De onderzoeker

Zie blz 18 voor tekeningen van de hier bovengenoemde modellen van een atoom.

Theoretische aannames en praktische kennis samen leverden steeds betere modellen van de bouwstenen van materie. Vooruitgang in de wetenschap is een kwestie van veranderende, steeds betere modellen.

2 Hoe vrij is een onderzoeker?

Wie bepaalt wat er onderzocht wordt?

Het Manhattan-project
Albert Einstein stuurde president Roosevelt in 1939 vlak voor tweede wereld oorlog een brief. Einstein was 7 jaar eerder gevlucht voor het Nazi-regime en was er achter dat Hitler alleen met behulp van geweld bestreden kon worden. Het onderzoek naar kernsplitsing moest versnellen. Er werden honderden onderzoekers in het woestijnstadje Los Alamos ingezet voor zeer geheim onderzoek, dat in 1945 zou leiden tot de atoombom. Japanse steden Hiroshima en Nagasaki werden bij eerste proeven vernietigd. Robert Oppenheimer, leider van team in Los Alamos was hierna ook fors tegenstander van wetenschappelijke kennis voor militaire doeleinden. De natuurwetenschap hadden ook in Eerste wereldoorlog (1914-1918) grote rol gespeeld met gifgas. In Golfoorlog (1990) zelfsturende bommen, spionagesatellieten en andere higtech-wapens.

Soorten onderzoek
Onderzoek moest eigenlijk gescheiden blijven met politici en ondernemers. Alleen in absolute vrijheid kon onderzoek gedijen. Maar toch kon het soms ook wel, er was wel een kleine weg van natuurwetenschap naar maatschappij en economie. Economische en sociaal vooruitgang hadden hun succes voor een groot deel te danken aan wetenschappelijke doorbraken en technische vernieuwingen (elektromotor, auto, film, plastics, televisie en computers). Bedrijven gingen laboratoria opzetten voor systematisch onderzoek naar nieuwe technieken en producten. Dit soort onderzoek heet toegepast onderzoek. Als het alleen gaat om de kennis en er met de mogelijke toepassingen geen rekening wordt gehouden heet dit zuiver of fundamenteel onderzoek. Dit is weer te vinden aan universiteiten en niet-commerciële instellingen (KNMI). Maar de grens is niet echt scherp want in laboratoria worden onderzoeken gedaan waarvan tevoren nog niet zeker is of het praktische toepassingen oplevert en op Universiteiten wordt ook verdient aan contractresearch en contractonderwijs.

Geldstroom
Wetenschappers hebben wel degelijk geld nodig (ook die fundamenteel onderzoek doen). Ze krijgen steeds minder geld via het algemene budget van de universiteit (eerste geldstroom). Dus steeds vaker wordt onderzoek betaald per project (tweede geldstroom). Strijd aangaan om geld in de wacht te slepen. Wetenschappers voelen zich gedwongen allerlei mogelijk nuttige toepassingen te bedenken, om in aanmerking te komen voor geld voor hun onderzoek.

Politiek en economie hebben grote invloed op richting en inhoud van wetenschappelijk onderzoek.

Wat drijft een onderzoeker?

Nieuwsgierigheid en uithoudingsvermogen
Natuurwetenschap bestaat uit nieuwsgierigheid, volhardendheid, uithoudingsvermogen en hard werken. Ook eerzucht speelt een rol, net als de wil om te scoren. Sommige onderzoekers die zo erg verlangen als eerste een belangrijke ontdekking te doen zijn soms niet kritisch genoeg en geven hun hypotheses, waarnemingen en experimentele resultaten een duwtje in de gewenste richting. Dit is meestal geen bedrog maar verblinding. Ook door ziektes worden wetenschappers tot onderzoek aangezet.

Geen enkele menselijke eigenschap is de onderzoeker vreemd.

Hoe ver mag een onderzoeker gaan?

Ontzag en argwaan
Britse Mary Shelley schreef boek over Frankenstein. Door dit soort dingen kijken mensen met ontzag en argwaan naar onderzoekers. Op schilderij uit 1768 zie je onderzoeker die laat zien dat levende wezens lucht nodig hebben. In de jaren 80 had president Reagan plan om elektronisch gestuurd afweerschild in ruimte boven de VS te lanceren. Maar veel wetenschappers weigerden mee te werken. Klonen is in Amerika en Europa verboden. Onderzoek naar het opwekken van enkele gekloonde cellen blijft wel mogelijk. De wetenschappers worden wel streng gecontroleerd. De moderne onderzoeker kan niet zonder samenwerking en uitwisseling. Onderlinge kritiek is essentieel in de natuurwetenschap.

Zowel binnen als buiten de wetenschap worden de ethische grenzen van onderzoek nauwlettend bewaakt en breed bediscussieerd.

* Vlucht voor de nazi’s. Toen Hitler in 1933 aan de macht kwam vluchtten vele vooraanstaande natuurwetenschappers, vooral joden naar het buiten land. Meeste naar VS. * Einstein is wereld beroemd geworden door zijn relativiteitstheorie. Ook ontwerper van nieuw koelsysteem bedacht samen met Leo Szilard in 1925. * In jaren 40 onderzoek naar magnetisme van atoomkernen. Protonen gedroegen als kleine magneetjes. Onder invloed van magnetisch veld gaan de protonen allemaal in dezelfde richting om hun as draaien. Een radiosignaal van juiste frequentie keert draairichting van de protonen om en hierbij wordt energie geabsorbeerd. Hoe groter dichtheid van materiaal, des te meer protonen, des te meer energie er wordt geabsorbeerd. Deze ontdekking vond later toepassing in Nucleaire Magnetische Resonantie-scans. Hiermee kunnen opnames gemaakt worden van inwendig lichaam. Door geabsorbeerde energie te meten kunnen organen en weefsels van verschillende dichtheden zichtbaar worden gemaakt. *Marie Curie, gefascineerd door mysterieuze straling die vanzelf werd voortgebracht door uraniumhoudende stoffen. Een van die verbindingen, het minerale erts pekblende of uraniet, zond veel meer radioactieve straling uit dan mocht worden verwacht. Na de zuivering van de pekblende ontdekten Marie en haar man in 1898 een nieuw element. Noemde het Polonium naar Marie\s vaderland. Ook dit element kon alle straling van pekblende niet verklaren.Vier jaar lang bezig geweest naar radium. Uiteindelijk hielden ze uit tonnen erts, 1 gram zuiver radium over. * Nobelprijs, meest begeerde wetenschappelijke onderscheiding. Ingesteld in 1901 door Zweed Alfred Nobel, uitvinder van dynamiet. *Koude kernfusie. In 1989 zeiden twee Amerikaanse scheikundigen wat zich afspeelde in de zon. Zij deden dit met reageerbuis na. Andere onderzoekers deden dit na en bij niemand gebeurde wat er bij die twee onderzoekers gebeurde. Het was niet waar. Wat begon als een revolutionaire onthulling stierf een stille dood.

3 De wetenschappelijke methode

Hoe ontstaat wetenschappelijke kennis?

Machine
Wetenschappelijke methode = machine  hypothese er in  beoordeeld  verworpen  nieuwe hypothese bedacht  onderzoeker mag er vanuit gaan dat hypothese juist is

Semmelweis ging systematisch te werk, hij toetste verschillende hypotheses
Hypothese noodzakelijk bij onderzoek, anders weet je niet waar te beginnen

Toetsbaar
Wetenschappelijke hypothese moet toetsbaar zijn (waarneming of experiment) Uit de hypothese kan toetsbare voorspelling worden afgeleid
Semmelweis voorspelling: Als ik de studenten hun handen laat wassen, zal de sterfte onder de kraamvrouwen dalen.

Ontdekking van Neptunus
1781: Uranus wordt ontdekt
tussen 1781 en 1822 beweegt Uranus sneller dan volgens zwaartekrachttheorie
tussen 1822 en 1846 langzamer
Zal zwaartekracht niet kloppen?? 1845: John Adams hypothese: onbekende planeet veroorzaakt afwijking Uranus, berekent waar planeet-X zou moeten staan
1846: Le Verrier zelfde hypothese  stuurt naar collega Galle
23 september 1846 richtte Galle zijn telescoop naar plek van planeet-X en ontdekt Neptunus

Waar komen hypotheses vandaan? Hypotheses komen zomaar op bij onderzoekers, soms ontstaan ze uit eerdere experimenten, soms speelt toeval een rol.

Instrumenten
Voor exacte waarnemingen en experimenten zijn instrumenten noodzakelijk. Telescoop: onderzoek planeten en sterren
Microscoop: zeer kleine dingen
Deeltjesversnellers –kilometerslange, cirkelvormige tunnels waar atoomdeeltjes met reusachtige snelheid tegen elkaar opbotsen, van sporen die wegvliegende brokstukken maken  foto’s gemaakt- onderzoekers kunnen nieuwste hypotheses over bouw atoomkernen toetsen

Toetsbare hypotheses en experimenten zijn essentieel bij het ontstaan van nieuwe wetenschappelijke kennis.

Hoe zeker is wetenschappelijke kennis?

Doodlopende weg
In de meeste gevallen worden hypotheses verworpen. Natuurwetenschap is juist het opsporen van onjuiste ideeën en foute verklaringen. Zo weten onderzoekers dat ze een andere verklaring moeten gaan zoeken.

Aannemelijk
Al is hypothese getoetst en niet verworpen, toch niet vanuit gaan hypothese juist is. Je kan dan zeggen dat hypothese waarschijnlijk of aannemelijk is. Er kan altijd later onderzoeker komen die experiment of waarneming doet, waarmee hele theorie onderuitgehaald wordt.

Falsificatie
Karl Popper (1902-1994): natuurwetenschappelijk onderzoek moet niet gericht zijn op aantonen dat hypothese juist is (verificatie), maar op aantonen evt. onwaarheid van hypothese (falsificatie). Echte wetenschap onderscheidt zich door falsificeerbare hypotheses. Je kunt namelijk nooit genoeg experimenten en waarnemingen doen om te bewijzen dat iets juist is, zekerder is het om aan te doen dat iets onjuist is. Natuurwetenschappelijke kennis is betrouwbaarste kennis die we nu hebben. Voortdurend wordt onderzocht of de uitgetekende kaart van de werkelijkheid klopt. Die kaart wordt steeds betrouwbaarder, maar is nog altijd voor verbetering vatbaar.

Wetenschappelijke kennis is nooit absoluut waar.

Van zwaartekracht- naar relativiteitstheorie
Tot 1905 was men overtuigd dat zwaartekrachttheorie van Newton overal en altijd geldig was. Einstein publiceerde in 1905 zijn speciale en in 1916 zijn algemene relativiteitstheorie. Deze vormde een uitbreiding en vervolmaking van de zwaartekrachttheorie.

Hoe volledig is wetenschappelijke kennis?

Modellen
Natuurwetenschappelijke kennis is macht over materie en leven. De mens is in staat de toekomst voor een deel te voorspellen en naar zijn hand te zetten. (bv. in chirurgie, sterrenkunde, bevolkingsgroei). In scheikunde hebben modellen vorm van molecuulformules (H2O -bv) en reactievergelijkingen. In natuurkunde meestal wiskundige vergelijkingen, waarin verband wordt gelegd tussen verschillende grootheden (E = mc²). Met modellen kun je deel vd werkelijkheid beschrijven, verklaren en voorspellen. In de 17e eeuw zagen artsen het hart als inwendige haard, later werd hart pas als pomp gezien. Het hart zelf veranderde niet, maar doktoren keken op andere manier (dichter bij werkelijkheid) tegenaan.

Model van werkelijkheid
Veranderde modellen geven steeds betere beschrijving en verklaring, maar blijven vereenvoudigde afspiegelingen van een deel van de werkelijkheid. Hart wordt gezien als pomp, maar het is natuurlijk veel meer. Geen enkel model beslaat hele werkelijkheid. Elk model heeft eigen domein, z’n eigen stuk werkelijkheid dat het beschrijft, verklaart en voorspellingen doet. Voor een complex systeem/domein (weer, bevolkingstoename, economische groei) vallen voorspellingen een stuk minder exact uit.

Modellen moeten niet verward worden met de werkelijkheid. Ze geven niet meer dan een gedeeltelijk en vereenvoudigd beeld.

4 De onderzoeker onderzocht

Inleiding In deze paragraaf gaat het over Joop van Lenteren als voorbeeld van een onderzoeker. Hij werkt aan de Landbouwuniversiteit Wageningen op het Laboratorium voor Entomologie (insectenleer) als hoofd van dit succesvolle laboratorium.

Wie is professor dr. Van Lenteren?

Een keus maken
Op middelbare school Joop niet de slimste universiteit eerste jaren best zwaar wilde electrotechniek studeren, zijn ouders liever arts, werd uiteindelijk biologie na studie lesgeven op middelbare school had 3 mogelijkheden: lesgeven, in de industrie gaan werken of promoveren koos promoveren, deed onderzoek naar gedrag en populatiedynamica, de relatie tussen planten, plantenetende insecten en hun vijanden. Zijn proefschrift ging over de relatie tussen sluipwespen en hun prooidieren.

Universitaire titels
Een student die aan een universiteit afstudeerd heet doctorandus (drs.) of ingenieur (ir.). Daarna kan hij promoveren door het uitvoeren van een eigen onderzoek en het schrijven van een proefschrift. Zeer goed -> promoveert cum laude. Na een succesvolle promotie mag de ‘promovendus’ zich doctor (dr.) noemen.

Privé Van Lenteren houdt van klassieke muziek, leest Engelse en Nederlandse literatuur en van acht tot tien uur ‘s avonds neemt hij publicaties door of schrijft hij dictaten. Daarna ontspanning. Met zijn kinderen praat hij vaak over grote milieuproblemen. Zijn interesse voor de natuur toont hij bv tijdens vergaderingen bij een grote supermarktketen. Hij denkt mee over voedselproductie zonder vergif, geeft advies over het inkopen van groente uit Nederland of Italië. (tegenstelling: Italiaanse groente niet bespoten, maar tijdens vervoer milieuvervuiling. Nederlandse groente wel bespoten; wat is nou het best?)

Drijfveren
Van Lenteren vindt dat het goed is na te denken over wat het leven precies inhoudt, wat de rol is van de mens op deze aarde. Hoe is het leven georganiseerd keuze ecologie (richting die zich bezighoudt met organismen en hun relaties, zowel onderling als met hun omgeving). Na aantal jaren van fundamenteel onderzoek kwam de behoefte aan toegepast onderzoek. Daaruit volgde een bewuste keus voor biologische bestrijding omdat die beter is voor het milieu, ongevaarlijk voor andere organismen en daardoor een grotere soortenrijkdom in stand houdt. Hij is erg teleurgesteld over het milieuverpestende gedrag van mensen. In vrije tijd regelmatig lezingen over biologische bestrijding voor oa milieugroeperingen of huisvrouwen. Kinderen moeten milieubesef op basisschool aanleren volgens hem. Een studierichting moet passen bij je karakter.

Hoe werkt de vakgroep entomologie?

Toonaangevend
Professor Van Lenteren begon in Leiden. In 1983 (37jaar) kwam hij naar Wageningen. Hij mocht zelf een onderzoeksgroep samenstellen en kreeg ook een aantal studenten die bij hem wilden promoveren. Zijn vakgroep is snel bekend geworden door haar pionierswerk bij het onderzoek naar biologische bestrijding. Op dit moment onderzoekt zijn vakgroep de geurstoffen die planten en dieren uitscheiden. Hij gebruikt windtunnels en geurmeters om te onderzoeken door welke stoffen insecten worden aangetrokken of juist afgestoten. Zo kan hij het normale gedrag van insecten verstoren en bestrijden. Door steeds nieuwe ontwikkelingen op gang te brengen en door keihard werken is de vakgroep entomologie toonaangevend in de wereld.

Toonaangevend
Professor Van Lenteren begon in Leiden. In 1983 (37jaar) kwam hij naar Wageningen. Hij mocht zelf een onderzoeksgroep samenstellen en kreeg ook een aantal studenten die bij hem wilden promoveren. Zijn vakgroep is snel bekend geworden door haar pionierswerk bij het onderzoek naar biologische bestrijding. Op dit moment onderzoekt zijn vakgroep de geurstoffen die planten en dieren uitscheiden. Hij gebruikt windtunnels en geurmeters om te onderzoeken door welke stoffen insecten worden aangetrokken of juist afgestoten. Zo kan hij het normale gedrag van insecten verstoren en bestrijden. Door steeds nieuwe ontwikkelingen op gang te brengen en door keihard werken is de vakgroep entomologie toonaangevend in de wereld.

DDT
Vanaf 1942 is het insectenbestrijdingsmiddel DDT op grote schaal geproduceerd. Het gif werkte erg goed, maar bleek erg slecht afbreekbaar. Het hoopte zich op in het vetweefsel van dieren die aan het eind van voedselketens staan. De sterfte onder deze dieren zorgde voor een wereldwijd verbod op de productie. De negatieve effecten zijn een stimulans voor het ontwikkelen van biologische bestrijding.

Publiceren
Een onderzoeker moet in ieder geval drie publicaties per jaar schrijven, waarvan minstens één in een toptijdschrift zoals bv Nature. Als dat niet lukt, krijgt hij een gele kaart. Volgens professor Van Lenteren willen de meeste wetenschappers geen Nobelprijs, het gaat om het bedrijven van zuivere wetenschap en een prijs is dan meestal een aangename verrassing.

Prijzen
De professor vindt het leuk om prijzen te krijgen als waardering voor zijn werk. Maar een onderzoeker werkt nooit alleen. Bij bv onderzoek naar stoffen die planten afgeven moet je ervan uitgaan dat de chemici de samenstelling van de lokstoffen goed hebben bepaald.

‘Complete’ mensen
Voor de professor is wetenschap geen individuele activiteit. Concurrentie is er binnen de vakgroep nauwelijks. Er is een groep van negen medewerkers met ongeveer 20% overlap in onderzoek. Tijdens overleg wordt er heel open over het onderzoek gepraat. Mensen die naar een baan bij de vakgroep solliciteren moeten ‘complete’ mensen zijn volgens Van Lenteren. Goede onderzoekers zijn creatieve, enigszins eigenwijze mensen, staan open voor totaal onverwachte gebeurtenissen en moeten niet verkrampt zoeken naar hun gelijk, maar openstaan voor kritiek. Van Lenteren stuurt het onderzoek op de vakgroep en is vooral de manager, maar iedere ervaren onderzoeker gaat voor een groot deel zijn eigen weg en begeleidt jongere collega’s en promovendi. Tijdens vergaderingen worden strategieën bedacht voor het bijstellen van onderzoeksplan. Nieuwe lijnen ontstaan door ideeën uit de literatuur, congresbezoek, gesprekken met collega’s of zelf iets te bedenken.

Planten schakelen lijfwachten in
De vakgroep entomologie onderzoekt relaties tussen planteneters en hun vijanden. Plantenetende mijten en insecten vinden hun voedselplant doordat die planten herkenbare chemische stoffen voortbrengen. De planten reageren op vijandelijke mijten door geurstoffen af te geven. Ook mijten scheiden geurstoffen af, die hun vijanden weer aantrekt. Het onderzoek richt zich op de vraag hoe de communicatie tussen plant, planteneter en roofdier in elkaar zit.

Hard werken met een goed team is belangrijk bij het behalen van succes.

Wat kan een student verwachten?

Hard werken
Studenten die aan een onderzoek beginnen, moeten eerst een tijdje brainstormen en zoeken wat er over het onderzoek al is gepubliceerd. Daarna wordt er een vraagstelling geformuleerd die past bij de interesse van de student. Van Van Lenteren moet het onderzoek ethisch verantwoord zijn (geen milieubelastende bestrijdingsmiddelen). Meisjes kiezen vaker voor toegepast onderzoek, jongens voor fundamenteel onderzoek. De studenten zijn zeer vrij in het doen van onderzoek, zolang ze maar goed vastleggen wat ze aan het doen zijn. Van Lenteren grijpt pas in als het misgaat en stimuleert goed werk door positieve opmerkingen (zelfvertrouwen leidt tot zelfontplooiing). Na afronding van een onderzoek vindt er meestal publicatie van de resultaten plaats. Als student moet je je 100% inzetten. Dat geldt ook voor colleges. Actieve deelname en informatieuitwisseling tussen studenten en docent is de normale gang van zaken.

‘Speeltuin’ van zuiver onderzoek
De Raad van Bestuur van de universiteit bepaalt of een onderzoek mag doorgaan. De vakgroep mag niet alles onderzoeken. In het besluit speelt vooral het maatschappelijk nut een rol. Maar Van Lenteren vindt het essentieel dat er ook een stuk zuiver onderzoek plaatsvindt. Dit is belangrijk bij het speuren naar nieuwe onderzoeksrichtingen. Het geven van goed onderwijs is belangrijk, de promovendi moeten goed worden begeleid en het is van belang dat de vakgroep veel publiceert in toonaangevende vakbladen.

Zuiver onderzoek en eigen initiatief kunnen leiden tot doorbraken bij onderzoek.