donderdag 31 december 2015

Mijn favoriete boek van 2015

Normaal maak ik geen eindejaarslijstjes voor het beste dit of het beste dat. Maar dit jaar heb ik een boek gelezen dat smeekte om een vermelding.

Het is een indrukwekkend werk. Niet qua volume, want het telt amper 80 bladzijden. Het boekje oogt heel mooi, een harde cover met koperkleurige opdruk:

Seven Brief Lessons on Physics door natuurkundige Carlo Rovelli.



Omdat ik de Nederlandse vertaling niet onmiddellijk vond, kon ik het niet laten om meteen zelf het eerste hoofdstuk ("De eerste les") te vertalen. Die gaat over de algemene relativiteitstheorie. Klik hier voor deze vertaling.

Het boekje is redelijk toegankelijk. Je moet geen natuurkundige zijn om het te kunnen verstaan.  

Waarover gaat het? Over de relativiteitstheorieën, kwantummechanica en kosmologie. Wat is dit universum? En wat zijn de elementaire bouwstenen? Het geeft een beschrijving wat de inzichten van de laatste honderd jaar.

Waarom vond ik het boekje zo geweldig? In elk hoofdstuk had ik enkele aha-ervaringen.

  • Gaandeweg krijg je het inzicht dat de wereld zoals wij die wij waarnemen een zeer beperkte en vervormde weergave is van de werkelijkheid. 
  • Het geeft ook aan dat een open geest absoluut vereist is om vooruitgang te boeken in wetenschap. In het verleden zijn heel wat dogma's gesneuveld. In de toekomst zal dat niet anders zijn.
  • Vanuit puur natuurkundig standpunt kun je niet anders dan besluiten hoezeer alles met alles verbonden is. Een boodschap die op dit ogenblik meer dan ooit van toepassing is.
Afgelopen dagen een boekenbon gekregen onder de kerstboom? Voilà, hier een warme suggestie.

Meer info

Fnac: 
  • Zeven korte beschouwingen over natuurkunde, zie hier
  • Seven Brief Lessons on Physics, zie hier
Bol.com
  • Voor alle beschikbare publicaties van Carlo Rovelli, klik hier


zondag 22 november 2015

Gebruiksvriendelijke parkeermeters in Brussel centrum

Gisteren was ik voor een boodschap in Brussel. Ik twijfelde even of ik wel zou gaan, want er was een ernstig terreuralarm. Vermits ik geen grote massa opzocht, begreep ik dat een bezoek wel veilig en vlot zou verlopen. En dat was ook zo. De stad was leeg en er was parking zat.

Alleen dat parkeren verliep niet zo vlot. Tenminste mijn confrontatie met de parkeermeter was lichtelijk problematisch. Blijkbaar zijn de vroegere exemplaren onlangs vernieuwd. Er staat nu een klavier op met het volledige alfabet. "Wat moet ik daarmee?" vroeg ik mij onmiddellijk af.



Ik laat mij niet makkelijk imponeren door techniek. Integendeel. Iemand die mij een beetje kent, weet dat techniek mij zelfs boeit. Als burgerlijk ingenieur computerwetenschappen, geef ik uit principe niet gauw op, vooral als het specifiek over computers gaat. Al geef ik wel toe dat ik extra gevoelig ben voor gebruiksgemak, omdat user interfaces toevallig wel een van mijn specialiteiten was toen ik nog computerprogramma's ontwierp.

Maar jongens! Wat een gedrocht! Ik heb echt even getwijfeld om mijn parkeerkaart te leggen. Immers er staat ergens aangeduid dat je je parkeerkaart mag leggen bij defect. Dit is duidelijk een voorbeeld van een product dat niet af is. Het is ook het levende bewijs dat je voor zo'n toestellen een professional nodig hebt op gebied van gebruikersinterface.

Het eerste wat mij opviel aan het toestel, was het alfanumeriek klavier. En het tweede is wellicht het nummer van het toestel. In mijn geval 527. Het overdondert allemaal: er is een scherm dat zwart is wanneer je aankomt, een klavier met onderaan allemaal gekleurde knoppen, een aanduiding waar het ticket uitkomt en dan het paarse label met daaraan het nummer in het groot. Overdonderend. Wat ik eerst moet zien, zie ik nu pas bij het schrijven van deze tekst wanneer ik de foto analyseer. Ik moet op een startknop drukken. Alhoewel. Duidelijk is het ook weer niet, want te tekening van de startknop stemt niet overeen met de startknop op het klavier.

En dat gaat zo maar verder. Uiteindelijk kreeg ik een scherm voorgeschoteld vol teksten in het Frans. Onderaan op het scherm staan de andere talen ook vermeld, voorafgegaan door een pijl die naar rechts wijst. Ik dus op zoek naar een pijl op het scherm (niet nodig, want het is geen touch screen) en op het toetsenbord (vond ik niet, maar een is wel een pijl naar links. Fout! dit is de correctie toets, het beeld verdwijnt! Gelieve opnieuw te beginnen!)

Opeens ontdekte ik een toets met twee vlaggetjes. "Stond die toets ook niet op de vorige parkeermeters?" Ja! Ik drukte erop, en het toestel toonde een Nederlandstalig scherm. Oef. Je moet het maar zien. En je moet het dan ook nog door hebben.

Echter omdat mijn zoektocht nog niet gedaan was, heb ik nog verschillende keren op dit knopje moeten drukken omdat het toestel standaard eerst in het Frans werkt.

Al snel had ik een ticketje om 15 minuten gratis te parkeren. Maar dat was niet wat ik nodig had. Toen ontdekte ik dat het toestel geen munten aanvaardt. Weeral frustratie.,want de vorm van het toestel geeft duidelijk aan waar die muntontvanger hoort te zitten. Alleen hebben ze er nu een stop op gezet.

Ik weet niet meer wat ik precies gedaan heb, maar toen vroeg het toestel mijn nummerplaat. En toen herinnerde ik mij van andere parkeermeters in een andere stad, dat ik misschien geen ticketje hoef te leggen. Die vroegere ervaring hielp mij.

Na nog wat geklungel, kon ik eindelijk die plus-knop gebruiken. Daarvan had ik wel door dat ze diende om de parkeerduur in te stellen.

Na heel wat geklungel is het mij dus toch gelukt. Maar hoe kan een gewone sterveling zonder IT-achtergrond daar nu aan uit? Even later hoorde ik de bevestiging. Het was blijkbaar ook al een onderwerp op TV Brussel geweest.

Mijn boodschappen duurden helaas wat langer dan gepland. Dus, moest ik weer de hele tocht naar mijn auto afleggen om extra parkeertijd  te kopen. Niet leuk, want het regende ondertussen, en ik was er niet op gekleed.

Ondanks mijn eerste ervaring, heb ik weer moeten zoeken en proberen en -- gelukkig -- uiteindelijk toch gevonden.

Een klein uurtje later reed ik terug naar huis via Schaarbeek. Daar zag ik ook parkeermeters: SMS "nummerplaat SCH01" naar 4411 las ik vanuit de wagen. Zo eenvoudig kan het! Zo gebeurt het ook in Antwerpen en heel wat andere steden. Bovendien met dit systeem had ik nog een half uur uitgespaard, want je hoeft nooit terug te stappen om munten bij te voegen. (Euh, gelieve enkel met kaart te betalen) En je betaalt precies voor de tijd dat je parkeert. (SMS "Q" naar 4411)

zaterdag 7 november 2015

Algemene relativiteitstheorie, de mooiste van alle theoriën

Uit Sette brevi lezioni di fisica door Carlo Rovelli. In het Engels vertaald als Seven Brief Lessons on Physics (Zeven korte beschouwingen over natuurkunde).

Het boek is telt amper een tachtigtal bladzijden, en beschrijft in een toegankelijke taal de huidige status van onze kennis over natuurkunde.


Carlo Rovelli is een natuurkundige die belangrijke bijdragen heeft geleverd aan de fysica van ruimte en tijd. Hij heeft gewerkt in Italië en de VS, en leidt momenteel de kwantumzwaartekracht onderzoeksgroep van het Centre de Physique Théorique in Marseille (Frankrijk). De teksten verschenen aanvankelijk als columns in de cultuurbijlage in de Italiaanse krant Il Sole 24 Ore.

Het boek is  werd ondertussen al in meer dan twintig talen vertaald. Aanvankelijk vond ik niet onmiddellijk een Nederlandse vertaling. Omdat ik er zo enthousiast was, kon ik het niet laten om het eerste hoofdstuk te vertalen in het Nederlands. Het boek bestaat uit zeven hoofdstukken. De zes eerste hoofdstukken behandelen telkens een domein van de natuurkunde. Het laatste hoofdstuk is een conclusie. Deze "lessen", zoals de auteur ze noemt, zijn eerder verschenen als column in de Italiaanse krant
Il Sole 24 Ore.

Ondertussen heb ik de Nederlandse vertaling wel gevonden. Weliswaar enkel in papieren formaat. (zien onderaan)

Cover art

De eerste les

De mooiste van alle theorieën


Tijdens zijn jeugd spendeerde Albert Einstein een jaar aan doelloos lanterfanten. Je komt nooit ergens als je nooit tijd verliest - iets wat helaas heel wat ouders met tieners vaak blijken te vergeten. Hij was in Pavia [in het noorden van Italië, 25 km ten zuiden van Milaan]. Hij was teruggekeerd naar zijn familie nadat hij zijn studies in Duitsland had afgebroken. Hij kon het strenge regime niet aan. Het was het begin van de twintigste eeuw, en de industriële revolutie begon in Italië. Zijn vader, een ingenieur, installeerde de eerste elektriciteitscentrale in de Povlakte. Albert las Kant en volgde af en toe lessen aan de Universiteit van Padua [waar onder andere Galileo Galilei ooit les heeft gegeven]: voor het plezier, zonder zich in te schrijven en zonder aan examens te denken. Zo ernstig kunnen wetenschappers zijn.

Daarna schreef hij zich in aan de Universiteit van Zurich, en legde hij zich volledig toe op de studie van natuurkunde. Enkele jaren later, in 1905, stuurde hij drie artikelen naar het meest gerenommeerde wetenschappelijk tijdschrift van die tijd, het Annalen der Physik. Elk verdiende een Nobelprijs. Het eerste toonde aan dat atomen echt bestaan. Het tweede legt de basis voor kwantummechanica, wat onderwerp is van de volgende les. Het derde beschrijft zijn eerste relativiteitstheorie (beter bekend als "speciale relativiteit"), de theorie die aan het licht brengt dat tijd niet voor iedereen identiek voortschrijdt: er ontstaat een leeftijdsverschil tussen tweelingen wanneer een van hen aan een bepaalde snelheid beweegt.

Op slag werd Einstein een vermaard wetenschapper en kreeg hij werkaanbiedingen bij verschillende universiteiten. Echter een ding zat hem dwars: ondanks zijn onmiddellijke bijval, was er iets wat niet klopte rond zwaartekracht, namelijk hoe voorwerpen vallen. Hij kwam tot dit inzicht toen hij een artikel schreef waarin hij zijn theorie samenvatte, en hij zich begon af te vragen of de wet van "universele zwaartekracht" zoals Isaac Newton, de grondlegger van de natuurkunde het zelf noemde, aan herziening toe was om het verenigbaar te maken met het concept van relativiteit. Hij verdiepte zich helemaal in het probleem. Het zou tien jaar duren om de oplossing te vinden. Tien jaar van dolgedraaide studie, pogingen, fouten, verwarring, foute artikels, briljante ideeën, onjuiste ideeën.

Uiteindelijk, in november 1915, publiceerde hij een artikel dat de volledige oplossing beschreef: een nieuwe zwaartekrachttheorie, die hij de "algemene relativiteitstheorie" noemde, zijn meesterwerk en "mooiste van alle theorieën", volgens de prominente Russisch natuurkundige Lev Landau.

Er zijn absolute meesterwerken die ons intens ontroeren: het Requiem van Mozart, Odyssee van Homerus, de Sixtijnse kapel, King Lear. Om hun pracht ten volle te kunnen waarderen, vergt dit heel wat studie, maar de beloning is pure schoonheid - en dit is niet alles, het doet ons zelfs de wereld vanuit een ander perspectief bekijken. Einsteins parel, de algemene relativiteitstheorie is een meesterwerk van die orde.

Ik herinner mij de opwinding die ik voelde toen ik er iets van begon te begrijpen. Het was zomer. Ik was aan het zonovergoten mediterraanse strand van Condofuri in Calabrië [helemaal aan de tip van het zuiden van Italië], het was mijn laatste jaar als student. Niet afgeleid door het schoolse, studeert men het best tijdens vakanties. Ik studeerde met de hulp van een boek dat aan de randen was afgeknaagd door muizen, omdat ik het 's nachts gebruikte om de gaten te blokkeren van die arme wezentjes in het vervallen, hippie-achtige huis op een Umbrische heuvel waar ik vroeger een toevlucht nam tegen de verveling van de colleges aan de universiteit van Bologne. [De oudste universiteit van Europa, in het noorden van Italiê] Af en toe keek ik boven mijn boek uit en keek ik naar de schitterende zee:  ik had de indruk dat ik eigenlijk naar Einsteins kromming van ruimte en tijd keek.

Het was als magie: alsof een vriend een buitengewone verborgen waarheid in mijn oor fluisterde, de plotse ontsluiering van een werkelijkheid van een eenvoudiger, diepere orde.  Sinds we ontdekten dat de aarde rond is en draait zoals een dolgedraaide tol, hebben wij geleerd dat de realiteit anders is dan wij ze ervaren: iedere keer wij een glimp opvangen van een nieuw aspect, is dit een diep emotionele ervaring. Een andere sluier is gevallen.

Maar vergeleken met de vele sprongen voorwaarts in de wetenschap in de loop van de geschiedenis, is die van Einstein misschien wel ongeëvenaard. Waarom?

In de eerste plaats omdat, eenmaal je het principe verstaat, de theorie van een adembenemende eenvoud getuigt. Ik vat de theorie samen.

Newton heeft gepoogd een verklaring te vinden waarom voorwerpen vallen en planeten draaien. Hij veronderstelde dat er een kracht was die voorwerpen elkaar deed aantrekken, en hij noemde aantrekkingskracht. Hoe die kracht uitgeoefend werd op voorwerpen die op een afstand van elkaar verwijderd waren, zonder dat er iets tussen, was onbekend - en de grote grondlegger van hedendaagse wetenschap was voorzichtig om hiervoor een verklaring te formuleren. Newton veronderstelde dat voorwerpen zich in de ruimte bewogen, en dat ruimte een grote container was, een grote doos dat het universum omvat, een immense structuur waar alle voorwerpen zich in bewegen tot een kracht ze dwingt om hun baan af te buigen. Waarvan deze "ruimte" gemaakt was, kon Newton niet verklaren. Maar enkele jaren voor Einstein geboren werd, voegden twee grote Britse wetenschappers, Michael Faraday en James Maxwell, een sleutelingrediënt toe aan Newtons koude wereld: het elektromagnetisch veld. Dit veld is iets wat bestaat, overal verspreid, radiogolven draagt, ruimte vult, kan trillen en oscilleren zoals de oppervlakte van een meer, en "vervoert" de elektrische kracht. Al van in zijn jeugd was Einstein gefascineerd door dit elektromagnetisch veld dat de rotoren deed draaien in de elektriciteitscentrales die zijn vader bouwde, en zo kwam hij tot het inzicht dat zwaartekracht, zoals elektriciteit, overgebracht werd via een veld: een "gravitatieveld", gelijkaardig aan een "elektrisch veld". Hij probeerde te verstaan hoe dit "gravitatieveld" werkt, en hoe het in formules kan gegoten worden.

Het is op dit punt dat een merkwaardig idee in hem opkwam, een vlaag van pure genialiteit: het gravitatieveld is niet verspreid in de ruimte, het gravitatieveld is de ruimte zelf. Dit is het principevan de algemene relativiteitstheorie. Newtons "ruimte" waarin voorwerpen zich voortbewegen, en het "gravitatieveld" zijn een en hetzelfde.

Dit is een moment van verlichting. Een gewichtige vereenvoudiging van de wereld: ruimte is niet langer iets wat losstaat van materie, het is een van materiaaleigenschappen van de wereld. Het is iets wat golft, buigt, kromt en draait. Wij zitten niet vervat in een onzichtbare starre infrastructuur: wij zijn opgenomen in een gigantische flexibele slakkenschelp. De zon buigt de ruimte rond zich, en de aarde draait er niet rond omdat er een mysterieuze kracht is, maar omdat ze racet in een ruimte die afbuigt, zoals een knikker rolt in een trechter. Er worden geen geheimzinnige krachten gegenereerd in het centrum van de trechter, het is de gebogen natuur van de wanden die zorgt dat de knikker rolt. Planeten cirkelen rond de zon en voorwerpen vallen omdat de ruimte buigt.

Hoe kunnen wij die kromming van de ruimte beschrijven? De meest vooraanstaande wiskundige van de negentiende eeuw, Carl Friedrich Gauss, die soms de koning van de wiskunde wordt genoemd, had een formule geschreven die een tweedimensionaal golvend oppervlak beschrijft, zoals een de oppervlakten van heuvels. Toen heeft hij aan een getalenteerde student van hem gevraagd om de theorie te veralgemenen voor ruimtes in drie of meer dimensies. De student in kwestie, Bernhard Riemann heeft een indrukwekkend proefschrift geproduceerd, dat volkomen nutteloos leek. De conclusie van thesis van Riemann was dat de eigenschappen van een gekromde ruimte worden vervat zitten in  een welbepaald wiskundig object, dat we vandaag kennen als de krommingstensor van Riemann, en wij voorstellen meet de letter R. Einstein schreef een formule die zegt dat R equivalent is met de energie van materie. Met andere woorden: ruimte kromt waar materie is. Dat is het. De formule past op een halve lijn, meer niet. Een visie - dat ruimte kromt - werd een vergelijking.

Maar in die vergelijking schuilt een universum dat wemelt. En hier opent de magische rijkdom van de theorie de deur naar een fantasmagorische opeenvolging van voorspellingen die op geraaskal van een gek lijken, maar die stuk voor stuk waar bleken.

Om te beginnen, de vergelijking beschrijft hoe de ruimte buigt rond een ster. Door deze kromming draaien niet alleen de planeten rond de ster, maar licht beweegt niet langer in een rechte lijn, maar wijkt af. In 1919 werd deze afwijking gemeten, en de voorspelling gecontroleerd. Maar het is niet enkel ruimte die buigt, tijd buigt eveneens. Einstein voorspelde dat de tijd sneller gaat boven dan beneden, dichter bij de Aarde. Dit werd gemeten, en het bleek het geval te zijn. Indien een man die op zeeniveau heeft geleefd zijn tweelingbroer ontmoet die in de bergen heeft gewoond, zal hij vaststellen dat zijn broer lichtjes ouder is dan hem. En dit is nog maar het begin.

Wanneer een ster al zijn brandstof (waterstof) heeft verbrand dooft ze. Wat overblijft wordt niet langer ondersteund door de hitte van de verbranding en bezwijkt onder zijn eigen gewicht, tot een punt waar het de ruimte dermate buigt dat het keldert tot een feitelijk gat. Dit zijn de fameuze zwarte gaten. Toen ik studeerde aan de universiteit werden ze beschouwd als nauwelijks geloofwaardige voorspellingen van een esoterische theorie. Vandaag worden ze bij honderden waargenomen in de ruimte, en worden ze in detail bestudeerd door astronomen.

Maar dit is niet alles. De hele ruimte kan uitzetten of krimpen. Bovendien, de vergelijking van Einstein toont dat de ruimte niet stil kan staan, het moet uitzetten. In 1930 werd de uitdeining van het heelal gemeten. Dezelfde vergelijking voorspelt dat de uitdeining veroorzaakt moet zijn door een explosie van een jong, extreem klein en extreem heet universum: wat we nu kennen als de Big Bang. Opnieuw, niemand geloofde dit aanvankelijk, maar het bewijs werd geleverd toen de kosmische achtergrondstraling werd waargenomen, de diffuse schittering die overblijft van de hitte die veroorzaakt werd door die oorspronkelijke explosie. De voorspelling die uit Einsteins vergelijking voortvloeide, bleek te kloppen. En verder nog, deze theorie stelt dat de ruimte beweegt als de oppervlakte van de zee. De effecten van deze "gravitatiegolven" worden in het heelal waargenomen op binaire sterren, en komen overeen met de voorspellingen van de theorie zelfs tot de verbazingwekkende precisie van één miljardste. En zo verder.

Kortweg, de theorie beschrijft een kleurrijke en verbazingwekkende wereld waar universa ontploffen, ruimte ineenstort in een bodemloos gat, tijd verzakt en vertraagt in de nabijheid van een planeet, en de onbegrensde uitbreidingen van de interstellaire ruimte rimpelen en zwaaien zoals zeeoppervlakte... En dit alles kwam geleidelijk uit een boek waar de muizen aan geknaagd hebben, het was geen verzinsel verteld door een idioot in een vlaag van waanzin, of een hallucinatie veroorzaakt door de Mediterraanse verschroeiende zon van Calabrië en zijn oogverblindende zee. Het was werkelijkheid.

Of beter, een glimp van de werkelijkheid, een heel klein beetje minder gesluierd dan onze wazige en en onze gewone alledaagse kijk. Een werkelijkheid die lijkt gemaakt van hetzelfde materiaal waarvan onze dromen zijn gemaakt, maar die daarentegen echter is dan onze alledaagse versluierde dromen.

Dit is allemaal het resultaat van een elementaire intuïtie: dat ruimte en zwaartekrachtveld een en hetzelfde zijn. En van een eenvoudige vergelijking waaraan ik niet kan weerstaan om ze hier neer te schrijven, ook al zal je ze vrijwel zeker niet kunnen ontcijferen. Maar misschien zal iemand die ze leest wel de wonderlijke eenvoud kunnen appreciëren:

Rab − ½ R gab = Tab

Dat is het.

Je moet natuurlijk de wiskunde van Riemann studeren en verwerken om deze formule te kunnen lezen en gebruiken. Het vergt wat toewijding en inzet. Maar minder dan nodig om de ijle schoonheid van een laat Beethoven strijkkwartet te waarderen. In beide gevallen is de beloning pure schoonheid, en een nieuwe blik op de wereld.

---

Meer over het boek:

Ik heb ook een papieren exemplaar gekocht. Het is een prachting afgewerkt boekje. Ik heb het gevonden in Fnac Leuven.


Je kan de Nederlandse vertaling ook verkrijgen bij Fnac. Klik hier voor meer info.






Algemene relativiteitstheorie, de mooiste van alle theoriën

Uit Sette brevi lezioni di fisica door Carlo Rovelli. In het Engels vertaald als Seven Brief Lessons on Physics (Zeven korte beschouwingen over natuurkunde).

Het boek is telt amper een tachtigtal bladzijden, en beschrijft in een toegankelijke taal de huidige status van onze kennis over natuurkunde.


Carlo Rovelli is een natuurkundige die belangrijke bijdragen heeft geleverd aan de fysica van ruimte en tijd. Hij heeft gewerkt in Italië en de VS, en leidt momenteel de kwantumzwaartekracht onderzoeksgroep van het Centre de Physique Théorique in Marseille (Frankrijk). De teksten verschenen aanvankelijk als columns in de cultuurbijlage in de Italiaanse krant Il Sole 24 Ore.

Het boek is  werd ondertussen al in meer dan twintig talen vertaald. Aanvankelijk vond ik niet onmiddellijk een Nederlandse vertaling. Omdat ik er zo enthousiast was, kon ik het niet laten om het eerste hoofdstuk te vertalen in het Nederlands. Het boek bestaat uit zeven hoofdstukken. De zes eerste hoofdstukken behandelen telkens een domein van de natuurkunde. Het laatste hoofdstuk is een conclusie. Deze "lessen", zoals de auteur ze noemt, zijn eerder verschenen als column in de Italiaanse krant
Il Sole 24 Ore.

Ondertussen heb ik de Nederlandse vertaling wel gevonden. Weliswaar enkel in papieren formaat. (zien onderaan)

Cover art

De eerste les

De mooiste van alle theorieën


Tijdens zijn jeugd spendeerde Albert Einstein een jaar aan doelloos lanterfanten. Je komt nooit ergens als je nooit tijd verliest - iets wat helaas heel wat ouders met tieners vaak blijken te vergeten. Hij was in Pavia [in het noorden van Italië, 25 km ten zuiden van Milaan]. Hij was teruggekeerd naar zijn familie nadat hij zijn studies in Duitsland had afgebroken. Hij kon het strenge regime niet aan. Het was het begin van de twintigste eeuw, en de industriële revolutie begon in Italië. Zijn vader, een ingenieur, installeerde de eerste elektriciteitscentrale in de Povlakte. Albert las Kant en volgde af en toe lessen aan de Universiteit van Padua [waar onder andere Galileo Galilei ooit les heeft gegeven]: voor het plezier, zonder zich in te schrijven en zonder aan examens te denken. Zo ernstig kunnen wetenschappers zijn.

Daarna schreef hij zich in aan de Universiteit van Zurich, en legde hij zich volledig toe op de studie van natuurkunde. Enkele jaren later, in 1905, stuurde hij drie artikelen naar het meest gerenommeerde wetenschappelijk tijdschrift van die tijd, het Annalen der Physik. Elk verdiende een Nobelprijs. Het eerste toonde aan dat atomen echt bestaan. Het tweede legt de basis voor kwantummechanica, wat onderwerp is van de volgende les. Het derde beschrijft zijn eerste relativiteitstheorie (beter bekend als "speciale relativiteit"), de theorie die aan het licht brengt dat tijd niet voor iedereen identiek voortschrijdt: er ontstaat een leeftijdsverschil tussen tweelingen wanneer een van hen aan een bepaalde snelheid beweegt.

Op slag werd Einstein een vermaard wetenschapper en kreeg hij werkaanbiedingen bij verschillende universiteiten. Echter een ding zat hem dwars: ondanks zijn onmiddellijke bijval, was er iets wat niet klopte rond zwaartekracht, namelijk hoe voorwerpen vallen. Hij kwam tot dit inzicht toen hij een artikel schreef waarin hij zijn theorie samenvatte, en hij zich begon af te vragen of de wet van "universele zwaartekracht" zoals Isaac Newton, de grondlegger van de natuurkunde het zelf noemde, aan herziening toe was om het verenigbaar te maken met het concept van relativiteit. Hij verdiepte zich helemaal in het probleem. Het zou tien jaar duren om de oplossing te vinden. Tien jaar van dolgedraaide studie, pogingen, fouten, verwarring, foute artikels, briljante ideeën, onjuiste ideeën.

Uiteindelijk, in november 1915, publiceerde hij een artikel dat de volledige oplossing beschreef: een nieuwe zwaartekrachttheorie, die hij de "algemene relativiteitstheorie" noemde, zijn meesterwerk en "mooiste van alle theorieën", volgens de prominente Russisch natuurkundige Lev Landau.

Er zijn absolute meesterwerken die ons intens ontroeren: het Requiem van Mozart, Odyssee van Homerus, de Sixtijnse kapel, King Lear. Om hun pracht ten volle te kunnen waarderen, vergt dit heel wat studie, maar de beloning is pure schoonheid - en dit is niet alles, het doet ons zelfs de wereld vanuit een ander perspectief bekijken. Einsteins parel, de algemene relativiteitstheorie is een meesterwerk van die orde.

Ik herinner mij de opwinding die ik voelde toen ik er iets van begon te begrijpen. Het was zomer. Ik was aan het zonovergoten mediterraanse strand van Condofuri in Calabrië [helemaal aan de tip van het zuiden van Italië], het was mijn laatste jaar als student. Niet afgeleid door het schoolse, studeert men het best tijdens vakanties. Ik studeerde met de hulp van een boek dat aan de randen was afgeknaagd door muizen, omdat ik het 's nachts gebruikte om de gaten te blokkeren van die arme wezentjes in het vervallen, hippie-achtige huis op een Umbrische heuvel waar ik vroeger een toevlucht nam tegen de verveling van de colleges aan de universiteit van Bologne. [De oudste universiteit van Europa, in het noorden van Italiê] Af en toe keek ik boven mijn boek uit en keek ik naar de schitterende zee:  ik had de indruk dat ik eigenlijk naar Einsteins kromming van ruimte en tijd keek.

Het was als magie: alsof een vriend een buitengewone verborgen waarheid in mijn oor fluisterde, de plotse ontsluiering van een werkelijkheid van een eenvoudiger, diepere orde.  Sinds we ontdekten dat de aarde rond is en draait zoals een dolgedraaide tol, hebben wij geleerd dat de realiteit anders is dan wij ze ervaren: iedere keer wij een glimp opvangen van een nieuw aspect, is dit een diep emotionele ervaring. Een andere sluier is gevallen.

Maar vergeleken met de vele sprongen voorwaarts in de wetenschap in de loop van de geschiedenis, is die van Einstein misschien wel ongeëvenaard. Waarom?

In de eerste plaats omdat, eenmaal je het principe verstaat, de theorie van een adembenemende eenvoud getuigt. Ik vat de theorie samen.

Newton heeft gepoogd een verklaring te vinden waarom voorwerpen vallen en planeten draaien. Hij veronderstelde dat er een kracht was die voorwerpen elkaar deed aantrekken, en hij noemde aantrekkingskracht. Hoe die kracht uitgeoefend werd op voorwerpen die op een afstand van elkaar verwijderd waren, zonder dat er iets tussen, was onbekend - en de grote grondlegger van hedendaagse wetenschap was voorzichtig om hiervoor een verklaring te formuleren. Newton veronderstelde dat voorwerpen zich in de ruimte bewogen, en dat ruimte een grote container was, een grote doos dat het universum omvat, een immense structuur waar alle voorwerpen zich in bewegen tot een kracht ze dwingt om hun baan af te buigen. Waarvan deze "ruimte" gemaakt was, kon Newton niet verklaren. Maar enkele jaren voor Einstein geboren werd, voegden twee grote Britse wetenschappers, Michael Faraday en James Maxwell, een sleutelingrediënt toe aan Newtons koude wereld: het elektromagnetisch veld. Dit veld is iets wat bestaat, overal verspreid, radiogolven draagt, ruimte vult, kan trillen en oscilleren zoals de oppervlakte van een meer, en "vervoert" de elektrische kracht. Al van in zijn jeugd was Einstein gefascineerd door dit elektromagnetisch veld dat de rotoren deed draaien in de elektriciteitscentrales die zijn vader bouwde, en zo kwam hij tot het inzicht dat zwaartekracht, zoals elektriciteit, overgebracht werd via een veld: een "gravitatieveld", gelijkaardig aan een "elektrisch veld". Hij probeerde te verstaan hoe dit "gravitatieveld" werkt, en hoe het in formules kan gegoten worden.

Het is op dit punt dat een merkwaardig idee in hem opkwam, een vlaag van pure genialiteit: het gravitatieveld is niet verspreid in de ruimte, het gravitatieveld is de ruimte zelf. Dit is het principevan de algemene relativiteitstheorie. Newtons "ruimte" waarin voorwerpen zich voortbewegen, en het "gravitatieveld" zijn een en hetzelfde.

Dit is een moment van verlichting. Een gewichtige vereenvoudiging van de wereld: ruimte is niet langer iets wat losstaat van materie, het is een van materiaaleigenschappen van de wereld. Het is iets wat golft, buigt, kromt en draait. Wij zitten niet vervat in een onzichtbare starre infrastructuur: wij zijn opgenomen in een gigantische flexibele slakkenschelp. De zon buigt de ruimte rond zich, en de aarde draait er niet rond omdat er een mysterieuze kracht is, maar omdat ze racet in een ruimte die afbuigt, zoals een knikker rolt in een trechter. Er worden geen geheimzinnige krachten gegenereerd in het centrum van de trechter, het is de gebogen natuur van de wanden die zorgt dat de knikker rolt. Planeten cirkelen rond de zon en voorwerpen vallen omdat de ruimte buigt.

Hoe kunnen wij die kromming van de ruimte beschrijven? De meest vooraanstaande wiskundige van de negentiende eeuw, Carl Friedrich Gauss, die soms de koning van de wiskunde wordt genoemd, had een formule geschreven die een tweedimensionaal golvend oppervlak beschrijft, zoals een de oppervlakten van heuvels. Toen heeft hij aan een getalenteerde student van hem gevraagd om de theorie te veralgemenen voor ruimtes in drie of meer dimensies. De student in kwestie, Bernhard Riemann heeft een indrukwekkend proefschrift geproduceerd, dat volkomen nutteloos leek. De conclusie van thesis van Riemann was dat de eigenschappen van een gekromde ruimte worden vervat zitten in  een welbepaald wiskundig object, dat we vandaag kennen als de krommingstensor van Riemann, en wij voorstellen meet de letter R. Einstein schreef een formule die zegt dat R equivalent is met de energie van materie. Met andere woorden: ruimte kromt waar materie is. Dat is het. De formule past op een halve lijn, meer niet. Een visie - dat ruimte kromt - werd een vergelijking.

Maar in die vergelijking schuilt een universum dat wemelt. En hier opent de magische rijkdom van de theorie de deur naar een fantasmagorische opeenvolging van voorspellingen die op geraaskal van een gek lijken, maar die stuk voor stuk waar bleken.

Om te beginnen, de vergelijking beschrijft hoe de ruimte buigt rond een ster. Door deze kromming draaien niet alleen de planeten rond de ster, maar licht beweegt niet langer in een rechte lijn, maar wijkt af. In 1919 werd deze afwijking gemeten, en de voorspelling gecontroleerd. Maar het is niet enkel ruimte die buigt, tijd buigt eveneens. Einstein voorspelde dat de tijd sneller gaat boven dan beneden, dichter bij de Aarde. Dit werd gemeten, en het bleek het geval te zijn. Indien een man die op zeeniveau heeft geleefd zijn tweelingbroer ontmoet die in de bergen heeft gewoond, zal hij vaststellen dat zijn broer lichtjes ouder is dan hem. En dit is nog maar het begin.

Wanneer een ster al zijn brandstof (waterstof) heeft verbrand dooft ze. Wat overblijft wordt niet langer ondersteund door de hitte van de verbranding en bezwijkt onder zijn eigen gewicht, tot een punt waar het de ruimte dermate buigt dat het keldert tot een feitelijk gat. Dit zijn de fameuze zwarte gaten. Toen ik studeerde aan de universiteit werden ze beschouwd als nauwelijks geloofwaardige voorspellingen van een esoterische theorie. Vandaag worden ze bij honderden waargenomen in de ruimte, en worden ze in detail bestudeerd door astronomen.

Maar dit is niet alles. De hele ruimte kan uitzetten of krimpen. Bovendien, de vergelijking van Einstein toont dat de ruimte niet stil kan staan, het moet uitzetten. In 1930 werd de uitdeining van het heelal gemeten. Dezelfde vergelijking voorspelt dat de uitdeining veroorzaakt moet zijn door een explosie van een jong, extreem klein en extreem heet universum: wat we nu kennen als de Big Bang. Opnieuw, niemand geloofde dit aanvankelijk, maar het bewijs werd geleverd toen de kosmische achtergrondstraling werd waargenomen, de diffuse schittering die overblijft van de hitte die veroorzaakt werd door die oorspronkelijke explosie. De voorspelling die uit Einsteins vergelijking voortvloeide, bleek te kloppen. En verder nog, deze theorie stelt dat de ruimte beweegt als de oppervlakte van de zee. De effecten van deze "gravitatiegolven" worden in het heelal waargenomen op binaire sterren, en komen overeen met de voorspellingen van de theorie zelfs tot de verbazingwekkende precisie van één miljardste. En zo verder.

Kortweg, de theorie beschrijft een kleurrijke en verbazingwekkende wereld waar universa ontploffen, ruimte ineenstort in een bodemloos gat, tijd verzakt en vertraagt in de nabijheid van een planeet, en de onbegrensde uitbreidingen van de interstellaire ruimte rimpelen en zwaaien zoals zeeoppervlakte... En dit alles kwam geleidelijk uit een boek waar de muizen aan geknaagd hebben, het was geen verzinsel verteld door een idioot in een vlaag van waanzin, of een hallucinatie veroorzaakt door de Mediterraanse verschroeiende zon van Calabrië en zijn oogverblindende zee. Het was werkelijkheid.

Of beter, een glimp van de werkelijkheid, een heel klein beetje minder gesluierd dan onze wazige en en onze gewone alledaagse kijk. Een werkelijkheid die lijkt gemaakt van hetzelfde materiaal waarvan onze dromen zijn gemaakt, maar die daarentegen echter is dan onze alledaagse versluierde dromen.

Dit is allemaal het resultaat van een elementaire intuïtie: dat ruimte en zwaartekrachtveld een en hetzelfde zijn. En van een eenvoudige vergelijking waaraan ik niet kan weerstaan om ze hier neer te schrijven, ook al zal je ze vrijwel zeker niet kunnen ontcijferen. Maar misschien zal iemand die ze leest wel de wonderlijke eenvoud kunnen appreciëren:

Rab − ½ R gab = Tab

Dat is het.

Je moet natuurlijk de wiskunde van Riemann studeren en verwerken om deze formule te kunnen lezen en gebruiken. Het vergt wat toewijding en inzet. Maar minder dan nodig om de ijle schoonheid van een laat Beethoven strijkkwartet te waarderen. In beide gevallen is de beloning pure schoonheid, en een nieuwe blik op de wereld.

---

Meer over het boek:

Ik heb ook een papieren exemplaar gekocht. Het is een prachting afgewerkt boekje. Ik heb het gevonden in Fnac Leuven.


Je kan de Nederlandse vertaling ook verkrijgen bij Fnac. Klik hier voor meer info.






woensdag 17 juni 2015

Facebook en social media cruciaal bij US presidentsverkiezingen

Op 16 juni 2015, kort na de aankondiging door Jeb Bush dat hij de presidentskandidaat voor de Republikeinen wil worden, tweette Tom Van de Weghe een bericht waar hij verwees naar een artikel dat de dominante positie van Hillary Clinton bevestigde aan de hand van cijfermateriaal.

Tom Van de Weghe op Twitter:
"Hillary Clinton is crushing Jeb Bush on Facebook - Vox http://www.vox.com/2015/6/16/8791355/facebook-presidential-announcement” 
@tomvandeweghe, 16 juni 2015 19;46 (EST)

Sinds Qbama spelen sociale media meer dan ooit een cruciale rol bij de Amerikaanse presidentsverkiezingen. Obama was de man met de Blackberrry en Twitter. Als uiterst welbespraakt man, was Twitter een ideaal verlengstuk.

Hillary Clinton overklast momenteel al haar opponenten op de sociale media. Merkwaardig aan de campagne van Hilary, is de inzet van Facebook. Hillary kiest duidelijk voor een campagne tussen de mensen. Hiervoor is Facebook geschikter dan Twitter. Facebook is een platform met meer tweewegscommunicatie. Als ik even onder vrienden wil zijn, ga ik naar Facebook. Om nieuwtjes en opinies op te vissen, ga ik naar Twitter.

"Facebook is dood, leve Twitter", was misschien ooit een slogan en een wens, maar het is nooit correct gebleken. Ook andere platformen, zoals Instagram en Snapchat, hebben de fakkel nog niet overgenomen. Al behoren die twee laatsten ook bij de Facebook Group Inc.

Facebook goed inzetten in een reclamecampagne is niet eenvoudig. Heel vaak zie ik hoe het niet moet. De dooddoener is "Like onze pagina en maak kans op een gratis ..." Telkens wanneer Facebook toont "Jan houdt van Urban Outfitters", vraag ik mij af welke tombola Jan heeft overhaalde om deze voorkeur bekend te maken. Op den duur creëer je irritatie in plaats van toegevoegde waarde.

"Volg ons op Facebook." Bij veel organisaties een slogan. "Wij zijn mee met onze tijd!" hoor ik dan. Maar, hoe vaak doe jij dit? De belangrijkste informatie die ik nodig heb wanneer ik als consument tot consumptie wil overgaan ontbreekt vaak: openingsuren en de dichtstbijzijnde vestiging. 

Bovendien, mijn leverancier van lucifersdoosjes gaat toch niet verwachten dat ik hem ga volgen? Veel bedrijven updaten hun Facebookpagina nauwelijks. Begrijpelijk. Dit kost heel wat energie en geld, natuurlijk.

Op Facebook vind ik mijn vrienden en organisaties die mij na aan het hart liggen. Facebook kan je inzetten om meer betrokkenheid met je klanten te creëren. Dat vergt een flinke investering, maar je krijgt er ook heel wat voor terug: een relatie met je klant. Voor een producent van spijkers misschien niet echt zinvol. Maar voor een producent van bronwater, is het een kans om te promoveren tot life coach. Een onbekend watermerk als Chevron, kan transformeren tot een Bru, wat staat voor levensstijl. Dat noemen wij toegevoegde waarde. Hiervoor willen consumenten betalen. Hierdoor kan je je marges vergroten. En wordt die investering in social media winstgevend.

Dat Hillary voor Facebook kiest is logisch. Acht jaar geleden deed ze al eens een gooi naar het presidentiële ambt. Bij de voorverkiezingen moest ze het toen afleggen tegen de rijzende ster Obama. Het verschil was toen weliswaar bijzonder nipt, maar dezelfde fouten willen ze nu duidelijk niet meer maken:
 - De overwinning  als verzekerd ("granted") beschouwen
 - Te vroeg beginnen
 - Uit de hoogte communiceren,.

Bij zo'n campagne werft de Clintonmachine ook fondsen en medewerkers. Wat de fondsen betreft: een campagne kost een fortuin. Vroeger richtten kandidaten zich eerder tot organisaties en vermogenden en vroegen ze grote bedragen. Obama haalde bijzonder veel geld op door de minder vermogenden (lees ook: kleurlingen en zwarten) aan te spreken oen ze kleine bedragen te vragen. 

Via Facebook is Hilary niet alleen bezig met het vullen van een spaarpotje, ze is duidelijk een stevig campagneteam aan het opzetten. Via Facebook kan je volgen hoe ze een grote toer maakt door dit gigantisch land, zodat ze volgend jaar genoeg fans heeft die overal in het land van deur tot deur om haar stem kunnen dingen.

Hillary heeft beslist niet alleen fans. Ze verliest ook stemmen vanwege een hautain en bitchy imago. Door maanden aan een stuk stijlvol maar eenvoudig contact op te zoeken met de gewone Amerikaan, wil haar team dit imago beslist verzachten.

Facebook is dus zeker nog niet dood. En Facebook is ook niet het enige platform. Hillary vind je ook op Twitter, zodat de nieuwtjeszoeker ook gevoed wordt. Maar vandaag speelt Facebook een hoofdrol om een maximum aan engagement te creëren. 

Stel dat Hillary tot presidentskandidaat wordt gekozen voor de Democratische partij - wat vandaag bijzonder waarschijnlijk lijkt - zal ze dan blijven focussen op Facebook? Of mogen wij een meer presidentiële campagne verwachten die eerder gaat focussen op Twitter? En zal Hillary eieren leggen in het Snapchatmandje? Of kunnen wij haar volgen via Periscope of Meerkat? Ik ben alvast benieuwd. 

De communicatiestrategen bij de Clintons zullen hun plannen niet publiek maken. En die plannen zullen ook afhangen van de evolutie van de verschillende platformen. Via haar website zoekt Hillary specialisten op gebied van IT, mobiele en sociale communicatie. Niet alleen de computernerds die alles kennen over computertalen, netwerken en databases. Maar ook specialisten op gebied van big data. Zij moeten achterhalen welke doelgroepen in welke regio's ze moeten aanspreken, en hoe ze dit moeten doen: welke boodschappen via welke platformen. 

We gaan boeiende maanden tegemoet!


donderdag 4 juni 2015

De kracht van audio

In mijn vorige blogs had ik het over de opvolgers van HD en wanneer wij een doorbraak mogen verwachten. Daarin focuste ik op het beeld. Maar wat met geluid?

Jonas De Smet (https://twitter.com/glamorous_be) initieerde vandaag 4 juni 2015 een conversatie via Twitter door te reageren op mijn tweet "Wanneer breekt #4K door? Zoals @kodel terecht beweert, schakelt de consument sneller over dan de #mediaindustrie http://marcvandenbrande.blogspot.be/2015/06/wanneer-breekt-4k-door.html". Zijn antwoord: "Om dan nog te zwijgen van de overstap van 2.0 naar 5.1 geluid. Minder aandacht maar groot verschil voor gebruikers!"
In de conversatie die daarop volgt, pleit Jonas voor meer aandacht voor audio. Waarom hebben wij hier nog stereo (2.0), terwijl BBC in surround sound uitzendt (5.1). Met de inzet van surround sound heb je een veel intensere beleving pleit hij, "Spanning en drama kan ervan afdruipen," schrijft hij.



Jonas heeft gelijk. De sfeer in een film of tv-programma wordt voor een groot deel bepaald door het geluid. Het geluid is de goedkoopste component bij televisie. Maar ondanks dat, is het ook de post waar eerst bespaard wordt.

Surround sound 5.1. Een opstelling van 5 "gewone" boxen (links achter, links voor, midden, rechts voor en rechts achter) en één woofer, een box voor de diepe bassen. 

Terecht verwijst hij naar de BBC die heel wat programma's in surround sound uitzendt. In de UK zenden de grote zenders hun HD-kanalen uit in 5.1. Wat daarom niet wil zeggen dat de programma's in 5.1 afgewerkt zijn. Top Gear is bijvoorbeeld nog in stereo afgewerkt.

Niet alleen in de UK is de afwerking in 5.1, ook in Duitsland bijvoorbeeld.

Merk op: 5.1 wordt vaak al via HD-kanalen uitgezonden. Japan start over enkele jaren met uitzendingen in 8K UHD. Daar noemen ze deze standaard Super Hi-Vision. Ook het geluid krijgt een hele upgrade. Men schakelt over naar 22.2! Hierdoor krijg je een veel beter 3D-geluidsbeeld.



Meer over 22.2 kun je lezen in het artikel 22.2Multichannel Audio Format Standardization Activity, gepubliceerd door de NHK, de Japanse openbare omroep.

In de conclusie van dat artikel, voegt de auteur ook nog een fel pleidooi voor beter geluid:
"Mr. Ben Burtt is a legendary specialist of sound design who was involved in the sound design for the Star Wars and Indiana Jones series’ of movies. He has been responsible for sound effects on 12 Academy Award nominated movies and has himself received four Oscars. He was invited to speak at the AES 129th Convention17) held in San Francisco in November 2010 and had the following to say regarding the role of sound in the creation of video content:
- Sound gives CREDIBILITY to the image.
- Sound BINDS separate images together into a WHOLE.
- Sound creates a PLACE.
- Sound EXTENDS the place beyond frame.
- Sound enhances EMOTION.
- Sound enhances CHARACTER.
- Sound controls PACE.
- Sound makes TRANSITION.
- Sound COUNTERPOINTS images to give a separate message.
- Silence EMPOWERS the impact of sound"

Voilà ik heb alle argumenten opgesomd om bij de Vlaamse zenders te pleiten voor beter geluid. Als vertegenwoordiger van Studiotech hoor ik dat in principe ook te doen. Bij veel geluidspecialisten en audiofielen valt zo'n pleidooi ook in goede aarde. Zouden kijkers ook niet net iets meer kijken, als ze ervaren dat het programma meer impact heeft?

Met zo'n pleidooi, maak ik echter ook een aantal mensen die mijn na aan het hart liggen niet echt gelukkig. In Vlaanderen werken de mensen achter de grote zenders zich uit de naad om programma's op topniveau aan te bieden. Voor een productie als Belgium's Got Talent werden al heel wat registers fel opengetrokken: led-walls, een grote camera-kraan, een steadicam enz. De visuele afwerking was van topniveau. Het zou me niet verbazen indien de Belgische versie met kop schouders steekt boven de versies in de andere landen.

Vlaamse televisie is van een uitzonderlijk niveau. Vooral als je rekening houdt met de beperkte bevolkingsgroep. Wij zijn amper met 6 miljoen. Dat is nog niet eens de bevolking van Londen of Parijs. Als ik over surround sound spreek met verantwoordelijken bij televisiezenders of productiehuizen, zie ik een blik verstijven. Door de economische crisis, heeft de sector het nu heel moeilijk. "Wie gaat dat betalen?" hoor ik dan vragen. En de ogen kijken mij aan met de boodschap "Alsjeblieft, hou dit potje nog zo lang mogelijk dicht."

Als een tv-zender in surround sound wil uitzenden

  • Moet het zijn infrastructuur aanpassen. Zo'n investering is wel niet gigantisch, maar ze blijft wel groot.
  • De grote kostenpost zit in de productie van de programma's. Bij een captatie op verplaatsing moet er een extra regiewagen ingehuurd worden.
  • Voor de distributeurs is de impact het kleinst. Immers die distributeurs verdelen al programma's in surround sound.

Ik zou ook liever hebben dat de programma's in surround afgewerkt worden. Ik begrijp dat heel wat eigenaars van surround sound systemen, hetzelfde denken. Maar anderzijds begrijp ik ook de terughoudendheid van de Vlaamse televisiezenders die al een maximum aan kwaliteit proberen aan te bieden voor een hele kleine bevolkingsgroep.

woensdag 3 juni 2015

Wanneer breekt 4K door?

In de huis-, tuin- en keukenelektrozaaken kun je er niet meer naast kijken. De eerste 4K Ultra HD tv's zijn in aantocht. Wanneer mogen wij een doorbraak verwachten van de opvolger van Full HD? 

Meer over de opvolgers van HD, lees je in mijn blog Wat na HDTV? Hier vind je meer uitleg over termen zoals UHD, 4K, 8K, HFR en HDR.



Aanleiding van deze blog, is de reactie van Koen Delvaux op een fotoalbum die ik op Facebook gepost heb na de infonamiddag Beyond HD: overkill or not (georganiseerd door MediaNet Vlaanderen op VRT 21.05.2015). Koen is op Twitter een topinfluencer in België. Professioneel leeft zich nu volledig uit als innovator (lees: Head of Consumer Innovation) bij Proximus.

Zijn post:
Koen Delvaux Broadcast quality versus consumer quality zal eenzelfde evolutie kennen als binnen de rest van IT: vroeger hadden bedrijven geavanceerde computers en kon je thuis enkel met een homecomputer prutsen. Nu heeft een kantoormedewerker meestal een tragere PC met trager internet en minder toepassingen/mogelijkheden dan wat hij thuis privé ter beschikking heeft. Hetzelfde zullen we in de mediasector zien: we zullen al lang 8K HDR homevideos maken en bekijken nog voor de mediaindustrie naar 4K overgeschakeld is.

Koen heeft gelijk. Wanneer zullen 4K, 8K enz doorbreken? Dat kunnen wij natuurlijk niet exact voorspellen. Wel kunnen wij de factoren oplijsten die hierbij een rol spelen.

Om van een 4K homevideo te maken heeft een consument nodig:
  • een 4K camcorder,
  • een 4K scherm
  • en liefst ook nog een computerprogramma of een app om de opnames te monteren.
Iemand die 10 jaar geleden koos voor een HD consumentenvideocamera, kan nu voor een gelijkaardig prijs een 4K-model kopen. Idem voor 4K-schermen. En net als 10 jaar geleden heb je vandaag een pc nodig met flink wat brainpower onder te kap.

Kortom, een beetje videoliefhebber kan vandaag al dromen van een 4K-productie.

Wat houdt de broadcasters tegen om over te schakelen?

Voor een broadcaster spelen er meer factoren. 

  • er zijn wel al een tijdje camera's, maar studiocamera's zijn er nog maar net. Een 4K-camera is een flinke investering. Vooral de lenzen zijn duur. Wij spreken over bedragen in de orde van 100.000 euro. Lenzen zijn al een tijdje het duurste gedeelte, en de prijzen van lenzen hebben niet de trend om te dalen, wat bij camerabodies wel het geval is. 4K-lenzen moeten immers veel nauwkeuriger afgewerkt worden. Een (zoom)lens bevat fijne mechanica, en mechanica heeft niet de neiging in prijs te zakken.
  • een beeld uit een studio mag wel in 4K opgenomen worden, in die huiskamer zien wij dit beeld slechts in 4K als elke component in de volledige keten 4K compatibel is.
    • De keten van de cameralens tot aan het scherm in de huiskamer is veel langer en complexer en bestaat uit veel meer componenten. Al die componenten moeten geüpgrade worden (lees: vervangen) Wat zijn die componenten zoal? Het begint bij de camera, maar je hebt ook de opname- en weergaveapparatuur (de productieservers), de videomixers, de schriftvormers, de toestellen die ondertitels in beeld brengen, zendapparatuur (bijvoorbeeld voor live verslaggeving in een nieuwsuitzending), enz.
    • De consument moet zijn HDMI-kabels vervangen door een 4K HDMI-kabels, dit is een beperkte investering. Broadcasters gebruiken coax-kabels om video over te sturen. Voor HD gebruiken wij vandaag één coax-kabel voor één videosignaal. Voor één 4K-signaal worden nu 4 coax-kabels gebruikt. Dat betekent dat de talrijke verbindingen binnen de technische lokalen en tussen verschillende studio's en de eindregie verviervoudigen. Dit is ook een niet te onderschatten investering: je moet hiervoor nieuwe plannen maken, eventueel ruimtes of kabelgoten vergroten, en je moet de daguren tellen om al die verbindingen te vervangen.
    • Ik schrijf hier "broadcasters", maar eigenlijk spelen hier twee belangrijke partijen: de feitelijke broadcasters (de tv-zenders zoals VRT, Medialaan en SBS) en de distributeurs die de signalen verdelen (voornamelijk Telenet en Proximus). We zien pas 4K in de huiskamer als (1) de tv-zenders 4K willen produceren en (2) de distributeurs die 4K ook tot in de huiskamer willen afleveren. Die laatsten moeten ervoor zorgen dat de (honderduizenden) decoders 4K-compatibel zijn en zij moeten ook voldoende bandbreedte voorzien om die veel grotere beelden door te sturen.
  • voor de tv-zenders zijn het nu moeilijke tijden. Door de economische crisis adverteren bedrijven veel minder, en ze adverteren nu ook vaker op het internet. Hierdoor hebben ze het lastiger om aan de nodige middelen te geraken. Een opstap naar 4K is daarom niet evident. Ook al is het technisch mogelijk, tv-zenders gaan pas investeren als daar een meerwinst tegenover staat.
    • Vermits kijkers nu ook vaker via gsm of tablet naar programma's kijken, vragen tv-zenders zich het nut af van een upgrade. Mensen kijken naar kleinere schermen in plaats van naar grotere schermen. Dat is een argument dat ik het laatste jaar nu niet meer hoor, want de laatste smartphones hebben een Full HD scherm, en de nieuwste tablet hebben grotere resoluties dan Full HD.
    • We moeten het toegeven, het is niet goed te zien of een beeld nu 4K is of Full HD. Wij hebben dat eerder bij HD-schermen ook gezien. Mensen hadden vaak niet door dat ze naar een SD-beeld aan het kijken waren. Dit zet broadcasters niet aan om te investeren.
    • Vijf jaar geleden leek 3D de toekomst. Toen zijn broadcasters gaan investeren. 3D zit nu in de diepvries. Maar het gevolg is wel dat broadcasters sceptisch zijn tegenover 4K. Ze willen zeker zijn dat het geen hype is.
    • Broadcasters willen ook dat de technologie matuurder wordt. Niemand zal substantieel investeren in een infrastructuur met 4 kabels voor één signaal. En terecht. Er zijn oplossingen op de markt die dat kunnen vereenvoudigen. Wij zullen coaxkabels vervangen door netwerkverbindingen, en gebruik maken van IP. Evertz heeft al een volledige oplossing om videosignalen via IP volledig te transporteren. Bedrijven zoals Sony zijn bezig met producten te lanceren die rechtstreeks aan die IP-netwerken kunnen gekoppeld worden.

Bedrijven zoals Netflix hebben al 4K-producties in hun portfolio. House of Cards is een van die producties. Dit soort van leveranciers, kunnen 4K een boost geven. Als broadcasters zien dat consumenten om de Netflix-4K-kar willen springen, dan kan er wel opeens heel snel iets veranderen.

Als 8K eraan komt, zal de consument veel sneller overschakelen dan de broadcasters. De redenen zijn gelijkaardig als hierboven. Voor een consument is het technisch, financieel en politiek veel eenvoudiger. Wij verwachten wel dat broadcasters bij de upgrade naar 4K al rekening zullen houden met een toekomstige upgrade naar 8K. Daarvoor zit die IP-technologie er ook voor iets tussen.



Wanneer zullen wij nu overstappen naar 4K?
  • sommige grote zenders zijn de laatste stappen aan het zetten om van SD naar HD over te stappen. Bij VRT zijn nog niet alle programma's of programma-onderdelen in HD (zoals de reportages in Het Journaal). Tegen rond nieuwjaar 2016 zou alles moeten in HD zijn. (VRT is slechts een voorbeeld, geen alleenstaand geval)
  • Alle kleine zenders (o.a. de regionale zenders) werken meestal intern in HD, maar de distributeurs verdelen het slechs in SD. Dat heeft te maken met de totale capaciteit aan bandbreedte. Een overstap is pas voor binnen enkele jaren.
  • Wij verwachten in de huidige omstandigheden pas over een vijftal jaar de eerste stappen naar 4K. Indien de overstap even lang duurt als die van SD naar HD, dan zijn wij in 2030 nog niet helemaal rond. Echter, we moeten er ook rekening mee houden dat vernieuwing een proces is dat altijd maar sneller en sneller gaat. De overstap van de CD naar de DVD heeft langer geduurd dan de overstap van DVD naar Blu Ray. Een overstap van HD naar 4K zal daarom vermoedelijk sneller verlopen.

zondag 31 mei 2015

Wat na HDTV?


Nu HD stilaan ingeburgerd is, dienen er zich al opvolgers aan. Je hoeft je Full HDTV nog niet onmiddellijk naar het containerpark te brengen. Wij verwachten pas een doorbraak rond 2020 - 2025. 

HD Hdr Wallpaper

Vandaag zie je al 4K-schermen opduiken. Zij hebben vier keer zoveel beeldpunten als de Full HD schermen. Er dient zich zelfs al een volgende opvolger aan met nogmaals een viervoud aan punten: 8K. 

Maar er is meer dan het aantal beeldpunten. Ook de framerate (het aantal beelden per seconde) gaat best omhoog. En om echt een spectaculaire kwaliteitsverbetering te realiseren, kunnen wij best nog een aantal andere verbeteringen aanbrengen.


4K? 8K?

Full HD heeft twee opvolgers: 4K en 8K. 
  • Full HD: 1920 x 1080 (1920 puntjes horizontaal op 1080 lijnen)
  • 4K: 3840 x 2160 
  • 8K: 7680 x 4320



Vanwaar de naam? 4K heeft ongeveer 4000 puntjes op een lijn, 8K heeft ongeveer 8000 puntjes op een lijn.

De termen 4K en 8K worden nu vaak voor de televisieformaten gebruikt. Maar eigenlijk waren dit oorspronkelijk bioscoopformaten. Die bioscoopformaten zijn exact even hoog, maar wel ongeveer 5% breder.. Als er twijfel mogelijk is, schrijven wij 4K UHD en 8K UHD voor de televisieformaten.



Vanwaar het verschil? Er bestond voor cinema al 2K, en cinema 4K is exact dubbel zo hoog en dubbel zo breed. 4K UHD is dan exact dubbel zo hoog en dubbel zo breed als Full HD. De twee 8K varianten zijn exact twee keer zo hoog en twee keer zo breed als hun 4K varianten.

Waarom behoudt men die verschillen? Om met 4K formaten te werken, knipt men nu vaak de beelden op in 4 kwadranten. Zo krijg je exact 4 keer 2K (voor cinema) or 4 keer Full HD (voor televisie). 4K-apparatuur kan dan vaak gemaakt worden door de 4 kwadranten simultaan in parallel door 2K of Full HD apparatuur te sturen. 

Bijvoorbeeld een 4K UHD beeldmixer splitst intern het beeld op in 4 gelijke kwadranten. Elk van die kwadranten wordt dan parallel door een Full HD mixer gestuurd. Een tv-zender die investeert in een 4K-mixer, kan zijn investering ook inzetten voor HD-producties. Bovendien vergroot de capaciteit dan met factor 4: het aantal video-inputs vergroot met een factor 4, hetzelfde geldt voor het aantal outputs, en bovendien vergroot het aantal mixeffecten ook met een factor 4.


Wordt het nu 4K of wordt het nu 8K?

In Europa en Amerika kiest men eerst voor 4K om later (eventueel) over te schakelen naar 8K. In Japan en Zuid-Korea kiest men onmiddellijk voor 8K. De Japanse openbare omroep is al jaren een grote voortrekker van 8K. De overheid legt er dan ook 8K op als standaard. Er is zelfs al een parcours uitgetekend. In 2018 beginnen de eerste uitzendingen. Wij verwachten dat de Olympische Spelen van 2020 in Tokyo volledig in 8K gecapteerd zullen worden.

Waarom verschillen in aanpak? Japan kiest voor een vermarkting van een technologie waar het zelf het het meest onderzoek naar heeft verricht. In Amerika en Europa is men voorzichtiger. Je moet al goed kijken om het verschil te zien tussen Full HD en 4K. Waarom nu al 8K aanbieden? Je hebt er een gigantisch scherm voor nodig. Bovendien kost 8K gigantisch veel meer. 

Op dit ogenblik is er eigenlijk nog niemand die ervaring heeft met het maken van 4K-televisie. Wij moeten nog heel wat leren. Bijvoorbeeld de cameravoering is anders: je zoomt meer uit en je laat de camera minder snel bewegen.

Bij 8K zal het verschil met HD televisie nog groter zijn. Dan volstaat misschien één camera om een voetbalmatch te capteren. Immers je ziet alles op en rond het veld tot in het fijnste detail op één groot scherm. Wanneer je met zo'n grote beeldformaten werkt, zal je de beeldwisseling wellicht een stuk langzamer moeten uitvoeren.


High Frame Rate (HFR)

Bij full HD filmt men vandaag aan 25 beeldjes per seconde (voor de techneuten, dit is een beetje kort door de bocht, het is eigenlijk aan 50 "halve" beelden per seconde, omdat wij interlaced werken. We sturen eerst een half beeld met de oneven lijnen en daarna een tweede half beeld met enkel de oneven lijnen).

Bij 4K verdubbelt het aantal beelden per seconde, en bij 8K nogmaals. Dus respectievelijk 50 en 100 beelden per seconde.

Waarom?
Stel een bal beweegt van links naar rechts. Stel dat bij Full HD aan 25 beelden per seconde de bal per beeld 2 beeldpunten naar rechts beweegt, dan beweegt die bal bij 2K 4 beeldpuntjes per 25ste van een seconde. Immers de puntjes zijn half zo smal geworden. Waar het beeld van de bal tijdens de beweging bij Full HD over twee puntjes werd uitgesmeerd, wordt dit 4 puntjes bij 4K. 

Verdubbelen wij de framerate bij 4K, dan beweegt de bal per beeld (= per 50ste van een seconde) 2 puntjes. 

Conclusie: willen wij ervoor zorgen dat de scherpte van bewegende voorwerpen ook verdubbelt, dan moeten wij de framerate eveneens verdubbelen.

Dit is helemaal geen theorie. Als je een 4K-beeld bekijkt aan 25 fps (frames per seconde) begint het lage framerate echt te storen. Als je een volledig voetbalveld ziet, en je let op het been van een voetballer dat aan het bewegen is, zie je niet het been dat beweegt, maar kortstondig verschillende benen op het traject.

Tweede conclusie
4K = twee keer zo breed, twee keer zo hoog en twee keer zoveel frames als Full HD. Dus om van Full HD naar 4K over te schakelen, heb je 8 keer zoveel capaciteit nodig. 

Hetzelfde geldt wanneer je van 4K naar 8K overschakelt. Hiervoor heb je ook 8 keer meer capaciteit nodig.

Hoeveel bits per seconde voor een niet-gecomprimeerd videosignaal?
  • FullHD: 1,5 Gb (1,5 miljard ééntjes en nulletje per seconde)
  • 4K: 12 Gb
  • 8K: 96 Gb

Bijkomende kwaliteitsverbeteringen

Rood-groen-blauw (RGB)

Een kleurenbeeld is opgebouwd uit rode, groene en blauwe lichtpuntjes. Het rood, groen en blauw zijn heel nauwkeurig vastgelegd in normen, zodat fabrikanten van camera's en schermen toestellen kunnen maken die met elkaar compatibel zijn.

Bij UHD zijn de normen voor rood, groen en blauw iets verschillend. Ze zijn iets intenser waardoor je in UHD intensere kleuren kan reproduceren. De nieuwe basiskleuren zijn zo gekozen dat je er ook alle Full HD-kleuren kan reproduceren. 

Voor de techneuten: hieronder zie je een diagram met alle kleuren die wij kunnen zien met het menselijk ook. De kleine driehoek bevat alle kleuren die je in Full HD kan reproduceren. De hoekpunten zijn respectievelijk de basiskleuren rood, groen en blauw. Met die basiskleuren kan je alle kleuren binnen die driehoek produceren. Voor UHD neemt men kleuren die verder uit elkaar liggen. Die liggen op de hoekpunten van de grote driehoek. Zoals je kan zien, kan je zo meer kleuren produceren. En vermits de kleine driehoek volledig in de grote driehoek valt, kan je alle Full HD kleuren ook produceren in UHD.

Diagram of the CIE 1931 color space that shows the Rec. 2020 (UHDTV) color space in the outer triangle and Rec. 709 (HDTV) color space in the inner triangle. Both Rec. 2020 and Rec. 709 use Illuminant D65 for the white point. (http://en.wikipedia.org/wiki/Ultra-high-definition_television)


High Dynamic Range (HDR)

EBU (Eurovisie, de vereniging van Europese openbare omroepen) raadt televisiestations eerder aan om te kiezen voor HDR dan voor meer puntjes. Als je moet kiezen tussen 4K en HDR, dan bewijst onderzoek dat HDR veel spectaculairder is.

Wat is HDR? Dit slaat op het gamma aan lichtintensiteiten date je kan tonen. Het verschil tussen de donkerste kleuren en de lichtste kleuren. Wanneer er overdag binnen wordt gefilmd, en je ziet een venster, dan zie je meestal niet wat achter het venster gebeurd omdat het er veel te licht is. Meestal zie je enkel effen wit . 

Bij HDR is dat gamma veel groter, zo kan bij een binnenopname ook zien wat er zich buiten afspeelt.

Bij een HDR-scherm lijkt alles veel meer van het scherm af te spatten.


Wat na HDTV?

Na Full HD, lijkt het logisch dat de opvolger een hogere beeldresolutie heeft. Echter als je echt een grotere beeldkwaliteit wil aanbieden, moet je ook meer beelden per seconde uitzenden (high frame rate - HFR), nieuwe basiskleuren rood, groen en blauw kiezen en vooral kiezen voor HDR (high dynamic range).