doordat ze er onbewust aan denken. Het ideomotorisch effect verklaart de werking van vermeend paranormale of bovennatuurlijke zaken zoals het Ouijabord, automatisch schrift, de wichelroede en telekinese. Beoefenaars van deze paranormale bezigheden menen vaak – ten onrechte – dat de geproduceerde bewegingen afkomstig zijn van een kracht buiten henzelf. Ideomotorische effecten komen ook voor bij het televisiekijken, mensen die actief meeleven met hun favoriete sporter vertonen spierspanning in dezelfde spieren als de sporter.

(…)

Wetenschappelijke tests door onder meer Michael Faraday, Michel Chevreul, William James en Ray Hyman hebben aangetoond dat allerlei fenomenen die dikwijls worden toegeschreven aan spirituele of paranormale krachten of “energieën”, feitelijk veroorzaakt worden door het ideomotorisch effect. De tests tonen verder aan dat “eerlijke, intelligente mensen onbewust musculaire activiteit vertonen die consistent is met hun verwachtingen” (Hyman 1999).

In de test scoort de wichelroedeloper precies volgens kans (een willekeurig iemand uit het publiek had het net zo goed gedaan). Daarmee is dus geen bewijs gevonden dat deze man kan wat hij zegt te kunnen, of dat een wichelroede kan werken. Helaas. Op naar de volgende wichelroedelopers.

Jean-Paul van Bendegem spreekt over logica tijdens TEDxFlanders

by 17 Comments

Tijdens TEDx-Flanders (Technology, Entertainment, Design, de x staat voor een onafhankelijk georganiseerd evenement, in dit geval dus in Vlaanderen) gaf Jean-Paul van Bendegem deze voordracht over logica.

Een voorbeeld uit zijn af en toe hersenkrakende voordracht:

Stel je loopt van A naar B, maar doet dat in stappen van 50%. In principe bereik je dus nooit punt B want je legt eerst 50% van de afstand af,  vervolgens weer 50% wat 75% geeft, dan weer een stap verder en we komen op 82,5% , dan 88,75%, 91,875% et cetera. Als je bij B aankomt heb je een oneindig aantal stappen afgelegd.

Stel nu dat je bij elke stap telt, stap 1, stap 2, stap 3 et cetera. Wanneer je weer bij B aankomt heb je een oneindig aantal stappen afgelegd en heb je dus een oneindig aantal nummers geteld (zeg maar alle nummers die er zijn). Stel je hebt een partner meegenomen en die telt in stappen van 2, dus 2, 4, 6, 8, 10, 12 et cetera. Wanneer jullie beiden zijn aangekomen bij B hebben jullie allebei een oneindig aantal nummers geteld, alleen heeft je partner er maar de helft geteld…

Als je dat soort dingen leuk vindt dan raad ik je aan om deze video te bekijken.

Het nocebo-effect

by 10 Comments

Wil je eerst nog even weten hoe het ook alweer zit met het placebo-effect? Klik hier voor een video-uitleg in 2:57.

Het nocebo-effect 5
De short-short version 😉

 

Onderstaande tekst is een (snelle) vertaling van dit artikel.

Kunnen angstige gedachten je schaden? Penny Sarchet, winnares van de 2011 Welcome Trust Science Writing Prize, schreef over het nocebo-effect.

Kan het iemand zijn leven kosten wanneer je hem verteld dat hij kanker heeft? In 1992 beschreef het Southern Medical Journal een casus waarin een man in 1973 werd gediagnosticeerd met kanker en werd verteld dat hij nog slechts enkele maanden te leven had. Na zijn dood liet de autopsie echter zien dat de tumor in zijn lever niet gegroeid was. Zijn arts Clifton Meador gelooft niet dat hij gestorven is aan kanker en schreef: “Ik weet niet wat de pathologische oorzaak van zijn dood is”. Kan het zijn dat, in plaats van de kanker, zijn eigen verwachting van zijn dood hetgeen was dat hem doodde?

Deze dood kan een extreem voorbeeld zijn van het ‘nocebo-effect’ – de tegenhanger van het bekendere placebo-effect. Terwijl een onwerkzame suikerpil (placebo) je beter kan doen voelen, kunnen waarschuwingen over gefantaseerde bijwerkingen (nocebo) je die ook doen voelen. Dit is een veel voorkomend probleem in farmaceutische onderzoeken en een onderzoek uit de jaren 1980 ontdekte dat hartpatiënten veel meer kans hadden op bijwerkingen van hun bloedverdunnende medicatie wanneer ze eerst waren gewaarschuwd voor die bijwerkingen. Dit geeft een ethisch probleem: moeten artsen hun patiënten waarschuwen voor bijwerkingen wanneer die waarschuwing ze daar juist meer kans op geeft?

Het nocebo-effect kan zeer besmettelijk zijn. In 1962 ondervonden 62 medewerkers van een Amerikaanse kledingmakerij plotseling hoofdpijnen, misselijkheid en uitslag, en de schuld van de uitbraak werd gegeven aan een insect dat tussen de stoffen had gezeten na levering vanuit Engeland. Er werd nooit een insect gevonden en “massale psychogene ziekte” (massahysterie) zoals deze, komt wereldwijd voor, meestal bij besloten gemeenschappen en verspreiding vindt het snelst plaats onder vrouwen die iemand met de symptomen hebben gezien.

Tot voor kort wisten we vrij weinig over hoe het nocebo-effect werkt. Tegenwoordig zijn wetenschappers een flink stuk opgeschoten. Afgelopen februari liet een Engels onderzoek, uitgevoerd door prof. Irene Tracey (Oxford), zien dat wanneer vrijwilligers nocebopijn voelen, de overeenkomende hersenactiviteit zichtbaar is in een mri-scanner. Dat toont aan dat, in elk geval op neurologisch niveau, de vrijwilligers reageren op echte, niet-gefantaseerde, pijn. Fabrizio Benedetti, van de Universiteit van Turijn, en zijn collega’s zijn erachter gekomen welke neurotransmitter verantwoordelijk is voor het omzetten van de verwachting van pijn in deze echte pijnervaring. De neurotransmitter heet cholecystokinine en draagt berichten tussen zenuwcellen over. Als er drugs gebruikt worden om de cholecystokinine te stoppen met functioneren, dan voelen de vrijwilligers geen nocebopijn, terwijl ze wel nog net zo bang voor de verwachte pijn zijn.

De bevindingen van Benedetti en Tracey bieden niet alleen de eerste vluchtige blikken in de onderliggende neurologische werking van het nocebo-effect, maar hebben ook ook zeer reële medische implicaties. Benedetti’s onderzoek naar het blokkeren van cholecystokinine kan de weg vrij maken voor technieken die het nocebo-effect teniet doen bij medische ingrepen, alsook mogelijkheden geeft voor algemene behandelingen van pijn en angst. Traceys werk heeft verrassende implicaties voor de manier waarop we moderne geneeskunde uitoefenen. Door het monitoren van pijnniveaus in vrijwilligers die een sterke pijnstiller hadden gekregen, ontdekten ze dat wanneer de vrijwilliger verteld werd dat het effect van de pijnstiller voorbij was, dit al genoeg was om het pijnniveau ter herstellen naar het niveau van vóór het toedienen van de pijnstiller. Dit toont aan dat de negatieve verwachtingen van een patiënt de mogelijkheid hebben om de effectiviteit van een behandeling te ondermijnen, en suggereert dat artsen er goed aan doen om de overtuigingen van hun patiënten ook te behandelen, en niet alleen hun fysieke symptomen.

Dit plaatst de arts-patiëntrelatie in de schijnwerpers. De huidige samenleving klaagt snel aan en is skeptisch, en als een arts wat meer nadruk legt op bijwerkingen om te voorkomen aangeklaagd te worden, of wanneer patiënten de beslissingen van hun arts niet vertrouwen, dan kan het nocebo-effect een behandeling al doen falen nog voordat deze is begonnen. Het introduceert ook een paradox – we moeten in onze artsen geloven om volledig baat te hebben bij de voorgeschreven behandeling, maar als we ze te sterk vertrouwen kunnen we dood gaan van hun uitspraken.

Tegenwoordig zijn veel van de snel groeiende ziektes relatief nieuw en slechts gekarakteriseerd op basis van een verzameling klachten. Allergieën, voedselintoleranties en rugpijn zouden in de ene gemakkelijk echte fysiologische ziektes kunnen zijn, en nocebo-effecten in de ander. Meer dan een eeuw geleden ontdekten artsen dat ze het niezen door mensen met hooikoorts konden opwekken door het blootstellen aan een kunstroos. Dit soort observaties suggereren dat we wel twee keer moeten nadenken voordat we de menselijke ervaring overmedicaliseren. Onze dagelijkse zorgen zouden als zodanig beschouwd moeten worden, en niet verzameld in psychologische syndromen met reeksen van symptomen, en gezondheidswaarschuwingen op nieuwe producten moeten begrensd en nauwkeurig zijn, niet vaag en algemeen zodat fabrikanten afstand kunnen doen van hun aansprakelijkheid.

Bovenstaande tekst is een (snelle) vertaling van dit artikel.

Het nocebo-effect 6