5.1 t/m 5.3 , 1.1 , 4.1

(5.1) In de oude culturen van de Babyloniërs en de Egyptenaren werden natuurverschijnselen toegeschreven aan de goden. Door de goden offers te brengen en bezweringen uit te spreken was het mogelijk natuurkrachten gunstig te stemmen. 2500 Jaar geleden dachten filosofen dat alle materie uit atomen was opgebouwd. Ze dachten door alleen goed na te denken erachter te kunnen komen wat die krachten en principes waren. Ze controleerden het niet met experimenten en hadden geen waarnemingen. Ze vertrouwden volledig op hun redeneringen en men nam bijna 2000 jaar lang aan dat de theorieën en de modellen van de geleerden juist waren. In de 16e en 17e eeuw (wetenschappelijke revolutie) onderzochten geleerden voor het eerst door eigen waarnemingen en experimenten of die theorieën wel klopten. Sindsdien was eigen praktische ervaring niet meer weg te denken uit het natuurwetenschappelijk onderzoek. Het doen van nauwkeurige waarneming nam in de 16e eeuw een essentiële plaats in. Deze manier van verkrijgen van kennis over de natuur wordt de inductieve manier (Latijns inductio: binnenleiden) genoemd. Uit bestaande kennis proberen onderzoekers door logisch te redeneren nieuwe kennis af te leiden, die ze dan aan waarnemingen en experimenten kunnen toetsen. Dit wordt de deductieve methode (Latijns deductio: het afleiden) genoemd. Ook de valwet van Galileo Galilei (1564-1642) werd eerst afgeleid en daarna getoetst. Het idee dat materie uit zeer kleine deeltjes bestaat, is al 2500 jaar oud en kwam van de Griekse natuurfilosoof Demokritios. Atomen (Grieks atemno: niet te delen) noemde hij die deeltjes. Hij meende dat vloeistof bestonden uit ronde gladde atomen en zuur smakende stoffen uit hoekige atomen. In de 17e eeuw bekeerde veel geleerden zich tot het atomisme. Omdat ze vonden dat ze m.b.v. atomen allerlei schei- en natuurkundige verschijnselen het beste konden verklaren. Hoe atomen eruitzagen, bleef de vraag. Eind vorige eeuw ontdekte men (Brit J.J. Thomson) dat er o.i.v. hoge elektrische spanning in een glazen buis, gevuld met gas onder lage druk, een stroom negatieve deeltjes ontstond, elektronen. Hij ontdekte ook een stroom positief geladen deeltjes. Thomson ontdekking leverde het 1e atoommodel op, het krentenbolmodel. Daarin is de positieve lading gelijkmatig over het hele atoom verdeeld, terwijl de elektronen in een regelmatig patroon in het atoom ‘zweven’. Tegen het eind van de vorige eeuw ontdekte men dat sommige stoffen een vreemde soort straling uitzenden: radioactiviteit. In 1911 gebruikt Rutherford één van deze soort straling (α-straling positief geladen deeltjes) om een duidelijker beeld te krijgen van het atoom. Hij bestraalde een laag goudfolie en merkte dat de stralingsdeeltje ongehinderd door het goudfolie heen gingen. Rutherfords conclusie: atomen zijn bijna helemaal leeg, vrijwel allen materie zit in de kern. De elektronen draaien eromheen. Het model klopte nog steeds niet. Van licht was al ruime tijd bekend dat het zich nu eens als een stroom deeltjes, dan weer als een golfverschijnsel vertoonde. In de jaren ’20 werd de hypothese dat ook elektronen zo’n dubbele verschijningsvorm hadden, experimenteel bevestigd. Het begrip ‘baan van een elektron’ en daarmee de hoop op een exact beeld van een atoom moest worden opgegeven. Daarvoor in de plaats kwam de waarschijnlijkheidswolk, d.w.z.: een gebied waarbinnen het elektron kan worden aangetroffen. De bouwstenen van materie blijken geen minuscule legosteentjes te zijn, maar een bijna geheel lege ruimte. Niels Bohr was één van de grootste natuurwetenschappers in het onderzoek naar de bouwstenen van materie, denk aan het atoommodel van Bohr, dat we nu nog gebruiken. (5.2) Albert Einstein was tot de conclusie gekomen dat Hitler alleen nog maar met geweld bestreden kon worden. Hij schreef een brief aan president Roosevelt en wees hem erop dat atoomkernen gesplitst konden worden, daarbij kwam een grote hoeveelheid energie vrij. Een nieuwe energiebron lag in het verschiet, maar ook een verschrikkelijk wapen: de atoombom. Om de Duitsers voor te zijn, was het noodzakelijk het onderzoek naar kernsplitsing te versnellen, aldus Einstein. Zijn brief zou in 1945 leiden tot de 1e atoombom. Na de eerste proeven en de vernietiging van de Japanse steden Hiroshima en Nagasaki in augustus 1945 ging er een golf van ontzetting en verbijstering over de wereld. Ook bij de Eerste Wereldoorlog hadden wetenschappers al een rol gespeeld bij de productie van gifgas. Niet alleen de atoombom, maar ook radar en de eerste computer vinden hun oorsprong in de oorlog. Bij de Golfoorlog (1990) gebruikte men zelfsturende bommen, spionagesatellieten andere hightech-wapens. Economische en sociale vooruitgang hadden hun succes voor een groot deel te danken aan wetenschappelijke doorbraken en technische vernieuwingen. Denk maar aan de auto, film, plastics, tv’s en computers. Fundamenteel onderzoek speelt zich af aan universiteiten en niet-commerciële instellingen, zoals het KNMI, terwijl de toegepaste variant vooral te vinden is inbedrijven. Wetenschappers doen vaak in bedrijfslaboratoria onderzoek, waarvan nog onzeker is of het praktische toepassingen oplevert. Universiteiten verdienen steeds vaker geld aan zogenaamde contraresearch en contraonderwijs. Ze voeren dat uit in opdracht van overheid en bedrijven (3e geldstroom). Steeds minder onderzoek wordt gefinancierd via het algemene budget van de universiteit (1e geldstroom). Steeds vaker wordt onderzoek betaald per project (2e geldstroom). Onderzoekers moeten de strijd aangaan om geld in de wacht te slepen. In de jaren ’40 deden atoomgeleerden onderzoek naar magnetisme van de atoomkeren. Protonen bleken zich te gedragen als kleine magneetjes. O.i.v. een magnetisch veld gaan protonen allemaal in dezelfde richting om hun as draaien. De drijfveer van een onderzoeker is meestal nieuwsgierigheid, deze is nooit vrijblijvend. Volhardenheid en uithoudingsvermogen hebben onderzoekers ook nodig, want het is heel hard werken. Een straling uit uraniumhoudende stoffen werd onderzocht door Marie Curie, één van die verbindingen, het minerale erts pekblende of uraniet, zond veel meer radioactieve straling uit dan op basis van de hoeveelheid uranium mocht worden verwacht. Marie Curie ontdekte in 1898 een nieuw element, ze noemde het polonium, maar ook dit element kon alle straling van de pekblende niet verklaren. Ze waren er van overtuigd dat in dit erts nog een sterker radioactief element moest bevinden. Ze zuiverden tonnen pekblende en hielden uiteindelijk een gram zuiver radium over. Voor toekomstige patiënten is medisch onderzoek letterlijk een zaak van leven en dood. Vaak leiden ontwikkelingen in de gewone wereld tot nieuwe ontwikkelingen in de geneeskunde. Soms kan het verlangen als eerste een belangrijke ontdekking te doen zo sterk zijn, dat onderzoekers niet kritisch genoeg zijn ten aanzien van hun eigen waarnemingen en experimenten. Zo overtuigd zijn ze dan van hun hypothese, dat ze hun resultaten een duwtje in de gewenste richting geven. Dikwijls is bij dergelijk wetenschappelijk bedrog geen opzet, maar van verbinding. Hun verlangen is zo groot, dat ze de feiten niet meer voor zichzelf kunnen laten spreken. Mensen bekijken onderzoekers tegelijk met ontzag en met argwaan, want onderzoekers, zo menen zij, zijn zich niet bewust van de mogelijke gevolgen van hun ontdekkingen. Denk aan de atoombom. Nederland heeft in 1998 ingestemd met een verbod op menselijke klonen, maar men mag wel onderzoek doen met enkele gekloonde cellen. Er zijn grenzen. Een moderne onderzoeker kan niet zonder samenwerking en uitwisseling. Onderzoek is teamwork.
(5.3) Zonder hypothese weet je niet waar je moet beginnen. Zonder concreet idee over een mogelijke oplossing van een onderzoek, kom je geen stap verder. Uit een wetenschappelijke hypothese kan een toetsbare voorspelling worden afgeleid. De ontdekking van Neptunus kwam, dat Uranus nu eens sneller bewoog, dan weer langzamer. De afwijking was veroorzaakt door de aantrekkingkracht tussen nog een planeet, Neptunus. Hypotheses komen voort uit goed waarnemen en rangschikken van onderzoeksmateriaal. Bij het bedenken van hypotheses spelen ontelbaar veel invloeden een rol. Voor het doen van exacte waarnemingen en experimenten zijn instrumenten onmisbaar. Een microscoop om kleine delen van een cel te bekijken bijvoorbeeld. Meestal blijkt de hypothese van een onderzoek fout en moet verworpen worden. Je mag nooit zeggen dat een hypothese klopt als het de machine van de wetenschappelijke methode heeft overleefd. Hoogstens mag je zeggen dat de hypothese aannemelijk of waarschijnlijk is. Karl Popper (1902-1994) zei dat natuurwetenschappelijk onderziek niet gericht moet zijn op het aantonen dat de hypothese juist is (verificatie), maar op het aantonen van eventuele onwaarheid van een hypothese (falsificatie). Want je kunt nooit voldoende experimenten doen om te bewijzen dat een hypothese juist, dat kan bij falsificatie wel. Tot het begin van de 20ste eeuw dacht men dat de zwaartekrachttheorie van Newton overal geldig was. Totdat Einstein de relativiteitstheorie publiceerde. Hij ging er van uit dat de lichtsnelheid constant was, en kwam tot de conclusie dat bij zeer grote snelheden, lengte, tijd en massa hun waarde verliezen. Tijd en ruimte bleek af te hangen van de relatieve snelheid. Natuurwetenschappelijke kennis is macht over materie en leven. Daardoor is de mens in staat de toekomst te voorspellen en naar zijn hand te zetten. Met modellen kun je een deel van de werkelijkheid beschrijven, verklaren of voorspellen. Vooruitgang in de wetenschap is een zaak van veranderende modellen. Hoewel veranderende modellen steeds betere beschrijvingen geven, blijven het toch altijd vereenvoudigde afspiegelingen van een deel van de werkelijkheid. Bovendien beslaat geen enkel model de hele werkelijkheid. Elk model heeft zijn eigen domein, zijn eigen stuk werkelijkheid dat het beschrijft, verklaart en waarvoor het voorspellingen doet. Hoe complexer het domein, des te groter de kans dat de voorspellingen niet helemaal kloppen. (1.1) Rechercheurs mogen niet zomaar aannemen dat getuigenverklaringen betrouwbaar zijn. Ze zullen zich afvragen of een getuige spreekt o.i.v. drugs. Of er veel tijd is verstreken tussen de ondervraging en het misdrijf. Ook wie de ondervraagde is maakt verschil uit. Is het een vriend van de dader dan heeft hij er geen belang bij de waarheid te zeggen. Evenmin als de dader zelf. Ondervraging van familieleden en buurtbewoners heet ‘relatie- en buurtonderzoek’. Als de verdachte is opgespoord kan de recherche bewijs verkrijgen door bijvoorbeeld een confrontatie met het slachtoffer. Getuigenverklaringen vormen bewijsmateriaal in een rechtszaak, maar zijn niet altijd betrouwbaar. Voordat de dode wordt weggehaald onderzoeken ze hun lichaam op sporen. De gerechtelijke arts onderzoekt daarna de doodsoorzaak. Rechercheurs deppen bloed, verzamelen vezels en haren en doen die in aparte zakjes voor nader onderzoek in het laboratorium. Dat zijn ‘stille’ getuigen. Ze zoeken het moordwapen en proberen met een poederkwast vingerafdrukken zichtbaar te maken. Als ze drank, drugs of medicijnen aantreffen kan dat een verklaring zijn voor misdaad. Rechercheurs moeten betrouwbare technieken gebruiken om de schuldige in de gevangenis te krijgen. Een betrouwbaar sporenonderzoek is de bepaling van bloedgroep. Ook bij een schoenafdruk met de maat van de verdachte, neemt de verdenking toe. Pas als de recherche unieke sporen van de verdachte vindt is er 100% zekerheid. Bij vingerafdrukken bijvoorbeeld. Kenmerken van jezelf zijn lichaamsafmetingen, bloedgroep en vingerafdrukken. Sir Francis Galton concludeerde dat vingerafdrukken uniek zijn. De belangrijkste conclusies van hem zijn: het lijnenpatroon van de vingerhuid blijft levenslang hetzelfde. Het aantal patronen dat kan voorkomen is zeer groot. Je kunt vingerafdrukken indelen in groepen. Het Galton-systeem is gebaseerd op de details van het huidlijnenpatroon, bijvoorbeeld een vertakking of een doodlopende lijn. Deze kenmerken worden typica genoemd. In Nederland eist de rechter minimaal 12 punten van overeenkomst. Wetenschappers noemen zoiets een empirisch bewijs van betrouwbaarheid; een bewijs dat uit ervaring verkregen is. 99% van de vingerafdrukken is niet direct zichtbaar. In lamplicht zie je ze beter. Ze gebruiken zilverkleurig poeder dat zich vooral hecht aan water, wat 99% van de vingerafdruk uitmaakt. De rest bestaat uit stoffen als vet, eiwit en zout. Na het poederen kun je de vingerafdruk overbrengen op folie en meenemen. In laserlicht zie je ze nog beter. Je kunt vingerafdrukken ook goed zichtbaar maken met kleurstoffen, er zijn poeders die de afdruk laten oplichten als je er met UV-licht op schijnt. Afdrukken op plastic waren slecht zichtbaar te maken, maar nu kun je ze in gouddamp hangen. De afdruk zie je dan met doorvallend licht. Er zijn ook stoffen die met de vingerafdruk reageren waardoor de zichtbaarheid toeneemt. Zo reageert de damp van secondelijm met het vocht van de afdruk en vormt daarop een wit laagje stof. Jeffrey maakte het mogelijk een bijzonder stukje uit DNA-moleculen te lichten. Bloedcellen, zaadcellen en wangslijmvliescellen bevatten allemaal uiterst lange DNA-moleculen. Slecht 3% van je DNA bestaat uit genen. Het bijzonder DNA stukje, tref je aan tussen de genen in het DNA-molecuul. Dit stukje bestaat uit een zich herhalend patroontje. Het aantal keren dat het patroontje zich herhaalt is kenmerkend voor de eigenaar van het DNA. Je kunt het resultaat zichtbaar maken als een soort streepjescode. Dit noemt men DNA-fingerprint. Het complete DNA-molecuul is uniek, behalve bij eeneiige tweelingen. De DNA-print ontstaat door onderzoek aan een klein deel van dat DNA. Daarom noemt men het liever DNA-profiel. Bij familie vind je overeenkomsten in het DNA-profiel. Zelfs als het DNA niet helemaal meer intact is kan deze methode gebruikt worden. Na onderzoek stelden ze vast: maak je van iemands kenmerkend DNA-stukje een profiel, dan kun je bij ongeveer 1 op de 100 anderen een zelfde profiel verwachten. Ze troffen veel meer kenmerkende stukjes in het DNA aan. Rechercheurs kijken nu ook naar andere lichaamsstoffen dan bloed. In snot, speeksel, sperma en haarwortels zit namelijk ook DNA. Bij zware misdrijven mag bij de verdachte bloed worden afgenomen, als deze de dader is wordt zijn DNA profiel 30 jaar in een bestand bewaard. (4.1) Voor de bereiding van jam zijn eigenlijk maar twee ingrediënten nodig: vruchten en suiker. Suiker heeft twee functies: zoetstof en conserveringsmiddel. Alleen vruchten waarin pectine aanwezig is leveren stroperige jam op. Pectine is eren verdikkings- of geleermiddel. De functie van pectine in de vrucht is het bij elkaar houden van de celwanden. De werking wordt versterkt door toevoeging van citroenzuur. De combinatie van suiker, pectine en citroenzuur levert een stevige jam op. Bij onze jam gebruikten we geleisuiker, daar zit alles al in. Als je grote hoeveelheden wilt produceren, hoef in principe alleen alles maar te vergroten, dit heet opschalen van een proces. Je komt dan ook problemen tegen. Bijvoorbeeld: hoe kun je ervoor zorgen dat de inhoud van een grote kookketel overal even warm wordt? Maar niet alleen verwarmen, ook mengen, roeren en afkoelen veroorzaken problemen. Technici hebben oplossingen bedacht, verwarmen gebeurt d.m.v. verwarmingsspiralen binnenin de tank. In fabrieken hebben machines veel taken van de mens overgenomen. Door schaalvergroting wordt op de kosten bespaard. Het fruit wordt gewassen in de wasser en daarna gaat het naar de ketel. Het koken gebeurt in gesloten ketels onder vacuüm, met het voordeel dat er korter en op lagere temperatuur gekookt wordt. Dit voorkomt ook dat het fruit kapot wordt gekookt. Door het indampen verdwijnt het teveel aan vocht en komt de jam op de juiste samenstelling. De jam verlaat de kookketel, die dan op ca. 80°C is en gaat naar de vuller. De jam gaat is de schoongemaakte potten, vervolgens gaan ze naar de koeltunnel -40°C. In de luchtdichte verpakking ontstaat door afkoeling vacuüm. Dit verlengt de houdbaarheid. Dan komt het etiket erop en worden ze naar het distributiecentrum gebracht. Elke fabrikant probeert zijn winst te verhogen, door o.a. zijn omzet en zijn marktaandeel te vergroten. De kwaliteit moet constant zijn en in een goede verhouding staan tot de prijs. Regelmatig brengt hij nieuwe soorten of smaken op de markt. Hij houdt rekening met de consument. Hij probeert het product er zo aantrekkelijk mogelijk uit te laten zien, daarbij kan hij in de verleiding komen de klant te manipuleren (door toevoeging van kleurstof). Op de vruchten na, zijn alle grondstoffen bij de jambereiding langere tijd houdbaar. Tegen bederf wordt meestal nog een conserveermiddel toegevoegd. Suiker is duur vanwege de kostbare productie en extra belasting op genotmiddelen. Maïs is veel goedkoper dan suikerbiet. Het zetmeel uit maïs kan door een reactie worden omgezet in de zoetstof glucosestroop. Deze kan worden gebruikt voor jam maar is minder lekker, daarom wordt nog steeds suiker toegevoegd. Voorbeelden van hulpstoffen zijn conserveermiddelen, kleurstoffen, antioxydantia en zuurteregelaars. Deze bevorderen het verloop van de productie of om het product aantrekkelijker te maken. De jam moet aan een aantal eisen voldoen, deze staan in het ‘Vruchtenproduktenbesluit’ van de Warenwet. Ze voorkomen dat de fabrikant geen schadelijke stoffen in zijn jam doet. De samenstelling van de jam moet op het etiket staan in de volgorde waarin de ingrediënten voorkomen. In jam mag 1% pectine aanwezig zijn en in halvajam 2%. Aan elke hulpstof is een E-nummer toegekend. Dit moet op het etiket vermeld worden.