Statistische arbeid(sverschaffing)

Wederom een sterk staaltje PhD-leven. Ik vraag me zo nu en dan af waarom, maar PhD-ers worden doorgaans geacht weldenkende mensen te zijn. Echter, welk weldenkend mens tekent voor een 4-jaar-durende baan waarbij je je slechts met één onderwerp dient bezig te houden, die gemiddeld 50-60 uur per week in beslag neemt, krap modaal uitbetaalt en geen enkele garantie biedt voor een glansrijke toekomst? Juist, die zogenaamde weldenkendheid mag gerust in twijfel getrokken worden..

Sanguis…

Aan de andere kant kun je beargumenteren dat – hoewel je wellicht niet voor de meest kansrijke route naar fame & fortune kiest –  wetenschapper zijn een nobel beroep is, dat je je aan de frontlinies van het wetenschappelijk denken begeeft, je de begane paden regelmatig verlaat voor het onbekende en tot slot ook nog eens een significante rol speelt in het opleiden en enthousiasmeren van een volgende generatie potentiële onderzoekers. Een stuk verleidelijker zo, nietwaar? Met name dat laatste heb ik afgelopen jaar aan den lijve mogen ondervinden, hiervan een kort verslag.

Goed, als promovendus in den Nederlanden ben je verplicht 10% van je tijd aan onderwijs te besteden. Een besluit waar ik het hartgrondig mee eens ben, er valt ook hier voor promovendi een hoop te leren op het gebied van communicatie, planning en organisatie. Daarnaast is het een ideale manier om je basiskennis op te frissen; je kunt de lesstof maar beter goed beheersen alvorens het aan kritische studenten te gaan presenteren. Tot zover de theorie. Dat de praktijk hier net wat van afwijkt zal weinigen verbazen.

Het vak werd statistical physics, niet geheel onlogisch daar mijn promotor natuurkundige is en onze groep tot de faculteit technische natuurwetenschappen behoort (applied physics). In totaal 200 tweede- en derdejaars bachelorstudenten dienden te worden getrakteerd op wekelijks een uur of twee college, een pittige huiswerkopdracht en afwisselend elke week een begeleid vragen/huiswerkuur dan wel een computerpracticum, dit voor in totaal dertien weken. Tussendoor een midterm exam, aan het eind uiteraard een final. De twee verantwoordelijke professoren verzorgden het college, uit een team van 8 promovendi verzorgde de ene helft de huiswerkopgaven, de andere helft het computerpracticum. Uw correspondent bevond zich in het huiswerkopgaventeam, waarvoor hij zich – met het mengsel van enthousiasme en naiviteit dat startende promovendi wel vaker eigen is – vrijwillig had aangemeld. Daarnaast had ik me voorgenomen het college zelf ook te volgen en de hoofdstukken in het boek mee te lezen. Combineer deze zaken met je lopende onderzoek en je gaat al snel dromen van een dag met 30 uur in plaats van 24.

Tijdgebrek dus, en dat terwijl je eigen onderzoek toch echt het belangrijkst is. Daarnaast is basiskennis van de statistische fysica in mijn vakgebied belangrijk, maar eerlijkheid gebiedt mij te melden dat gedetailleerde kennis voor zowel mijn eigen onderzoek als voor het opstellen en nakijken van huiswerkopgaven minder dringend is. Die basiskennis was er al – nu opgefrist en wel uiteraard – maar hoe belangrijk het gedrag van bosonen en fermionen in de limiet van T->0 voor echte fysici ook is, een experimenteel biofysicus heeft wat parate kennis betreft meer aan een op biologische systemen georienteerd vak. Dit alles leidde ertoe dat ik het mooie plaatje waarbij ik mezelf sommen-makend-en-hoofdstuk-meelezend zag zitten werken moest laten varen.


Intermezzo: Statistische fysica voor leken

1) De natuurkunde heeft als doel de wereld om ons heen te verklaren aan de hand van het bottom-up principe. 2) Atomen zijn klein, heel klein. 3) Ze zijn met veel, heel veel. Ze zijn met zo veel dat het onmogelijk is om het macroscopische gedrag van materie te kunnen voorspellen door het gedrag van elk afzonderlijk deeltje te beschouwen. Maar dat is juist wat we willen. Onze intuitie zegt al vaak dat dit soort dingen logisch zijn, maar wat zit er achter die logica?

Neem een elastiek en strek deze uit. Wat gebeurt er als je het loslaat? Juist, het elastiek neemt weer zijn oorspronkelijke, kortere vorm aan. Maar waarom? Wat gebeurt er op het niveau van rubbermoleculen? Is er sprake van een herstellende kracht? Het elastiek verkort toch juist doordat de trekkende kracht verdwijnt? Enter een beetje fysica. Een rubbermolecuul is niet veel meer dan een lang stuk touw gemaakt van atomen. Let wel, bij kamertemperatuur hebben we het hier over een zeer bewegelijk stuk touw. Een stuk rubber is een enorme kluwen van miljoenen en miljoenen van deze touwtjes. Als je het rubber strekt, zullen alle afzonderlijke touwtjes ook gestrekt worden en min of meer parallel tegen elkaar aan komen te liggen. Dit verklaart nog niet waarom het vervolgens bij loslating onmiddellijk weer zijn oorspronkelijke vorm aanneemt. Enter statistiek. Een touw, al dan niet moleculair, kan oneindig veel vormen aannemen. Gooi een lang stuk touw op de grond en het zal nooit precies op dezelfde manier stil komen te liggen. Van al die verschillende vormen (toestanden) die een touw aan kan nemen is de gestrekte vorm er slechts één. Met andere woorden, als het touw erg bewegelijk is zoals in ons elastiek het geval is, wordt de kans om het in de gestrekte toestand aan te treffen erg klein – en de kans om een hele bundel van die touwtjes spontaan allemaal gestrekt aan te treffen zo goed als nihil. (Theoretisch is er wel een kans, maar om dat aan te treffen zul je langer moeten wachten dan het universum oud is, veel langer…) Tenzij je er een kracht op uitoefent natuurlijk.

Ziehier hoe we aan de hand van statistische fysica een alledaags verschijnsel vertrekkend vanuit zijn elementaire bouwstenen kunnen verklaren, zonder daarvoor precies te hoeven weten wat elk van deze bouwstenen op ieder moment doet. Een centraal begrip van deze tak van sport is de entropie, iets wat in populaire termen als de neiging tot wanorde wordt omschreven. Deze term is niet veel meer dan een parameter dat alle mogelijke toestanden van een systeem in rekening brengt. Deze aanpak is erg krachtige manier om tal van processen en verschijnsels – van het verklaren van luchtdruk tot het mengen van melk in je koffie – te kunnen verklaren.


Huiswerk nakijken dus, dat is waarmee ik een significant deel van mijn weken in de periode februari-juni van dit jaar heb gevuld. Daarnaast bestond het uit het samenstellen van de opgaven voor de volgende week.

… sudor…

Het lijkt haast niet meer van deze tijd, maar doorgaans worden de sommen gewoon met pen en papier gemaakt, een enkeling maakt er een digitale beproeving van.

… et lacrimis.

Meestal voel je je werkpaard voor je professor, in feite de essentie van wat promoveren is… Soms echter voel je je een waar archeoloog, daar je werkzaamheden meer op hierogliefen ontcijferen lijken dan wat anders..

Say what?

Maar uiteindelijk dient ook dit een hoger doel: wederom een lichting terdege voorbereid naar de eindstreep gesleept.

Luctor et emergo.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *