ANDERE NATUURKUNDE

Wie jarig is, die moet trakteren. Volgens vaderlands gebruik heeft het bestuur van de jarige stichting FOM de Nederlandse wetenschap getrakteerd en een bundel essays doen verschijnen over interessant fysisch onderzoek vanuit 'andere' invalshoeken.

Gedurende de eerste helft van deze eeuw heeft de Nederlandse natuurkunde internationaal een vooraanstaande plaats ingenomen. Door het uitbreken van de Tweede Wereldoorlog werd er, vooral op het gebied van de kernfysica, een enorme achterstand opgelopen. Om daaraan iets te doen besloot de regering in april 1946 tot het oprichten van de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), 'tot nut van het algemeen en dat van het hoger onderwijs'. Voor een georkestreerde aanpak van het natuurkundig onderzoek aan de universiteiten richtte FOM werkgemeenschappen op, een voorbeeld dat inmiddels in andere wetenschapsgebieden is nagevolgd. Voor bepaalde vakgebieden werden door FOM instituten gesticht, die onderzoekschool avant la lettre zijn en als voorbeeld dienen bij het concretiseren van de ministeriele plannen rondom onderzoekscholen aan de universiteiten.

In de afgelopen 45 jaar heeft FOM aan zijn missie voldaan, de achterstand werd na de oorlog snel ingelopen. Volgens 'Science Watch'

staat Nederland thans op de vijfde plaats van de wereldranglijst en dat komt mede door de hoge kwaliteit en produktiviteit in de natuurkunde.

De richting van het natuurkundig onderzoek in Nederland vertoont een grote dynamiek. Hoewel FOM zich in de begintijd vooral met kernfysica bezighield, wordt thans nog niet de helft van het budget aan dat onderwerp besteed. Naast het onderzoek dat wordt uitgevoerd in bestaande werkgemeenschappen en instituten stelt FOM zich open voor interessante uitdagende fysica in gebieden die nu niet in FOM-verband intensief worden beakkerd. Daarvoor moet FOM de omgeving verkennen en uiteindelijk beleidsdiscussies voeren over het niet of wel inslaan van een nieuwe weg, eventueel door bekende paden te verlaten.

In de essays die door FOM bij elkaar zijn gebracht geven de auteurs vanuit verschillende invalshoeken een persoonlijke visie op uitdagende (fundamenteel) fysische vraagstellingen binnen het betreffende vakgebied, gevolgd door eventueel suggesties voor mogelijke activiteiten van FOM op dit gebied.

De bundel is een drieluik en geeft een kijk op nieuwe fysica in: de maatschappelijke omgeving, het interdisciplinair onderzoek en de eigen fundamenteel fysische omgeving.

Zo wordt aan fysici gevraagd een relevante bijdrage te leveren aan de milieuproblematiek door methoden te ontwikkelen voor het meten van sporegassen, ozon, NO, NO, SO, NH, ClO, etc. in verschillende onderdelen van de atmosfeer. Daarnaast en meer algemeen bestaat behoefte aan verdieping van het theoretisch inzicht in de verspreiding van energie en stoffen in het milieu.

De ontwikkeling van een veilige, schone en duurzame energievoorziening waar niet alleen de westerse wereld profijt van heeft, maar waarvan ook ontwikkelingslanden vruchten kunnen plukken, is ten zeerste gebaat bij alle mogelijke vormen van energie-opslag. Op dit terrein zou, volgens een van de essayisten, de technologie de wetenschap moeten sturen. ''Een Nobelprijs zal dat waarschijnlijk niet opleveren, maar de samenleving zal u dankbaar zijn.''

Telecommunicatie vormt een ander draagvlak voor vernieuwend fysisch onderzoek. Dankzij ontwikkelingen op het gebied van de moderne optica zullen de telefoon, de tv en de computer in een communicatienetwerk worden samengevoegd. Het elektron is daarvoor te langzaam en het lichtdeeltje, het foton, wordt de koerier van de informatiemaatschappij.

Een ander voorbeeld hoe wetenschap de technologie stuurt, vindt men in de micro-mechanica waarin men leert om enkele atomen te manipuleren en zichtbaar te maken.

Fundamenteel onderzoek hoeft zich niet te beperken tot de dode materie, dat is het pleidooi van de bio- en medisch fysici onder de essayisten. Vooral eiwitten blijken bij uitstek geschikt om fundamentele fysische processen te bestuderen. Een eiwit kan gezien worden als een fysisch microlaboratorium, waarin de experimentator een proces in principe onder elke door hem gewenste omstandigheid kan bestuderen. Energie-overdracht en -opslag, atoom- en molecuulfysica, quantum mechanica en -dynamica, supergeleiding en milieufysica spelen hierbij een rol. Door de natuurkundige is de mens, anders dan atomen, melkwegstelsels of wervelingen in de atmosfeer, tot nu toe niet onder de natuurverschijnselen gerekend. Dat mag wel enige verwondering wekken, vooral als men zich realiseert welke uitdagingen thans voor het oprapen liggen; de koppeling van de mens met zijn omgeving, kennis van zintuiglijk en doelgericht gedrag en misschien zelfs van structuur en functie van het brein.

Er is natuurlijk ook fysica die de menselijke maat te boven gaat en toch tot de mogelijkheden blijkt te behoren zoals de geofysica. De Aarde is de enige planeet die we letterlijk binnen handbereik hebben.

Tot ver in deze eeuw werd de geofysica beoefend door natuurkundigen als Kelvin en Rayleigh. Naarmate het fundamentele onderzoek steeds meer gedomineerd werd door deeltjesfysica en de klassieke en toegepaste vraagstellingen over de evolutie van de Aarde minder fundamenteel leken, dreven beide disciplines uit elkaar. Het tegenovergestelde gebeurde met de astrofysica. Sterrenkundig onderzoek draagt in toenemende mate bij aan de ontwikkeling van de natuurkunde.

In veel opzichten is de kosmos een onontbeerlijk laboratorium geworden voor het testen van fundamentele wetten, omdat druk, temperatuur, dichtheid, etc. die nooit in aardse laboratoria gecreeerd kunnen worden, in de kosmos gerealiseerd zijn en daar tot waarneembare effecten leiden.

Naast de twee bekende terreinen voor grensverleggend onderzoek, namelijk de studie van het allerkleinste en de studie van het allergrootste, tekent zich een nieuw gebied af: de studie van het meest complexe. Spontane organisatie van wanordelijke systemen in complexe patronen heeft de aandacht getrokken in vrijwel alle takken van de fysica. Complexe verschijnselen manifesteren zich vooral op een schaal die veel groter is dan de diameter van een atoom maar veel kleiner dan die van een biljartbal. Macro-moleculen vertonen tientallen verschillende vloeibaar-kristallijne fasen, waarvan er enkele reeds benut worden in de beeldschermen van digitale horloges, zakrekenmachines en platte tv's.

In mengsels van complexe moleculen treden verschijnselen op die in de fysica van atomen en simpele moleculen onbekend zijn: complexe moleculen kunnen zich spontaan gaan ordenen in structuren van bollen, staven of platen, zij kunnen membranen vormen of zelfs sponsachtige netwerken.

Vooral voor een beter begrip van de eigenschappen van polymeren is het van belang het gedrag van langgerekte moleculen in een vloeistof te kennen. Uit ongeveer hetzelfde polyetheen worden zowel slappe boterhamzakjes als vezels sterker dan staaldraad vervaardigd. Het enige verschil zit in de verwerkingsfase, in het eerste geval blijven de polymeerketens wanordelijk door elkaar liggen tijdens het stollen, in het tweede worden ze door verstrekken haast volledig georienteerd.

Ook wordt het mogelijk geacht, uit een mengsel van geleidend polymeer en niet-geleidende kunststof, plastic draad te trekken dat stroom beter geleidt dan koper en sterker is dan staal. Het grote probleem is niet meer de chemische synthese van de moleculen maar de fysische verwerking.

De essays over fysisch onderzoek vanuit 'andere' invalshoeken schilderen een interessant en kleurig beeld van de toekomst van FOM.

Het bestuur wil het budget voor kernfysica in de komende jaren verder reduceren en aldus ruimte scheppen voor 'andere' natuurkunde.