WERELD & DENKEN
 
 

Generalisaties, natuurlijk

In Generalisaties algemeen is een scheiding aangebracht tussen natuurlijke generalisaties, die verschaft aan de mens door de natuur, en de generalisaties die de mens zelf moet maken. Bijvoorbeeld als het over mensen gaat. Hieronder gaat het over de natuurlijke generalisaties.

De natuurlijke generalisaties ontstaan doordat de natuur niet een volkomen willekeurige alles-in-alle-maten-en-soorten oftewel chaos is, maar omdat daar structuren in zitten zodanig dat van het gedrag van de zeer vele zeer kleine deeltjes waaruit de onder-menselijke natuur bestaat, bepaalde voor de mens waarneembare patronen overblijven. Het onderzoek waarnaar het veld is van de natuurkunde, een wetenschap die hierin succesvol is geweest gezien de huidige toepassingen.

Een overzicht van de natuurkunde wordt gewoonlijk begonnen met een beschrijving van de soorten manieren waarop de zeer vele kleine deeltjes op elkaar reageren. Daar begint het hebben van "structuur". Die "interacties" zijn niet willekeurig, maar er zijn er vier, met een grote variatie in sterkte. Ze heten, van sterk naar zwak: sterke interactie, elektromagnetisme, zwakke interactie en zwaartekracht. Dat laatste lijkt tegengesteld aan hoe het door mensen ervaren wordt -  die kent zwaartekracht als de sterkste kracht.

Dat dit onjuist is, heeft een praktische en een theoretische reden. De praktische reden is dat de zwaartekracht die wij voelen het cumulatief effect is van een hele Aarde aan deeltjes die aan ons lichaam trekken.

De theoretische reden is dat "de werking van de mens" met zijn schier oneindige hoeveelheid aan detail in bijvoorbeeld het zenuwstelsel gebaseerd moet zijn op subtiele verschijnselen. Die alleen merkbaar kunnen zijn omdat de minder-subtiele verschijnselen zich koest houden. En dat "koest houden" is omgangstaal voor "zich in evenwichtstoestanden bevinden". We merken niets van de sterke wisselwerking omdat die in evenwicht is in de kernen van atomen, we merken weinig van de elektromagnetische wisselwerking omdat de elektronen meestal in vaste toestanden rond de kernen draaien. En door het verschil in sterkte liggen de afmetingen van die deeltjes sterk uit, zie hieronder (van uitleg of detail ):

De sterke interactie is eerst tussen puntdeeltjes die natuurkundigen kennen als "quarks" leidende tot deeltjes proton en neutron, en een klein residu-effect daarvan is nog steeds zo sterk dat de protonen en neutronen zich verenigen in de kernen. De elektromechanische interactie tussen kernen en elektronen zorgt voor stabiele atomen. De zwaartekracht zorgt voor stabiele planeten - en zonnen, maar dat is dus boven het niveau van het menselijke opereren. Waarop de zwakke interactie, leidende tot radioactiviteit dat wil zeggen het uiteenvallen van deeltjes, dus de uitzondering vormt maar dat is geen probleem want de overige drie hebben al voor genoeg stabiliteit en structuur gezorgd.

Daaraan dient nog één ding te worden toegevoegd dat natuurkundigen niet als een "interactie" benoemen, namelijk de quantummechanica. De elektromagnetische interactie zorgt voor de noodzakelijke aantrekking tussen kern en elektronen, waardoor de elektronen in banen rond de kern draaien, in zijn primitieve vorm weergegeven zoals in dit:

Maar een beschouwing in wat meer detail laat zien dat het ook zou moeten leiden tot het uitzenden van licht en andere soorten elektromagnetische straling waardoor het elektron steeds lager zou gaan draaien en uiteindelijk in de kern storten.

Dat dat niet gebeurt komt omdat materie niet alleen massa is die je kan denken in een punt, maar ook een golfverschijnsel dat zich in de ruimte uitbreidt. En zodra het elektromagnetisme de elektronen in een baan rond de kern houdt, dat wil zeggen: in een beperkte ruimte, houdt je dus ook dat golfverschijnsel in die beperkte ruimte.

Waarop musici onmiddellijk weten dat er discrete toestanden ontstaan, want dat is hoe in muziekinstrumenten de discrete tonen ontstaan. Bij een viool of piano: door de golven op de beperkte ruimte of lengte van de gespannen snaar. Of ietwat onbekender maar toepasselijker: de tonen komende van het gespannen vel van een trommel, zie de afbeelding rechts (zowel die op een trommel als in het atoom zijn zogenaamde Bessel-functies uitleg of detail ).

De combinatie van elektronen die in banen rond de kern draaien tezamen met de beperkingen die het golfkarakter opleggen in de vorm van de vaste tonen en boventonen, leidt ertoe dat elektronen slechts in een beperkt aantal vaste banen kunnen ronddraaien. Met een beperkt aantal bijpassende energieën.

Wat tevens betekent dat als je gaat kijken naar atomen met verschillende aantallen elektronen, en dat netjes op een rijtje zet, je het onderstaande patroon krijgt, waarvan hier de versie van helicopter-uitvinder en filosoof Arthur M. Young uitleg of detail (omdat hij als technicus concreet de zaken afbeeldt waar het om gaat: de elektronen - uit The Reflexive Universe, 1976, met de achtste kolom toegevoegd door de redactie):

Wat slechts de eerste drie rijen zijn - er volgen er nog vier. Dit is het periodiek systeem der elementen uitleg of detail .

Wat hier getoond wordt, is dat atomen voorkomen in rijen waarin het aantal elektronen toeneemt, van links 1 tot rechts 8, en dat bij een aantal van 8 hoger dit zich herhaalt, waarbij die eerst 8 niet mee lijken te tellen - die noemt men "de onderste schil". Die onderste schil is in de tweede rij voorgesteld met behulp van een cirkeltje onder de buitenste elektronen. Bij het geval van 8 (2 bij alleen de eerste) elektronen aan de buitenkant is de ruimte kennelijk op, want dan begint het tellen opnieuw, in een baan verder van de kern.

De atomen met 8 elektronen in de buitenste schil lijken dus "af" te zijn. Deze atomen, helium, neon, argon, enzovoort, hebben nauwelijks tot niet last van interactie, zijn daarom gassen (losse atomen), en staan bekend staan als de "edelgassen".  

Al deze atomen zijn elektrisch neutraal, dus zouden geen last hebben van een sterke interactie, zou je zeggen. Dat werkt anders. In werkelijkheid is het zo dat 8 elektronen in de buitenste schil als "neutraal" worden gezien - atomen met 1, 2, of 3 elektronen in de buitenste schil staan die elektronen makkelijk af aan atomen die 1, 2 of 3 elektronen te weinig hebben, ten opzichte van 8, in de buitenste schil. Dus natrium, of in het Engels "sodium", met 1 elektron aan de buitenkant, combineert graag met chloor ("chlorine"), met 1 elektron te kort:

Een stof die overbekend is als "zout" in de zin van tafelzout of "het zout in de zee". Enzovoort voor andere combinaties van atomen.

Maar dit is ook het niveau waarop de zaken wat ingewikkelder kunnen worden. In de volgende rij oftewel de volgende schil van elektronen leidt de voorkeur voor acht elektronen in een schil tot overgangsverschijnselen waarin eerst een binnenste schil half wordt gevuld en daarna de buitenste  - de details zijn hier niet belangrijk. Het resultaat wel want dat zijn de stoffen van de soort ijzer, chroom, nikkel, koper, zilver, goud enzovoort, die tezamen bekend zijn als de "metalen" of preciezer "overgangsmetalen". Overigens zijn alle atomen met minder dan vier elektronen in de buitenste schil ook metalen, maar dat viel aanvankelijk minder op omdat ze in de natuur meestal niet als losse stof voorkomen maar altijd in verbindingen - de overgangsmetalen en met name natuurlijk goud en zilver komen wel als losse stof voor. Waarbij ook de extra eigenschap van metalen naar voren kwam: de elektronen zwerven los van de atomen langs en tussen de atomen door, in plaats van in vaste banen eromheen:

Gekenmerkt naar het elektrische effect: het zijn geleiders. Maar praktisch aanvankelijk belangrijker: ze zijn ook soepeler en veel makkelijker te vervormen dan de atomaire verbindingen als van NaCl, die "keihard" zijn. Dat maakte ze geschikt voor het maken van gereedschap. Bekend geworden in de vorm van de oudhistorische reeks van stenen, bronzen, en ijzeren tijdperk.

Maar, in het kader van dit artikel: de atomaire, microscopische, structuur leidt dus ook tot een welbepaalde verdeling in de structuur van de bijpassende door de mens hanteerbare, macroscopische, materialen.

Is er nog één ding over: wat gebeurt er dan bij het aantal van 4 - precies op de helft? Het antwoord bevindt zich in uw lichaam en in uw computer: dit is een dusdanig "wankele" situatie dat de natuur van de mogelijkheden die dat biedt gebruik heeft gemaakt voor de ontwikkeling van ingewikkelde moleculen tot zeer ingewikkelde moleculen en uiteindelijk tot moleculen die zichzelf kunnen reproduceren - het leven. Voor het geval van koolstof ("carbon"). En voor de ontwikkeling van hypergevoelige en hyperkleine schakelaars die te combineren zijn in de miljoenen leidende tot de rekenkern van computer. Voor het geval van silicium ("silicon").

Ook op dit niveau van interacties is het dus zo dat de sterke varianten zorgen voor stabiele toestanden. En de verdere, subtielere, ontwikkelingen in de natuur zich bevinden op het scheidsvlak van de sterkere krachten.

Dat patroon lijkt zich voortdurend in de op atomen gebouwde dode én levende natuur te herhalen. Maar met steeds minder strengheid omdat de verschijnselen steeds subtieler worden. Hetgeen door diverse mensen al is opgemerkt, waarvan hier de versie van de al genoemde Arthur Young (The Reflexive Universe, 1976), het bovenste deel:

In de onderste rij staan deels dezelfde stappen als hier boven: eerst atomaire bindingen, dan metalen, dan de simpelste koolstofmoleculen (afgebeeld: C2H6 oftewel methaan), dan steeds ingewikkeldere koolstofmoleculen eindigend met het dna-molecuul. Wat staat voor de eerste moleculen die zichzelf konden reproduceren. Het begin van de levende natuur.

Het dna-molecuul is hierin een eindproduct, staande voor een complete evolutie binnen de soort "reproducerende moleculen", waartoe vermoedelijk ook RNA behoort.

Waarna zich dus niet een chaos van leven ontwikkelde, maar ook weer een lagenstructuur, iedereen eigen kenmerkende elementen, met als eerstvolgende niveau, natuurlijk, de eencellige. Hier het tweede deel van het schema van Young:

De eerste twee rijen zijn mede een weergave van de bekende indeling in domein, rijk, phylum, enzovoort uitleg of detail .

De gelaagdheid van deze indeling blijkt uit twee dingen: ten eerste de archeologische zeldzaamheid dat wil zeggen korte duur van overgangsvormen, bekend als de "missing links" zoals de archeopteryx linksonder (fossiel), en een in principe oneindig aantal tussenvormen die niet voorkomen, zoals de mythische dieren als de eenhoorn, het vliegende paard, enzovoort, waarvan twee afgebeeld rechtsonder (Griekse vaas):
 

De volgende stap in de lagenstructuur is naar de soort genaamd "homo". Dit is ook een diersoort, dus daar liggen dit soort structurele zaken niet anders. De ontwikkeling van deze soort als onderscheidend van mensapen in het algemeen beloopt voor zover nu bekend een ruwe acht miljoen jaar, en laat ondanks vele onbekendheden in de lijnen van afstamming één duidelijk patroon zien, zie de afbeelding hieronder (van uitleg of detail ): het zijn soorten die langere tijd een stabiel patroon vertonen, gescheiden door redelijk plotselinge overgangen naar nieuwe soorten. Ook hier met vele missing links.

En dit strekt zich ook uit tot het veld van gedragingen - zo is bekend van de soort homo erectus dat deze als eerste helder onderscheiden stenen vuistbijlen maakt, maar deze vaardigheid niet verder ontwikkelde gedurende hun bestaan van circa 1,5 miljoen jaar geleden tot 0,5 miljoen jaar geleden.

Waarmee we eindelijk aangekomen zijn bij de soort homo sapiens. Waarbinnen dat patroon van gelaagde structuren natuurlijk niet is veranderd. Want het moge inmiddels duidelijk zijn: er is sprake van een patroon van interacties en structuren dat zich voortdurend op een steeds subtieler niveau herhaalt, zoals bekend van de fractale geometrie. Hier dat patroon binnen de menselijke soort:

Van links naar rechts de drie menselijke hoofdsoorten: mongoloïden, creolen, en kaukasiërs (blanken - met daarin twee miss hits, die gaan over mensen die over kaukasiërs schrijven of iets soortgelijks).

En weer een trapje lager, binnen de blanke soort:

En merk hier op dat niet alleen de haarkleur anders is, maar ook een aantal andere gezichtskenmerken - wijzende op een lagenstructuur in de genetica. Dat wil zeggen: een voorkeur binnen de structuur van het dna-molecuul voor bepaalde patronen.

En ook op dit niveau is dit natuurlijk niet beperkt tot het uiterlijk, maar sluit ook gedrags- en cultuurpatronen in.

En dan pas zijn we aangekomen bij de onderste rij in het "periodieke systeem" van Young. Trek zelf hier al uw eigen conclusies aangaande de mate van zichtbare diversiteit binnen de menselijke hoofdsoorten en de veel grotere verschillen in sociale diversiteit.

Voor de levende natuur lijkt dus net als voor de dode natuur te gelden dat het opgedeeld kan worden in verschillende lagen, de evolutionaire ladder, met dit verschil dat de grenzen tussen de lagen in de levende natuur vager tot veel vager zijn. En wel meer naarmate je hoger op de evolutionaire ladder komt.

De eerste stap naar de beschrijving van die verschillen ligt natuurlijk daar waar de levende natuur verschilt van de dode: reproductie of groei .


Naar Inleiding, model , Wetenschap lijst , Wetenschap overzicht , of site home

 

16 jun.2015; 2 jul.2015; 6 jul.2015