Intermediair 25e jaargang 38 - 22 september 1989
Dr. A. Lagendijk is hoogleraar in de experimentele natuurkunde aan de Universiteit van Amsterdam.
Ik hoor u al denken dit de titel van deze oratie misschien wel
op de orator zelf van toepassing is. Als u denkt dat u de eerste
bent die deze voorzet voor open doel intrapt, dan moet ik u
teleurstellen, gezien de vele spontane en originele reacties van
collega's die ik mocht ontvangen op mijn keuze voor deze titel.
Een publiek optreden dat buiten het kader van het
amusement valt, heeft vaak iets weg van het opdreunen van een
rol. Uit angst voor het verspelen van materiële verworvenheden
en uit benauwdheid voor de almachtige Publieke Opinie houdt
men de rijen gesloten. Een saai rollenspel, waarin de verbale
vorm hoogtij viert. Om de teneur van een bericht van een
publicist te voorspellen, volstaat vaak het kennen van de
maatschappelijke functie van deze berichtgever. Een aantal
wetenschappers maakt er zelfs zijn beroep van de maatschappij
vol te strooien met deskundige desinformatie.
Als ik mij dus zo nodig buiten mijn eigen parochie wil
begeven, dan ligt het voor de hand dat ik mij verzet tegen het
Boze en Kwade dat de universitaire wetenschapsbeoefenaren
aan alle kanten beloert. Hoe meer ik uitweid over het onheil dat
u en ons te wachten staat als de huidige maatschappelijke
ontwikkelingen doorzetten en als het tegenwoordige politieke
beleid wordt voortgezet, des te meer voldoe ik aan het
verwachtingspatroon en, helaas voor mijn ego, des te
waarschijnlijker is het dat ook dit bericht wordt bijgezet als
overbodige boodschap bij de vele andere uitwerpselen van de
mutual admiration society.
Wij zijn hier met een groot aantal medelanghebbenden, en
het zou dus heel eenvoudig zijn hier onze gemene vijanden (zij
daar buiten in Maagdenhuis, Den Haag, Zoetermeer en Brussel)
belachelijk te maken en ons te wentelen in zelfgenoegzaamheid.
Dit zou een thuiswedstrijd zijn en als zodanig wel een heel
gemakkelijke manier om aan mijn opdracht te voldoen. Nee, ik
zal het hebben over verschijnselen en trends binnen de
gemeenschap van de fysici, die mij verbazen, mij bedroefd
stemmen, mijn ergernis en zelfs weerzin wekken en mij in ieder
geval altijd weer boeien. Mijn gevoelens hebben steeds te maken
met de grenzeloze arrogantie van de natuurkundige, daar waar
het gaat over het belang van ons vak en presentatie van deze
waarde naar de buitenwereld. Hier kent de hoogmoed van ons
heren fysici vaak geen beperkingen.
Op welke manieren komt de bewoner van een moderne,
technologische, geavanceerde maatschappij in aanraking
met de natuurkunde, de natuurkundige of meer in het
algemeen met het genootschap van de fysici ? Ik bedoel dit
natuurlijk vooral in sociale zin, want het vallen met de fiets of
het slachtoffer zijn van een aanrijding kan natuurlijk ook
uitgelegd worden als een intensief contact met de natuur en
misschien ook wel met de natuurkunde.
Een groot gedeelte van de natuurkunde speelt zich
vanzelfsprekend af binnen de waterdichte gemeenschap van de
fysici en daar merkt de leek niets van. De informatie over de
natuurkunde, zoals zoveel zaken in onze maatschappij, wordt
via de media over ons uitgestrooid. In deze informatiestroom
vallen mij twee thema's op. In de eerste plaats dan natuurkunde
als afgod, bijgeloof en misschien wel nieuwe godsdienst, de
natuurkunde als panacee voor alle fundamentele problemen
over ons bestaan. Van Hawking tot Capra. Kortom, fysici op
jacht naar de theorie van alles, zoals de ridders van koning
Arthur op zoek naar de Heilige Graal. En in de tweede plaats de
verworvenheden van de natuurwetenschappen, de opmars van
de techniek in ons dagelijks leven: het belang van de
toepasbaarheid van fundamenteel onderzoek.
Op deze twee thema's, en vooral op de rol van de fysicus
daarin, wil ik iets dieper ingaan. De draad van mijn betoog zal
zijn dat er een maatschappelijke over-waardering is van de
geleerde natuurkundige. Mede dank zij deze maatschappelijke
adoratie gedraagt de hedendaagse fysicus zich zeer aanmatigend.
Hij treedt op als het orakel, ook in zaken waar hij geen enkel
verstand van heeft en in menig geval een oordeel beter over kan
laten aan dominee, pastoor of andere zieleherder.
Ook is er bij de fysicus geen plaats voor twijfel aan de directe
toepasbaarheid van de natuurwetenschappen in het algemeen en
de natuurkunde in het bijzonder. Het nut van de natuurkunde
wordt iedereen door de strot geduwd. Ik wil natuurlijk niemand
de mond snoeren, en ook ik geniet vaak van het optreden van
onze smaakmakers, maar ik wil er slechts op wijzen dat een
aantal van de uitspraken van fysici over deze zaken, hoe briljant
zij ook in hun vak mogen zijn, niet gesteund wordt door de
geleerdheid van het beroep en dan ook op geen enkele wijze iets
uitstaande heeft met exacte resultaten verkregen volgens de
natuurwetenschappelijke methode. Ze kunnen dan ook
vergeleken worden met de hoempa-muziek van plaatselijke
fanfare of met de ondergaande zonnen van zondagsschilders, al
of niet met de mond geschilderd.
U moet niet denken dat wat ik te zeggen heb veel nieuws
bevat, integendeel. De geschiedenis herhaalt zich niet, maar de
maatschappelijke processen wel. Veel van onze huidige
problemen van de relatie van de wetenschap tot de
maatschappij hebben een zeer lange historie, zelfs tot in de
Klassieke Oudheid. Alleen denk ik dat het nuttig kan zijn om,
tegen mode en trend in, sommige van deze argumenten weer
eens op te poetsen.
Ik zal beginnen met het eerste thema: natuurkunde als filosofie
van het leven. Hoewel voor een aantal van u veel minder
aansprekend, denk ik, vind ik het heel belangrijk aangezien
deze trend het fundament van de natuurkunde als empirische
wetenschap aantast. Natuurkunde is gebaseerd op kennis
verkregen door ervaring. Empirische kennis wordt opgebouwd
door nauwkeurig waarnemen van verschijnselen. Deze
natuurverschijnselen worden vaak onder goed gedefinieerde
omstandigheden bestudeerd in een laboratorium, maar absoluut
noodzakelijk is dat niet. Letterlijk iedereen kan waarnemingen
doen.
Het besef dat natuurkunde een wetenschap is die zich baseert
op de menselijke ervaring, is ontstaan in het begin van de
zestiende eeuw. Er ging een schok door Europa toen bleek dat
ongeschoolde zeelieden uit Portugal een beter wereldbeeld
hadden dan de intellectuele genieën van de antieke oudheid
zoals Ptolemeus. Empirische kennis, vaak verkregen met
handwerk van ongeletterden, bleek het op te kunnen nemen
tegen de rationele kennis van begaafde kamergeleerden. De
minachting voor het eerlijke handwerk is vandaag de dag nog
levensgroot aanwezig binnen de gemeenschap van fysici.
Door de grote aantallen mensen die op professionele wijze
natuurkundige waarnemingen doen en door de toepassing van
vele verfijnde technieken van onderzoek, is de hoeveelheid
georganiseerde kennis in de natuurkunde zeer groot geworden.
Dit heeft geleid tot specialisatie. Zo wordt de natuurkunde
tegenwoordig ingedeeld in de vakken hoge-energiefysica,
kemfysica, plasmafysica, atoomfysica, molecuulfysica,
statistische fysica, vaste-stoffysica, astrofysica en nog enkele
andere.
In al deze afdelingen van de natuurkunde wordt ook nog het
onderscheid tussen theorie en experiment aangebracht.
Experimentatoren doen hun keuze voor nieuwe experimenten
op grond van eigen theoretisch inzicht en intuïtie, of voeren
nieuwe proeven uit omdat hun theoretische collega's hen hebben
overtuigd van het belang van dit nieuwe type experiment.
Theoretisch fysici proberen reeds behaalde experimentele
resultaten in een theoretisch kader te plaatsen (dat wordt
genoemd een verklaring of, meer geringschattend, een
voorspelling achteraf) of denken nieuwe hypothesen uit waarvan
zij de experimentele consequentie graag bevestigd zouden zien
door proeven van hun experimentele collega's (een echte
voorspelling dus).
De hier geschetste situatie is een ideaalbeeld. In de praktijk
blijkt dat vele experimentatoren hopeloos achter zijn wat betreft
de stand van de theorie. En theoretisch natuurkundigen hebben
vaak geen enkel benul van experimentele mogelijkheden en
moeilijkheden. De theoretische groepen zijn in hun dagelijks
functioneren vaak losgekoppeld van de experimentele richting.
De oorzaak is bijna altijd dat de drang en plicht om voor te
blijven geen tijd openlaat voor diepgaande belangstelling voor
de andere richting.
Sommige vakken zijn meer in de mode dan andere vakken.
In de mode zijn nu astrofysica, hoge-energiefysica, en dan
vooral de theoretische kant, en vaste-stoffysica. Uit zijn
kernfysica en molecuulfysica. Uit de dood opgestaan is de
atoomfysica. Binnen het kader van al deze vakken komen naast
de vele dagelijkse problemen ook zeer fundamentele, vaak sterk
filosofisch getinte vragen aan de orde. Een aantal van deze
filosofische vragen trekt zeer sterk de aandacht van de
buitenwereld.
Het zal u duidelijk zijn dat vragen als: Wat is tijd?, Wat is
ruimte? en Wat is continuïteit? ook buiten de
laboratoriumgemeenschap op enige belangstelling kunnen
rekenen. Ik zal dit type vragen in het vervolg aanduiden als de
Fundamentele Vragen. Ook het soort vragen dal meer specifiek
verbonden is met slechts enkele gebieden van de natuurkunde,
zoals: Hoe is het allemaal begonnen? en Wat is bewustzijn?.
reken ik tol de Fundamentele Vragen. De belangstelling voor de
Fundamentele Vragen is van alle tijden. Het is duidelijk dat dit
vragen zijn waar de grens tussen filosofie en natuurkunde of
tussen fysica en metafysica overschreden wordt.
Vroeger was de wijsbegeerte de koningin van de
wetenschappen, misschien zelfs de koningin-moeder, maar zij is
aan de kant gezet door de empirische barbaren en sinds die tijd
wordt de natuurkunde als de keizerin en soms, iets
bescheidener, als de koningin van de wetenschappen
aangeprezen.
Sommigen van onze briljante natuurkundecollega's hebben
gelukkig recentelijk het antwoord gevonden op al deze
Fundamentele Vragen. U begrijpt wel dat dit natuurlijk komt
door de unieke vorderingen die in de laatste tientallen jaren
gemaakt zijn door de fysici. Waartoe in tientallen eeuwen de
grootste geesten niet in staat bleken, nadert nu zijn voltooiing.
Het gaat razendsnel.
De fysicus begrijpt de hele wereld. De fysicus is het centrum
van de wereld. Men zou dit kunnen beschrijven als een
eigengereide vorm van de antropocentrische levensbeschouwing,
niet de mens centraal, zoals in deze levensbeschouwing, maar de
natuurkundige: ik noem dit de fysico-centrische filosofie. Op dit
ogenblik bestaat een relatief grote belangstelling van de media
voor de exacte vakken, en de vloed van populariserende boeken
waarin u met de natuurkunde geconfronteerd wordt, is niet te
stuiten. Veel van deze uiteenzettingen betreffen natuurlijk de
Fundamentele Vragen en de oplossing ervan door de
natuurkunde. In de Angelsaksische landen is zelfs sprake van
een diarree van boeken op dit gebied.
'Natuurkunde, de koningin van de wetenschappen, staat aan
de basis van alle natuurwetenschappen en technieken', wordt u
uitgelegd. Scheikunde, biologie, allemaal toegepaste
natuurkunde, natuurkunde van ingewikkelde problemen. Zelfs
de economie moet eraan geloven. Vaak wordt dit standpunt
verkondigd vanuit een absoluut reductionistische visie, maar
soms ook meent men dit met holistisch gebral te kunnen staven.
Op het reductionisme zal ik nog terugkomen.
Van het bestaan van God tot en met het werken van de
hersenen: eigenlijk allemaal natuurkunde. Of zoals Paul Davies
het uitdrukte in zijn boek God en de nieuwe natuurkunde: 'God
is natuurkunde.' Deze lijn van argumentatie wordt meestal
gevangen in de term Nieuwe Fysica. Nu verstaan veel mensen
iets verschillends onder de Nieuwe Fysica, maar één ding staat
vast: erg nieuw is deze fysica vaak niet. Maar ach, wat geeft dat.
het Nieuwe Testament is ook niet erg nieuw en toch ook voor
velen erg actueel.
Er wordt gevochten om de Nieuwe Fysica: wortelt zij in de
oosterse filosofie of gaat het hier om een verworvenheid van
westerse christelijke cultuur? De paus zegende zelfs een congres
van theologen en fysici, dat op zijn buitenverblijf georganiseerd
werd om de verbondenheid tussen theologie en Nieuwe Fysica
te concretiseren. Kortom, de verenigbaarheid van Oerknal en
Genesis. Wat dichter bij huis heeft Harry Mulisch laatst nog
eens gewezen op de belangrijke invloed van het christendom op
het moderne westerse wetenschappelijke denken.
Laten wij eens beginnen met twee vakgebieden welke een
grote uitstraling hebben naar de Nieuwe Fysica: de
kosmologie, de wetenschap van het heelal, en de hoge-energiefysica,
twee disciplines die een gelegenheidshuwelijk zijn
aangegaan.
Als ik naar de verkooplijsten van de non-fictionboeken kijk,
dan moet u allemaal, en vele Nederlanders met u, een
exemplaar van Stephen Hawkings boek Het Heelal bezitten. In
dit boek wordt een veelheid van problemen, zoals het ontstaan
van het heelal, het wezen van de tijd en het bestaan van een
god, besproken en opgelost. Ik heb zelden een onbegrijpelijker
populariserend werk gelezen. Ik hoor misschien niet tot de
doelgroep, maar toch. En welk een arrogantie, welk een
misplaatste drang naar nog meer erkenning. Met recht het
orakel.
Laten wij eerst eens wat opvattingen van Hawking op een
rijtje zetten (ik citeer uit de Nederlandse vertaling): 'We hebben
de theoretische redenen om aan te nemen dat de kennis
waarover we nu beschikken inderdaad de uiteindelijke
bouwstenen van de natuur betreft. " Het feit dat wij bestaan, kan
dus worden beschouwd als een bewijs voor de grootse
geünificeerde iheoricen.' 'De hele geschiedenis van de
natuurwetenschap wordt gevormd door het geleidelijk groeiend
besef dat gebeurtenissen niet willekeurig plaatsvinden maar een
bepaalde orde die eraan ten grondslag ligt, weerspiegelen, die al
dan niet van een goddelijke oorsprong getuigt.'
Ik kan ook vele andere goeroes aanhalen, Ik zal volstaan met
Steven Weinberg en Sheldon Glashow. Weinberg zegt: 'We
zouden graag de eigenschappen van deze deeltjes willen weten,
om daarmede te weten waarom de wereld is zoals zij is', en:
'Wat we willen weten, is het stel eenvoudige principes waaruit
deze eigenschappen, en vandaar al het andere, kan worden
afgeleid.'
Glashow maakt het helemaal bont. Het volgende citaat is
werkelijk verbijsterend: 'Scheikunde van clusters, supergeleiding
en moleculaire biologie zijn voorbeelden van andere nieuwe
theorieën. Hoe werkelijk fundamenteel zijn deze eigenlijk? Zijn
zij niet het resultaat van een complex samenspel van veel
atomen, waarover Heisenberg en zijn vrienden ons lang geleden
alles geleerd hebben wat we ervan hoeven te weten?'
We hebben hier te maken met mensen die een zeer grote
invloed hebben in de gemeenschap van de natuurkunde. Wat
mij zo opvalt, is dat vele briljante fysici, zoals Hawking,
Weinberg en Glashow ongetwijfeld zijn, filosofische amateurs
zijn. Vele paradoxen, schijnproblemen en drogredenen zijn al
sinds de Klassieke Oudheid bekend. Er is geen enkele reden om
aan te nemen dat de huidige generatie fysici en andere geleerden
intelligenter is dan de Grieken die zich met wetenschap
bezighielden. Uiteraard is er tegenwoordig veel meer bekend,
maar voor een aantal van deze wezenlijke problemen is dat in
het geheel niet relevant. De quantummeehanica heeft niets
bijgedragen aan de oplossing van de Fundamentele Vragen,
omdat deze problemen niet tot het gebied van de
natuurwetenschap behoren en ook nooit zullen behoren (hoop
ik).
Gelukkig zijn er ook nog uitspraken van verstandige mensen,
die met hun beide benen op de grond bleven staan. Max Born:
'Of er nu wel of niet een schepping uit het niets geweest is, is
geen natuurwetenschappelijke vraag maar een zaak van geloof
en buiten het bereik van ervaring, iets wat de oude filosofen en
theologen wisten.' Wittgenstein: 'Aan de gehele moderne
wereldbeschouwing ligt de dwaling ten grondslag dat de
zogenaamde natuurwetten de verklaringen van de fenomenen
zouden zijn.' G.N. Lewis: 'Het was wetenschappelijke arrogantie
die een wet van de natuurkunde een wet van de natuur
noemde.'
Pippard maakt in zijn zeer leesbare artikel over de
onoverwinnelijke onwetendheid van de natuurwetenschap het
onderscheid tussen openbare en privé-waarnemingen.
Natuurkunde betreft openbare waarnemingen, toegankelijk voor
iedereen. De Fundamentele Vragen behoren tot het privé-domein
en dus buiten de natuurkunde. Als Paul Davies aan
Feynman in een interview vraagt wat hij vindt van de claim van
Hawking dat de theorie van alles nu eindelijk binnen bereik is
(Hawking publiceert zelfs al over het einde van de theoretische
natuurkunde), dan antwoordt Feynman: 'Met zulke uitspraken
ben ik heel mijn leven al doodgegooid.'
Mijn conclusie is duidelijk. Het antwoord op de ultieme
vragen kan niet experimenteel getest worden en het
zoeken naar deze antwoorden behoort niet tot het
domein van de natuurkunde. Dit moet toch een hele
geruststelling zijn voor theologen. Er zijn ook geen
proefschriften nodig om deze open deur voor de zoveelste keer
in te trappen. Het zijn echter de fysici die de onduidelijkheid
steeds maar weer laten voortbestaan. Blijkbaar kost het de fysici
heel veel moeite om deze vorm van impotentie te accepteren.
De meeste van de zojuist genoemde ontsporingen en
aberraties komen voort uit de onstuitbare drang om de
natuurkunde te unificeren. Unificatie is het principe dat
verschijnselen die oorspronkelijk verschillend van oorsprong
gedacht werden, zoals de elektrische en magnetische kracht, toch
uit één principe kunnen worden afgeleid. In dit specifieke geval
gegeven door de vergelijkingen van Maxwell. Het ideaal is het
beschrijven van de natuurkunde) met één allesoverkoepelende
theorie, met één principe voor alle krachten.
De theorieën (let op het meervoud) die dit ideaal het dichtst
benaderen, worden Grootse Overkoepelende Theorieën
genoemd, door mij afgekort tot GOT (ik hoop dat u de T kunt
horen) en het meervoud tot GOT-en. Helaas zijn de GOT-en
nog zonder enig gewicht, omdat de zwaartekracht er niet inzit.
De overkoepeling is een andere belangrijke component van de
Nieuwe Natuurkunde.
Bij het aangeven van het belang van unificatie wordt meestal
het absolute reductionisme gehanteerd. Alles kan verklaard
worden door naar de bouwstenen te kijken. Dit is een bekende
aanpak in alle natuurwetenschappen, maar fysici slaan door. Zij
willen niet de bouwstenen van enkele lagere hiërarchische lagen,
maar de bouwsteen van de bouwsteen van de bouwsteen
enzovoorts tot aan de ultieme bouwsteen, het fundament, het
elementaire bouwsteentje, het elementaire deeltje. En natuurlijk
is het bestuderen van deze ultieme bouwsteen het meest
fundamentele. De rest is slechts logische consequentie, toepassen
van spelregels.
Gerard 't Hooft, ongetwijfeld op dit ogenblik de beroemdste
Nederlandse fysicus, zegt het zo: 'Als we nu al die deeltjes met
alle daarop werkende krachten bij elkaar nemen, zullen we het
geheel ook begrijpen.' Het belachelijke en onhoudbare van deze
stelling is gemakkelijk te demonstreren door wat analogieën te
presenteren. Volgens de verstokte reductionist houdt de meest
fundamentele studie van Shakespeare uitsluitend in: de studie
van het (Engelse) alfabet. De rest is eigenlijk voortbouwen op
een paar bekende standaardprocedures. Een andere stelling van
een fanatiek reductionist zou luiden dat de meest diepgaande
manier om het universitaire onderwijs in Nederland te
bestuderen zou bestaan uit de studie van het basisonderwijs, en
misschien zou volgens hem de studie van de crèche nog wel
fundamenteler zijn.
Het woord fundamenteel zou in dit verband beter kunnen
worden vervangen door primitief. Met evenveel kracht van
argumentatie zou men kunnen zeggen: hoe lager het niveau, hoe
primitiever. We zouden dan ook kunnen spreken van
'primitieve-deeltjesfysica' in plaats van elementaire-deeltjesfysica.
Het gevaar van het propageren van absoluut
reductionisme is dat veel magiërs aangetrokken worden,
aangezien zij ook al lang op zoek zijn naar de Heilige Graal. En
dit is een Heilige Graal die begrepen kan worden met de
natuurwetenschappelijke methode, wetenschappelijk
verantwoord dus.
Ik vind alle zuivere natuurkunde even fundamenteel. Mij zijn
ze in ieder geval even lief (ik realiseer me dat dit een CDA-
antwoord is). Ik meen dit met heel mijn hart. Ik heb diep
respect voor de resultaten die de laatste tientallen jaren zijn
verkregen in de hoge-energiefysica en in de kosmologie. Het is
prachtig om te zien hoe bepaalde concepten in elkaar blijken te
passen. Maar ook vind ik de ontwikkelingen in de fysica van de
verdichte materie (een mooi woord voor vaste-stoffysica) of de
ontdekking van de laser fantastisch. Laten we daarbij bedenken
dat ook het wereldbeeld van Ptolemeus en de ethertheorie eens
golden als intellectuele krachttoeren van onbeschrijflijke
schoonheid.
Welke tak van de natuurkunde wordt nu eigenlijk het meest
fundamenteel gevonden? Welke het belangrijkste? Allemaal
vragen die met geen enkele natuurwetenschappelijke methode
aangepakt kunnen worden en dus eigenlijk gewoon
onwetenschappelijke vragen zijn. Ironisch in dit verband is dat
het bijna altijd de fysici zijn die een heiligverklaring in de vorm
van de Nobelprijs mochten ontvangen, die zich zeer intensief
zijn gaan bezighouden met deze, voor hen blijkbaar zeer
brandende kwesties.
In de discussie buiten de vakpers, de zachte sector dus, is het
antwoord duidelijk: die onderdelen die het dichtst komen bij de
beantwoording van de Fundamentele Vragen of het dichtst bij
de allesoverkoepelende theorie, zijn het meest wezenlijk. (Mijn
vakgebied valt hier natuurlijk niet onder en ik ben dus nu
gewoon bezig mijn minderwaardigheidscomplex onder woorden
te brengen.) Zinvolle criteria om toch tot een rangorde in de
natuurkunde te komen, zouden kunnen zijn: schoonheid,
moeilijkheidsgraad en bereikte resultaten. Ik zal kort aantonen
dat het toepassen van deze maatstaven tot geen vruchtbare
uitkomsten zal leiden.
Over smaak valt niet te twisten. Maar hoe zit het met de
moeilijkheidsgraad (van de theorie uiteraard, want de
experimentatoren doen niet mee aan de race om dit
wereldkampioenschap fundamentalisme)? Ondanks de
specialisatie in de natuurkunde is er zeer veel contact tussen de
verschillende gebieden, zowel langs de theoretische als langs de
experimentele lijn. Een slimmigheidje in een bepaald gebied is
vaak snel bekend in een ander gebied. Vele wiskundige
technieken worden van elkaar geleend.
Een goed voorbeeld is het gretige gebruik in de statistische
mechanica van het idee van renormalisatie van veldentheorieën
voor de beschrijving van fase-overpangen (renormalisatie is een
moeilijke manier om nul door nul te delen en er toch nog iets
zinvols uit te krijgen). Ik kan natuurlijk niet nalaten om de
hoge-energiefysici een beetje te plagen door erop te wijzen dat
roosterijktheorieën gevonden zijn in het veel minder
fundamentele gebied van de statistische mechanica van vaste-stofmodellen
en dat de belangrijkste methode die gebruikt wordt
om iets kwantitatiefs over deze roosterijktheorieën te zeggen,
reeds vijfentwintig jaar daarvoor ontdekt werd in het niet-oorspronkelijke
en afgeleide gebied van de chemische fysica.
De pot met goud die de experimentele hoge-energiefysici
hopen te vinden met de nieuwe generatie versnellers wordt
meestal aangeduid als de verzameling Higg's deeltjes. Het
Higg's-mechanisme komt oorspronkelijk uit de theorie van
supergeleidende vaste stoffen. De conclusie is dal het heel
moeilijk is om bepaalde theoretische concepten aan bepaalde
vakgebieden te verbinden, en het heeft dus geen zin om uit te
zoeken welke gebieden van de natuurkunde het moeilijkst zijn.
Maar ook wat de resultaten in de natuurkundige disciplines
betreft, is er geen enkele reden de ene boven de andere te
verheffen. Er zijn namelijk in bijna geen enkele discipline
bruikbare exacte resultaten. Maar wat krijgen we nu?, hoor ik u
mompelen. Vele studies van het natuurwetenschappelijk bedrijf,
zoals historische, sociologische en filosofische, bespreken bijna
uitsluitend de natuurkunde. (Trouwens, ook hier is sprake van
overbelichting.) Natuurkunde wordt dan ook gezien als het
succesverhaal van de empirische wetenschappen. Natuurkunde
is dus eigenlijk het enige echte exacte vak.
Nu zouden er ineens geen exacte resultaten zijn in het exacte
vak natuurkunde. Natuurkunde is toch een exact vak? Niemand
definieert hier het exact zijn, maar iedereen buiten de
natuurkunde gelooft in deze uitspraak. Natuurlijk zal een
enkeling opmerken dal de wiskunde exacter is (beter te zeggen is
wellicht: formeler), maar de wiskundigen hebben een dergelijk
zwakke uitstraling dat zij geen bedreiging vormen voor de
natuurkundigen.
Kortom, natuurkunde een exact vak. Dames en heren, dit is
onjuist en nergens op gebaseerd. Natuurkunde is een vak
waarbij intuïtie, smaak, gevoel en zo een dermate belangrijke rol
spelen dat exactheid iets is wat op geen enkele wijze binnen het
bereik ligt. Ja, zult u zeggen, dat is bekend, dat deze aspecten
een rol spelen bij het opstellen van de hypothese. De ene fysicus
krijgt zijn ingeving op zijn werk, de andere in de kerk en de
derde bij Yab Yum. Maar daarna, dan kan de hypothese toch
objectief getest worden en eventueel de onjuistheid ervan
aangetoond worden? Dan toch komen al deze subjectieve
elementen niet meer om de hoek kijken? Mis. Ook daarna, nog
steeds. Het is namelijk bijna altijd onmogelijk om uitgaande van
de basishypothese tot een betrouwbare theoretische voorspelling
te komen voor een specifiek geval.
Meisjes, kies niet exact, kies natuurkunde. De voorspellende
waarde van een theorie is ook heden ten dage vaak nihil. De
theoreticus stopt met rekenen als zijn theoretische resultaat
overeenstemt met het experiment, en hij heeft vaak heel bange
vermoedens over wat er gebeurt als hij blijft doorrekenen. Bange
vermoedens, die snel plaats maken voor hoop en blijde
verwachting als het resultaat van een nieuw experiment zijn
vorige theorie omvergekegeld heeft.
Waarom is het dan zo moeilijk goede theoretische
antwoorden te krijgen? De natuurkunde kent wetten,
verbanden die een relatie aangeven tussen grootheden.
Voor het praktische nut moet een dergelijke wet expliciet zijn.
De wetten van de natuurkunde zijn echter zo moeilijk dat zij
heel moeilijk geëxpliciteerd kunnen worden (het oplossen van
een vergelijking). Het zijn zeer ingewikkelde, ingeklede
vergelijkingen.
In de natuurkunde hebben we vaak te maken met veel
deeltjes of veel golven. Voor de meeste zinvolle modellen
betekent dit dat men vaak een groot aantal van deze deeltjes
tegelijk moet beschouwen. Dit grote aantal ligt vaak in de buurt
van een miljoen maal een miljoen maal een miljoen maal een
miljoen. De echte theoreticus beschouwt eigenlijk nog liever een
oneindig aantal van deze deeltjes. U begrijpt wel, hoe meer
bouwstenen, hoe ingewikkelder. Biljarten met twee ballen is veel
eenvoudiger dan met twintig ballen.
In het begin van deze eeuw waren de fysici nog in staat een
situatie met drie bouwsteentjes op te lossen. Na een
duizelingwekkende vooruitgang van de moderne natuurkunde
kunnen we nu een situatie zonder deeltjes. het 'geen-deeltjesprobleem'
niet meer aan. We weten dus niet hoe het
vacuüm, het niets, er uitziet. U ziet het, dames en heren, een
indrukwekkende staat van dienst van de fysica, zeker als we ons
realiseren dat we het gedrag van extreem veel deeltjes zouden
willen beschrijven. De fysici hebben dus het lef om zich bezig te
houden met een theorie van alles, terwiji ze nog geen theorie
van het niets hebben.
Natuurlijk, zult u zeggen, maar een aantal van de theoretische
berekeningen klopt heel aardig met het experiment. Inderdaad,
de fysici zijn in staat om vaak zeer verregaande en
verpletterende vereenvoudigingen door te voeren en toch nog de
kern van het probleem te behouden. Maar veel vaker lukt dat
niet. De fysicus loopt dagelijks tegen theoretische problemen op
waar geen enkele kwantitatieve uitspraak over gedaan kan
worden. Elke doctoraalstudent kan er tientallen verzinnen
binnen een college-uur. Het is vaak het samenspel van
theoretische slagen in de lucht en nieuwe experimentele
resultaten dat de gemeenschap het gevoel geeft dat een bepaald
arbitrair theoretisch recept eigenlijk voorlopig wel bruikbaar is.
Het is dus een fictie dat men, met de huidige stand van de
natuurkunde, uitgaande van bouwstenen verder kan opbouwen
dan enkele hiërarchisch lagen. Het zal de hersenchirurg een zorg
zijn tijdens een operatie of quarks wel of niet opgesloten zijn.
Op een hoger hiërarchisch niveau komen nieuwe concepten om
de hoek kijken. Deze concepten moeten wel consistent zijn met
de onderliggende lagen maar kunnen daar niet uit afgeleid
worden. U kunt hierbij denken aan een begrip als entropie.
Zoals Philip Anderson zegt: 'Meer is anders.'
In de reductionistische interpretatie is de wereld een stelsel
van vergelijkingen met een bepaald aantal beginvoorwaarden,
en de rest is slechts invullen. Het karakter van de natuurkunde
wordt echter anders in de hogere hiërarchische lagen, alleen al
omdat het absurd is te veronderstellen dat alle
beginvoorwaarden bekend zijn. Laat staan dat de mogelijkheid
zou bestaan om experimenten te reproduceren met dezelfde
miljarden maal miljarden beginvoorwaarden. Fundamentele
problemen zoals de (on)omkeerbaarheid van de tijd hebben zeer
waarschijnlijk juist te maken met het verlies aan informatie en
controle over de beginvoorwaarden.
Voor de empirische wetenschappen is de empirie, de
ervaring, doorslaggevend. Voor de natuurkunde heeft het
experiment altijd het laatste woord. Een greep uit de theorie-van-alles-doos
van Pandora levert ons de GOT-en. Deze
theorieën zijn zo flexibel dat als in de verre toekomst ook maar
één experimenteel feit getest kan worden, er niet aan getwijfeld
hoeft te worden dat er een GOT bestaat die dit achteraf
voorspelt. Voorlopig ziet het er ook naar uit dat de
snarentheorie, de nieuwste kandidaat voor de theorie van alles,
geen enkele testbare hypothese kan voortbrengen.
Indien de hypothesen niet testbaar zijn of indien de theorie
eigenlijk een verzameling van theorieën is die zeer flexibel
aangepast kunnen worden aan het experiment (de hedendaagse
GOT-en hebben in ieder geval meer dan twintig aanpasbare
parameters), dan hebben we niet meer te maken met
natuurkunde maar met Spielerei. Deze Spielerei kan natuurlijk
wel een zeer grote intellectuele uitdaging zijn en het strijdtoneel
van hoogbegaafde mensen. Vanuit natuurkundig standpunt
bekeken blijft het intellectueel behang.
Het ongelukkige aspect van de Nieuwe Fysica is dat een groot
deel hiervan onder Spielerei valt. Spielerei met veel ruimte voor
fantasie waar de magiërs met graagte opspringen. Het einde van
de fysica is niet in zicht. Het avontuur van de fysica is nog pas
amper begonnen.
Als wetenschappelijk gezien alle natuurkunde een pot nat is,
dan toch gewoon een volgorde in belangrijkheid aanbrengen
afgaande op de kans dat toepasbare vindingen voortkomen uit
het onderzoek. En dit brengt mij op mijn tweede en laatste
thema, dat ik aanzienlijk korter zal behandelen als het eerste.
Ik zou nu kunnen komen met het succesverhaal van de lage-energiefysica,
van de kleine fysica, met het verhaal van de
vaste-stoffysica compleet met transistor en chip. En dan is de
zaak rond. Flink gekankerd op collega's van andere disciplines
en de loftrompet over mijn eigen discipline. Enkele collega's
zullen dan nog tegensputteren en op de proppen komen met de
tefalpannen van Chriet Titulaer, welke uit ruimteonderzoek
voortgekomen zijn. Ik zal in plaats daarvan aangeven dat er
geen reden is om op grond van het vinden van mogelijk
toepasbare ontdekkingen vooral de studie van vaste stoffen te
stimuleren.
Het is heel moeilijk om aan te tonen dat er een directe relatie
bestaat tussen inspanning in zuiver onderzoek in het algemeen
en economische groei. Wel blijkt dat er een correlatie bestaat
tussen de mate van beschaving en de inspanningen van de
wetenschap. Maar deze relatie is heel indirect en werkt ook de
andere kant op. Wetenschap gedijt in bloeiende samenlevingen,
technische vindingen van een bloeiende samenleving stuwen de
wetenschap. Het is een zeer gecompliceerd proces, veel
gecompliceerder dan vaak wordt voorgesteld door
maatschappelijke pressiegroepen.
De spanning tussen zuivere en toegepaste wetenschap is altijd
aan de orde geweest. Peter Medawar geeft een aantal
vermakelijke voorbeelden over deze discussie in de beginperiode
van de Roval Society. Er is niet al te lang geleden een zeer
interessant en ontnuchterend artikel verschenen onder de titel
'Over het relatieve belang van relevantie en irrelevantie'. In dit
artikel werd (waarschijnlijk voor de zoveelste maal) een
historisch overzicht gegeven van een aantal belangrijke
uitvindingen van de laatste honderd jaar, met als centraal thema
het kunstmatige licht. Bijna altijd blijkt dat tussen vinding en
toepassing een periode ligt van twintig tot dertig jaar. Ofschoon
er dus op korte termijn (minder dan tien jaar) geen toepassingen
verwacht worden voor nieuwe vindingen, is dat nu juist wel
waar altijd over wordt gepraat en waaraan het belang van veel
onderzoek wordt afgemeten. De wens is de vader van de
gedachte.
Dit is niets nieuws en aan velen van mijn collega's bekend.
Toch doen we mee aan de hausse over het belang van de
toepassing. Onze mening wordt zeer serieus genomen. Wij doen
de ontdekking, dus als iemand het weet, dan zijn wij het. De
leek gelooft het wel. Hij is snel onder de indruk van staaltjes van
techniek. Van deze gevoeligheid profiteert de wetenschapper en
voorlichter. Ook als de impressie is verkregen met een
technologisch hoogstandje gebaseerd op de eeuwenoude wetten
van Newton.
Grootschalige en slecht beheersbare programma's worden
opgezet en fysici die met hun onderwerpen van onderzoek dicht
bij deze programma's zijn of komen, laten niet na zeer
nadrukkelijk op deze verbinding te wijzen. Al doende profiteren
zij van de vaart van deze mega-programma's en kunnen hun
relevante onderzoek blijven doen met vaak veel geld en vaak
niet gehinderd door de kwaliteitscontrole van hun betwetende
vakgenoten. Dit soort ontucht komt steeds vaker voor, vooral
bij de fysica van de verdichte materie. Zuiver wetenschappelijk
onderzoek hoort uit principe (niet in principe) thuis bij het
ministerie van Onderwijs en niet bij het ministerie van
Economische Zaken.
Neem bijvoorbeeld de ontdekking van de hoge-temperatuur-supergeleiding.
Bepaalde materialen blijken bij een tamelijk
hoge temperatuur geen elektrische weerstand te vertonen. Niet
onderzocht in een grootschalig laboratorium, maar in een zeer
klein IBM-laboratorium in Zwitserland, door voornamelijk één
vrijgesteld senior-onderzoeker (IBM-fellow) en één medewerker.
Het resultaat is een werkelijk prachtige ontdekking en voer voor
vele vakgenoten.
Maar dat wordt u niet verteld, u wordt verleid met
magnetische treinen en goedkope energie. Het paradijs in zicht.
U moet alleen nog wel even betalen. Wat de snelle managers,
voorlichtingsfunctionarissen en het NOS Journaal u ook op de
mouw proberen te spelden, er is geen enkele reden om aan te
nemen dat die incubatieperiode voor toepassing verkort is (de
snelheid van de tijd is nog altijd één seconde per seconde, ook
in snelle tijden). Toch verschijnen er in de dagbladen en andere
media allerlei berichten die aangeven dat de supergeleidende
hemel nu wel heel dichtbij is. Deze berichten zijn alleen maar
bedoeld om de onderzoekers en bedrijven naambekendheid te
geven en zijn misleiding van publiek en misbruik van de media.
Laten we eens het Nationaal Programma 'Hoge Temperatuur
Supergeleiding' onder de loep nemen. Deelnemers zijn de
organisaties AKZO, ECN, FOM (mijn 'lievelingsstichting'),
KEMA, PEO, Philips, Shell, SON en TNO. Een (de
eerstgenoemde) motivering voor de start van een nationaal
programma en voor het doen van een beroep op de overheid
voor financiële steun: 'Het grote aantal toepassingen op een
breed technologisch gebied.' Een (als tweede genoemde)
algemene doelstelling in het rapport is: 'Anticipatie op de
resultaten van het onderzoek ten dienste van het Nederlandse
bedrijfsleven door het verrichten van op toepassing gericht
onderzoek en van toepassingsstudies.'
Verder lees ik: 'Over een a twee jaar kunnen accenten
verschoven zijn of zich zelfs geheel nieuwe ontwikkelingen
hebben voorgedaan aangezien het veld van supergeleiders bij
hoge temperatuur een ongekende dynamiek heeft', en 'Wat is de
gewenste situatie voor over circa twee jaar. Ik lees nergens dat
we vijftien jaar moeten wachten. In een recente uitgave van de
Scientific American staat een overzichtsartikel over de
supergeleiding bij hoge temperatuur. De conclusie van dat
artikel is dat het nog heel lang zal duren (minstens tien jaar)
voordat het drie jaar geleden ontdekte fenomeen toepassing zal
vinden.
Dat had u niet gedacht! Twee jaar geleden bleek toch uit de
kranten (NRC Handelsblad, 1 sept. 1987) dat ECN al een
spoeltje gemaakt had van het nieuwe supergeleidende materiaal.
En ook bij andere laboratoria wordt baanbrekend werk verricht.
Ja waarlijk, waarin een klein landje groot kan zijn. Groter dan
de gigantische Amerikaanse laboratoria van AT&T, Bell, IBM
en Bellcore bij elkaar.
Er zijn legio voorbeelden van zeer belangrijke nieuwe
technologieën die nooit ontdekt zouden zijn binnen een
doelgericht kader. De biotechnologische revolutie, met
technieken zoals recombinant DNA, komen geheel voort uit
academische laboratoria (incubatietijd vijfentwintig jaar). Ook
de drie verbannen prinsen van Serendip (Sri Lanka) hebben ons
veel geleerd. Het begrip serendipiteit, ontdekking bij toeval,
wordt vaak benadrukt, meestal gecombineerd met een flinke
portie romantiek.
De wetten van de toepasbaarheid van natuurwetenschappelijk
onderzoek gelden ook voor het bedrijfsleven. Er is geen bedrijf
in de westerse wereld dat met zijn investeringen twintig jaar
vooruit denkt. Bedrijven als AT&T, Bell en IBM doen hun
fundamentele onderzoek dan ook niet met als doel het doen van
een nieuwe fundamentele ontdekking om die vervolgens in het
eigen bedrijftoe te passen.
Nee, bedrijven doen hun onderzoek met als doel contact met
nieuwe wetenschappelijke ideeën, opvoeren van produktiviteit,
begeleiden van ontwikkelingsstrategieën en om gefundeerd
beslissingen te kunnen nemen over technologiekeuzen.
Nederland is een één procents landje, maar bedrijven in
Nederland kunnen natuurlijk niet draaien op basis van één
procent van de kennis.
Het zuivere onderzoek van een groot bedrijfis niets meer dan
een venster naar een verschrikkelijk grote buitenwereld; een
mogelijkheid om toegang te hebben tot alle wetenschappelijke
kennis. Alleen door aan het spelletje mee te doen, krijgen zij
deze toegang. Dit is natuurlijk veel minder spectaculair en
romantisch dan het beeld van de uitvinders voor Philips op het
Philips Natuurkundig Laboratorium in Eindhoven.
Indien je pleit voor minder vrijheid van onderzoek, dan krijg
je altijd te horen dat dat wel kan voor een klein aantal
uitverkoren fysici, de zogenaamde primadonna's, maar dat de
rest voor een groot gedeelte bestaat uit middelmatige fysici, die
eigenlijk het beste maar een beetje toegepast kunnen werken
aangezien zij anders maar tegen hun eigen gebrek aan kwaliteit
en creativiteit oplopen.
Dit argument maakt mij altijd razend. Het is in een discussie
een oude list om je gesprekspartner het graf in te prijzen. Deze
argumentatie komt erop neer dat de hardlopers die bij de
Olympische Spelen de finale halen maar niet bij de eerste drie
komen, eigenlijk maar middelmatige lopers zijn. Het is de
eeuwige truc van het door elkaar halen van gemiddeld en
middelmatig. De fysici die werken in academische instellingen
en instituten worden in Nederland zo hinderlijk gevolgd door
bijvoorbeeld de FOM dat kwaliteit verzekerd is. Er is in ieder
geval geen enkele kwaliteitsreden te bedenken om een groot
aantal fysici aan de leiband van de fictie van de toepasbaarheid
te laten lopen.
Het kritisch bespreken van de maatschappelijke trend om de
mogelijke toepasbaarheid van wetenschappelijk onderzoek te
laten overheersen, wordt altijd meteen uitgelegd als zwakte en
als angst. Je bent gewend aan het beschermde academische
wereldje en je kan natuurlijk niet meer meekomen met de echte
ondernemende kerels nu het er echt hard en manlijk aan toe zal
gaan. Nee, dan de stoere taal van de technische ondernemers uit
Twente en het economisch papegaaiencircuit van Rotterdam;
die durven het op te nemen tegen Amerikaanse topinstellingen
als MIT en Harvard.
Maar de meeste fysici hebben helemaal geen angst voor dit
soort nieuwlichters. Zonder al te veel moeite kunnen zeer veel
fysici, en zeker al diegenen die in het lage-energiegebied werken,
door het uitvoeren van een aantal holle activiteiten (exercises in
futility), zoals het plakken van nieuwe etiketten, het toepassen
van semantische trucs en het voeren van een enigszins
aangepast publikatiebeleid, hun werk verkopen als strategisch,
doelgericht of toegepast. U vraagt en wij draaien. En de
tekstverwerker is geduldig. Iemand van buiten moet wel van
zeer goeden huize komen om dit te kunnen ontmaskeren. We
hebben al ervaring met deze lege ombuigoperaties in Nederland.
In alle gebieden van de natuurkunde is fundamenteel werk te
doen, avontuur te beleven en bestaat de mogelijkheid om
fundamentele grenzen te verleggen. Vanuit zuiver
natuurkundig standpunt is het onmogelijk om prioriteiten aan te
geven, en dat geldt voor elke discipline. Als besloten wordt in
een bepaald vakgebied mee te draaien, dan moet dat ook goed
gebeuren. Goed of helemaal niet. En dus geen kaasschaaf, maar
eventueel een bepaalde discipline laten schieten. De keuze is aan
de maatschappij. De fysicus zal wel in alle talen uitleggen dat
toevallig net zijn gebied het meest fundamenteel is, dat net zijn
gebied het meest toepasbaar is, dat net zijn gebied de studenten
het best voorbereidt op een functie in de samenleving
enzovoort.
Ik hoop dat de maatschappij hier doorheen kan kijken.
Daarvoor is het wel noodzakelijk dat natuurkunde, en meer in
het algemeen de natuurwetenschap, deel uit gaat maken van
onze cultuur, cultuur in de zin van het geheel van zaken
waaraan een geestelijke waarde kan worden toegekend. Hier ligt
een belangrijke taak voor de natuurwetenschappelijk geleerde.
Laten we beginnen met de maatschappij eerlijk voor te lichten.
Ik zal besluiten met een uitspraak van de geheel nutteloze
fysicus Faraday, die op de vraag: Wat is het nut van
natuurkunde?, geantwoord schijnt te hebben: Wat is het nut van
een baby?