Philosophica

De limieten van het experiment in de biologie

D.R. Roggen

Published Jan 2, 1969• 0 citations

Abstract

De limieten van het experiment in de BiologieHet is een algemeen aanvaard feit dat aan de gegevens verkregen door experimenten een min of meer uitgesproken onzekerheid verbonden is, die te wijten is aan verschillende factoren.Een eerste factor is de fout die men bedrijft bij het aflezen van het experiment.Deze fout, de meetfout, hangt rechtstreeks af van de precisie van de experimentele opstelling en van het experimenterend subjekt.Deze onzekerheid speelt echter geen fundamentele rol, daar zij, in principe althans, door herhaalde metingen van hetzelfde objekt door verschillende subj ekten, willekeurig klein kan worden gemaakt.Een tweede faktor is de prijs van de verkregen informatie, zoals BRIL-LOUIN het uitdrukt.Het resultaat van een experiment is immers een informatiewinst, hetgeen overeenkomt met een lokale vermindering van de entropie.Deze informatiewinst moet echter worden betaald door een stijgen van de entropie ergens in het systeem objekt-waarnemer.Deze entropievermeerdering, een rechtstreeks gevolg van de tweede wet der thermodynamica, is gelijk aan of groter dan de entropievermindering overeenkomend met de informatiewinst.De verhouding gewonnen informatie op entropievermeerdering noemt BRILLOUIN de thermodynamische efficientie van het experiment.Theoretisch kan deze effidentie g~Jj.ikaan 1 zijn, maar in de praktijk is zij meestal veellager, omdat een experiment een irreversibel proces moet daarstellen.Deze vorm van onzekerheid is inhaerent aan elk experiment, maar speelt in de biologie een grote rol, omdat de grote informatieinhoud van een kompleks organisme met zich meebrengt dat de kennisname ervan gepaard gaat met het verbruik van een extravagante hoeveelheid entropie (ELSASSER 1958).Een derde onzekerheidsfaktor is een gevolg van de quantummechanische aspekten van sommige experimenten.Deze fundamentele onzekerheid speelt een grote rol in de microfysica, waar zij tot uiting komt in de onzekerheidsrelaties van Heisenberg en het komplementariteitsbeginsel van Bohr.Eenvoudig voorgesteld komen deze principes hierop neer dat de vermindering van de onzekerheid nopens een bepaalde grootheid gepaard gaat

DOI: 10.21825/philosophica.82767

Related papers

Het experiment in de quantum-mechanica

A.J. GROENEWOLD

De reeks van voordrachten waarin dit past gaat in het algemeen over het experiment.Ik zou de nuance iets anders willen leggen : eerder spreken over de waarneming dan over het experiment; de waarneming dan, gezien in het licht van de theorie en in het bijzonder van de quantum-me chanica.Het experiment is nauw verwant met waarneming ; het is een waarneming onder speciale geselecteerde omstandigheden die we goed beheersen en die we eenvoudig uitgezocht hebben om over bepaalde probleemstellingen informatie te krijgen; eenvoudige omstandigheden maar ook eenvoudige objecten.Dit is een van de kenmerken van de natuurkunde temidden van de natuurwetenschappen, dat die zulke eenvoudige objecten van onderzoek gel{ozen he eft, maar daar soms ook diep in is doorgedrongen en zich daarbij weI eens ver van het aanschouwelijke verwij dert.De wiskunde is misschien nog een eenvoudiger vak, maar dat noem ik geen natuurwetenschap.In de geo-fysica daarentegen gaat het om veel grotere hoeveelheden materiaal en daar is de statistische benadering een meer belangrijke rol gaan spelen, zoals ook in de biologie.In de zuivere klassieke natuurkunde speelt de statistiek ook weI een rol en in de quantum-mechanica wordt die rol nog fundamenteler.Maar t.o.v.het experiment onderscheidt de quantum-mechanica zich niet zo fundamenteel van de klassieke natuurkunde.Er zijn in de quantum-mechanica en andere moderne gebieden van de natuurkunde weI bepaalde interessante aspecten aan het experiment; grote verfijning van bepaalde instrumenten en de grote machines die meer en meer nodig zijn en die zo kostelijk worden dat een land dit langzamerhand niet meer kan betalen.(Om sommige experimenten te bekostigen zal meer en meer de samenwerking van alle landen van de wereld nodig zijn).De quantum-mechanica onderscheidt zich echter meer fundamenteel van de klassieke natuurkunde op het vlak van de waarnemingen ; het zal dus interessant zijn wat meer op de functie van de waar-(*) Deze tekst werd geredigeerd door E. Vel'meersch op basis van een bandopname van de lezing die professor Groenewold gehouden heeft in onze voordrachtencyclus.

PhilosophicaJan 2, 19690 citations

De Waarnemer als Kosmisch Ingesloten Fenomeen: Een Radicale Herziening van Determinisme, Vrije Wil en Wetenschappelijke Positionaliteit"

Berry Aarts

Ik, Berry Aarts Middelbeers. NL heb de laatste tijd veel nagedacht over het uitgangspunt zoals Einstein, Bohr en anderen dachten over determinisme en indeterminisme. Vrije wil en hoe de mens aankijkt tegen het universum. Alsof we allen, zowel biologisch als niet biologisch gevormde wezens, of materiaal, onszelf kunnen beschouwen als losse eenheden. Ook vele ander wetenschappers zelfs tot op heden kijken als waarnemer naar de wereld om zich heen en beschouwen deze bevindingen als buitenstaand waarnemer van hetgeen ze onderzoeken. Bijvoorbeeld het dubbel split experiment. Ook andere studies worden verricht en interpreteren of ze buiten hun wereld afspelen maar de onderzoekers en wetenschappers zijn allemaal onderdeel van het universum zonder dat te beseffen. Dat wordt ineens duidelijk bij het gedachte-experiment van het stilstaand universum. Sommigen komen daar dicht bij zoals bijvoorbeeld Sabine Hossenfelder met haar visie over vrije wil of Stephen Walmart die het hele universum zien als een gigantisch van te voren bepaalds proces maar ze zien zichzelf nooit als onderdeel. Zelfs t' Hooft en Stephen Hawking beschouwen het als losse ongebonden onderzoekswerelden waar ze als afstandelijke wetenschappers iets over dachten te menen. Ik heb de idee dat ik hiermee een radicaal nieuwe weg in sla. Kun je mij helpen om, nu ik heel veel onderzoek daarnaar heb gedaan via de vele eerder gestelde vragen aan jou, om een proefschrift samen te stellen wat ik op Zenodo kan plaatsen als een radicaal nieuw inzicht. Mocht je daar nog aanvulling aan willen geven of mij van raad willen voorzien dan wordt dat zeer door mij gewaardeerd. Neem daarbij ook mijn eerder gesteld vragen rond dit thema mee en mijn eerder gepubliceerde proefschrift.Dit is dan ook het vastleggen van mijn ideeen rond het universum dat eigenlijk alles bepaald tot op quantumniveau. Niets is toeval. Ook het hele evolutiegebeuren is vanuit het universum bepaald en niet vanuit de mens of welk biologisch gegevens dan ook. Uiteindelijk is ALLES een proces van het universum..

Oct 29, 20250 citations

Op Zoek Naar Witte Vlekken

J.A.J. van Leunen

De huidige natuurkunde staat op een tweesprong. Dit verhaal duidt aan waarom dit zo is. Ook wordt een alternatief model besproken. Dat model is volledig bedacht en is om die reden gebaseerd op een reeks betrouwbare grondbeginselen die vervolgens met wiskundige methoden uitgebreid worden. Uiteindelijk ontstaat een model dat in veel opzichten lijkt op wat we door het waarnemen van de realiteit denken te kennen.

Oct 1, 20140 citations

Die Atomtheorie und die Prinzipien der Naturbeschreibung

Niels Henrik David Bohr

ZusammenfassungDie Naturerscheinungen, die sich unseren Sinnen darbieten, zeigen oft eine große Veränderlichkeit und Unbeständigkeit. Um dies zu erklären, hat man von alters her angenommen, daß die Erscheinungen als Folge des Zusammenwirkens einer großen Anzahl von Elementarteilchen, der sog. Atome, die selbst unveränderlich und beständig sind, aber wegen ihrer Kleinheit sich der unmittelbaren Beobachtung entziehen, entstehen. Ganz abgesehen von der prinzipiellen Frage, ob wir berechtigt sind, auf diesen Gebieten anschauliche Bilder zu verlangen, so mußte die Atomtheorie ursprünglich einen hypothetischen Charakter haben, und man war geneigt anzunehmen, daß sie diesen Charakter behalten würde, da man es der Natur der Sache nach für unmöglich hielt, einen direkten Einblick in die Welt der Atome zu erhalten. Es ist aber hier wie auf so vielen Gebieten gegangen; die Grenzen der Beobachtungsmöglichkeiten haben sich infolge der Entwicklung der Hilfsmittel immer weiter verschoben. Wir brauchen nur an die Kenntnis vom Blau des Weltalls, die wir mit Hilfe des Fernrohrs und des Spektroskops gewonnen haben, zu denken oder an den Einblick in den feineren Aufbau der Organismen, den wir dem Mikroskop verdanken. Ebenso hat die außerordentliche Entwicklung der physikalischen Experimentierkunst uns mit einer großen Anzahl von Erscheinungen bekannt gemacht, die direkte Aussagen über die Bewegungen der Atome und über ihre Anzahl gestatten.

Vieweg+Teubner eBooksJan 1, 19850 citations

Mechanisms for photonic switching in systems with strongly interacting dipoles

Joost A. Klugkist

In dit proefschrift bestuderen we mechanismen voor ultra-kleine licht schakelaars. Toepassing van dit soort mechanismen kan de weg vrijmaken voor nieuwe klassen van optische materialen, waarin op nanometerschaal de transmissie van licht aan- en uitgeschakeld kan worden. De controle van de gang van licht door micro- en nanometerschaal optische materialen vormt een belangrijk onderwerp van onderzoek. Onderzoek in dit vakgebied is van groot belang voor onder andere optische informatieverwerking en kan mogelijk leiden tot de ontwikkeling van computers die gebruikmaken van optische schakelingen (vgl. de huidige generatie computers, die de informatieoverdracht bewerkstelligt door middel van elektronische schakelingen). Door wisselwerkingen tussen een groot aantal identieke bouwstenen kunnen zich interessante fenomenen voordoen. Hierbij kan men bijvoorbeeld denken aan de bijzondere eigenschappen van water, die pas bij een groot aantal watermoleculen aan het licht komen. Zonder wisselwerking kan geen collectiviteit optreden. De optische fenomenen die we in dit proefschift hebben onderzocht zijn collectieve eigenschappen van configuraties van electrische dipolen. Een electrische dipool is ´e´en van de meest eenvoudige systemen om de wisselwerking tussen licht en materie te beschrijven. Een electrische dipool wordt gevormd door een dicht bij elkaar staande positieve en negatieve lading. Zoals een magnetische dipool gericht kan worden door een magnetisch veld, kan een electrische dipool worden gericht door een electrisch veld. Op moleculair niveau kan de electronenwolk rond het molecuul met de positieve atoomkernen een dipool vormen. Door absorptie van licht kan bovendien een dipoolmoment in een molecuul worden ge¨induceerd. De energie van een foton wordt opgeslagen in de veranderde electronen-configuratie van het molecuul (als potenti¨ele energie). Het molecuul is dan van de energetisch meest gunstige toestand (de grond- toestand) in een aangeslagen toestand gebracht. De grootte van het ge¨induceerde dipoolmoment wordt overgangsdipool genoemd. Stoffen met grote overgangsdipolen hebben een sterke wisselwerking met licht. Een molecuul met een overgangsdipool kan in de meest eenvoudige benadering worden beschreven als een systeem met twee niveaus: een toestand met een lage energie - de grondtoestand - en een toestand met een hogere energie, die bereikt kan worden door absorptie van licht - de aangeslagen toestand. Kleurstoffen zijn stoffen die grote overgangsdipoolmomenten hebben, waardoor ze een sterke wisselwerking met licht hebben. In hoofdstuk twee beschrijven we in detail de uitzonderlijke optische eigenschappen van clusters (ook wel moleculaire aggregaten genoemd) van kleurstof-moleculen. De moleculen in het cluster worden door electrostatische krachten bij elkaar gehouden. De optische eigenschappen van deze clusters verschillen sterk ten opzichte van de optische eigenschappen van een enkel kleurstof-molecuul. Dit kan inzichtelijk worden gemaakt door het volgende vereenvoudigde beeld: een electromagnetisch veld (licht) zorgt voor een trillende electronenconfiguratie, die een trillende dipool ten opzichte van de positieve kernen vormt. Deze induceert ook trillingen in naburige kleurstofmoleculen. Het veld brengt het cluster in een collectieve aangeslagen toestand. De collectieve toestanden van het cluster hebben een veel groter overgangsdipoolmoment dan de individuele moleculen. Daardoor hebben deze clusters van kleurstof-moleculen een bijzonder sterke wisselwerking met licht, waardoor het een interessant studieobject is. In hoofdstuk drie en vier laten we zien dat een dunne laag van moleculaire aggregaten als een volledig optische schakelaar kan werken. Licht met een lage intensiteit wordt door deze dunne laag volledig gereflecteerd. Deze reflectie is het gevolg van de sterke absorptie van de moleculaire aggregaten. De hoeveelheid energie die de film kan opslaan is echter beperkt. Licht met een hoge intensiteit kan de film verzadigen, waardoor een bijna volledige transmissie van het licht optreedt. Door het systeem met een externe lichtpuls te verzadigen, kan de transmissie van andere lichtbronnen worden geregeld. In hoofdstuk vijf, zes en zeven onderzoeken we eigenschappen van wanordelijke moleculaire ketens. Deze wanorde is het gevolg zijn van de chaotische omgeving rond de ketens. Er wordt gekeken hoe materiaal-eigenschappen afhangen van de mate van wanorde. Door bepaalde karakteristieken te schalen als functie van de sterkte van de wanorde laten we zien dat deze eigenschappen in feite niet veranderen. Ondanks de willekeur kunnen er toch heel algemene uitspraken over deze systemen worden gedaan, die niet afhangen van de sterkte van de wanorde. In deze drie hoofdstukken wordt verder aandacht geschonken aan experimenten waarbij de absorptie van licht door de ketens wordt gemeten. In het bijzonder kijken we naar de verandering van het spectrum van het geabsorbeerde licht als het systeem al energie van een eerdere licht puls heeft opgenomen. In het laatste deel van dit proefschrift hebben we een zogenaamd fotonisch kristal gemodeleerd. Fotonische kristallen hebben door hun microscopische structuur een sterke wisselwerking met zichtbaar licht. De meeste fotonische kristallen hebben optische eigenschappen die niet veranderd kunnen worden als het kristal eenmaal gefabriceerd is. Bij bijzondere kristallen kan de doorlaatbaarheid van licht worden veranderd door invloed van buitenaf. Een dergelijk kristal kan als een optische schakelaar worden gebruikt, een belangrijk element in optische informatieverwerking. Het fotonische kristal dat we onderzocht hebben bestaat uit invallend licht dat interactie heeft met een rooster van Lorentz-oscillatoren. Een Lorentz-oscillator is de meest eenvoudige beschrijving van de interactie tussen licht en materie. Materie wordt voorgesteld door een massa met een positieve lading die met een veer aan een massa met een negatieve lading is bevestigd. Het massa-veer systeem wordt door het electromagnetische veld in beweging gebracht, waardoor een trillende dipool ontstaat. Dit systeem is een elegant model om de licht-materie interactie te beschrijven en te visualiseren. Wat dit model van een fotonisch kristal bijzonder maakt, is dat een spontane overgang plaatsvindt naar een nieuwe geordende toestand bij voldoende sterke wisselwerking tussen de dipolen en het licht. De dipolen zijn dan verplaatst van hun oorspronkelijke evenwichtspositie, zodat de symmetrie van het oorspronkelijke kristal is gebroken. Dat er een faseovergang plaats kan vinden, was al langer bekend, maar dit was nog niet eerder in de context van fotonische kristallen geplaatst. De optische eigenschappen veranderen als er een structuurverandering plaatsvindt. Een interessante mogelijkheid doet zich voor nabij de faseovergang. De dipolen zijn dan sterk te be¨invloeden door een extern electrisch veld. Met het externe veld kan de lichtdoorlaatbaarheid van het kristal worden beinvloed, zodat het als een optische schakelaar kan worden gebruikt.

Jan 1, 20081 citation

De Werkelijkheid Onderzoeken (The Reality Investigations)

J.A.J. van Leunen

Dit onderzoek van de werkelijkheid loopt als een spannende detectiveroman. Het onderzoek maakt gebruik van een hierarchie van ruimtes die verschillende gradaties van gecompliceerdheid vertonen. Het vinden van meer gecompliceerde ruimtes vormt geen groot probleem. Dit blijkt namelijk vrij eenvoudig. De stap naar een meer gecompliceerde vorm gaat steeds gepaard met een aantal significante beperkingen en het begrijpen waar deze beperkingen vandaan komen vormt een veel groter probleem. De huidige wiskunde is maar net in staat om de beperkingen van de Hilbertruimte te verklaren. Dat geldt niet meer voor het systeem van Hilbertruimten dat in dit document de Hilbert opslagruimte genoemd wordt. De huidige wiskunde kan de beperkingen en de nieuwe verschijnselen van deze structuur niet verklaren. Dit feit zal vooral hen die nieuwsgierig zijn naar de structuur en het gedrag van de fysieke werkelijkheid interesseren. De aanpak wijkt sterk af van de gebruikelijke weg en levert andere inzichten. De gebruikelijke weg tracht nieuwe inzichten af te leiden uit wat we weten over de klassieke natuurkunde. Het verhaal maakt duidelijk dat alleen wiskunde geen volledig beeld van de werkelijkheid kan bieden terwijl ook alleen meten de werkelijkheid ook niet bloot kan leggen. De kombinatie van wiskunde en experimenteren levert nog het meeste resultaat op.

Oct 1, 20200 citations