Wetenschap : mooie verhalen over het onbekende

Wetenschap is uit op waarheid. Maar er is zo veel onbekend dat we ons moeten afvragen wat waarheid eigenlijk betekent. Bovendien: is de mens wel in staat alles te begrijpen?

Tekening Barbara Mulderink Mulderink, Barbara

Heeft de wetenschap de waarheid in pacht? De meeste natuurwetenschappers zijn helemaal niet geïnteresseerd in dit soort filosofische vragen. Ze voelen zich meer als de traditionele vrouw des huizes, die in de keuken staat te sloven met borrelende pannen en hete ovens en meewarig haar schouders ophaalt, als ze manlief met pijp in de mond vanuit de salon weer eens mooie verhalen hoort vertellen over zijn collectie kookboeken. Ze weten dat het echte moment van de waarheid komt als de pudding wordt opgediend en geproefd. En een geslaagde pudding is een kwestie van details, heel veel details, en een langdurig en moeizaam bereidingsproces.

Want in de dagelijkse praktijk is wetenschap vooral een gevecht tegen de eigen beperkingen en vooringenomenheid. We zien graag achter alles een mooi verhaal, of het nu waar is of niet - er wordt wel eens beweerd dat fantasie en achterklap de stuwende evolutionaire krachten zijn geweest in de ontwikkeling van ons (biologisch gezien) enorme brein. Deze natuurlijke goedgelovigheid loopt ons aardig voor de voeten in de zoektocht naar de waarheid.

De moderne wetenschap probeert met veel moeite de fantasie te beteugelen en de zelfsuggestie te doorbreken. Met de praktijk van herhaalde experimenten en een open discussie tussen vakgenoten houdt ze ons bij de les. Hoe vaak word ik niet wakker met een briljant idee, dat als een zeepbel uiteenspat op het moment dat ik het aan mijn collega's probeer uit te leggen. Kon ik maar in de illusie blijven leven. Keer op keer weet de natuur ons te verrassen. Zij blijkt veel ingewikkelder, eenvoudiger, groter, kleiner, ouder, jonger, kortom 'on-natuurlijker' te zijn dan wij in eerste instantie denken.

De nieuwe inzichten verschijnen daarbij vaak in de volgende decimaal. Het zijn de kleine oneffenheden die voorzichtig de komst van grote, nieuwe theorieën aankondigen: een zeldzaam deeltje dat niet in het schema wil passen, een potscherf die daar helemaal niet hoort te liggen, een verre ster die zich niet aan de regels houdt.

Zo doemt langzaamaan een waarheid achter de waarheid op. De natuur ontpopt zich steeds in andere gedaanten, als een reeks matroesjka-poppetjes. Misschien wel een idee voor een wetenschappelijk verantwoord hebbedingetje: een houten Archimedes, met daarin een poppetje van Newton, die weer een kleine Einstein bevat, enzovoorts, enzovoorts. Als ik de kern van de moderne wetenschap in één (culinair) beeld zou moeten samenvatten, dan zou ik ook direct voor deze gelaagdheid van de natuur kiezen (perfect geïllustreerd in Powers of Ten, voor wie deze korte documentaire kent): een spekkoek van verschillende lagen, iedere met zijn eigen wetmatigheden en onderling verbonden via woordenboeken, die de vertaling tussen de lagen mogelijk maakt.

Wetenschappelijke waarheden zijn dan ook zelden absoluut. Er zit een houdbaarheidsdatum op en de werking wordt slechts gegarandeerd als de gebruiksaanwijzing strikt in acht wordt genomen. Rijdt u op de fiets, dan voldoet de mechanica van Newton prima. Wisselt u die fiets in voor een interstellaire raket, dan moet u naar Einsteins theorie overschakelen. Zelfs de allerlaatste inzichten zijn alleen betrouwbaar binnen de grenzen waarin ze getoetst zijn. All bets are off, wanneer een stap over deze grens wordt gezet. Volgend jaar wordt de nieuwe deeltjesversneller in CERN [het grootste onderzoekscentrum voor deeltjesfysica ter wereld, in Genève, red.] in bedrijf genomen. Mij wordt vaak gevraagd wat we daar zullen vinden. Als ik dan zeg dat ik geen flauw idee heb, reageert men vol ongeloof. Je gaat toch geen apparaat van een paar miljard bouwen zonder dat je weet welke deeltjes je zal vinden? Maar ja, dat is nu eenmaal de essentie van wetenschap. Als we zeker wisten wat we daar in Genève te zien krijgen, hoefde die versneller helemaal niet meer gebouwd te worden.

Oude kaarten van de wereld, zoals je die in 16de-eeuwse atlassen vindt, laten vaak grote open plekken zien. De cartograaf tekende in zo'n witte vlek dan graag een paar afschrikwekkende zeemonsters, want de menselijke geest heeft moeite om het onbekende helemaal open te laten. Hoeveel witte plekken zijn er nu nog op de kaart van de wetenschap te vinden? En hoe zien de hedendaagse zeemonsters eruit?

Soms, heel soms, verkeert de wetenschap in de bijzondere positie dat zij precies weet (of denkt te weten) wat ze niet weet. Zo zijn kosmologen sinds kort in staat de totale energie-inhoud van het universum te bepalen. Het heelal is als het ware op de weegschaal gezet en veel te zwaar bevonden. Het verrassende resultaat van deze weging is namelijk dat maar 4 procent van alle energie blijkt te bestaan uit de ons bekende materie en straling. De andere 96 procent is niet in de leerboeken te vinden. Dit overgrote deel van het heelal heeft niets van doen met de atomen, moleculen, elektronen en lichtdeeltjes, waarmee de wetenschap zich tot nu toe heeft beziggehouden. Deze lege vlekken op de hemelkaart worden donkere materie en donkere energie genoemd. Uiterst suggestieve termen - zeker voor fans van de Star Wars-films - maar ze verhullen dat we werkelijk geen flauw idee hebben wat zich in 96 procent van het universum afspeelt. Onze moderne zeemonsters staan levensgroot aan de hemel!

Het bestaan van 'donkere kennis' - de wetenschap van wat we niet weten - is een verleidelijk idee, zeker in een discussie rond het thema waarheid. Wat is het percentage donkere kennis in andere vakgebieden? Is 96 procent iets om je voor te schamen? Niet voor historici. De naoorlogse ontwikkelingen in Nederland zijn waarschijnlijk uitputtend gedocumenteerd, maar hoe zit dat met de gegevens van duizenden jaar geleden? Hele culturen zijn in het zwarte gat van de geschiedenis verdwenen, zonder een spoor achter te laten. Zelfs van het werk van de grote Griekse tragediedichters is minder dan 10 procent bewaard gebleven.

Ook de biologie verkeert vanuit dit perspectief nog grotendeels in donkere tijden. Waarschijnlijk heeft maar één op de tienduizend diersoorten die ooit geleefd hebben een fossiel nagelaten. De geschiedenis van het leven op aarde bestaat dus voor 99,99 procent uit missing links, die voor altijd vermist zullen blijven. Er zwemmen biljoenen exemplaren van een kreeftje in de oceaan waarvan de complete genealogie bestaat uit één enkele fossiele voorouder, gevonden in de maag van een versteende vis. En zelfs als we al die organismen uit de geschiedenis zouden kunnen reconstrueren, dan valt er nog zoveel in de toekomst te ontdekken. We zijn druk bezig om via genetische manipulatie de evolutie in het laboratorium versneld voort te zetten en de mogelijkheden zijn letterlijk oneindig. Het aantal combinaties binnen een DNA-molecuul is onbegrensd. Hoe zien al deze potentiële planten, dieren, bacterieën, en wie weet wat nog meer, er allemaal uit? Vanuit dit perspectief gezien benadert het percentage donkere kennis al snel de 100 procent.

Misschien moeten we ons niet te veel door al deze zeemonsters bang laten maken, maar ons eerder verbazen dat we nog zo ver zijn gekomen dat we in de wetenschap überhaupt iets met (relatieve) zekerheid kunnen zeggen. Zoals gezegd, is het een wonder dat het menselijke brein, dat ontwikkeld is om in een vijandige omgeving van hongerige holenberen te overleven, toch in staat is om over quarks en quasars na te denken, zaken die heel ver van de alledaagse werkelijkheid verwijderd zijn. Er zouden toch gemakkelijk fundamentele beperkingen kunnen bestaan, in de architectuur van onze hersenen of in ons aards perspectief, die het onmogelijk maken om de ware toedracht van dit heelal te achterhalen.

Opvallend genoeg zijn dergelijke beperkingen wél gevonden in de discipline die nog de beste kansen heeft om de absolute waarheid te vinden, namelijk de wiskunde. Neem nu het getal zeven, dat is een priemgetal. Dat weten we zeker en dat zal altijd zo blijven.

De Oostenrijkse logicus Kurt Gödel liet echter in 1931 zien dat er wiskundige stellingen zijn die waar zijn, maar die niet bewezen kunnen worden. Niemand zal ooit een tegenvoorbeeld kunnen vinden, maar ook zal niemand ooit een wiskundig bewijs kunnen geven. De waarheid is er dus wel, maar kan nooit met zekerheid door ons mensen worden vastgesteld. Gödels verbazingwekkende ontdekking was trouwens geïnspireerd door zijn Platonische ideeën. Zoals vele andere wiskundigen had hij de diepgevoelde overtuiging dat mathematische waarheden bestaan los van alle constructies die wij mensen bedenken. Het feit dat zeven een priemgetal is, geldt voor iedere realisatie van zeven, in ieder mogelijk heelal, zowel voor de zeven appeltjes in de fruitmand op mijn keukentafel, als voor de geschreven zeven op het schoolbord in mijn werkkamer. Gödel liet zien dat de meeste van deze hogere wiskundige waarheden onbewijsbaar zijn. Ze bevinden zich zó diep in de zee van het onbekende dat onze menselijke staketsels daar nooit zullen reiken. Het is hun lot om daar voor altijd tussen de zeemonsters te moeten leven. Strikt gesproken gaat Gödels stelling slechts op in de beperkte context van de getaltheorie, maar het roept wel de vraag op of ook de natuurwetenschap niet op dezelfde wijze fundamenteel beperkt is om de volledige waarheid te achterhalen.

Vanuit de wetenschap gezien is de zoektocht naar de waarheid dus vooral een moeizame weg. Het is de tirannie van de extra decimaal, het gevecht tegen de projectie van de menselijke maat. De absolute waarheid verschijnt daarbij als een fata morgana, die bij iedere stap vooruit verder achter de horizon verdwijnt. En dan is er zelfs nog de mogelijkheid dat de weg helemaal niet tot het uiteindelijke doel leidt, dat de zoektocht stopt voor een onoverbrugbaar ravijn, dat ons voor altijd van de waarheid scheidt.

Is het frustrerend om de antwoorden op zoveel grote vragen niet te weten? De theoretisch fysicus Richard Feynman zei daarover: 'Ik kan leven met twijfel en onzekerheid en niet weten. Ik denk dat het veel interessanter is om in onwetendheid te leven, dan met antwoorden die fout zouden kunnen zijn.'

Ik denk dat de meeste wetenschappers daarop instemmend zullen knikken, terwijl ze hun handen afvegen aan het keukenschort en een nieuwe pudding in de oven schuiven.

Hoogleraar mathematische fysica aan de Universiteit van Amsterdam. Zijn naam is verbonden aan twee wiskundige concepten die snaartheoretici gebruiken bij complexe berekeningen.