Wetenschappelijk onderzoek fascineert als er doorbraken worden bereikt met een kleiner of groter maatschappelijk belang. Dat gebeurt continu, vaak nog zonder enige ruchtbaarheid. Acht auteurs van sciencepalooza.nl gaven in de Groene Amsterdammer van 19 Augustus de contouren van de wetenschap in de toekomst aan – de nieuw op te zoeken grenzen. Van een donut bewandelende, lasso leggende mier tot dot de qubitskwantumcomputer. In de komende dagen lees je die futurischtische schimmen hier en vervolgens wekelijks op woensdag de bijdrage van een van de auteurs van sciencepalooza.nl aan de Groene Amsterdammer.

De vorm van het universum

door: Charlotte Vlek

Hoe is het mogelijk de vorm van het universum te bepalen? Met wat voor methoden kan de mens, die zich er middenin bevindt, de vorm van de ruimte om zich heen vaststellen? Het antwoord op deze vraag komt een stapje dichterbij met het bewijs van het vermoeden van Poincaré. Bijna honderd jaar lang was niemand in staat dit vermoeden te bewijzen, tot de Russische wiskundige Grigori Perelman in 2002 ineens geheel onverwacht een bewijs publiceerde. Perelman werd vooral bekend door alle sappige verhalen die met zijn prestatie gepaard gingen. Hij weigerde in 2006 de meest prestigieuze prijs voor de wiskunde (de Fields Medal) en begin 2010 de miljoen dollar die het Clay Mathematics Institute had uitgeloofd voor de oplossing.

Wat het Poincaré vermoeden aantoont, is dat het wel degelijk mogelijk is om met eigenschappen van binnenin te begrijpen hoe die ruimte er van buitenaf uit ziet. Stelt u zich eens een mier voor die op het tweedimensionale oppervlak van een object in onze driedimensionale ruimte leeft. Het beestje kan zich alleen over dit oppervlak bewegen, maar kan niet van een afstandje zien op wat voor vorm hij leeft. Tijdens zijn wandelingen komt de mier na verloop van tijd steeds terug op zijn beginpunt, wat lijkt te betekenen dat hij zich op het oppervlak van een bol bevindt. Echter, ook op het oppervlak van een donut zal hij altijd bij zijn startpunt terugkomen.

Met een slimme truc kan de mier desondanks vaststellen op welk oppervlak hij leeft. Hij rolt een touwtje uit terwijl hij rondloopt over het oppervlak. Na verloop van tijd komt hij terug op zijn beginpunt, en heeft het touwtje zo een lus gevormd. Vervolgens begint hij deze lus strak te trekken. Als hij op bol zit, zal de lus altijd zonder problemen helemaal straktrekken. Echter, als de mier zich op een donut bevindt en hij heeft toevallig net over de buitenste rand gewandeld, dan zal de lus blijven haken om het gat in het midden van de donut, want ook het touwtje kan zich alleen in de twee dimensies van het oppervlak bewegen.

Het vermoeden van Poincaré zegt ruwweg dat een vergelijkbare truc ook in drie dimensies zal werken. Als wij elke lus die we met een hypothetisch touwtje in de ruimte maken steeds kunnen straktrekken, dan is de ruimte om ons heen in essentie het oppervlak van een vierdimensionale bolvorm. Met dit gegeven kan toekomstig natuurkundig onderzoek zich gaan concentreren op het vaststellen van de eigenschappen van de ruimte om ons heen, om zo de vorm van ons universum te bepalen. Perelman heeft het immers aangetoond: het is mogelijk om met kennis van binnenin iets van buitenaf te begrijpen.

Mode in de ecologie

door: Bregje van Wesenbeeck

Net als mode kent wetenschap trends, zo ook de ecologie. Bepaalde onderzoeksonderwerpen zijn “in” en andere onderwerpen zijn “uit”. De Birkenstocks en UGGs van de ecologie zijn zaken zoals biodiversiteit en klimaatverandering. Deze trends staan niet helemaal op zichzelf, kijk maar naar de huidige broekenmode; wijde pijp, skinny, slobberig, harem, het mag allemaal. Ook in de ecologie overlappen trends elkaar; de agenda werd afgelopen jaren bepaald door klimaatverandering maar ook door ecosysteemdiensten.

Het concept van ecosysteemdiensten speelt in op nuttige functies die ecosystemen voor de mens vervullen, zoals het vastleggen van CO2 en het leveren van voedsel. Een bos kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor het oogsten van (brand-)hout, bessen en ‘bushmeat’. De truc is om duurzaam gebruik van deze diensten te maken en ze niet uit te putten. Het concept is vooral bruikbaar om nut en noodzaak van ecosystemen voor de mens duidelijk te maken en is daarmee een goed argument voor behoud van natuur. Daarnaast laat de populariteit van dit concept ook iets interessants zien over hoe we momenteel denken over de positie van de mens ten opzichte van de natuur. Het ecosysteemdiensten idee illustreert de huidige trend om de mens als integraal onderdeel van het ‘natuurlijk’ systeem mee te nemen. Niet alleen biedt dit nieuwe wetenschappelijke uitdagingen, het kan ook helpen op het gebied van natuur- en milieueducatie. Iets waarderen en ergens voor op willen komen ligt immers meer voor de hand als je er zelf onderdeel van bent.

De vraag is hoe het denken in de ecologie zich verder zal ontwikkelen en wat de uitdagingen van de toekomst zullen zijn. Raadpleging van enkele experts werkzaam in de ecologie levert interessante onderwerpen op zoals verdroging, draagkracht en erosie. Het meest uitdagende onderwerp voor de toekomst vind ik ‘networking’. Hierbij moet je niet denken aan ruimtelijke ecologische netwerken, zoals de Ecologische Hoofdstructuur, en ook niet aan zakelijke relaties tussen ecologen. Het gaat om alle interacties tussen soorten in een ecosysteem. Al deze interacties vormen complexe netwerken die ons voorstellingsvermogen te boven gaan. Echter, met behulp van rekenmodellen, grote datasets en snelle computers kunnen we nu bekijken wat veranderingen in die netwerken te weeg brengen. Dit levert inzichten op over factoren die van belang zijn voor het in stand houden van biodiversiteit en van stabiele populaties. ‘Networking’ is vooral zo mooi omdat het de verbinding vormt tussen verschillende richtingen binnen de ecologie, zoals biodiversiteit, genetica, invasieve soorten en ecosysteem functioneren. Wat mij daarnaast verheugt is dat deze richting de potentie heeft om inzichten op te leveren over het functioneren van ecosystemen die daadwerkelijk zullen helpen bij het adequater beschermen en beheren van de natuur in een wereld met een veranderend klimaat.