Cruciale Basiskennis voor Kwantum Biologie - Deel 2: licht, energie, materie en elektromagnetisme.
Na dit artikel begrijp je beter waarom alles inderdaad echt “trilling” is. Licht, energie en materie zijn allemaal uitingen van energie.
Cruciale Basiskennis voor Kwantum Biologie - Deel 2: Licht, Energie, Materie en Elektromagnetisme.
Licht, energie en materie... Eén pot nat?
Na dit artikel begrijp je beter waarom alles inderdaad echt “trilling” is. Licht, energie en materie zijn allemaal uitingen van een en hetzelfde. Toch loop je dwars door een straal licht heen, terwijl je dat bij een eikenboom niet hoeft te proberen. Andersom had de eikenboom nooit zo massief kunnen worden zonder die prille lichtstraal.
Deel 1 van de serie Cruciale Basiskennis voor Kwantum Biologie stond in het teken van het uitpluizen van materie. We hebben gekeken naar moleculen, atomen, elektronen en de redoxreacties die deze elektronen mogelijk maken.
Vandaag wil ik je laten zien waarom kwantum biologie zoveel verder gaat dan enkel het grijpbare. Hoewel ook wij als levende wezens zijn opgebouwd uit dit grijpbare, wordt onze materie volledig geanimeerd door een ongrijpbare kracht. De verzamelnaam voor deze kracht is simpelweg “energie”. Sommigen noemen het licht. Ook licht en energie zijn uitingen van trilling, net zoals materie.
Voordat we deze elementen aan elkaar kunnen lijmen, moeten we na deel 1 eerst wat uitgebreider naar (licht)energie gaan kijken.
Wat is licht?
Zodra we over licht praten, is het belangrijk om een beeld te hebben van hoe licht zich natuurkundig gezien gedraagt.
Licht is iets waar we ons maar lastig tot verhouden. Je kunt het niet vastpakken. Licht van de zon voel je op je huid als warmte (lees: trilling/energie), maar het licht van je keukenlamp weer niet. Blijkbaar is niet al het licht hetzelfde.
Max Planck, een van de founding fathers van vroege kwantum fysica, is bekend vanwege een van zijn formules die de relatie tussen de energie en frequentie van licht beschrijft. Hij kwam erachter dat licht voorkomt in minuscule “pakketjes” van elektromagnetische golven van energie. Het kleinste pakketje, wat niet verder op te delen is in sub pakketjes, noemde hij een “foton”.
Het foton is de kleinste “quanta” van licht. Een foton blijkt zich zowel als deeltje als als een golf te gedragen (dit laat het tweespletenexperiment zien, waar we zo dadelijk op terugkomen).
Bekijk onderstaande video voor een basisoverzicht van licht en de relatie tussen energie en frequentie.
Energie bepaalt trilling
Om de energie van een foton te berekenen gebruikte Planck onderstaande formule.
E = hv
Waarin E de energie van het foton is, h de Planck constante en v de frequentie (aantal trillingen per seconde van de lichtgolf.
Omdat de Planck constante gelijk blijft, wordt de energie van een foton bepaald door de frequentie van de elektromagnetische golf.
Frequentie en golflengte zijn elkaars tegenovergestelde. Dus hoe hoger de frequentie, hoe kleiner de golflengte en hoe hoger de energie. Het omgekeerde is ook waar.
Op onderstaande afbeelding zie je dat infrarood een hogere golflengte heeft dan ultraviolette. Dat betekent dat infrarood een kleinere frequentie heeft en minder energie per foton draagt. Daarom zal je nooit verbranden door het infrarood van de zon. Wel door UV.
Golf of deeltje?
Is het je ooit opgevallen dat licht als “stralen” door het bladerdek van bomen komt vallen?
Zo niet, kijk dan maar eens naar onderstaande afbeelding. Dit plaatje geeft een enorm belangrijke eigenschap van licht weg.
We hebben het zojuist over quanta van licht gehad, waarbij we naar licht kijken als een klein pakketje van energie. Deze benadering doet vermoeden dat licht een deeltje is of iets dat zich als materie gedraagt. De werkelijkheid is ver van dat.
Toen Thomas in 1804 (!) voor het eerst sprak over zijn twee spleten experiment werd duidelijk dat licht zich op meerdere manieren “voor kan doen”. Licht kan zich zowel als deeltje gedragen, net zoals dat het zich als golf kan gedragen. We noemen dit ook wel “wave particle duality”.
In het tweespleten experiment kwamen we erachter dat licht zich als deeltje gaat gedragen zodra we het observeren. Onderstaande video geeft hier een mooi beeld van. Kijk deze even.
Licht en realiteit
Waarom is het belangrijk om over wave particle duality te weten?
Een aantal redenen:
Puur en alleen de daad van observeren verandert de realiteit (en licht is de/je realiteit).
Vóór het waarnemen bestaat er dus blijkbaar een andere realiteit. Echter zijn wij nooit in staat om deze realiteit met onze blote ogen waar te nemen, omdat waarneming deze geplooide realiteit ontplooit (van golf naar deeltje).
Wave particle duality roept talloze filosofische vragen op. Het voornaamste is wat mij betreft dat je dit stukje fysica in je achterhoofd bewaart, want je gaat het enorm vaak tegenkomen wanneer je kwantum biologie op celniveau bestudeert.
Nu wil ik langzaam de vertaalslag met je gaan maken van licht en energie naar materie.
Verder lezen als N1 Gold Member
De rest van deze blog is alleen beschikbaar voor leden van de community.
Het Foto-elektrisch effect
Als je de Fundamentele Code Serie vanaf het begin af aan hebt gevolgd, dan heb je een belangrijke (misschien wel dé belangrijkste) natuurwet al vaak voorbij zien komen. Ik heb het over het foto-elektrisch effect.
In 1921 won Einstein de Nobelprijs voor het in kaart brengen van de interactie tussen licht en materie. Het foto elektrisch effect laat zien dat wanneer fotonen op geleidende materie botst, zoals een metaal of een semiconductor, dat er vrije elektronen ontstaan.
Met andere woorden: stel je materie bloot aan lichtdeeltjes, dan neemt de materie de lichtenergie op. Dit is hoe een boom groeit door zijn hele leven in de zon te staan en hoe wij energie halen uit zonlicht.
Hieronder een aantal demonstratieve video’s over het foto-elektrisch effect. Ik raad je aan zeker 1 en 2 te bekijken.
In deze video zie je hoe wave particle duality en het foto-elektrisch effect samenkomen.
In deze video krijg je een middelbare school uitleg van het foto-elektrisch effect met een interessante simulator.
In deze video zie je hoe licht wordt gebruikt om elektronen te exciteren met behulp van het foto-elektrisch effect.
Het foto-elektrisch effect laat je zien dat licht energie kan worden overgenomen door materie. Het elektron is het uitverkoren materiaal om deze transactie van lichtenergie te mogen ontvangen.
Andersom kan een elektron ook weer lichtenergie afgeven nadat het excited is geraakt en harder is gaan trillen. In deze geëxciteerde toestand kan het elektron een hogere plaats innemen in de ringen om de atoomkern heen. Krijgt het elektron genoeg energie, dan kan het zelfs van de ringen om de kern ontsnappen (een “vrij” elektron). Na excitatie kan het ook weer een ring “terugvallen” door energieverlies in de vorm van het vrijlaten van een foton.
Een voorbeeld hiervan is fluorescentie. Fluorescentie is het effect waarvan stiftmarkers gebruik maken. In de inkt van dit soort stiften zit een materiaal dat lichtenergie absorbeert en fotonen van een bepaalde golflengte (of kleur) vrijlaat.
In deze video zie je dat de realiteit wat complexer is dan het voorbeeld dat ik hierboven geef. Elektronen bevinden zich niet in 2D ringen op de kern, maar in 3D orbitals.
Deze video is geen must, maar ik wil hem de fanatiekelingen ook niet onthouden. Ik vind het vooral belangrijk dat je een beeld hebt van hoe elektronen “geladen” kunnen worden met lichtenergie en hoe excitement kan leiden tot veranderingen in het atoom, het vrijkomen van het elektron of het opnieuw afgeven van de lichtenergie in de vorm van een nieuw foton (fluoriscentie). Dit is de basis voor de interactie tussen materie en licht.
Onderstaande video gaat dus diep in op de confirmaties die elektronen aan kunnen nemen rondom de kern van atomen. Dit bepaalt de eigenschappen van alle elementen die we kennen.
Licht = Energie = Materie ?
Het foto-elektrisch effect laat mooi zien hoe energie van licht op materie kan worden overgedragen, maar er is een natuurwet die nog een stapje verder doet. Deze wet komt eveneens van onze grote vriend Albert Einstein.
E = MC^2 is misschien wel de meest bekende natuurkundige formule ter wereld. Het is precies deze formule waarin Einstein laat zien dat energie, licht en materie volledig “uitwisselbaar” zijn.
De E staat voor energie
De M staat voor massa (of materie)
De C staat voor de lichtsnelheid
In Einsteins originele artikel over speciale relativiteit van 1905 gaat hij diep in op de betekenis van deze formule. Einstein schreef E = MC^2 ook vaak als M = E/C^2
Op deze schrijfwijze zie je duidelijker dat wanneer de snelheid van licht afneemt massa moet toenemen.
Dit is exact wat er in je lichaam gebeurt wanneer er hormonen of signaalstoffen worden gemaakt wanneer je jezelf blootstelt aan zonlicht (lees: fotosynthese). Ook is dit wat er in de zon gebeurt, wanneer waterstof fuseert om helium te maken.
Wanneer je het gewicht van waterstof bij elkaar optelt en je vergelijkt het met het gewicht van de hoeveelheid helium die een waterstofkernfusie produceert, dan zie je dat het fusieproduct van helium minder weegt dan het waterstof. Het lijkt wel alsof er in de reactie massa is verdwenen.
Kernfusie in de zon
Pak je Einsteins formule erbij, dan zie je dat deze massa omgezet is moeten worden naar energie of beter gezegd: licht of fotonen. Dat is de reden dat de zon een grote gloeiende bol is die ons dag in dag uit van lichtenergie voorziet.
Op een dag zal de zon doven, wanneer de bulk aan energie is ontsnapt in de vorm van licht. Naar beste wetenschappelijke inschattingen duurt dat nog wel even, dus voorlopig hebben we niets te vrezen. De komende tijd zal het leven op planeet aarde dus gewoon kunnen blijven voortleven van de lichtenergie die de zon deze kan op stuurt.
Het leven zal het foto-elektrisch blijven gebruiken om de energie van de “vervlogen” materie van waterstof in de zon om te zetten naar alles wat het nodig heeft voor overleving.
Hier een goede video die je een overzicht geeft van E=MC^2
Elektromagnetisme
Tot slot moeten we het hebben over elektromagnetisme. Een elektron is een elektrisch geladen deeltje. Als we naar Maxwells wetten voor elektromagnetisme kijken, dan zien we dat alle deeltjes met een lading een elektrisch geladen veld hebben.
Brengen we deze lading in beweging, dan ontstaat er een magnetisch veld dat precies loodrecht op het elektrisch veld staat.
Een foton heeft geen gewicht maar draagt wel energie en lading. Hiermee heeft het een elektrisch veld en omdat het in beweging is ook een geassocieerd magnetisch veld. Hiermee is een foton een elektromagnetisch fenomeen dat zichzelf door de ruimte voortbeweegt.
Maxwells vergelijkingen beschrijven de mechanica van elektriciteit en elektromagnetisme. Daarmee zijn ze fundamenteel in het begrip van kwantum biologie en je gezondheid. Je bent nou eenmaal een elektromagnetisch wezen, dus deze wetten staan aan de basis van je fysiologie.
Maxwells Vergelijkingen
Ze gaan als volgt:
De wet van Gauss voor statische elektrische velden. Iedere elektrische lading produceert een elektrisch geladen veld.
De wet van Gauss voor statische magnetische velden. Alleenstaande magnetische ladingen bestaan niet. Je kunt dus geen losse noordpool of zuidpool van een magneet aantreffen.
De wet van Faraday over inductie. Veranderingen in het magnetisch veld veranderen ook het elektrische veld. Door een magneet in een metalen spoel te bewegen, kan je een stroom opgang brengen door verplaatsing van elektronen in de spoel. Dit noemen we “inductie”.
De wet van Ampère (met Maxwell's toevoeging van verplaatsingsstroom). Een elektrische stroom (of verandering in het elektrisch veld) zorgt voor een verandering in het geassocieerde magnetische veld. Samen met wet 3 laat deze wet zien dat een verandering van het elektrisch veld het magnetisch veld beinvloedt en dat deze verandering in het magnetisch veld het elektrische veld weer beinvloedt. In een spiraal wentelen ze om elkaar heen, in eeuwige beweging. Het gevolg is een elektromagnetisch veld oftewel: licht.
Deze Maxwell vergelijkingen vond ik persoonlijk altijd lastig om in mijn hoofd te houden. Daarom deel ik hier nogmaals een video. Visualisatie van deze wetten zorgt ervoor dat je ze praktisch kunt gaan toepassen.
Maxwell in Praktijk
Wat zeggen Maxwells wetten praktisch in relatie tot kwantum biologie? Heb je even!
Voorbeeld Wet 1
Wet 1 laat je zien dat alles met een elektrische lading een statisch elektrisch veld heeft. Dat betekent dat wanneer je in de buurt van elektrische ladingen bent, zoals je digitale wekker op je nachtkastje, dat jouw lading de hele nacht verdrukt wordt door het elektrisch veld van je wekker.
Denk alleen al aan de elektronen die over je collageenvezels, aan het oppervlakte van je huid wachten om door een foton geladen te worden of over je binnenste mitochondriale membraan razen om van hun energie (en informatie) ontrokken te worden.
Kan je je voorstellen dat deze geladen deeltjes constant beinvloedt worden door de wirwar aan onnatuurlijke elekrisch geladen velden van alle apparatuur die we gebruiken?Gelukkig heeft je lichaam op celniveau allerlei manieren om deze elektrische en magnetische ruis buiten te sluiten , maar op een gegeven moment begeven deze verdedigingslinies het ook.
Voorbeeld Wet 3
Wet 3 laat zien dat wanneer je een elektrisch apparaat aanzet en je elektronen laat stromen, dat er elektrische lading in beweging komt met een magnetisch veld als gevolg.
Alle geladen materie, zoals wederom de elektronen, maar ook protonen in jouw systeem ondervinden hier beïnvloeding van. Net zoals de voorbeelden in bovenstaande video’s van de magneet die wordt bewogen in een metalen spoel, worden ook jouw geladen deeltjes beinvloedt door veranderingen in het magnetisch veld. Ons elektrisch systeem werkt op wisselstroom.
Dat betekent dat elektronen door elektrische netwerken lopen en 50 keer per seconden van richting veranderingen (vanwege het 50 Hz AC elektrisch netwerk in europa). Hierdoor wordt je chronisch aan elektromagnetische pulsaties van 50 Hz blootgesteld wanneer je in de buurt bent van elektriciteit.
Je begrijpt nu waarom we geen RCT nodig hebben om te begrijpen dat dit op lange termijn wel eens een slecht idee zou kunnen zijn. Je hoeft alleen maar te weten dat de mens een elektromagnetisch wezen is dat volledig functioneert op basis van de interactie tussen plus en min. Als je Maxwell’'s vergelijkingen erbij pakt, dan zie je dat deze vitale interacties per ontwerp van de natuurwetten hinder ondervinden van (onnatuurlijke) elektromagnetische krachten.
Voorbeeld Wet 4
Wet 4 laat zien dat magnetische velden die van richting veranderen een elektrische stroom kunnen opwekken. Dit is precies wat er gebeurt in ons systeem door de alternerende stroom op ons elektriciteitsnet.
Dit zijn slechts een aantal voorbeelden. Probeer deze wetten in je hoofd te krijgen en zoveel mogelijk te linken met praktijkvoorbeelden. Dan blijven ze het beste hangen.
Tot slot
Tot zover deel 2 van deze serie over basiskennis en natuurwetten. In deel 3 wil ik het over thermodynamica hebben. Oftewel de flow van energie. Leven is continu bezig om deze flow efficiënter te maken. Dit proces noemen we evolutie. Vandaar dat basiskennis over thermodynamica onmisbaar is wanneer je het leven en de gezondheid van dit leven probeert te begrijpen.
Laat me voor nu weten of je vragen hebt over deel 2. Licht en elektromagnetisme kunnen pittig zijn, ook om uit te leggen, dus bespaar me geen feedback of hulpvragen. Ga vooral ook zelf op zoek naar goede video’s op youtube. Als je de goede beelden kunt vinden bij de theorie, dan krijg je deze wetten exponentieel sneller op je netvlies gebrand.