Eureka! Nr.56

FIRST LIGHT ON EMERGENT GRAVITY Jaargang 14 –maart 2017

Nummer 56

Eureka! is een uitgave van de studievereniging De Leidsche Flesch in samenwerking met de Faculteit der Wiskunde en Natuurwetenschappen van de Universiteit Leiden. De Leidsche Flesch is de studievereniging van de opleidingen Natuurkunde, Sterrenkunde, Wiskunde en Informatica.



THE 4TH INDUSTRIAL REVOLUTION IS UPON US

Interview met Simon Portegies Zwart

REDACTIONEEL

Beste lezer, Als student heb je het niet altijd door, maar een universiteit is op de eerste plaats een onderzoeksinstituut. Ja, je kunt er ook colleges volgen, vrolijke tekeningen op de krijtborden kalken en genieten van goede discussies met een biertje in je hand, maar onderzoek staat centraal.

Voor wie al bezig is met een scriptie, of er al één heeft afgerond, zal dit bekend klinken, maar het feit blijft dat er een gat bestaat tussen student en onderzoeker. Bovenop de prachtige DLF-initiatieven om dit gat te dichten, zoals de wekelijkse lunchlezing, de docent-studentlunches, en de artikelen over onderzoek die elk kwartaal al in de Eureka! verschijnen, wil de redactie graag een aansluitingspunt toevoegen.

Vaak genoeg is het onderzoek in volle gang en nog lang niet klaar voor publicatie, wanneer er toch mooie tussentijdse resultaten staan te springen om gedeeld te worden. Wie door de gangen van het Snellius, Huygens of Gorlaeus loopt met een plotje dat simpelweg te mooi of gek is om verborgen te blijven, kan dat nu inleveren bij de redactie. Die zal het delen op social media: research in progress, het plotje van de maand (of week? of dag?).

Wie meer houdt van het eindproduct, kan alvast vol overgave in deze Eureka! duiken. Tobias Kappé gaat in op de baten van compositionele beschrijving van automatons. Simon Portegies Zwart vertelt over zijn projecten met supercomputers en Margot Brouwer test de nieuwe zwaartekrachttheorie van Erik Verlinde.

Daarnaast legt Henk Hoekstra begrijpelijk uit wat donkere materie nu eigenlijk is, nemen we een kijkje in de lange geschiedenis van vakmanschap bij de Leidse Instrumentmakersschool en vertelt de FooBarcommissie over het reilen en zeilen van de bar.

Veel leesplezier!

Lotte Konings Hoofdredacteur Eureka!

INHOUD

5

18

Interview met Simon Portegies Zwart

Wat is donkere materie?

De astronoom Simon Portegies Zwart werkt liever met computers dan met telescopen. Het liefst knutselt hij aan snelle computers en maakt hij simulaties op supercomputers. Het is zijn droom om ooit de hele Melkweg te simuleren.

Lees verder op pagina 5

Hoofdredacteur Eureka!

Bachelorstudent Wiskunde en Geschiedenis

12

✉ 2

Lees verder op pagina 18



20

First light on Emergent Gravity



The fourth industrial ­revolution is upon us

Margot Brouwer vertelt over de test waaraan zij en haar team de nieuwe zwaartekrachttheorie van Erik Verlinde hebben onderworpen.

Lotte Konings

In deze editie van onze vaste rubriek ‘Hoe leg ik aan m’n oma uit?’ geeft Henk Hoekstra inzicht in het ongrijpbare begrip ‘donkere materie’. Wat is het, wat doet het en hoe ziet de toekomst van dit concept in de wetenschap eruit?

Lees verder op pagina 12

Nieuws

4

Interview met Simon Portegies Zwart

5

Compositional design of autonomous systems

8

First Light on Emergent Gravity

12

Fotoreportage: Meethal

16

Wat is donkere materie?

18

The fourth industrial revolution is upon us

20

Leidsche Instrumentmakers School Van Stonehenge tot picometers

24

Terugblik op tien jaar UNAWE

26

De Leidsche Flesch

28

Puzzel

30

We all know about the first industrial revolution, when industry went from hand production to machinery. Today, we are in the first stages of the fourth industrial revolution, where the digital and physical world become increasingly intertwined.



Lees verder op pagina 20

 Eureka! is een uitgave van de studievereniging De Leidsche Flesch in samenwerking met de Faculteit der Wiskunde en Natuurwetenschappen van de Universiteit Leiden. De Leidsche Flesch is de studievereniging van de opleidingen Natuurkunde, Sterrenkunde, Wiskunde en Informatica.

lotte@deleidscheflesch.nl

Eureka! nummer 56 – maart 2017

 ☰

Eureka! nummer 56 – maart 2017

3

NIEUWS

INTERVIEW

SIMON PORTEGIES ZWART

Interview met

LST en MST ­vieren eerste joint degree ­diploma’s Hoewel de opleidingen LST en MST al vanaf hun start een samenwerking tussen Leiden en Delft zijn, is er pas vanaf dit jaar een gezamenlijk diploma van beide universiteiten. In januari zijn vol trots de eerste joint degree bachelordiploma’s uitgereikt.

Door Joris Hanse Foto’s door Alex Vorstenbosch en Gijs van Weelden

Bètabanenmarkt Op 15 maart is de 33e editie van de Bètabanenmarkt georganiseerd in het nieuwe Gorlaeus gebouw. 40 bedrijven hebben zich op deze nieuwe locatie gepresenteerd aan naar schatting 1000 studenten.

Bedrijven vanuit allerlei verschillende vakgebieden waren uitgenodigd om een diverse markt neer te zetten, die aansluit op iedere studierichting. Ook is er ieder jaar een mogelijkheid tot een-op-een speeddaten met medewerkers, workshops volgen en een professionele LinkedIn foto laten vastleggen. Ook was er dit jaar voor het eerst een mini-café van Science meets Business aanwezig en zijn er cases georganiseerd over het oprichten van een startup. Genoeg mogelijk­ heden voor het begin van een mooi carrière!

Frank Takes docent van het jaar Tijdens de nieuwjaarsreceptie won de Informaticus Frank Takes de Facultaire Onderwijsprijs voor het academisch jaar 20152016. Van de 7 genomineerde docenten heeft een jury bestaand uit een student van iedere studievereniging van de faculteit de winnaar, die pas drie jaar bij de Universiteit Leiden werkzaam is, gekozen.

4

Eureka! nummer 56 – maart 2017

Je hebt natuur- en sterrenkunde gestudeerd in Amsterdam. Inmiddels ben je hoogleraar computationele astrofysica. Hoe komt het dat je bij de computers terecht bent gekomen, en niet bij de telescopen?

De telescopen heb ik vrij snel afgezworen. Ik had mijn studie afgemaakt, maar had nog nooit gebruik gemaakt van een echte telescoop. Om daar verandering in te brengen, had ik me opgegeven voor een summer school in de Haute Provence.

Vervolgens heb ik daar twee weken van de telescoop gebruik gemaakt en naar spectra van actieve sterrenstelsels gekeken. Het was niet alleen de eerste keer, maar ook meteen de laatste keer.

Het werken met computers beviel beter.

Het onderzoek dat ik deed tijdens mijn studie was meteen computationeel. Ik werkte in die tijd in een computerwinkel.

Destijds verkochten ze daar de eerste computers en daar heb ik dan ook geleerd hoe computers in elkaar zitten: hoe je ze uit elkaar haalt en weer in elkaar zet. Omdat ik die computers ook voor mijn onderzoek gebruikte, kon ik de klanten haarfijn uitleggen welke het beste waren.

Een aantal jaar terug bouwde je in Leiden de computer Little Green Machine (LGM). Is de LGM een supercomputer?

Je spreekt van een supercomputer wanneer de computer in kwestie in de top 500 van snelste computers ter wereld staat. De computer moet op allerlei fronten goed zijn, denk hierbij aan rekensnelheid, data-

 

opslag en netwerk. Je kan wel snelle processors hebben, maar als het dataverkeer tussen die processoren langzaam is is het geen snelle computer.

De LGM haalt die top 500 bij lange na niet. Hij staat wellicht wel in de Green 500, een lijst van de beste computers ter wereld die weinig energie verbruiken. Qua rekenkracht haalt de LGM ongeveer een tiende van Cartesius, de grootste computer in Nederland. Eigenlijk is de LGM een opstapje naar de echte supercomputers. Je kunt er op leren hoe het is om op grotere computers te werken. De LGM werkt met grafische kaarten, die bepaalde processen veel sneller laten verlopen dan gewone processors. Bovendien zijn grafische kaarten zuiniger, waardoor de LGM minder

En nu komt er een opvolger?

Inderdaad, we zijn nu bezig met de LGM2. Die wordt ongeveer twee keer zo snel als de LGM. De LGM was gemaakt met huis-tuin-en-keuken grafische kaarten.

Voor de LGM-2 gebruiken we professionele hardware. De LGM heb ik samen met promovendus Jeroen Bedorf zelf in elkaar gesoldeerd. Dat is bij de LGM-2 niet meer het geval.

Nederland loopt tien jaar achter op het gebied van supercomputers. stroom verbruikt dan vergelijkbare computers. Processors zijn, in vergelijking met grafische kaarten, wel veelzijdiger, daarom laten we de processoren alles aansturen en gebruiken we de grafische kaarten alleen voor het domme rekenwerk.

Ook de LGM-2 werkt met grafische kaarten. De toekomst van supercomputers ligt namelijk in grafische kaarten, dus daar gaan we in mee. De bottle­neck is nu de communicatie tussen die kaarten. Deze communicatie proberen we te verbeteren. Ook de LGM-2 zal echter niet in de top 500 van supercomputers komen.

Kan iedereen de LGM-2 straks gebruiken?

Het LGM-2 project is een samenwerking tussen, onder andere, het CWI en hoogleraren uit Leiden, Utrecht en Delft. In principe kan iedereen die goede ideeën heeft de computer straks gebruiken, want hij is vrij toegankelijk. Deze toegankelijkheid is niet Eureka! nummer 56 – maart 2017

5

INTERVIEW

moment zou die simulatie nog duizend dagen duren, maar we werken eraan om hem sneller te maken.

gebruikelijk. Bij de meeste supercomputers moet je eerst door een heleboel bureaucratie. Je moet een aanvraag indienen en voordat je een simulatie kunt draaien ben je een half jaar verder. Het liefst wacht je niet zo lang op een simulatie. Voordat dat half jaar om is, heb ik meestal al een andere computer gevonden. Die bureaucratische laag moet eigenlijk weg.

De LGM was ook vrij toegankelijk en dat was een groot succes. Ik hoop dat ook veel mensen van LGM-2 gebruik gaan maken. Voor ons is het echter vooral een opstapje naar grotere computers: een oefenmachine. Als hij veel gebruikt zou gaan worden, kan het makkelijker worden om subsidie te krijgen voor het bouwen van een nog grotere computer.

welvaartsniveau zou een computer moeten hebben die minstens tien keer zo snel is. Landen om ons heen, zoals Duitsland, Frankrijk en Zwitserland, hebben die computers al wel. Nederland loopt tien jaar achter op dit gebied.

Er zitten nog twee stappen tussen Cartesius en de grootste computers ter wereld.

Om zo'n grote computer te mogen gebruiken moet je normaal gesproken eerst die tussenstappen doorlopen. Toen we een

wel wat in ons voorstel. Hij belde mij persoonlijk op en vroeg me waarom ik dacht op Titan te kunnen werken. Ik vertelde hem over de LGM en dat de LGM, net als Titan, werkt op basis van grafische kaarten. Toen mocht ik aan de slag. We hebben een simulatie gedaan van alle 100 miljard sterren in de Melkweg. Dat was nog nooit eerder gebeurd.

En werk je nu veel op supercomputers?

Ik werk op het moment met verschillende supercomputers: Piz Daint in Zwitserland, K in Japan, Cartesius in Nederland. Ik ben tevens bezig met een project waarbij we verschillende supercomputers aan elkaar koppelen om zo meer rekenkracht te genereren. We willen de geboorte van sterren simuleren, van de gaswolk waaruit ze geboren worden, tot het instorten van die gaswolk en het ontstaan van planeten. Het is een enorm complex proces, met ver uiteenlopende schalen, en is nog nooit zo gedaan. Meestal wordt het proces opgeknipt in verschillende stukjes: het instorten van de wolk, de vorming van de ster en de vorming van planeten. Wij willen het in één keer simuleren. Op dit

We missen bij computers de boot in termen van originaliteit.

Hoe doet Nederland het eigenlijk op het gebied van supercomputers?

Slecht. De snelste Nederlandse computer, Cartesius, staat op plaats 100 in de wereld.

Dat is beschamend voor een land als Nederland, een land dat zichzelf er op voor laat staan een kenniseconomie te zijn. Een land met een dergelijk hoog opleidings- en 6

Eureka! nummer 56 – maart 2017

paar jaar terug een voorstel indienden voor Titan, destijds de snelste computer ter wereld, werd dat afgewezen. Simpelweg “omdat Nederland niet bekend staat als een supercomputernatie.”

Dus heb je ooit zo'n echte supercomputer gebruikt?

Ik had mazzel; de directeur van Titan zag

Hoe zie je de toekomst?

Ik vind dat computers heel slecht gebruikt worden, als een soort veredelde rekenmachines. Een computer kan veel meer, het is een generiek apparaat dat veel en snel kan werken. Bij zowel telescopen als computers hebben we een soort van Moore's law: elke zoveel jaar verdubbelt de capaciteit. Bij telescopen duurt dat ongeveer tachtig jaar, een mensenleven. In die tijd verdubbelt het lichtvangend oppervlak van de grootste telescopen.

Een nieuwe generatie sterrenkundigen groeit dus op met een bepaalde soort telescoop en gebruikt deze soort als ze onderzoek gaan doen.

de manen van Jupiter ontdekt. Dus wat zou hij hebben gedaan als hij de Hubble telescoop in handen had gekregen? Juist, hij zou hem op Jupiter hebben gericht. Dat is jammer, want hij had ook verder kunnen kijken, bijvoorbeeld naar stervorming en andere sterrenstelsels.

Ik denk dat we bij computers de boot missen in termen van originaliteit door ons alleen bezig te houden met het optimalise-

recent Go kon winnen van de beste menselijke spelers. Het tweede is een programma dat een student van mij, Tjarda Boekholt, heeft geschreven.

Computers werken met een beperkte precisie, bijvoorbeeld zestien decimalen. Dus na de zestiende decimaal heb je een fout.

Bij chaotische systemen groeit die fout exponentieel en hierdoor geven kleine fouten uit het begin na verloop van tijd compleet andere resultaten. Tjarda heeft een programma geschreven waarmee je de beginfout zo ver kunt minimaliseren als wenselijk is.

Voor mijn pensioen wil ik een keer de hele Melkweg simuleren.

Bij computers gaat dat veel sneller. In twee jaar verdubbelt de rekenkracht van een computer. Tegen de tijd dat een student klaar is met zijn studie, is er al een nieuwe generatie computers die hij niet begrijpt. Het is een beetje alsof je Galileo Galilei de Hubble telescoop geeft.

Galilei had net (tegelijk met Simon Marius)

ren van onze programma's. We moeten een stap terug doen, out of the box denken en nieuwe dingen verzinnen.

Kun je voorbeelden noemen?

Ik heb twee voorbeelden om te benoemen.

De eerste is Alpha-Go, het programma dat

Van wat voor simulatie droom je nog?

Voor mijn pensioen wil ik nog een keer de hele Melkweg simuleren. Op Titan heb ik samen met promovendus Jeroen Bedorf al alle sterren in de Melkweg gesimuleerd. Maar ik wil de Melkweg doen met alle sterren, én het gas, én de planeten. Dat klinkt onhaalbaar, maar als ik kijk hoe snel de ontwikkelingen zijn gegaan de afgelopen tien jaar, denk ik dat het kan voordat ik met pensioen ga. !

OVER DE GEÏNTERVIEWDE – SIMON PORTEGIES ZWART Simon Portegies Zwart is professor aan de Sterrewacht te Leiden. Hij behaalde zijn PhD aan de Universiteit Utrecht. Na verschillende posities in onder andere Amsterdam, Tokyo en Boston, doet hij nu in Leiden simulaties van onder andere zwarte gaten, sterrenhopen, de Melkweg, stervorming en dubbelsterren. Door (super)computers zo optimaal mogelijk te gebruiken probeert hij meer te weten te komen over het heelal.

✉ spz@strw.leidenuniv.nl  http://home.strw.leidenuniv.nl/~spz/

 

Eureka! nummer 56 – maart 2017

7

Compositional Design of Autonomous Systems

STUDENT

Tobias Kapp´e

Compositional design of autonomous Compositional Design of Autonomous Systems systems Tobias Kapp´e

By Tobias Kappé

This isOur a simplified abridged version of propart ofis the author’s master thesis, for Soft Component daily life and is increasingly driven by to use an automaton.

This is“Logic an abstract Automata”, supervised by Farhad Arbab (CWI/LIACS) and Marcello Bonsangue (LIACS/CWI). grams aimed at automating real-world tasks; machine consisting of states, which des- The material in this thesis is also joint Carolyn drones Talcott (SRI Referoftoexecution, the full thesis self-driving cars,work cropwith surveillance cribeInternational). the possible contexts and for a detailed account, including references to related work that inspired the formalisms outlined below. and supply chain automation are but modest ­transitions between those states, which desOur daily life is increasingly drivengrowing by programs automating real-world self-driving cars, crop examples of applications conti-aimed cribeatwhether and how the statestasks; can change. surveillance drones and supply chain automation are but modest examples of applications nuously more present in our daily lives, in One state is singled out as the initial growing state, continuously more present in our daily lives, in various degrees of visibility.

As the inherent complexity of tasks entrusted to various degrees of visibility. As the inherent from which the automaton begins processing. autonomous agents grows, so does the description of the agent’s behavior.

To keep this complexity manageable, complexity of tasks entrusted to autonomous Suppose, for instance, that we are programa method based on compositional design is appealing.

In this paradigm, one describes the behavior of individual agents grows, so does the description of the ming a crop surveillance drone, which should components, which can be separate devices or processes.

Ideally, the designer should then be allowed to compose agent's behavior. To keep this complexity patrol a field of wheat and take pictures in the components into a larger description of the system, in such a way that the behavior of the resulting system manageable, a method based on compositio­ search for possible signs of disease or verreflects thenal behavior of the components in some sensible way.

In this article, we will outline one approach to design is appealing. In this paradigm, one min. It makes sense to have a component compositional design, with formalisms to describe components as well as methods to obtain their composition. describes the behavior of individual com­ keep track of the amount of energy left in the Let us focus on which the descriptions of components A common in Computer to describe ponents, can be separate devices orfirst. system; its statestechnique can be "there are n unitsScience of patterns ofprocesses. behaviorIdeally, is to use an automaton.

This is an abstract machine consisting of states, which describe the designer should then energy left", with transitions "discharge m the possible contexts of execution, and transitions between those states, which decribe whether and how the be allowed to compose the components into units of energy" or "recharge battery with one states can achange.

One state is singled out as the initial state, from which the automaton begins processing. larger description of the system, in such a unit of energy using solar panels". We can Suppose, instance, thatofwe programming crop such surveillance drone, which shouldofpatrol a field of wayfor that the behavior theare resulting system adepict a component (with a capacity wheat andreflects take pictures in search for possible signs of disease or vermin.

It makes sense to have the behavior of the components in four units of energy) as in Figure 1, i.e., as a component keep track some of the amount of energy left in the system; its states can be “there are n units of energy left”, with sensible way. In this article, we will out- a graph with vertices for states and labeled transitionsline “discharge m units of energy” or “recharge battery with one unit of energy using solar panels”. We one approach to compositional design, edges for transitions, and a loose edge indican depictwith suchformalisms a component (with a capacity of four units of energy) as in Figure 1, i.e., as a graph with to describe components as cating the initial state. For example, a behavertices forwell states and labeled edges for transitions, and a loose edge indicating the initial state.

For example, as methods to obtain their composition. vior allowed by the automaton in Figure 1 a behaviorLet allowed by the automaton in Figure 1 is discharge , discharge , charge, charge, charge, charge .

Here, 2 2 us focus on the descriptions of compo- is discharge , discharge , charge, charge, 2 2 the component quickly depletes its energy, before recharging until the battery is full.

In contrast, the behavior nents first. A common technique in Compu- charge, charge. Here, the component quickly discharge2ter , discharge , discharge is not of allowed by this component, since the recharging first two transitions move the Science2to describe2 patterns behavior depletes its energy, before until automaton to state e0 , where discharge2 is not available. charge e0

charge e1

discharge1

discharge1 discharge2

8

charge e2

charge e3

discharge1 discharge2

e4 discharge1

This is a simplified and abridged version of part of the author’s master thesis, “Logic for Soft Component Automata”, supervised by Farhad Arbab (CWI/LIACS) and Marcello Bonsangue (LIACS/CWI). The material in this thesis is also joint work with Carolyn Talcott (SRI International). Refer to the full thesis for a detailed account, including references to related work that inspired the formalisms outlined below.

Our daily life is increasingly driven by programs aimed at automating real-world tasks; self-driving cars, crop surveillance drones and supply chain automation are but modest examples of applications growing continuously more present in our daily lives, in various degrees of visibility. As the inherent complexity of tasks entrusted to autonomous agents grows, so does the description of the agent’s behavior. To keep this complexity manageable, a method based on compositional design is appealing. In this paradigm, one describes the behavior of individual components, which can be separate devices or processes. Ideally, the designer should then be allowed to compose the components into a larger description of the system, in such a way that the behavior of the resulting system reflects the behavior of the components in some sensible way. In this article, we will outline one approach to compositional design, with formalisms to describe components as well as methods to obtain their composition.

Let us focus on the descriptions of components first. A common technique in Computer Science to describe patterns of behavior is to use an automaton. This is an abstract machine consisting of states, which describe the possible contexts of execution, and transitions between those states, which decribe whether and how the states can change. One state is singled out as the initial state, from which the automaton begins processing. is full. Ina contrast, the behavior posewhich takingshould a snapshot one unit Suppose, for instance, that we the are battery programming crop surveillance drone, patrolconsumes a field of discharge , discharge2, discharge  is notIt makes of energy; thistomeans we want Aenergy to wheat and take pictures in search for possible or vermin. sense have that a component 2 signs of disease 2 by this component, since discharge Asnapshot 1 every time keep track of the amount of energyallowed left in the system; its states canthe be first “thereexecute are n units of energy left”, with executwo t­ ransitions move the automaton to state tesenergy snapshot.

On the other hand, some transitions “discharge m units of energy” or “recharge battery with one unit of using solar panels”.

We trandischarge is not available. are1, noti.e., to be can depict such a component (withe0,awhere capacity of four units of energy) as insitions Figure as executed a graphconcurrently, with 2 such as initial move instate.

AsnapshotFor andexample, charge in Aenergy vertices for states and labeled edges for transitions, and a loose edge indicating the Furthermore, our agent, discharge has a limi-, charge, – allowing these to charge . compose Here, would mean a behavior allowed by the automaton in Figure 1since is discharge charge, charge, 2 2 amount of memory available, the agent can gain energy from moving! the component quickly depletes its ted energy, before recharging until we thewould batterythat is full.

In contrast, the behavior at least ensure that it does not waste Wefirst thustwo needtransitions to specify which actions do discharge2 , discharge2 , discharge2 islike notto allowed by this component, since the move the storageis not spaceavailable. by hovering over a single and do not make sense in composition. The automaton to state e0 , where discharge 2 location and taking a snapshot repeatedly. way we go about this by specifying a compaMore precisely, agent to move charge tibility relation , which is a (reflexive and charge charge we want the charge symmetric) e0 eat e2 snapshots. This ebehae4 relation. In the case of the crop 1 least once between 3 vior can be described bydischarge the automaton indischarge surveillance drone,  is the smallest such discharge1 discharge 1 1 1 Figure 2. Here, we see that the agent starts relation that satises the following: out in the statedischarge sN, representing that it did discharge discharge 2 2 2 not take a snapshot of the current location – charge  stay: charging is only allowed moving modeling there. When it does take a ­.emaining stationary Figure 1: Asince component energy management, Awhile energyr snapshot, the agent moves to state sY , where – discharge2  move: moving costs two it can either stay put (through the transition of energy Furthermore, since our agent has a limited amount of memory available, weunits would like to at least ensure or move to a new location (by way of taking – discharge taking a snapshot that it does not waste storage spacestay) by hovering over a single location and a snapshot repeatedly.

More 1  snapshot: move).

An allowed behaviorsnapshots. of the automacosts one energy by the precisely, we want the agent to move at least once between This behavior canunit beofdescribed ton in Figure wouldstarts be snapshot, move, automaton in Figure 2. Here, we see that the 2agent out in the state sN , representing that it did not snapshot, . . .there. , sinceWhen all snapshots Also,a snapshot, we need to a composite take a snapshot of the current location sincemove, moving it does take thespecify agent moves areput separated by atthe least one move,stay) whileora move ­transition that is the result of two to state sY , where it can either stay (through transition to a new location (by waytransi­ of tions be snapshot, concurrently. is done move). An allowed behavior of the disallowed automatonbehavior in Figurewould 2 would be snapshot,executing move, snapshot, move,This . . . , since by spesnapshot, since snapshot not available as cifying a partial (idempotent and commutaall snapshots are separated by at least one move, while a isdisallowed behavior would be snapshot, snapshot , transition in in sYY .. tive) operator that gives the result of consince snapshot is not available as a atransition current composition whenever two ­actions are defined as composable by . For our move move crop surveillance drone, let [] denote the sY sN stay stay transition  where we account for a change snapshot of  in the energy level; the operator is then defined by: Asnapshot .

Figure 2: A component ensuring that the agent moves between snapshots, Figure 2: A component ensuring that the agent moves between snapshots, Asnapshot.

Figure 1: A component modeling energy management, A energy.

1 into a larger autoTo compose components maton that captures their behavior, we first need to think about which transitions can take place at the same time. For instance, in the case of our crop surveillance drone, sup-

discharge2

Figure 1: A component modeling energy management, Aenergy .

Eureka! nummer 56 – maart 2017

Furthermore, since our agent has a limited amount of memory available, we would like to at least ensure

 

– charge stay: = charge[+1] – discharge2 move: = move[–2] – discharge1 snapshot: = snapshot[–1] Once we know whether and how the transitions of two components compose, we can work out their composition.

Eureka! nummer 56 – maart 2017

9

Once weofknow whether and how the of two components compose, we can work out their compoto execute discharge napshot consumes one unit energy; this means that wetransitions want Aenergy 1 sition.

Essentially, the states of the automata are composed in a Cartesian fashion: since Aenergy has a state e2 executes snapshot.

On the other hand, some transitions are not to be executed concurrently, t signifying “there are 2 units of energy left” and A has a state s signifying “a snapshot of the current snapshot N and charge in A — allowing these to compose would mean that the agent can gain napshot energy , s , which represents “there location has not yet been taken”, the composition of these automata has a state e 0 N g! We thus need to specify which actions do and do not make sense in composition.

The way STUDENT are 2 units of energy ,left, andisa asnapshot the symmetric) current location has not yet been taken”. Transitions between y specifying a compatibility relation which (reflexiveofand relation.

In the aresmallest composed in relation a similarthat fashion, butthe mediated by the composability relation : if two transitions are rveillance drone, states is the such satisfies following: not composable, they do not manifest in the composition, while if they are composable, they turn up in the : charging is onlyform allowed while remaining stationary of the composed transition obtained from . More concretely, for every state x from Aenergy and every

α , we add the state x, y to the composition. Furthermore, for every transition x − state from A move: moving costs twoy units ofsnapshot energy → x of

β α

β and costs everyone transition − → y of Asnapshot such that α β holds, we add the state x, y −−−→ x , y to snapshot: taking aAenergy snapshot unit of yenergy the composition. The automaton thus obtained is found in Figure 3. If we look carefully, we can see that the preserved intransitions at least one sense: between every This two snapshot transitions is at least one of that Asnapshot pecify a compositebehavior transition is theis result of two executing concurrently. move transition. ing a partial (idempotent and commutative) operator that gives the result of concurrent ever two actions are defined as composable by . For our crop surveillance drone, let α[δ] [−2] [−2] move move[−2] is then defined move on α where we account for a change of δ in the energy level; the operator by: = charge[+1] [−2]

e 0 , sN

charge[+1]

e 1 , sN

charge[+1]

e 2 , sN

charge[+1]

e 3 , sN

charge[+1]

e 4 , sN

move = move automaton that captures their behavior, we first need to into think about automaton that [−1] To compose components a1] larger captures their behavior, we first need to think about snapshot = snapshot 1] 1] 1] [− at [−For instance, in the[− case of our crop surveillance drone, same time. For instance, in which the case of [t−our m crop surveillance drone, transitions can take place the same time. mo mo t t t ove [− v [−2 v [−2 ho ho we can ho ho A a snapshot 2] ] ] of unit of energy; that we want suppose taking consumes one1ework unit thisemeans that whether and howthis themeans transitions of two compose, outaenergy; energy to execute ps we want Aenergy to execute discharge1 ps discharge pstheir compops components a a a sn sn has sn not nthe thestates other hand, transitions are to executed every time Asnapshot executessnconcurrently, snapshot.since On the other hand, some are not to be executed concurrently, a state e2 transitions of the some automata are composed in be a Cartesian fashion: Aenergy — allowing these to compose would mean that the agent can gain and charge in A — allowing these to compose would mean that the agent can gain such as move in A re 2 units of energy left” and A has a state s signifying “a snapshot of the current nergy snapshotN energy snapshot e 0 , sY e 1 , sY e 2 , sY e 3 , sY e 4 , sY ecify which actions do and do not sense in composition.

The way energy from moving!

We thus need to specify which actions do and do not make sense in composition. The way , s , which represents “there t been taken”, the composition of make these automata has a state e 0 N charge[+1] charge[+1] charge[+1] charge[+1] bility , which of is the a (reflexive and symmetric) In the Transitions we go about this by a compatibility relation , which is a (reflexive and symmetric) relation. In the gy left,relation and a snapshot current location hasspecifying not relation. yet been taken”. between theinsmallest such relation satisfies following: case of the crop surveillance drone, is :the smallest such relation that satisfies the following: ed a similar fashion, butthat mediated bythe the composability relation twoSCAs transitions are Figure 3: The composition of ifthe Aenergy and Asnapshot .

Figure 3: The composition SCAs Aenergy and Asnapshot . hey do not manifest in the composition, whileofifthe they are composable, they turn up in the wed remaining stationary chargeconcretely, stay: charging is only allowed stationary osedwhile transition obtained from .– More for every state x fromwhile A remaining and every The advantage of describing the automaton in Figure 3 inenergy a compositional fashion is that this (relatively non α ohotunits energy – discharge moving costs two units of energy , we of add the state x, y to the composition.

Furthermore, for every transition x− 2 move: → x of trivial) automaton arises from the (relatively small) component automata.

Preservation of behavior ensures that

β α β x , y to Essentially, states of the automata are the composition.

Thetaking snapshots, transition of of A such thatthe α β holds, we add theastate y is toany snapshot pshot costsy one energy discharge taking snapshot one unitofof energy − → yunit −−not −→ the designer can– separate concerns: the component A x, aware restriction on 1 snapshot: energy costs composed in a Cartesian fashion: since A automaton thus obtained is found in Figure The automaton thus obtained is found in Figure 3.

If we look carefully, we can see that the energy nor does it need to be. The designer only needs to think about whether and how individual actions compose; sition that is theinresult of two transitions executing concurrently.

This weeneed to specify a composite transition that is the result of two transitions concurrently. This at least one between two islook at least one hasAlso, asense: state "there aresnapshot 2 units oftransitions 3. If we carefully, canthe see question: that theexecuting ot is preserved 2 signifying composition takes care of howevery these affect the transitions.

Of course, thiswe begs how does one ent and commutative) operator

that gives the result of concurrent is done by specifying a partial (idempotent and commutative) operator

that gives the result of concurrent left" and of Asnapshot has a state sNhas signi­ behavior of Asnapshot is preserved in at least one verify thatenergy the behavior the composition certain properties, based on the properties of its components? [δ] efined as composable by .fying For"aour crop surveillance drone, let α composition whenever two actions are defined as composable by .

For our crop surveillance drone, let α[δ] snapshot of the current location between every two ofsnapshot transi­ The interested reader is referred to the[−2] author’shas thesissense: for further exploration these topics. [−2] [−2] t for a change level; operator iswhere then defined thethe transition αmove we for aischange in thetransition. energy level; the operator is then defined by: moveof δ in the energy move notdenote yet been taken", the composition of account theseby: tions at least of oneδ move automata has a state e0 , sN, which repre­ – chargecharge stay[+1] = charge[+1] charge[+1] charge[+1] charge[+1] sents "there are 2 units of energy left, of describing the automaton in e 1 , sN e 2 , sN e3 , sN [−2]and a The e4advantage , sN – discharge = move snapshot of the current location has not yet Figure 3 in a compositional fashion is that this 2 move been taken".

Transitions between states are[−1] (relatively non-trivial) automaton a­ rises from – discharge = snapshot 1] 1] 1] 1] 1 −snapshot [− [−composed in a similar [ [− fashion, but media­ the (relatively small) component automata. m m m t t t t o e [− ove [− ove [− o o o o 2their 2]components ransitions of vtwo can work outand ] : ] wewe know how of two components compose, we can work out their composhthe transitions sh ted compose, sh whether sh byOnce the 2composability relation ifcompotwo Preservation of behavior ensures that the 2 p p p p a a a a n n s s sn has a state e mata are composed insn a Cartesian fashion: since A sition.

Essentially, the states of the automata are composed in a Cartesian fashion: transitions are not composable, energy they do not 2 designer can separate concerns: the compo­ since Aenergy has a state e2 ft” and Asnapshot has a state s signifying “a snapshot of of theenergy signifying “there are 2 units and Asnapshot has a of state manifest in the composition, while ifcurrent they left” nent Aenergy is not aware any srestriction on “a snapshot of the current N N signifying e1 , sY automata has e , s e , s e , s 2 Y 3 Y 4 Y , s , which represents “there position of these a state e location has not yet been taken”, the composition of these automata has a state e are composable, they[+1]turn up in the form 0 N 0 , sN , which represents “there [+1] [+1] [+1] taking snapshots, nor does it need to be. The charge charge charge charge of the current location hasofnot yet been taken”.

Transitions between are 2 units of energy left, and a snapshot of the current location has not yet been the composed transition obtained from designer only needs to think about whethertaken”. Transitions between but mediated by the composability relation ifin two transitions states composed a and similar but mediated by the composability : if two transitions are . Moreofare concretely, for every stateA xfashion, fromare and how individual actions compose; relation com­ Figure 3: The composition the SCAs : Aenergy snapshot . n the composition, while if Athey are composable, they turn up in the not composable, they do not manifest in the composition, while if they are composable, they turn up in the position takes care of how these affect the energy and every state y from A snapshot, we d from . More concretely, for every state x from A and every form of the composed transition obtained from .

More concretely, for every state x from Aenergy and every add the state x, y to theenergy composition. transitions. Of course, this begs the question: of y describing the automaton in Figure 3 in aevery compositional fashion is of that this (relatively non- Furthermore, for every transition x α x of αstate x, to the composition.

Furthermore, for transition x x , we add the x, y to the composition. state y from A Furthermore, for snapshot every transition how does one verify that the behavior of the − → − → arises from the (relatively small) component automata.α Preservation of behavior ensures that β β x , y of α β x , y to we add theevery statetransition x, y −− −y→ tosnapshot of AA and every composition has certain basedthe on state x, y − and transition y of A such that α β properties, holds, we add snapshot such that α β holds, energy energy − → − − → eparate concerns: the component Aenergy is not aware of any restriction on taking snapshots, btained is found in Figure 3.

If we look carefully, we canadd seethe that Asnapshot such that The holds, we statethe the properties of its the composition. automaton thus obtained is found in components?

Figure 3. IfThe we interes­ look carefully, we can see that the o be. The designer only needs to think about whether and how individual actions compose; ast one sense: between everybehavior two snapshot transitions is at least is preserved in atone least sense: between twothesis snapshot of Asnapshot ted one reader is referred to theevery author's for transitions is at least one care of how these affect the transitions. Of course, this begs the question: how does one move transition. further exploration of these topics. havior of the composition has certain properties, based on the properties of its components? der is referred to the author’s thesis these topics. move[−2] [−2] [−2] for further exploration of [−2] [−2] move move move moveversion About the author – Tobias Kappé This is a simplied and abridged of part of the author's master thesis, "Logic for [+1] [+1] arge[+1] charge[+1] charge[+1] charge[+1] charge charge[+1] supervisedcharge Soft Component Automata", by e2 ,Tobias sN Kappé obtainede3his , sN e 4 , sN e0 ,MSc sN in e 1 , sN e 2 , sN e 3 , sN e 4 , sN BSc and Farhad Arbab (CWI/LIACS) and Marcello Computer Science at Leiden University.

Bonsangue (LIACS/CWI). ] The material in Currently he is a 1PhD student at University ] 1] 1] 1] 1] 1 1] − [− [− [− indulging in his [− [− thesis is also joint [work [− this with Carolyn College in London, m m m m m t t t t t t t ove [− ove [− ove [− ov [− o [− o o o ho ho 2] 2] ho Referveto ho 2the 2] 2] ] sh sh (SRIe International). fullpsh enormous interest in theoretical computer ps ps pTalcott ps ps 2 a ap a a a a a sn for sn sn also satisfying his love sn sn thesis for a detailedsnaccount, including refe­ science while urban culture. rences to related work that inspired the for­ e 2 , sY e 3 , sY e 4 , sY e 0 , sY e 1 , sY e 2 , sY , sY e 4 , sY malisms outlined in this[+1] article:e3http://liacs. [+1] [+1] [+1] [+1] arge charge charge charge charge[+1] charge charge[+1] leidenuniv.nl/assets/Masterscripties/CS-stu­ tkappe@cs.ucl.ac.uk diejaar-2015-2016/Tobias-Kappe.pdf. omposition of the SCAs Aenergy and Asnapshot .

Figure 3: The composition of the SCAs A and A! .

✉

energy

10

Eureka! nummer 56 – maart 2017

snapshot

maton in Figure 3 in a compositional is that this (relatively nonThefashion advantage of describing the automaton in Figure 3 in a compositional fashion is that this (relatively nonvely small) component automata.

Preservation behavior that trivial) automatonofarises fromensures the (relatively small) component automata. Preservation of behavior ensures that

OPTICS AT TNO

INTERVIEW

Monitoring gas concentrations in the atmosphere, development of the quantum computer, manufacturing of mobile phone chips, non-invasive glucose measurement for diabetics: in all these applications and in many more you can find optical research of TNO. The optics department provides world class technical solutions for customer needs in the field of high performance compact optical systems in demanding environments.

WHERE DOES YOUR CHALLENGE LIE AT TNO? BOB DIRKS Systems Engineer, Optics I combine my knowledge of fundamental principles behind different physical systems with the challenges of Systems Engineering, to conduct thorough and customer-focused R & D work in aerospace, optical and big science projects.

CHECK TNO.NL/CAREER FOR CURRENT VACANCIES Follow us on: tno_talent TNOresearch company/tno

 

Eureka! nummer 56 – maart 2017

11

WETENSCHAP

First light on emergent gravity

Figure 2: The Very Large Survey Telescope, which allows us to observe the distribution of gravity around galaxies, is situated on mount Cerro Paranal in Chile at a height of 2.6 kilometers.

Credit: ESO/G. Lombardi - www.eso.org

between the particles that make up spacetime, and the matter and energy within it.

Apparent dark matter

By Margot Brouwer

With his new theory of emergent gravity, Verlinde not only claims to explain the mechanism behind gravity, but also the origin of the mysterious "extra gravity" found in galaxies, which is currently attributed to dark matter. We performed a first test of Verlinde's new theory by measuring the curvature of space-time around more than 33,000 galaxies, using a method called "gravitational lensing". We compare the observed gravitational lensing effect around galaxies to Verlinde's prediction, and find that they are in good agreement without requiring any free parameters. Although this result is encouraging for Verlinde, it is only a first step towards a fully tested and elaborated theory.

At the end of last year, Erik Verlinde published a new theory of gravity. The paper was received with both enthusiasm and skepticism. Watching the commotion unfold, you might be wondering why a new theory of gravity is needed. Our current theory, Einstein's theory of general relativity, has been abundantly tested to very high precision, and has correctly predicted the outcome of one experiment after the other for more than a hundred years. The answer to this question is threefold, corresponding to the three current problems with general relativity.

The dark universe

The first problem is that, at the scales of galaxies and larger, there appears to be more gravity than can be explained with normal, visible matter such as stars and gas. Swiss astronomer Fritz Zwicky first postulated the missing mass in 1933, when he measured that galaxies in clusters were moving faster than could be explained by the gravity from visible matter. American astronomer Vera Rubin backed him up Figure 1: The curvature of space-time by the gravity of a foreground galaxy bends the light from background galaxies as it travels to our telescope.

By measuring the distortion of the images of background galaxies, we can reconstruct the distribution of gravity around a foreground galaxy. Credit: APS / Alan Stonebraker; galaxy images from STScI/AURA, NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team.

12

Eureka! nummer 56 – maart 2017

with her measurements of stars in galaxies, which were also moving too fast. This missing mass is currently attributed to a new, unknown type of particle which we call dark matter. Despite years of dark matter searches, however, such a particle has never been found. Others claim that dark matter particles do not exist, but we might need to change Einstein's laws of gravity.

Over the same period the American astronomer Edwin Hubble found that faraway galaxies are moving away from us.

This led to the conclusion that our universe is expanding. What is worse, this expansion is not slowing down but accelerating.

Something must be driving the accelerating expansion of the universe, but so far we do not know what that might be. Many astronomers think that there must be an unknown energy field pervading the universe, which we call “dark energy”, while others think that gravity could be a repelling (instead of attracting) force at very large scales.

Emergent gravity

The third problem with gravity is that it is a “macroscopic” theory. It only describes the interactions between masses at large scales: ranging from apples and canon balls to planets, stars and galaxies, but not the small scales of molecules and atoms. This is done by the “microscopic” theory of quantum mechanics. Together these theories describe most of what we know about the universe.

However, if you try to combine them into one big theory, your equations won’t work out. Creating such a unified theory is one of the holy grails of modern physics, but so far nobody has managed to achieve this.

If this way of describing gravity works, that would come in really handy, since having a microscopic description of gravity is a big step in the direction of unifying it with quantum mechanics. In addition, Verlinde found that calculating the emergent gravitational force of normal matter in a universe that contains dark energy exposes an additional gravitational component.

He claims that this extra component can explain the excess gravity at galactic and larger scales without invoking dark matter. He calls this excess gravitational component “apparent dark matter”.

If it is really the case that dark matter does not exist, but space-time and gravity do not work as we think, this would change our entire perspective on the universe. To find out whether Verlinde’s new theory could actually be true, it will have to be extensively tested using astronomical observations. In the paper Verlinde published last year, he makes a prediction for the distribution of apparent dark matter (or “extra gravity”) of

use of the fact that, according to Einstein's theory of general relativity, gravity is equivalent to the curvature of space-time.

Imagine looking through a telescope in the direction of some nearby galaxies. Figure 1 shows these galaxies as yellow dots, surrounded by curved blue lines which represent the curved space-time. Behind these galaxies we see a few background galaxies.

The light from the background galaxies travels through the curved space towards our telescope. As a result, the images of these galaxies that we observe through our telescope are slightly distorted. The gravity around the foreground galaxy is bending the light from background galaxies like a lens, which is why this effect is called gravitational lensing. The shapes of the background galaxies therefore indicate the distribution of the gravitational force around the foreground galaxy.

Because the gravitational lensing effect is very weak, we need to use thousands of foreground galaxies (each with thousands of background galaxies) to accurately measure this effect. For our study, we measured the average distribution of gravity around 33,613 foreground galaxies. The foreground galaxies are observed with the Galaxy And Mass Assembly (GAMA) survey, while the shapes of the background galaxies are systematically measured using the Kilo-Degree Survey (KiDS).

This survey is performed using the Very Large Survey Telescope (VST). This telescope, which is shown in Figure 2, is located at a height of 2.6 kilometers, on the Cerro Paranal mountain in Chile.

Despite years of dark matter searches, such a particle has never been found

Most astronomers treat these three problems as if they are separate. Erik Verlinde, however, suspects that they may actually be deeply connected. Since these three problems are all related to gravity, they might even have the same solution. Verlinde claims that this solution would be to develop a theory of “emergent gravity”. In this framework, gravity is not a fundamental force, but one that emerges from a microscopic description of space-time. Describing gravity in this way is like describing the heat in a cup of coffee. Heat is not a fundamental property of the coffee, but an emerging property caused by the way that the molecules inside the coffee are moving. Similarly, gravity is a property of the interaction

 

a normal mass distribution surrounded by dark energy. One way to test this prediction would be to measure the distribution of gravity around galaxies, and compare this to the distribution of apparent dark matter predicted by emergent gravity. But how do you measure this?

Gravitational lensing

A unique way to measure the distribution of gravity around galaxies is through “gravitational lensing”. This method makes

The results

The final result of the test is shown in Figure 3. The black dots (with error bars) in each of the four graphs show the measured average distribution of gravity around the galaxies (on the y-axis), as a function of the distance to the center of the galaxies (on the x-axis) measured in kiloparsec (kpc).

For comparison: the average galaxy has Eureka! nummer 56 – maart 2017

13

WETENSCHAP

Figure 3: In this graph we compare both the dark matter model and the prediction from Verlinde’s theory to the measured distribution of gravity around galaxies of four different masses. Both models perform well, but Verlinde’s theory does so without any free parameters.

Credit: Margot M. Brouwer et al 2016 (arXiv: 1612.03034).

a radius of around 30 kpc. Our measurement starts at a distance of 30 kpc from the galaxy center, and continues to 3000 kpc, a radius that is a hundred times larger than the galaxy itself. This means that the gravitational force measured by lensing is situated outside the range of the normal luminous matter, such as the stars and the gas. Therefore, there must be something else that causes the measured distribution of gravity: either dark matter or a new view on gravity. The four panels display the result for galaxies with different masses of the normal matter (stars and gas) from the lowest to the highest mass. This mass is used to calculate the distribution of gravity predicted by Verlinde’s theory, which is shown by the blue lines.

Cosmic comparison

Now we would like to compare Verlinde’s theory to the standard dark matter model.

The red line represents the most widely used model for the distribution of dark matter around galaxies: the NavarroFrenk-White model, named after its three inventors. As you see in Figure 3, this model can explain the measured distribution of gravity quite well. But there is a slight problem: dark matter is invisible, which means we don’t know in advance how much dark matter resides around a galaxy. We need to use what is called a "free parameter": the mass of the dark matter cloud is adjusted in order to make the model consistent with the data.

About the author – Margot Brouwer Margot Brouwer has a Bachelor of Science degree in Physics and Astronomy and a Master of Science degree in Cosmology from the University of Amsterdam. Currently, she is a PhD candidate at the Leiden Observatory, where she works on weak gravitational lensing with the Kilo-Degree Survey. Her research interests include dark matter, dark energy, gravity, large scale structure, galaxies and much more.

 ✉ 14

http://home.strw.leidenuniv.nl/~brouwer/ brouwer@strw.leidenuniv.nl Eureka! nummer 56 – maart 2017

So, how do these two theories compare to the data? Both the dark matter and the emergent gravity model describe the data very well, where the NFW profile performs slightly better. However, the gravitational distribution in Verlinde’s model can be directly predicted from the visible mass of the galaxies, which means that this model has no free parameters. This gives the theory an advantage compared to the dark matter model, which has four free parameters (the mass of the dark matter cloud in each of the four panels). When we take this into account, Verlinde's model performs slightly better. Ultimately, this measurement presents us with a draw.

A dark connection

So although the fact that emergent gravity can explain this particular measurement without free parameters is very interesting, it is of course no reason to disqualify the idea of dark matter. There is a multitude of observations that Verlindes theory can not (yet) explain. On the other hand, our observations show that there exists a connection between normal matter, dark matter, and possibly dark energy. This connection can be explained by emergent gravity, but not by the current dark matter paradigm. All in all, this first test of emergent gravity provides more questions than answers, and shows us that the dark matter problem is still far from being solved. !

Werken bij DSW Misschien niet het eerste beeld dat je had bij een zorgverzekeraar?

Zouden wij ook niet hebben gehad. Maar werken op onze ICT-afdeling betekent in een informele sfeer bouwen aan systemen waarmee we voorop lopen. We wisselen hard werken af met gezelligheid en houden wel van een potje gamen, een goede film of wintersport.

Bibliography 1. Emergent Gravity and the Dark Universe - Erik P. Verlinde 2016 (arXiv: 1611.02269).

2. First test of Verlinde's theory of Emergent Gravity using Weak Gravitational Lensing measurements - Margot M. Brouwer et al 2016 (MNRAS (2016) 466 (3): 2547-2559, arXiv: 1612.03034).

Benieuwd wat jouw mogelijkheden bij ons kunnen zijn? Kijk dan op werkenbijdsw.nl, volg ons op LinkedIn voor updates of kom gewoon eens langs. We vertellen je graag meer!

3. Emergent gravity and the dark universe – Manus Visser and Marcel Vonk (ht tp://w w w.quantumuniverse.nl/emergent-gravity-and-dark-universe).

 

Eureka! nummer 56 – maart 2017

15

FOTOREPORTAGE

Fotoreportage: Meethal Tekst door Tobias de Jong, foto’s door Alex van Vorstenbosch

Het experiment is het grijze doosje linksonder. De gele kabels zijn optische fibers om laserlicht van buiten de cryostaat naar het experiment te brengen.

De Low Energy Electron Microscope (LEEM) maakt het onder andere mogelijk om elektrisch potentiaal zichtbaar te maken op een nanoschaal en is uniek in de wereld.

De warmte wordt van boven weggepompt. Iedere vergulde plaat is telkens kouder: van kamertemperatuur naar 50K naar 5K naar 10mK. Onderaan hangen links en rechts de experimenten aan massa-veersystemen om zoveel mogelijk trillingen te dempen.

De LEEM

De Cryostaat

16

Eureka! nummer 56 – maart 2017

Hoewel de experimenten niet mogen trillen, moet de warmte wel weggeleid worden.

Hiervoor dienen de koperen draden, zogenoemde ‘heat links’. Ook zijn diverse signaalkabels zichtbaar.

Het gehele experiment bevindt zich in ultrahoog vacuüm. Op de voorgrond bevindt zich de ruimte om samples te prepareren; deze worden dan met de stang naar de microscoop achterin gebracht.

 

Eureka! nummer 56 – maart 2017

17

HOE LEG IK DIT AAN M'N OMA UIT?

WAT IS DONKERE MATERIE? Door Henk Hoekstra

Met een omloopsnelheid van bijna 30 km/s voltooit de Aarde ieder jaar weer een rondje om de zon. Dat we niet weggeslingerd worden, of juist in de Zon storten, komt door de balans tussen de middelpuntvliedende kracht en de zwaartekracht van de Zon. Op grote afstand is de zwaartekracht kleiner met het gevolg dat de ex-planeet Pluto “slechts” 5 km/s hoeft te bewegen om in een baan rond de Zon te blijven. Ook als de Zon geen licht meer zou geven, zullen de planeten, weliswaar in het duister, hun baantjes blijven trekken. In dergelijke evenwichtssituaties kunnen we dus de waargenomen snelheden gebruiken om de versnelling door de zwaartekracht te bepalen, en zo objecten, zoals de Zon, te wegen.

Wat veroorzaakt al die extra zwaartekracht?

Missen we iets?

18

Eureka! nummer 56 – maart 2017

De Zon zelf beweegt in een baan rond het centrum van de Melkweg. Ondanks de flinke snelheid van zo’n 220 km/s duurt het nog altijd 225 miljoen jaar om één keer rond te gaan. Sterren in de buitendelen doen er nog langer over, maar in tegenstelling tot de planeten in ons zonnestelsel, neemt de omloopsnelheid nauwelijks af. Soortgelijke waarnemingen in andere melkwegstelsels werden in de jaren zeventig van de vorige eeuw gedaan door de recent overleden Vera Rubin. Wat deze metingen bijzonder maakten, is dat de snelheden veel hoger waren dan verwacht; de waargenomen hoeveelheden sterren en gas zouden een goede schatting van de zwaartekracht moeten geven, aangezien melkwegstelsels niet uit elkaar vliegen.

We zien dit ook in nog grotere structuren, zogenaamde clusters van melkwegstelsels.

Al in de jaren dertig van de vorige eeuw was het Fritz Zwicky opgevallen dat melkwegstelsels in het nabije Coma cluster veel sneller bewogen dan verwacht werd aan de hand van de waargenomen materie.

Moderne waarnemingen laten zien dat dit geen uitzonderlijke gevallen zijn, maar juist de norm. Wat veroorzaakt al die extra zwaartekracht? Missen we iets?

Is er misschien een probleem met onze aannames? Om dit te testen zou het handig zijn als we de massa op een directe manier zouden kunnen meten. Dankzij Einsteins algemene relativiteitstheorie weten we hoe massa de ruimte vervormd. Het resultaat is dat lichtstralen iets afgebogen worden en de mate van afbuiging is evenredig met de massa. Bovendien kunnen we dit “zwaartekrachtlens”-effect meten, en ook deze waarnemingen laten zien dat de zwaartekracht in de buitendelen van melkwegstelsels en clusters van melkwegstelsels veel groter is dan verwacht.

Werd in het begin nog gesproken van “missende materie”, tegenwoordig spreken we van “donkere materie”, ook al weten we niet zeker of het wel materie is.

Het is namelijk ook mogelijk dat er een probleem is met onze (lees Einsteins) beschrijving van de zwaartekracht op de allergrootste schaal. Eén van de meest fundamentele vraagstukken in de hedendaagse natuurkunde is hoe de algemene relativiteitstheorie verenigd kan worden met die andere triomf van de 20e eeuw: de kwantummechanica. De Amsterdamse theoretisch natuurkundige Erik Verlinde

beschreef recentelijk een nieuw idee voor de oorsprong van zwaartekracht die ook de waarnemingen van de omloopsnelheden in melkwegstelsels zou verklaren. Of dit echt een oplossing is, zullen we in de komende jaren verder moeten onderzoeken, want vooralsnog ontbreekt een goede beschrijving van ons uitdijende heelal.

Daarom blijft de donkere materie voorlopig de beste optie, ook al klinkt het exotisch. Het is echter belangrijk om op te merken dat er een aantal goede redenen zijn om in te zetten op het bestaan van donkere materie. Nauwkeurige metingen aan de kosmische achtergrondstraling, de vingerafdruk van de Oerknal, suggereren dat de meeste materie in het vroege Heelal geen interactie met licht had: het is letterlijk onzichtbaar. Deze extra component is ook nodig om de structuur in het huidige Heelal te verklaren. Bovendien zijn er theoretische argumenten: ook al is het laatste puzzelstukje, het Higgsdeeltje, inmiddels gevonden, het enorm succesvolle standaardmodel van de deeltjesfysica kan niet alle data verklaren. Sterker nog, één van de problemen is dat donkere materie bestaat in de vorm van neutrinos. Deze elementaire deeltjes zouden volgens het standaardmodel geen massa moeten hebben, maar dit strookt niet met de waarnemingen: volgens de theorie zijn ze te licht om de astronomische waarnemingen in de praktijk te verklaren. Maar echt exotisch is donkere materie dus niet.

 

Daarom is men naarstig op zoek naar verbeteringen van het standaardmodel, en een aantal interessante ideeën beschrijven deeltjes met de eigenschappen van de donkere materie. Deze theorieën helpen ook met het ontwerpen van experimenten.

Als de donkere materiedeeltjes annihileren of langzaam vervallen, dan zouden ze waarneembare gamma- of Röntgenstraling moeten veroorzaken. Om andere voorspellingen te testen worden in diepe ondergrondse mijnen steeds grotere experimenten opgetuigd om donkere materiedeeltjes direct te detecteren. Tot dusver is dit nog niet gelukt, maar in de komende jaren zou daar heel goed verandering in kunnen komen.

Echt exotisch is donkere materie dus niet.

Tot dan is het antwoord op de vraag “Wat is donkere materie?” heel simpel: we weten het (nog) niet! !

Over de auteur – Henk Hoekstra Henk Hoekstra is universitair hoofddocent bij de Sterrewacht; als observationeel kosmoloog houdt hij zich bezig met het in kaart brengen van de verdeling van donkere materie door middel van de zwakke zwaartekrachtslenswerking. Met deze techniek hoopt hij in de nabije toekomst ook meer te weten te komen over donkere energie, een andere mysterieuze component die ervoor zorgt dat het heelal steeds sneller uitdijt.

✉

hoekstra@strw.leidenuniv.nl

Eureka! nummer 56 – maart 2017

19

4.0 WETENSCHAP

Navigating the next industrial revolution

âš™ đ&#x;’Ą đ&#x;’ť

The fourth industrial revolution is upon us

Revolution Year

Information

1

1784

Steam, water, mechanical production equipment

2

1870

Division of labour, electricity, mass production

3

1969

Electronics, IT, automated production

4

?

Cyber-physical systems

Figure 1: The four industrial revolutions1

The first three industrial revolutions

The first industrial revolution, as illustrated in Figure 1, started around 1784 and continued until around 1840. During this period huge industrial advancements were made that still have an impact on this age and time. The steam engine and mechanical production equipment are examples of notable inventions from that period. These inventions decreased the manual labor.

In about 1870 the second industrial revolution started, in which electricity became available. During that period there was not only an improvement in technology, but also in the ways of working with the introduction of the division of labor. Before 1870, every employee did every task in the production chain, whereas by dividing the labor employees became specialized in one certain aspect of the production. This resulted in more efficient production. Without the division of labor, mass production would not have been possible.

From 1969 on, the world started applying electronics and IT to automate production. This is called the third industrial revolution. Before, organizations used to be local or regionally orientated.

The introduction of IT and the internet resulted not only in automated production, but also in the globalization of business. This allowed businesses to reap economies of scale on a global level, as well as to build global brands.

By Tyron Offerman

The fourth industrial revolution is upon us and it is revolutionizing organizations at an extremely fast pace. Through the last couple of centuries four distinctive industrial revolutions can be identified.

Most history books only mention the first two industrial revolutions.

The first is characterized by going from hand production to machinery and the second is characterized by the move to mass production. The third industrial revolution refers to the period in time when IT became available to automate production. Currently, the fourth industrial revolution, also called Industry 4.0, is in its starting phase.

It is characterized by the fusion of the digital and physical world, but what are the implications of this fourth industrial revolution?

Currently, the fourth industrial revolution is in its starting phase.

The fourth industrial revolution

The fourth industrial revolution is characterized by the cyber-physical systems, which are systems in which the digital, physical, and biological world are merged.2 Being able to connect devices and people all over the globe (interoperability) is the main driver of this revolution. These devices are becoming smaller, 20

Eureka! nummer 56 – maart 2017

more powerful, and less energy consuming by the day, and are communicating via the Internet of Things. The devices can also store and gather more raw data, resulting in information transparency. This allows for decentralized systems, such as BlockChain, that can make independent decisions. These systems can provide technical assistance to humans.

An example of an Industry 4.0 product is Tesla’s Autopilot, which combines camera and radar technology with advanced artificial intelligence (digital world) to navigate cars autonomously without input of the driver (physical world). Another example would be the uprise of personalized medicine. Personalized medicine are drugs that are created for one specific individual or a small group of people.

Organizations across all industries are rethinking their business models as new opportunities come along; what is the value proposition of the organization? For example, shoe manufacturers are not only just selling better shoes to train in, but are also providing insights on how much calories you have burnt while using the shoes. The next step would be to also provide actionable advice, on how to burn even more calories. The fourth industrial revolution also provides the possibility to change the way organizations operate, for example the way they deliver the value to the customer. Artificial intelligence will help the decision making

î?ž î?ž

Eureka! nummer 56 – maart 2017

21

Op zoek naar de volgende stap in jouw carrière?

WETENSCHAP

Ambitieus, enthousiast en op zoek naar uitdaging? Wij zijn op zoek naar studenten die hun carrière een boost willen geven.

Ga naar ikwilookdiebaan.nl en bekijk de mogelijkheden voor een uitdagende bijbaan in

of the organizations, allowing them to build smarter, more efficient, and to decentralize supply chains.

zation is a system as a whole, which is part of a larger system in an environment or network, there needs to be a balance between the modes in the organization.

In summary, the fourth industrial revolution will provide many new challenges and opportunities for organizations. The speed of change is exponentially increasing. Organizations will need to redesign their business models in order to cope with the changes and reap the benefits.

Those that will not be able to do this successfully, will have a hard time to survive. !

How to keep up?

One of the biggest challenges for organizations will be to keep up with the pace. Compared to the earlier industrial revolutions, this revolution is characterized by the high speed of development. Organizations do not have unlimited resources to try out every innovation.

Besides allocating resources wisely, organizations will need to be agile; they will need to be able to anticipate or respond to changes.3 Being able to keep up with the pace, or even to set the pace, will allow organizations to create a sustainable competitive advantage for the coming years.

To cope with these major changes organizations are looking into approaches such as ambidexterity and multi-modal business technology. Ambidexterity refers to an organization’s ability to both exploit (generating value now) and explore (generating future value) their business.4 An organization makes the most of its money by exploiting a certain process, product, service or asset in such a way that the competition cannot keep up. As rival companies can catch up with- or gain an advantage over the organization by innovating, organizations realize that they cannot only exploit their current business, but they have to explore new fields of business.

Multi-modal business technology, also referred to as bi-modal IT or multi-speed IT, draws on the idea that not everything in an organization needs to happen in the same mode or speed.5 Very innovative capabilities might need to be able to change and adapt quickly in order to stay ahead of competition, while non-critical and non-competitive capabilities do not require as much change. As an organi-

Devices are becoming smaller, more powerful, and less energy consuming

22

Eureka! nummer 56 – maart 2017

Het gaat om samenwerken!

Arvind - Developer

een professionele werkomgeving.

TOPdesk organiseert ook ieder jaar het Summer Internship. Tijdens deze betaalde stage word je in een aantal weken een ware master op het gebied van Sales, Support of Development.

Neem gerust contact met ons op om te kijken of dit aansluit

ikwilookdiebaan.nl

1 h t t p s : // w w w.w e f o r u m . o r g / agenda/2016/01/the-four thindustrial-revolution-what-itmeans-and-how-to-respond/ 2 Hermann, Mario, Tobias Pentek, and Boris Otto. “Design principles for industrie 4.0 scenarios.” System Sciences (HICSS), 2016 49th Hawaii International Conference on. IEEE, 2016.

3 M. van Oosterhout, E. Waarts, and J. van Hillegersberg, \Change factors requiring agility and implications for IT,” European Journal of Information Systems, vol. 15, no. 2, pp. 132{145, 2006.

4 https://hbr.org/2004/04/the-ambidextrous-organization 5 https://www.nl.capgemini.com/bronnen/waardevol-inzichtin-service-integration-en-multi-speed-it

About the author – Tyron Offerman Tyron Offerman is a lecturer for the bachelor ‘Informatica & Economie’ and PhD-student at Leiden University, as well as a management consultant at Capgemini Consulting. His courses are focused on the alignment of Business & IT, while his research is focused on Business Capabilities. As a consultant he advices organizations on their Business Technology and Innovations. Tyron holds a MSc in ICT in Business from Leiden University.

 ✉

https://nl.linkedin.com/in/tyronofferman t.d.offerman@liacs.leidenuniv.nl

 

Eureka! nummer 56 – maart 2017

23

GESCHIEDENIS

LEIDSE INSTRUMENTMAKERSCHOOL

Van Stonehenge tot picometers Door Lotte Konings

Onderzoekers aan onze universiteit weten als geen ander dat voor hun werk de juiste wetenschappelijke instrumenten essentieel zijn: voor het grootste deel van het onderzoek dragen ze zelf zorg, maar voor het ontwerp en de constructie van de instrumenten die ze gebruiken schakelen zij de hulp in van de Leidse Instrumentmakers. Die samenwerking met professionele instrumentmakers werd in Leiden ruim een eeuw geleden gestart door professor Kamerlingh Onnes.

Kamerlingh Onnes

De Leidse instrumentmakers school dankt haar bestaan aan Prof. Dr. Heike Kamerlingh Onnes. Een eeuw geleden liep deze natuurkundige rond op de Universiteit Leiden, waar hij onderzoek deed naar zeer lage temperaturen. In 1913 ontving hij de Nobelprijs voor de natuurkunde, omdat hij er als eerste in was geslaagd om helium vloeibaar te maken.

Toen Kamerlingh Onnes in 1882 in Leiden aankwam was het nog gebruikelijk dat onderzoekers grotendeels hun eigen meetinstrumenten vervaardigden.

Kamerlingh Onnes erkende dat hij hier beter experts voor kon inschakelen. Na zijn benoeming als hoogleraar in de experimentele natuurkunde zocht hij technici in het buitenland die hem hierbij konden helpen.

Al gauw gaf hij deze technisch opgeleide vakmannen de opdracht om jongelingen op te leiden tot bekwame instrumentmakers. In 1901 werd de opleiding geformaliseerd en werd de Leidse instrumentmakers School opgericht, die tot de dag van vandaag bestaat.

een belangrijke functie voor wie een echt vak wil leren. Bij de Leidse Instrumentmakers School kunnen daarom afgestudeerden aanblijven als Gezel en de volgende generatie instrumentmakers helpen opleiden. Formeel zijn zij Technisch Onderwijs Assistenten en zij vervullen een belangrijke voorbeeldrol.

Ook de Meestertitel zou de school graag handhaven, maar dat is lastig binnen de

echter niet bepaald fijne instrumenten genoemd worden.

De wetenschap van de Europese Middeleeuwen vroeg geenszins om instrumenten: in die tijd draaide het om theoretische beschouwingen. Pas met de komst van renaissance en mannen als Galileo Galilei en Andreas Vesalius ontstond in Europa de drang om deze theorieën te toetsen aan waarnemingen en proeven.

In die duistere jaren in Europese wetenschapsbeoefening maakte men in het Midden- en Verre Oosten wel al gebruik van steeds nauwkeuriger instrumenten voor astronomische tijd- en plaatsbepaling. Deze instrumenten waren zeer nuttig op open zee en verspreidden langzaamaan westwaarts. Via Egypte, Portugal, Spanje en Italië kwamen de techniek en kennis Europa binnen.

voor Christiaans broer Constantijn.

De wetenschappers uit die tijd zijn beroemder geworden dan de instrumentmakers die hun ontwerpen uitvoerden en verbeterden. Uitzondering op deze regel waren de Leidse Van Musschenbroeks, enkele van de beroemdste luchtpompenmakers van de 17e en 18e eeuw. Het was Pieter van Musschenbroek die in 1746 de Leidse Fles de wereld in bracht.

Navigatie was van grootse noodzaak op de in de zestiende eeuw in aantal toenemende en in bestemming diverser wordende handelsmissies. En samenkomst van cartografen, geografen en handwerkslieden te Leuven maakte dat daar de eerste instrumentmakersschool van de Lage Landen ontstond. Grote namen als Gerard Mercator en Gemma Frisius begaven zich in deze kringen.

Uurwerken, microscopen en navigatie

De industriële revolutie bracht de hernieuwde belangstelling voor de fijnmechaniek, vanuit een nieuwe invalshoek.

Metaalbewerking werd vergemakkelijkt en gereedschapsmachines evolueerden in rap tempo. De negentiende eeuw bracht een grote vraag naar reproduceerbaarheid en vervangbaarheid van onderdelen. Dit vereiste weer een hogere nauwkeurigheid in productie.

In Engeland, het eerste land dat industrialiseerde, ontstond een gemeenschap van instrumentmakers, ondernemers en uitvinders als Bryan Donkin en Henry Maudslay, die deze ontwikkeling aanwakkerde.

Donkin was een papierfabrikant die een commerciële langzeefpapiermachine ont-

Lang was de grens tussen wetenschapper en instrumentmaker vaag

Leerling, Gezel en Meester

De studenten aan de LiS volgen een vierjarig traject in precisie-industrie. Tegenwoordig is dit een mbo-4 opleiding, waarbij het diploma Research Instrumentmaker het hoogst haalbare diploma is, maar tot 1995 bestonden officieel het Leerling-, Gezel- en Meesterschap nog.

De termen Leerling, Gezel en Meester doen wellicht middeleeuws voor, maar vervullen 24

Eureka! nummer 56 – maart 2017

huidige regels. De laatste Meesters behaalden hun titel ruim twintig jaar geleden en sindsdien zijn er geen nieuwe meer bijgekomen. De oude Meesters denken nog wel mee met de school over mogelijkheden voor een nieuwe invulling voor de titel.

Lange geschiedenis

De eerste vormen van fijne mechaniek werden gedreven door astronomie, navigatie en horologie, de kunst van tijd meten.

Daarop volgden optica en moderne meetinstrumenten. Naast nieuwsgierigheid was commerciële noodzaak een grote drijfveer.

Reusachtige steencirkels zoals die bij Stonehenge en Brodgar laten zien dat de mens al vroeg geïnteresseerd was in het precies bijhouden van jaargetijden, de zonnewende en equinoxen. Deze constructies kunnen

Figuur 1: Enkelvoudige microscoop van Johannes (Jan) Joosten van Musschenbroek, 1675. Niet alleen Antoni van Leeuwenhoek maakte microscopen in de 17e eeuw. Die van de Leidse instrumentmakersfamilie Van Mussenbroek vergrootten dan wel niet zo sterk als die van Van Leeuwenhoek, maar ze waren wel gewoon te koop en razend populair onder liefhebbers van de wetenschap.

In de daaropvolgende eeuwen werden mechanische uurwerken in dat continent zo precies en zo klein dat we kunnen spreken van fijnmechaniek. De klokmakers van de 17e eeuw hadden een grote invloed op de wetenschappelijke instrumenten die in die tijd ontwikkeld werden. Preciezere klokken vereisten een steeds uitgebreidere kennis van de eigenschappen van metaalsoorten, veren en meer.

Zo werkte Christiaan Huygens samen met verschillende klokkenmakers: Salomon Coster, Johannes van Ceulen, Claude Pascal en Severij Oosterwijk, die naast uurwerken ook microscoopjes maakte

Vervangbaarheid en nauwkeurigheid

 

wikkelde. Hij hield zich ook bezig met het ontwerpen van machines voor infrastructurele projecten: de Thames Tunnel (de eerste tunnel onder een bevaarbare rivier) en het uitdiepen van verschillende kanalen door heel Europa.

Maudslay was een echte uitvinder en werktuigbouwkundige. Hij was in de leer geweest bij een timmerwerkplaats en een smid. Hij ontwierp sloten, en het gereedschap om die in grotere aantallen makkelijker te maken en hij hielp Joseph Bramah bij het ontwerp van de hydraulische pers. De schroefdraaddraaibank wordt aan hem toegeschreven: hiermee maakte hij veel nauwkeuriger en sneller bouten en moeren dan met de hand mogelijk was. Ook de eerste bankmicrometer, waarmee met een nauwkeurigheid van 3 micrometer te meten was.

Lang was de grens tussen wetenschapper en instrumentmaker vaag: Huygens sleep zijn eigen lenzen, meerdere leden van de instrumentmakersfamilie Van Musschenbroek studeerden aan de universiteit. Kamerlingh Onnes doorbrak dit patroon door instrumentmakers in te huren en de Leidse school in het vakgebied op te zetten, maar daarmee is er gelukkig geen scheiding gekomen. Wel is meer specialisatie mee mogelijk gemaakt, en daarmee meer kans op baanbrekende instrumenten en onderzoek.

Picometers

De LiS gaat nu ruim honderd jaar met de tijd mee, waarbij het vooral steeds preciezer werken wordt. Van micrometers naar nanometers en nu ook picometers: 10-12 meter, een honderdste van de doorsnee van een atoom. De huidige specialisaties metaal, glas, optiek, lasertechnologie en mechat-

Figuur 3: Schroefdraaddraaibank van Henry Maudley. Met behulp van dit instrument kon Maudley zeer precies schroeven vormgeven. Dit instrument is te vinden in het Science Museum in Londen.

Figuur 2: Maagdenburger halve bol van Jan van Musschenbroek, 1720.

Luchtpompen werden gebruikt in onderzoek naar het vacuüm in 17e en 18e eeuw. Deze pomp is deel van collectie van Museum Boerhaave in Leiden.

ronica zijn gegroeid uit de oorspronkelijke tweedeling instrumentmakers en glasblazers, en na 1928 glasslijpers.

Net als andere huidige bewoners van het Sciencepark zijn de instrumentmakers eind vorige eeuw uit de binnenstad verdreven.

In 1997 verhuisde de school van het Rapenburg naar de Einsteinweg. Afgelopen winter werd die locatie uitgebouwd wegens de sterk toenemende interesse voor de opleiding. Een bezoek van de koning aan dit gebouw met rijke geschiedenis was toen ook geheel op zijn plaats. !

Bronnen: M. Rooseboom Bijdrage tot de geschiedenis der instrumentmakerskunst in de Noordelijke Nederlanden tot omstreeks 1840 (Leiden, 1950) Museum Boerhaave, Leiden Science Museum, Londen Leidse Instrumentmakersschool: http://www.lis.nl

Over de auteur – Lotte Konings Lotte Konings is vierdejaars bachelorstudent Wiskunde en Geschiedenis aan de Universiteit Leiden. Ze is actief geweest in verschillende commissies van De Leidsche Flesch en werkt als studentassistent bij het Mathematisch Instituut.

Eureka! nummer 56 – maart 2017

25

CULTUUR

Terugblik op tien jaar

UNAWE Door Marlise van der Veen

Iets meer dan tien jaar geleden werden in Leiden de eerste stappen gezet om het educatieve programma Universe Awareness, dat meestal wordt afgekort tot UNAWE, op te zetten. Inmiddels is UNAWE sterk gegroeid en uitgebreid naar meer dan zestig landen. De Eureka!-redactie ging op bezoek bij oprichter George Miley om terug te blikken op de afgelopen tien jaar, maar ook om te praten over de toekomst van het project.

UNAWE (www.unawe.org) is een educatief programma dat sterrenkunde en ruimtevaart gebruikt om jonge kinderen in de leeftijd van vier tot elf jaar te enthousiasmeren voor wetenschap. Daarnaast heeft het als doel wereldburgerschap te stimuleren en kinderen respect voor andere culturen en nationaliteiten bij te brengen. UNAWE richt zich voornamelijk op kinderen uit een kansarme omgeving, omdat die anders niet snel in aanraking zullen komen met sterrenkunde. UNAWE is klein begonnen, maar is in tien jaar tijd uitgegroeid tot een programma dat actief is in meer dan zestig landen.

Oprichting

De visie van Universe Awareness is een wereld waarin kinderen zich, terwijl ze opgroeien, realiseren wat de schoonheid en inspiratie van ons universum is, wat de kracht is van rationeel denken en wat de noodzaak is van samenleven in vrede en vriendschap op deze planeet die wij allen delen. Het gaat dan ook niet zozeer om het 26

Eureka! nummer 56 – maart 2017

Tools

Universe Awareness houdt zich onder andere bezig met het maken van lespakketten en het trainen van leerkrachten. Ook maken ze onderwijstools om uit te delen aan scholen in verschillende landen. Hiertoe hebben ze de Universe-in-a-boxkit ontwikkeld. Duizend exemplaren van deze kit zijn wereldwijd uitgedeeld. In het pakket zitten verschillende materialen, zoals bij-

Cassini, een maan van Saturnus, gebruikt.

Als je de aarde vanuit de ruimte ziet, als niets meer dan een punt, is het lastig te blijven volhouden dat onderlinge verschillen tussen mensen en etniciteiten echt relevant zijn. Dit draagt eraan bij kinderen in een essentieel stadium van hun ontwikkeling respect voor en tolerantie naar andere culturen bij te brengen.

Aansluiten bij lokale taal en cultuur

Om kinderen goed te kunnen bereiken is het belangrijk dat zij zich zelf aangesproken voelen door de programma’s. Daarom wordt er in de verschillende projecten aangesloten bij de lokale taal en cultuur.

De projecten worden altijd opgezet en uitgevoerd door mensen uit het land zelf. Ook in specifieke pakketten kan er rekening gehouden worden met de cultuur.

Dat is het geval bij de zogeheten islamic-heritage-toolbox die nu in ontwikkeling is. In dit lespakket worden vier moslimwetenschappers, twee mannen en twee vrouwen, behandeld, die een belangrijke rol hebben gespeeld in de natuurkunde en sterrenkunde. Er zijn op het moment in Europa veel migrantengemeenschappen met een islamitische achtergrond. UNAWE vindt het belangrijk dat die kinderen kunnen zien dat zij ook een rol kunnen gaan spelen in de wetenschap.

Onder veel bevolkingsgroepen heerst het idee dat wetenschap een typisch westerse aangelegenheid is, terwijl dat helemaal niet het geval hoeft te zijn. Sterker nog, elke cultuur heeft op de één of andere manier iets met sterrenkunde. De hoop is dus dat deze toolbox binnen verschillende gemeenschappen gebruikt zal gaan worden, ener-

Als je de aarde vanuit de ruimte ziet, als slechts een punt, dan verdwijnen verschillen tussen mensen

In oktober 2003 besprak George Miley voor het eerst het idee om een project als Universe Awareness op te zetten. Toen hij vervolgens in de zomer van 2005 een subsidie kreeg voor zijn KNAW akademiehoogleraarschap, besloot hij een deel van dat geld te gebruiken om Carolina Ödman aan te stellen om uit te zoeken of zo’n programma zou kunnen werken. Al vrij snel bleek het een succes en sloten meer landen zich aan bij het project. Ondanks de enorme groei is er in de doelen en visie van UNAWE eigenlijk niks veranderd.

Visie en doelen

overbrengen van feiten, maar meer om een manier van denken. Universe Awareness is in haar visie en doelen dus zeker heel idealistisch, maar hoe uit dat zich in de praktijk?

voorbeeld een opblaasbare aardbol, waarmee de interesse van kinderen voor het universum gewekt kan worden.

Op deze opblaasbare aarde zijn geen grenzen aangegeven om zo wereldburgerschap bij de kinderen te bevorderen. Een andere manier om het universum te gebruiken ter bevordering van wereldburgerschap is door foto’s van de aarde vanuit de ruimte te laten zien. Zo wordt er in lespakketten bijvoorbeeld een afbeelding van de aarde vanaf

zijds om jonge kinderen te inspireren en anderzijds om bruggen te slaan tussen verschillende bevolkingsgroepen.

geïnteresseerd is kan meewerken, ongeacht uit welk vakgebied ze komen.

Bottom-up programma

Volgens George Miley schuilt het grootste succes van Universe Awareness in de unieke combinatie van kinderen interesseren voor wetenschap en hun tegelijkertijd tolerantie en respect voor anderen bij te brengen. UNAWE zorgt dan ook voor interessante samenwerkingen. Een tijd geleden is er gestart met experimenteren met een duo-stage tussen sterrenkundestudenten en PABO-studenten. De PABO-studenten kunnen tijdens deze stage leren over sterrenkunde en wetenschap en, zo is de hoop, vervolgens hun basisschoolleerlingen ook enthousiast maken. Tegelijkertijd kunnen de sterrenkundestudenten werken aan hun communicatieve en educatieve vaardigheden.

Doordat de projecten altijd worden uitgevoerd door mensen uit het land zelf, heeft Universe Awareness een bottom-up-structuur gekregen, in plaats van een top-downstructuur. Scholen moeten in veel gevallen zelf contact opnemen om een programma op te zetten. Dit zorgt ervoor dat programma’s altijd aansluiten bij de lokale cultuur, maar het heeft ook zo zijn nadelen.

De bottom-up-structuur maakt het lastig om de beoogde doelgroepen te bereiken.

UNAWE wil zich in het bijzonder richten op kinderen uit een kansarme omgeving, maar juist de mensen of scholen die wellicht sowieso meer openstaan voor de doelen van UNAWE zullen contact opnemen. Vooral in Nederland is dit een groot probleem.

In andere landen gaat het minder om specifieke scholen en meer om onderwijs in het algemeen. Dit maakt het makkelijker om, met hulp van lokale overheden, juist de kinderen uit een kansarme omgeving te bereiken. Ook in Nederland wordt er samengewerkt met lokale overheden. Er is bijvoorbeeld een project geweest in samenwerking met de gemeente Rotterdam om ook scholen in achterstandswijken te bereiken.

Grootste uitdaging

Er zijn de afgelopen tien jaar de nodige projecten opgezet in verschillende landen.

De grootste uitdaging hierbij was volgens George Miley het van de grond krijgen van het project Universe Awareness zelf. Het programma was eigenlijk gestart als een soort experiment en UNAWE is veel groter geworden dan hij bij de oprichting had kunnen denken. Het mooiste aan UNAWE vindt George Miley dat er zo veel verschillende mensen door het project bij elkaar gebracht worden. Het is niet iets van alleen wetenschappers of alleen docenten, maar iedereen die op de één of andere manier

 

UNAWE: een uniek programma

Grootste uitdaging voor de toekomst

Volgens George Miley hadden ze voornamelijk het geluk om zeer bijzondere project managers voor UNAWE te vinden - Carolina Ödman voor de eerste vijf jaar en Pedro Russo vanaf 2011. Zonder deze mensen en de ondersteuning vanuit de Sterrewacht zou UNAWE nooit zo succesvol zijn geweest. Op het moment leveren ook Tibisay Sankatsin Nava en Wouter Schrier belangrijke bijdragen in het uitvoeren van het programma. Hoewel Universe Awareness veel groter is geworden dan George Miley bij de oprichting had kunnen denken, is hij voor de toekomst niet minder idealistisch: "Ik zou graag willen dat over een aantal jaar elk kind ter wereld iets over de grootheid en schoonheid van ons heelal heeft geleerd." !

Over de oprichter – George Miley De van oorsprong Ierse Prof. George Miley is verbonden aan de Universiteit Leiden, waar hij zich voornamelijk bezighoudt met onderzoek door middel van radiotelescopen. Hij is zeven jaar directeur geweest van de Leidse Sterrewacht. Daarnaast is hij één van de grondleggers van het educatieve programma Universe Awareness. Voor deze combinatie van wetenschappelijke prestaties en zijn initiatief om jonge kinderen in contact te brengen met sterrenkunde, werd hij in 2012 benoemd tot Ridder in de Orde van de Nederlandse Leeuw.

✉

miley@strw.leidenuniv.nl

Over de auteur – Marlise van der Veen Marlise is derdejaars bachelorstudent Natuurkunde aan de Universiteit Leiden. Ze werkt bij Jos Kinds Studiebegeleiding, waar ze middelbare scholieren bijles en examentraining geeft in verschillende vakken. Daarnaast is ze actief bij De Leidsche Flesch. Sinds september 2016 is ze redacteur bij Eureka!

✉

mdvanderveen@hotmail.com

Eureka! nummer 56 – maart 2017

27

DE LEIDSCHE FLESCH

Lieve lezer, Het is inmiddels onder het vriespunt buiten en is het tijd voor de diesperiode, de weken waarin voor velen is het eerste semester van het jaar De Leidsche Flesch jarig is, en waarvoor heel weer achter de rug. Het is nu nog rustig in de veel leuke, feestelijke activiteiten georganiseerd Flesschekamer (a.k.a. FK) want iedereen is de zullen worden. hele maand januari aan het zweten voor tenta- Na de dies is er de studiereis die dit jaar naar mens. We hebben een mooi semester achter ons. Beijing gaat, en dan is het jaar alweer bijna om!

Er zijn veel introductieactiviteiten voor eerste- Wat gaat het snel. Ook heel raar om te realiseren jaars geweest, zoals de LAN-party & sleepover, dat er over een maand al naar een nieuw bestuur maar ook veel winterse activiteiten zoals schaat- gezocht wordt. Maar gelukkig hebben we nog sen, oliebollen bakken en het jaarlijkse kerstdi- even. Als bestuur mogen we over een paar weken ner. De FK is bezet geweest met mensen in foute genieten in Budapest, waar we op evaluatieweekkersttruien en kerstmutsen en ‘All I want for end gaan, terwijl er in de FK een bestuursvrije Christmas’ heeft luid door de speakers geschald. vrijdag gehouden wordt. Gelukkig kunnen we Na een fijn weekje kerstvakantie, die voor velen dus nog van veel activiteiten genieten. van ons helaas bestond uit studeren voor tenta- Laten we hopen op een heel mooi 2017 en voor mens, maar voor de geluksvogels onder ons uit iedereen die toets-/tentamenweek heeft, hopelijk skiën, begint de FK langzamerhand weer vol te is alles goed gegaan. Bikkel je er nog even door raken. het tweede semester, dan is het zo weer zomer!

En dan beginnen eind januari de colleges weer en gelukkig ook de activiteiten bij De Leidsche Eva van Weenen Flesch. We hebben namelijk een hele hoop acti- h.t. praeses De Leidsche Flesch viteiten gehad en gepland in het voorjaar. We zijn op Meerdaagse Excursie geweest, de eerstejaars studiereis, naar Frankfurt en Straatsburg.

De week daarop was er een truienborrel en pubquiz, waarop iedereen gehuld was in De Leidsche Flesch truien. We zullen naar het Tikibad gaan, een retrospelletjesavond houden, er zal een ouderdag zijn, noem maar op. Niet veel later

28

Eureka! nummer 56 – maart 2017

Interview FooBarcommissie Elke donderdag om 5 uur gaat de bar open en stroomt er Grolsch en wisselbier uit een goed onderhouden FooBar in de studieruimte van het Snellius. De vaste FooBarcommissie draagt hier zorg voor. In de commissie zitten: Erik, Bert, Pieter, Martijn, Mathijs, Vera, Jeroen, Jan, Nils, Marc Paul, Kasper, Pim, Thomas en Ron.

de schoonmaak. Dat zijn klussen die een tapper niet doet. Pieter: ‘Wij zijn dus verantwoordelijk voor de bar zelf.’

Daar stemt Erik mee in: ‘als commissie ben je eigenlijk eindverantwoordelijke.’

En dan is er nog een bestuursverantwoordelijke. Die houdt zich bezig met de financiën, de inkoop en uitkiezen van nieuwe biertjes. Bij dat laatste wordt Mathijs goed geadviseerd door belanghebbenden.

de muur er eenmaal uit was, kon je er net zo goed één ruimte van maken en er een bar in zetten.’

Bert: ‘Ook moet opgemerkt worden dat Foobar 2 geen bar was (dat mocht namelijk niet), maar een kunstwerk waar bier uit kwam.’

Mathijs: En of foobar 3 een bar is?

Nouja: het ziet eruit als een bar, het kwaakt als een bar, het tapt bier als een bar en het is een studieruimte.’

Hebben jullie nog leuke anekdotes van achter de bar?

Pieter: ‘Dan moet je eigenlijk het verhaal hebben van de wijnen van Jacqueline Meulman. Zij is sowieso een held natuurlijk want aan haar hebben we onder andere het prieeltje te danken.

Maar kijk, wij kopen nou niet echt de duurste wijnen in en vroeger vond zij die soms niet zo lekker. Dan kocht ze zelf flessen wijn, gaf die aan de foobar en kocht ze daarna weer per glas terug.’

Er zijn tappers en een commissie, hoe zit Ook het ontstaansverhaal van FooBar dat?

1 wordt er graag bij gehaald. Vroeger Tappen doen de commissieleden zelf waren er nog twee lokalen waar nu de ook graag, maar dat staat voor iedereen FooBar is. Daarom springt de lokaalopen. Mathijs: ‘Ieder die graag bier wil nummering ook van 309 naar 312. ‘Die leren tappen is welkom.’ De FooBar- lokalen zijn gesloopt’, vertelt Martijn. commissie mag de bar ook openen en ‘Echt met een hamer door de muur afsluiten en is verantwoordelijk voor heen, zo van BAM BAM BAM. En toen

Doen jullie ook commissie-uitjes?

‘We hebben de pin-euro,’ vertelt Martijn, ‘dus elke keer als je pint, moet je een euro betalen. Vroeger was het idee dat dat naar de penningmeester ging, voor al het werk dat hij extra moest doen, maar die grap is zo uit de hand gelopen dat we nu een omzet hebben van bijna duizend euro aan pininkomsten. Dat geld gaat naar ons uitje. Dat is een erg leuk uitje met z'n allen.’

Mathijs: ‘vorig jaar zijn we een weekend weg geweest naar Roelofarendsveen en hebben hier een lekkere borrel met lekkere hapjes, port en wijn voorbereid.’

Erik: ‘het jaar daarvoor zijn we naar brouwerij ’t IJ geweest.’

Bert: ‘en als het goed is gaan we komend jaar naar Grolsch.’

Wat doet de Foobarcommissie eigenlijk?

Daar komt een gemengde reactie op.

Pieter kijkt teleurgesteld: ‘als je dat nu nog niet weet…’ Bert lacht: ‘bij voorkeur zo min mogelijk en bier drinken denk ik.’ Andere commissieleden roepen door elkaar over het schoonmaken van de bar, het verbeteren van de bar en belangrijke, maar onzichtbare dingen ‘om de Foobar zo mooi te houden als die nu is.’ Want elke week staat de commissie de bar schoon te maken, vertellen ze.

 

Eureka! nummer 56 – maart 2017

29

DE LEIDSCHE FLESCH

I guess it was "The Wall"

By Xavier Bonet Monroig staring at it for more than an hour, This column is not about Trump’s wall, impressed by the autographs of so but about my decision to study in Lei- many important physicists, moved by den. My name is Xavier Bonet Mon- the idea of standing in the same space roig, I was born in Valencia, Spain, as Lorentz, Ehrenfest and so many and the first time I heard about Leiden other notables. was May 2014, when I had the oppor- I now no longer feel like an internatitunity to attend a series of conferen- onal student in Leiden. After leaving ces at the Lorentz Center. I then knew Valencia in 2013, I lived in Ireland for that I would be coming back as a stu- almost two years before returning to dent of Leiden University. My reason? the Netherlands. I feel more “from The Wall! here” than ”international”.

I grew up surrounded by my father’s The Netherlands isn’t an easy country Physics books, using them as toys. I for outsiders. Although everybody too wanted to become a physicist as speaks English at a high level, the I loved the subject. So the first time Dutch language complicates your first I came across The Wall I remember steps. On top of that, a difference in

Koken met

RON 6 plakken deeg voor hartige taart (ontdooid)

Moussakataart

500 g rundergehakt 2 el olijfolie 2 fijngesneden uien

Bedek een lage taartvorm met de plakken deeg. Fruit de uien in de olijfolie 2 minuten. Voeg het gehakt toe en roer die rul. Dan tomaten en aubergines toevoegen en (zonder deksel) 8 minuten zacht bakken. Kruiden toevoegen met een flinke snuf peper en zout. In een kom de eieren loskloppen met de crème fraîche en daarna de geraspte kaas toevoegen. Iets afgekoeld gehaktmengsel verdelen over de taartbodem; eimengsel erover schenken en gladstrijken. Taart in een voorverwarmde oven op 200 °C in circa 25-30 minuten goudbruin bakken.

Warm en koud lekker.

Eet smakelijk, kalí órexē

Puzzel De puzzel van deze week is een raadsel.

Beantwoord de volgende vragen:

2 kleine aubergines in blokjes 2 flinke tomaten in blokjes

Maart

1 el gedroogde oregano

15 maart Bètabanenmarkt 16 maart Physics of Pong Finale 21 maart Quintor Crash&Compile 23 maart Pubquiz 24 t/m 26 maart Ledenweekend 28 maart Monthly Masteractivity

1 tl kaneel 4 eieren 125 ml crème fraîche 100 g geraspte jonge kaas

Hoeveel toeristen zijn hier op vakantie?

Zijn ze vandaag aangekomen?

Hoe zijn ze hier gearriveerd?

Is de meest dichtbijgelegen plaats ver weg?

Wat is de windrichting?

Hoe laat is het ongeveer?

Waar is Alex gebleven?

Wie was er gisteren aan het werk?

Wat is de datum?

Stuur je antwoord voor 1 mei naar eureka@deleidscheflesch.nl. De winnaar van de vorige puzzel was Irene Verstraten, zij kan haar prijs ophalen in de Flesschekamer.

30

Eureka! nummer 56 – maart 2017

I S T • E E N H E I D • • O

• T R I X • E R E • • I K R

• E • O P A • E U R E K A •

D R O N E • O N W IJ S • I M

E R • I R A • F • K A N S •

C E • C I R K E L • • • E •

A T E A M • E S • N O O R D

• J E • E E R T • O I O • A

30 maart Borrellezing TOPdesk 31 maart Proefstudeerdag April

1 april Alumnidag 3 april Nationaal Wiskunde Symposium 7 april Fysica

Colofon Eureka! jaargang 14 nummer 56, maart 2017

Eureka! is een uitgave van een samenwerkingsverband tussen de Faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen aan de Universiteit Leiden en studievereniging De Leidsche Flesch en wordt ieder kwartaal gratis verspreid onder studenten en wetenschappelijk personeel van de opleidingen Natuurkunde, Wiskunde, Sterrenkunde en Informatica aan de Universiteit Leiden.

Oplossing puzzel 55: M • N U • K O E L • C E R N

culture still surprises me: in Valencia, bystanders will offer help if you seem lost, but in the Netherlands, you have to ask for it. It might seem silly, but as a foreigner it isn’t easy to approach strangers for help. Luckily, the Dutch are the friendliest people I’ve met, and once asked they will help until every problem has been solved.

In that spirit, although everyone at the Leiden Faculty of Science already goes out of their way to support international students, I would like to call for a further improvement: to remove barriers and provide access to the national language, Leiden University should offer free courses in Dutch.

M E R E N • S E B • R A M

I S S • T O T A L E • T A P

T T IJ T • S O L O • D •

De redactie behoudt zich het recht artikelen te wijzigen of niet te plaatsen.

Anonieme artikelen worden in principe niet geplaatst.

Oplage ongeveer 2500

 

Redactieadres Eureka! Magazine p/a De Leidsche Flesch Niels Bohrweg 1 2333 CA Leiden eureka@deleidscheflesch.nl Hoofdredactie Lotte Konings Eindredactie Amber Vervloet, Annette Mense, Heleen Otten, Jaco Tetteroo, Marlise van der Veen, Simon Klaver, Tobias de Jong en Tom Warmerdam.

Rubrieksredactie Alex van Vorstenbosch, Amber Vervloet, Ellen Riefel, Gijs van Weelden, Jaco Tetteroo, Marlise van der Veen, Martijn Janse en Tom Warmerdam.

13 t/m 26 april Diesweken 18 april Monthly Masteractivity 19 april Open Podium 25 april Dies Natalis De Leidsche Flesch 26 april Diesborrel Mei

Ontwerp en vormgeving Balyon, Katwijk Druk UFB, Universiteit Leiden Aan deze editie werkten verder mee: Maxim Allaart, Joris Hanse, Simon Portegies Zwart, Tobias Kappé, Margot Brouwer, Henk Hoekstra, Tyron Offerman, George Miley, Eva van Weenen, Xavier Bonet Monroig en Ron van Veen.

Referenties Het is helaas niet altijd mogelijk referenties naar andere publicaties op te nemen. Wilt u meer weten, neemt u dan contact op met de redactie.

29 april t/m 7 mei Studiereis 16 mei Borrellezing McKinsey 19 mei Landelijke Interuniversitaire Mathematische Olympiade 19 t/m 20 mei De grote excursie 23 mei ORTEC MasterBBQ 30 mei Bedrijvendiner

Adverteren in de Eureka! is mogelijk door schriftelijk contact op te nemen met studievereniging De Leidsche Flesch, door te mailen naar bestuur@deleidscheflesch.nl.

Abonnement Het is voor € 8,- per jaar mogelijk een abonnement te nemen op Eureka!. Neemt u hiervoor contact op met de redactie.

Deadline Eureka! 57: 1 april 2017 Copyright Eureka! en al haar inhoud © studievereniging De Leidsche Flesch. Alle rechten voorbehouden.

ISSN 2214-4072

Eureka! nummer 56 – maart 2017

31

Heb j ij een profie en te l natu chnie ur k of e natuu e n p r en g rofiel ezond Wil je heid? wete n hoe is om het na he t vwo bèta een studi e in L volge eiden n? te

INTERVIEW

Kom proef stude ervaa ren e r het n z elf!

Vrijda

g 31

Biologie - Bio-Farmaceutische Wetenschappen Informatica - Informatica & Biologie Informatica & Economie - Life Science & Technology - Molecular Science & Technology Natuurkunde - Sterrenkunde - Wiskunde Meer informatie of je direct aanmelden: www.universiteitleiden.nl/proefstuderenleidenscience

32

Eureka! nummer 56 – maart 2017

Bij ons leer je de wereld kennen

maar

t