Icon up Overzicht

Detlef Lohse

Onderwerp:

Op maandag 27 februari interviewden Ramy El-Dardiry en Roderick Knuiman professor Detlef Lohse, hoogleraar vloeistofdynamica aan de Universiteit Twente, als onderdeel van de interviewreeks met Spinozapremie winnaars.

De Spinozaprijs is de belangrijkste wetenschappelijke prijs in Nederland. De prijs wordt ook wel de Nederlandse Nobelprijs genoemd.

In een serie interviews onderzoeken Ramy El-Dardiry en Roderick Knuiman wat de drijfveren zijn van de vooraanstaande wetenschappers aan wie deze prijs is toegekend.

Voor de overige interviews uit deze reeks kun je op de namen klikken, links in de kantlijn bij dit artikel.

Zou u kunnen uitleggen wat u precies onderzoekt in de natuurkunde?

Mijn vakgebied heet "fysica van vloeistoffen". Vloeistoffen moet je dan meer in de definitie bekijken van het Engelse fluids. Hieronder vallen dan zowel vloeistoffen als gassen. Ik ben afgestudeerd in de hoge energie fysica, maar daarna ben ik overgestapt naar dit vakgebied. Tijdens mijn promotie hield ik me bezig met het onderwerp turbulentie (onregelmatige wervelende bewegingen in een vloeistof of gas). Daarna ben ik me bezig gaan houden met 'sonoluminescentie'. Sonoluminescentie is het natuurkundige verschijnsel dat een gasbelletje licht gaat uitzenden als het heel erg snel trilt. De bel gaat trillen doordat geluid met een hoge frequentie erop af word gestuurd, dus om dit verschijnsel goed te snappen heb ik me flink verdiept in de theorie van akoestiek en bellen. Uiteindelijk kunnen er met die theorie veel meer dingen gedaan worden. Akoestisch aangedreven belletjes kunnen bijvoorbeeld ook in het lichaam worden gebruikt voor medische toepassingen. De wiskundige vergelijkingen zijn precies hetzelfde.

Op dit moment zijn we met verschillende onderwerpen bezig met onze vakgroep. Een eerste deelonderwerp is de dynamica van vloeistoffen en heet 'turbulence and bubbles'. Daarnaast houden wij ons bezig met 'granular flow', wat over de stromingseigenschappen van korrelachtige materialen gaat, met 'micro- en nanofluids', waar we belletjes van heel kleine afmetingen onderzoeken en en met 'biomedical flow', wat meer richting de medische toepassingen van het vakgebied gaat.

Waarom bent u na uw afstuderen overgestapt van hoge energie fysica naar de fysica van vloeistoffen?

Ik vond de fysica van vloeistoffen veel uitdagender. Daarnaast sprak de methodiek mij ook meer aan, omdat experiment, theorie en numeriek simuleren meer samenkomen. Van oorsprong ben ik theoreticus en op dit moment ben ik voor het merendeel ook nog met de theorie bezig, maar in de vloeistoffysica is de wisselwerking tussen theorie en experiment heel nauw. Eigenlijk heb ik experimenten altijd heel interessant gevonden en toen ik hier aan de Universiteit Twente kwam en de mogelijkheid kreeg om experimenten te doen, heb ik daar ook dankbaar gebruik van gemaakt.

In de hoge energie fysica is de specialisering heel groot, maar in de fysica van vloeistoffen werk je meer in groepjes aan kleinschalige experimenten. Dat de experimenten wat kleinschaliger zijn heeft twee voordelen. Ten eerste kun je het geheel wat makkelijker overzien en vaak kun je ook verschillende aspecten van het experiment zelf in de groep uitvoeren. Ten tweede hoeven we geen vijftien jaar van tevoren een experiment te plannen, wat voor de bouw van een hoge energie detector bijvoorbeeld wel een normale constructieperiode is. Als we een leuk idee hebben kunnen we twee tot drie maanden daarna met experimenteren beginnen. Wat dat betreft is dit vakgebied dus veel flexibeler en ik denk dat er ook meer potentieel voor toepassingen is in vergelijking met hoge energie fysica.

De fysica van vloeistoffen, ook wel stromingsleer genoemd, is overigens niet een ouder vakgebied van de natuurkunde dan de kwantummechanica, in tegenstelling tot wat mensen soms denken. De eerste kloppende stabiliteitsanalysen in de stromingsleer werden eind jaren dertig gedaan, terwijl de kwantummechanica in de jaren twintig is opgekomen.

U zei dat de experimenten uit uw vakgebied in vergelijking met hoge energie fysica meer toepassingen vinden in het dagelijks leven. Is het ook zo dat u vanuit het dagelijks leven onderzoeksideeën of fascinatie opdoet?

Ik denk dat ik er zeker fascinatie uit opdoe. Een speciale fascinatie heb ik voor de fysica van objecten en bepaalde formaties, zoals drijfzand. We hebben verschillende experimenten gedaan met drijfzand en het blijkt dat het zich soms net als een vloeistof kan gedragen, zo kan er bijvoorbeeld ook een jet (straal) van zand ontstaan als men een kogel in drijfzand laat vallen. Dit zijn ook onderwerpen die heel erg gemakkelijk voorgesteld kunnen worden voor een breed publiek en die het publiek ook aanspreken

Een leuk voorbeeld van iets waar onze vakgroep mee geëxperimenteerd heeft en wat uit het dagelijks leven is gekomen is de 'springende shampoo'. Zo’n veertig jaar geleden werd dit verschijnsel in een kort artikel in Nature beschreven door Arthur Kaye. Kaye experimenteerde met een vloeistof van een polymeeroplossing en ontdekte dat wanneer hij een straal van deze vloeistof op de grond liet neerkomen, de straal af en toe van het oppervlak wegspringt. Een verklaring bleef achterwege. Een aantal jaar geleden is Cock Blom, de oude opleidingsdirecteur van de Universiteit Twente, een tijd op zoek geweest naar de juiste vloeistof die dit verschijnsel vertoonde. Toen hij op vakantie in Thailand was en de hotelshampoo liet vallen had hij geluk. De shampoo bleef niet op één plek terechtkomen, maar de straal 'sprong' af en toe terug omhoog of naar een kant weg. Michel Versluis heeft toen bij onze vakgroep verschillende experimenten daarmee gedaan en kwam erachter dat het bij elke shampoo werkte. De enige conditie was dat de shampoo van een bepaalde minimumhoogte moest komen om de frictie in de shampoo te overwinnen. Michel heeft daar echt schitterende experimenten mee gedaan!

Filmpje 1
Bekijk de film De snapping shrimp in actie

Een ander voorbeeld waar ik zelf ook mee bezig ben geweest zijn de 'snapping shrimp' (klappende garnalen). Een aantal jaar geleden bevond ik mij op een conferentie en kwam er een zoöloge naar mij toe die mij een soundtrack liet zien van het geluid dat afkomstig was van een bepaalde soort garnaal. Ik herkende het meteen als het geluid van een imploderende bel en ik heb toen berekeningen gedaan en de uitkomsten daarvan leken heel erg op die soundtrack. Uiteindelijk kwam er nog wat overtuigen aan te pas, omdat ze ons in eerste instantie niet geloofden. Maar toen hebben we hogesnelheidsopnames gemaakt van de garnaal en het bleek dat die inderdaad een luchtbel wegschoot, waardoor er bij het imploderen van deze bel een heel hard geluid (vergelijk het met een metalen kogel die tegen een ruit wordt gegooid) onstaat en er zelfs een klein beetje licht vrijkomt. Uiteindelijk was dit maar vier weken werk, terwijl ik heel veel theorie van bellen daarvoor gebruikt heb wat ik eerder had ontdekt en bestudeerd, maar daar hoor je veel minder van terug omdat men zich bij die theorie veel minder makkelijk iets kan voorstellen.

De snapping shrimp.

Meer filmpjes van de snapping shrimp kun je hier vinden.

De springende shampoo.

Filmpjes van de springende shampoo kun je hier vinden.

Als u thuis in bad zit en u ziet belletjes om u heen, denkt u daar dan ook natuurkundig over na?

Ja, natuurlijk! Dat is niet te verkomen denk ik. Als je in de natuurkunde onderzoek doet, dan vraag je jezelf vaak af hoe iets precies komt of in elkaar zit. Dus als ik belletjes zie, zoals in bad of in een wat ingewikkeldere vloeistof zoals shampoo, dan ga je er automatisch wel over nadenken. Dat kun je niet uitschakelen.

Werkt u veel samen met het bedrijfsleven?

Ja, dat gebeurt wel. We hebben bijvoorbeeld een samenwerking met Océ die voor hun inktjet-printers geïnteresseerd zijn in belletjes. Dat komt voor beide kanten goed uit, maar ik denk niet dat je dat altijd kunt afdwingen. Als de overheid eist dat je experimenten voor de industrie moet doen, waar de industrie dan misschien bereid voor is een financiële bijdrage voor te doen, dan ben je bezig met productverbetering maar beslist niet met innovatie. Innovatie komt uit fundamenteel onderzoek en dat heb ik ook duidelijk geprobeerd te maken in mijn Spinoza-rede met het volgende statement:

"In het bijzonder hoop ik met de genoemde voorbeelden duidelijk gemaakt te hebben hoe belangrijk en essentieel het stimuleren van fundamenteel onderzoek is voor innovatie. Welke kant vernieuwend onderzoek op gaat weet men niet aan het begin van de rit. Als men precies terechtkomt waar men verwacht had, is de kans groot dat het onderzoek saai was. Zou het voor elk onderzoeksproject een eis worden middelen uit het bedrijfsleven te verwerven, dan krijgt men misschien productverbetering, maar beslist geen innovatie."

Heel veel van de onderzoeken die we hier met de vakgroep hebben gedaan hebben veel toepassingsgebieden gevonden die van tevoren totaal onvoorspelbaar waren. De theorie van sonoluminescentie bijvoorbeeld: onderwater akoestiek, de inktjet samenwerking met Océ, medische toepassingen van de belletjes, die zijn allen uit sonoluminescentie voortgekomen.

Had u in uw jeugd ook al een interesse voor de wetenschap?

Bij mij was het altijd al duidelijk dat ik de wetenschap in zou gaan. Dat komt eigenlijk door twee dingen. Ten eerste en in het bijzondere vond ik de wetenschap inderdaad heel interessant en ten tweede misschien ook door een gebrek aan andere zoals kunstzinnige of muzikale talenten. Tijdens hoorcolleges moet ik wel eens iets op het bord tekenen en daarbij excuseer ik mij altijd over de kwaliteit. Vaak heb ik dan het grapje gemaakt dat mijn kinderen het beter konden, maar tegenwoordig kunnen mijn kinderen van vijf en zeven het écht al beter!
Mijn ouders hebben mij ook wel gestimuleerd. Mijn vader heeft chemische stoffen voor mij gekocht die ik nooit mijn eigen kinderen zou geven, omdat hij heel veel vertrouwen in mijn stelde. Zo had ik uiteindelijk een uitstekend scheikundelab in de kelder van het huis, wat ik mijn kinderen nooit zou toestaan omdat het toch wel vrij gevaarlijk was.

Daar is nooit iets mee misgegaan?

(lachend) Nou, er is nooit iets ontploft. Dat vond ik ook niks trouwens: ontploffingen en explosies, die waren me te gevaarlijk. De meeste experimenten die ik daar deed waren analyse experimenten. We hadden een beekje in de buurt en dan analyseerde ik bijvoorbeeld wat voor zware metalen daarin voorkwamen.

Als u vroeger scheikunde zo interessant vond, heeft u er dan nooit over getwijfeld om scheikunde te studeren?

Jawel, ik ben ook een tijd echt van plan geweest scheikunde te studeren. Op een gegeven moment heb ik met een Duitse ploeg aan een trainingskamp voor scheikunde meegedaan. Dat hield in dat je de hele dag in een interessant lab stond met organische proeven. Maar die organische gassen die stonken zo erg, dat na het trainingskamp de hele Duitse ploeg heeft besloten om geen scheikunde, maar wel natuurkunde te studeren! Bovendien voelde ik mij toch meer aangetrokken tot theorie en wilde ik niet de hele dag in een lab experimenten staan doen. Zodoende heb ik dus toch voor natuurkunde gekozen.

Probeert u uw eigen kinderen te motiveren voor de wetenschap?

Ja, dat vind ik heel belangrijk. Laatst heb ik met mijn kinderen bijvoorbeeld met inkt van citroensap geschreven. Wat er dan geschreven is kun je niet zien, maar als je het verhit vinden er chemische reacties plaats waardoor de kleur van de inkt verandert waardoor je het wel kunt lezen. Dat vonden ze hartstikke leuk. En ik neem ze ook wel eens mee naar de experimenten hier in de vakgroep, dat vinden ze ook geweldig.
Laatst hebben we hier zelfs de kinderen van groep zeven en acht van de basisschool van mijn kinderen gehad. We hadden toen verschillende experimenten bedacht die ze konden doen. Zo hadden we een ballon gevuld met water die ze konden doorprikken en zelf opnemen met de hogesnelheidscamera, een miniatuurzweeftrein die ze konden bekijken en maïzena waar ze mee konden knoeien. Op die leeftijd is het belangrijk om ze te motiveren voor de wetenschap. Als ze veertien of vijftien zijn dan vinden vele helaas natuurkunde al minder interessant.

Kinderen van de basisschool aan de slag met proefjes bij TNW- UTwente onder toeziend oog van professors Lohse en Wessling.


De website van professor van Lohse.

Het juryrapport van de NWO en de Spinozarede van professor Lohse zijn hier te vinden bij de winnaars van 2005.