Happy Birthday voor de relativiteitstheorie

Honderd jaar geleden werd de relativiteitstheorie gepresenteerd door Albert Einstein. Professor Robbert Dijkgraaf geeft college over „wellicht de grootste intellectuele prestatie van de afgelopen eeuw”.

Kun je een stukje schrijven over de algemene relativiteitstheorie zonder de beroemdste wetenschapper aller tijden te noemen? Ik ga het toch proberen, want hij krijgt al meer dan genoeg aandacht.

Het is deze maand precies honderd jaar geleden dat de theorie werd gepresenteerd tijdens vier voordrachten in Berlijn, wellicht de grootste intellectuele prestatie van de afgelopen eeuw. Maar het was vanaf dat moment geen continu succesverhaal. Zo is het minder goed bekend dat rond 1955, bij de dood van de ontdekker, het zwaartekrachtsonderzoek een absoluut laagwaterpunt had bereikt. Bijna niemand durfde er nog aan te werken. Overzichtsartikelen uit die tijd prezen beleefd de filosofische aspecten, de radicale revisie van ruimte en tijd, als betrof het een kunstwerk in plaats van een fundamentele natuurwet. Waarneembare effecten, laat staan praktische gevolgen, waren er toen nauwelijks en werden ook niet spoedig voorzien.

In de jaren vijftig werd natuurkundestudenten met kracht geadviseerd om zich op belangrijkere zaken te richten: kernfysica, elementaire deeltjes of transistors. Men moest zich niet laten verleiden door de wiskundige abstracties die toch nooit tot meetbare resultaten zou leiden. Goed, de evolutie van het heelal, maar dat was allemaal zo speculatief, eerder materiaal voor sciencefiction. Over kosmologen werd toen gezegd: nooit in twijfel, maar altijd fout.

Maar het overlijdensbericht van de relativiteitstheorie was voortijdig verschenen. Net op dat moment van diepe crisis begon de theorie aan een tweede leven. Twee fysici in Princeton namen daarbij de leiding: de theoreticus John Wheeler en de experimentator Robert Dicke. Beiden waren gevormd door wapenonderzoek tijdens de oorlog – Wheeler werkte aan kernbommen en Dicke aan microgolfradar; beiden zwommen graag tegen de stroom in; en beiden werkten als een magneet op briljante en eigenwijze studenten.

Opvallend genoeg begon het allemaal in Leiden, waar Wheeler in 1956 een sabbatical doorbracht als Lorentz-hoogleraar. De luwte gaf hem de vrijheid om zich in onmodieuze zaken te verdiepen. Hij dacht na over kosmologie en zwarte gaten. In een vitrine hier in Princeton ligt de prachtige eerste schets die hij maakte van een wormgat, een tunnel die twee punten in de ruimte verbindt. Wheeler had trouwens een goed taalgevoel: zowel ‘zwart gat’ als ‘wormgat’ waren zijn bedenksels.

Eind jaren 60 helemaal mainstream

Zijn collega Dicke begon in diezelfde tijd een reeks precisie-experimenten om de relativiteitstheorie te testen. Ook ontwierp hij met zijn studenten een apparaat dat de microgolven afkomstig van vlak na de oerknal zou kunnen detecteren. Het verhaal van deze kosmische achtergrondstraling is bekend. Op het laatste moment werden ze verrast door twee radio-ingenieurs die een storend signaal in hun schotelantenne niet konden thuisbrengen en zich nooit in de kosmologie hadden verdiept. Zij mochten naar Stockholm; Dicke en zijn studenten bleven thuis.

Dankzij deze renaissance was eind jaren zestig de relativiteitstheorie weer helemaal mainstream. Daar plukken we nu de vruchten van. Kosmologie is een precisiewetenschap geworden. Satellieten meten met zeer grote nauwkeurigheid de kleinste variaties in de achtergrondstraling. Telescopen laten zien dat overal in de kosmos zwarte gaten huizen. En de komende jaren verwachten we de eerste zwaartekrachtsgolven te meten. Zelfs Hollywood heeft de relativiteitstheorie omarmd. Een van de studenten van toen is Kip Thorne, briljant fysicus in Caltech en geestelijke vader van de kaskraker Interstellar.

Wheeler en Dicke zijn niet meer bij ons, maar de meesten van hun studenten nog wel. Daarom was het zo ontroerend om bij de viering van de honderdste verjaardag van de algemene relativiteitstheorie vorige week in Princeton deze voormalige jonge honden het podium te zien beklimmen, nu allen diep in de tachtig. Het banket was dan wel niet in Stockholm, maar voor deze oude garde kwam dit dicht in de buurt.

De generatie van nu luisterde ademloos naar de verhalen van de oude mannen hoe ze als studenten maar wat aan het prutsen waren. Een lid van de oude garde heeft een glazen model meegebracht. Zo’n twintig centimeter groot past het keurig in zijn aktetas. Het verbeeldt een zwaartekrachtslens, een sterrenstelsel dat als een kosmisch vergrootglas werkt. Toen was het fantasie, maar met de telescopen van nu zijn deze lenzen overal in de hemel te zien. Door de enorme concentratie van materie buigen ze het licht van de verste sterren alsof het een lachspiegel is. Het is het belangrijkste instrument om de raadselachtige donkere materie te meten.

Het dessert wordt geserveerd. Op ieders taartje prijkt de wiskundige vergelijking waarmee al dat moois begon. En een enkel kaarsje. We steken ze tegelijkertijd aan en zingen ‘Happy Birthday’.

De dag erop zit ik in het vliegtuig. Tijdens de vlucht dwalen mijn gedachten af. Ik denk aan het enorme heelal vol wonderen: zwarte gaten die achteloos sterren opslurpen, rondslingerende pulsars die zwaartekrachtsgolven oproepen, kosmische lenzen die de verste explosies uitvergrootten, de interstellaire ruimte ondergedompeld in een ijskoud bad van oerknalstraling. Alles perfect beschreven door deze majestueuze theorie. Wat een wonder dat wij binnen honderd jaar het heelal deze geheimen hebben weten te ontfutselen.

Dan zie ik in de stoel voor me een lid van de oude garde. Hij houdt het koffertje met daarin zijn plexiglasmodel van de zwaartekrachtslens dicht tegen zich aangedrukt. Als een handelsreiziger met een demonstratiemodel voor de kosmos.