Brief Einstein: de natuurkunde kan leren van vogels en bijen

Michelle Taylor, May 13, 2021. Laboratoryequipment.com

Albert Einstein was een bijzondere wetenschapper met een ongekend grote geest. Hoewel dat voor niemand nieuws is, onthult de publicatie van een tot nu toe onbekende brief die de beroemde natuurkundige in 1949 schreef, de kracht en toepasbaarheid van zijn gedachten, zelfs 72 jaar later.

De brief – geschreven aan Glyn Davys, een Britse radaronderzoeker die later acteur werd – gaat over bijen en vogels en over de vraag of het bestuderen van dierlijke zintuigen nieuwe natuurkundige principes zou kunnen opleveren. Einstein vermeldt dat hij bekend was met het onderzoek van Nobelprijswinnaar Karl von Frisch, die in die tijd een vooraanstaand onderzoeker was op het gebied van bijen en dierlijke zintuigen. In april 1949 gaf von Frisch een presentatie aan de Princeton Universiteit over hoe honingbijen effectiever navigeren door gebruik te maken van de polarisatiepatronen van in de lucht verstrooid licht. Historici wisten al dat Einstein de presentatie bijwoonde en de volgende dag een privé-ontmoeting had met von Frisch, maar de nu gedeelde brief geeft meer inzicht in het gespreksonderwerp.

In de brief schrijft Einstein: “Ik ben goed op de hoogte van het bewonderenswaardige onderzoek van de heer V. Frisch. Maar ik zie geen mogelijkheid om die resultaten te gebruiken in het onderzoek naar de basis van de fysica. Dat zou alleen het geval kunnen zijn als door het gedrag van de bijen een nieuw soort zintuiglijke waarneming, resp. van hun prikkels, aan het licht zou komen. Het is denkbaar dat het onderzoek van het gedrag van trekvogels en postduiven op een dag zal leiden tot het begrip van een of ander fysisch proces dat nog niet bekend is.”

Vandaag de dag is bio-geïnspireerde fysica een snelgroeiend onderzoeksgebied, waarbij de navigatiecapaciteiten van bijen en trekvogels de grootste belangstelling hebben.

Een studie uit 2016 ( https://www.pnas.org/content/113/26/7261  )  toont bijvoorbeeld aan dat hommels de kleine haartjes over hun hele lichaam gebruiken om de zwakke elektrische velden te voelen die door bloemen worden gegenereerd. Een andere studie die dat jaar werd gepubliceerd ( https://www.nature.com/articles/srep23657  ) suggereert dat honingbijen het vermogen hebben om het magnetische veld van de aarde te detecteren, hetzij door signalen die worden doorgegeven door de fotoreceptor met korte golflengte en/of door ferromagnetische kristallen die aanwezig zijn in het achterlijf van de bij.

Fig. 1
Twee belangrijke denkers over fysica en natuur. a Professor Albert Einstein in 1947. (Wikimedia Commons). b Professor Karl von Frisch die bijen observeert. (Wikipedia (WP:NFCC#4).

“Hoewel Einstein het niet had kunnen weten, heeft het gedrag van bijen in recentere tijden een aantal nieuwe en interessante fenomenen aan het licht gebracht over hoe de wereld op alternatieve manieren kan worden waargenomen. Deze ontdekkingen hebben al geleid tot verbeteringen in verschillende technologieën zoals die van sensoren, robotica en kunstmatige intelligentie,” aldus RMIT professor Adrian Dyer, die een artikel heeft geschreven over Einsteins brief, gepubliceerd in het Journal of Comparative Physiology A. ( https://link.springer.com/article/10.1007/s00359-021-01490-6  )

Bovendien levert een vorige maand gepubliceerde studie ( https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)00116-0_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0960982221001160%3Fshowall%3Dtrue  ) het directe bewijs dat trekvogels het magnetische veld van de aarde kunnen gebruiken om hun positie te extrapoleren en weer op koers te komen, zelfs wanneer ze ver weg worden geblazen. In de studie stelde een internationaal team van onderzoekers in Oostenrijk wonende rietzangers bloot aan een elektrisch veld dat de geomagnetische signatuur van een Russische stad nabootste aan het begin van hun trek. Normaal zouden de vogels vanuit Oostenrijk naar Afrika ten zuiden van de Sahara vliegen, maar blijkbaar overtuigd door de truc van de wetenschappers, probeerden de vogels terug te vliegen in de richting van hun typische trekroute.

“Het is verbazingwekkend dat [Einstein] deze mogelijkheid bedacht, tientallen jaren voordat empirisch bewijs aantoonde dat verschillende dieren inderdaad magnetische velden kunnen waarnemen en deze informatie kunnen gebruiken voor navigatie,” zei Dyer.

Ironisch genoeg maakt een migratietheorie voor de oorsprong van magnetische zintuigen bij vogels gebruik van kwantumwillekeurigheid en verstrengeling – beide natuurkundige concepten die voor het eerst door Einstein werden voorgesteld.

Naarmate het bio-geïnspireerde natuurkundig onderzoek toeneemt, nemen ook de innovaties op dit gebied toe. De studie van krekels, sprinkhanen en vliegen – die kunnen navigeren door gepolariseerd hemellicht – heeft reeds geleid tot navigatiesensoren, zoals op camera’s gebaseerde polarisatiesensoren. Daarnaast heeft een team van onderzoekers een hyperspectrale fotodetector ontworpen op basis van de spectrale en polarimetrische detectiecapaciteiten van bidsprinkhaangarnalen, terwijl de dolfijnensonar ingenieurs in staat heeft gesteld sonar voor ondiep water te verbeteren. Momenteel bestuderen onderzoekers honingbijen om te begrijpen hoe een miniatuurbrein zoveel cognitieve taken kan verwerken en uitvoeren, zoals doolhofnavigatie en gezichtsverwerking. Uiteindelijk hopen zij de gegevens te kunnen gebruiken bij het ontwerpen van efficiënte computers met een lager energieverbruik.

“Einstein en Davys zouden zeer waarschijnlijk onder de indruk zijn geweest van wat de moderne wetenschap heeft onthuld over hun soms overlappende interessegebieden door het stellen van vragen over / aan de natuur” concludeerde Dyer in zijn artikel.

Brief van Albert Einstein, is gevalideerd door The Hebrew University of Jerusalem, waar Einstein zijn aantekeningen, brieven en verslagen heeft nagelaten. Credit: Dyer et al. 2021, J Comp Physiol A / The Hebrew University of Jerusalem. 

Henk Kieft

Add comment