De Wetten

Meer dan een meter lang is de rij ordners van de Commissie Publiekscontact van Sterrewacht Leiden. Daar bewaar ik fanmail, boze brieven, en ook de theorieën-van-alles die mensen mij blijmoedig blijven sturen. Hoewel je aan die laatste geen touw kan vastknopen, kijk ik er niet op neer. Uit al die enorme hoeveelheid werk, soms in eigen beheer duur uitgegeven, blijkt dat de schrijvers een oprechte belangstelling hebben voor de Natuur, en diep nieuwsgierig zijn naar de manieren waarop het Heelal werkt. Die eigenschap drijft wetenschappers ook, dus wat sentiment betreft zitten deze mensen in elk geval goed.

Helaas voor alle goedwillenden is natuurkunde al minstens drie eeuwen een terrein waarop amateurs, zelfs zeer begaafde, zich niet meer kunnen wagen. Voor wie echt iets wil bijdragen, zit er heus niets anders op dan eerst te gaan studeren. Niet alleen om te leren wat wij zoal hebben ontdekt, de afgelopen paar duizend jaar, maar vooral om te weten te komen waaruit wezenlijke vernieuwingen bestaan. Als je dan heel goed bent, begiftigd met het juiste soort doorzettingsvermogen, aanvoelt wanneer je het over een andere boeg moet gooien, en bovendien ook nog een flinke dosis geluk hebt, kun je misschien de grens van onze onwetendheid wat verleggen.

Studeren is buffelen, daar zorgen mijn collegae en ik wel voor. Want wie geen doelpunten maakt verdient nog steeds alle respect, maar geen plaats in het eerste elftal. Je doet er minstens vijf jaar over om je kennis op te vijzelen van de studiehuis-middeleeuwen tot heden. Wie onderzoeker wil worden zal ook iets moeten afleren dat hem of haar met de paplepel is ingegoten: het heroïsche model van wetenschappelijke vernieuwing.

Er is een heldhaftig beeld van de onderzoeker: de Prometheus-legende, de opstand tegen de goden, het vastberaden omverwerpen van alle gevestigde waarden en wetten. Hier sta ik, god helpe mij, ik kan niet anders! Desnoods tot op de brandstapel. Steeds kom je het weer tegen: Einstein vernietigde Newton, zoals Achilles Hector versloeg. Daar sleept de jonge ragebol de oude pruikekop achter zijn strijdwagen! Maar zo zijn we in dit vak niet getrouwd, ook al komt menige wetenschapper in de verleiding zich die vleiende vergelijking met een academische Achilles te laten aanleunen.

De mythe van de wetenschappelijke held is hardnekkig, en dat is goed te begrijpen. Het is bijzonder aantrekkelijk voor de aspirant-wetenschapper om zich in die gloed te koesteren. `Iedereen dacht dat Einstein gek was, maar toen...' Deze karikatuur ligt lekker in de markt, ondanks het feit dat Einsteins werk insloeg als een bom wegens het volstrekt overtuigende ervan. Dat het volkomen knots was, zo tegen-intuïtief dat het in geen gewone-mensentaal was te vatten, deed daar niets aan af. Niet alleen sommige beroepskrachten, maar ook amateurs hechten zeer aan die heldenrol, en des te meer wanneer je zegt dat hun innig gekoesterde theorie kant noch wal raakt. Het is dan ook onbegonnen werk om met hen in debat te gaan. Zij denken een theorie te hebben, maar in wezen is het slechts een stapel warrige veronderstellingen. Het is geen natuurkunde, maar het is geloof of literatuur (maar ook de Nobelprijs voor de letteren zal hun ontgaan).

Wat er in de echte natuurkunde gebeurt, is dat de wetten worden bijgesteld, uitgebreid, of door een listige aanpassing geschikt gemaakt voor een groter gebied dan dat waarvoor ze oorspronkelijk waren ontworpen. De theorie van warmte (de thermodynamica) en de theorie van de beweging van deeltjes (de mechanica) waren afzonderlijke wetten totdat werd bewezen dat de mechanica van een gigantisch groot aantal deeltjes hetzelfde is als de thermodynamica. De wind ontstaat door de gezamenlijke gemiddelde beweging van alle luchtmoleculen in een bepaalde richting, en de temperatuur van de lucht komt overeen met de toevallige afwijkingen van dat gemiddelde.

Maar aan de regels van de thermodynamica, zoals die gevonden waren door te experimenteren met gassen, hoefde niets veranderd te worden. Het is dus niet juist te denken dat de oude fysica instort zodra we iets nieuws vinden. Vrijwel altijd blijft een natuurkundige theorie bruikbaar binnen een beperkt gebied: de weerman is niet brodeloos gemaakt door de fysicus. Een atoom bestaat, ook al hebben we ontdekt dat het is gebouwd uit elektronen en een atoomkern. Ook die kern is echt, hoewel we nu weten dat deze bestaat uit protonen en neutronen. Ook die deeltjes blijven in beeld, ondanks het feit dat wij er achter zijn gekomen dat zij zijn gebouwd uit quarks. Een ontdekt feit wordt niet verworpen, maar verfijnd. De Aarde en de andere planeten blijven om de Zon draaien, ook al weten wij dat het hele zwikkie door de Melkweg zwiert, die op zijn beurt weer door de Locale Groep van sterrenstelsels dendert. Dus we hoeven de scheikunde niet overhoop te halen als er weer eens een nieuw sub-atomair deeltje is ontdekt.

Het is jammer dat het heroïsche beeld door kranten en tv in stand gehouden wordt. Het is pakkend, zo'n titanenstrijd. Als een onderzoeker toegeeft dat hij of zij `slechts' een baken heeft verzet, al is die vondst nog zo geniaal, dan haken de media af. Bovendien gaan de rapportages voor meer dan de helft over nieuwe hypotheses, veronderstellingen over hoe-het-zou-kunnen-zijn, en niet over bewezen verklaringen. Dat zien we al jaren met het getoeter over de `supersnarentheorie'. Het is goed mogelijk dat die, of een variant daarvan, uiteindelijk het ei van Columbus zal blijken te zijn, maar vooralsnog is daar totaal niets van bewezen. Vraag maar eens aan zo'n theoreticus waarom de massa van het elektron 500 kilovolt is, en let scherp op de reactie. Snaren zijn aardig, maar nog steeds geen natuurkunde. Jammer dat het publiek dan die foute indruk krijgt. Het is alsof je op de kunstpagina een reproductie ziet van het palet van de schilder, en niet van het voltooide doek.

Maar hoe zit het dan met de rebellenclub? Valt er nog de held uit te hangen? Misschien een beetje, maar op een heel andere manier. Om te beginnen is het vinden van een goede hypothese buitensporig moeilijk. Vervolgens komt er iets dat bijna niemand beseft: het moeilijkste is niet eens die nieuwe veronderstelling, maar het intact laten van datgene waarvan we weten dat het werkt. Het is zoiets als een nieuw gebouw neerzetten in de oude binnenstad. De heroïsche neiging is om de hele boel kort en klein te slaan en tussen de trapgevels een kolos van glas en beton neer te kwakken. Maar zo werkt de natuurkunde niet: die oude gebouwen moeten op organische wijze in het nieuwe opgenomen worden.

Dat is nu juist de verlammende moeilijkheid van de meeste nieuwe natuurkunde, de eis dat je de bestaande constructies zo goed mogelijk heel laat. De quantummechanica, bijvoorbeeld, beschrijft de Natuur als je gaat kijken naar zeer kleine dingen zoals atomen. Maar als je die theorie laat groeien, totdat je er heel grote dingen mee beschrijft, dan krijg je de klassieke mechanica terug. De relativiteitstheorie beschrijft hoe dingen met zeer grote snelheid of versnelling bewegen, maar als je de theorie verlangzaamt, totdat je alleen maar met aardse snelheden te maken hebt, krijg je opnieuw de klassieke mechanica. Daaraan verandert niets, en om uit te rekenen hoe ik met een raket naar Jupiter kom, heb ik die hele relativistische rataplan niet nodig.

Maar nu komt de kneep: als de quantummechanica en de relativiteitstheorie geen van beide in strijd zijn met de mechanica, dan zou je verwachten dat ze ook met elkaar kloppen. Maar er wacht ons een bittere verrassing: die twee theorieën bijten elkaar als kat en hond. Hoe moeten we dat oplossen? Een held zou meteen alle theorieën afschaffen, zoals architecten een klassiek gebouw laten vermorzelen. Maar een natuurkundige doet dat niet, omdat er met de quanta en de relativiteit op hun eigen terrein niets mis is. Het gaat erom, een geniale uitbreiding van beide te vinden. Helaas: tot en met vandaag is dat nog niet gelukt.

Het heeft geen zin het met heroïsch geweld te proberen, hoe ongeduldig je soms ook wordt. Een goede onderzoeker heeft lak aan bijna niks: een geslaagde nieuwe theorie werpt vrijwel niets omver. Een amateur gedraagt zich als een olifant in de porseleinkast. Een beroeps doet het zachtjes aan, zonder zich te laten intimideren. Theorieën maken is op eieren lopen.