Cultuur

Interview

Interview

Lisa Randall

Foto: Frank Ruiter

Koningin van de natuurkunde

Lisa Randall

Lisa Randall, uit Queens, is hoogleraar theoretische natuurkunde aan Harvard. Ze werd er als eerste vrouw professor in dat vak.

Topfysicus Lisa Randall groeide op in Queens, New York. Met haar moeder, voormalig docent, haar vader, handelsman, en twee zussen woonde ze in het witte deel van die wijk, waar in de jaren zestig en zeventig „allemaal forenzen woonden” en het „benauwend conformistisch” was.

Randall wilde er aan ontsnappen. Ze was slim, leergierig en wilde naar het Stuyvesant, een highschool met nadruk op de bètavakken, die veel van de beste leerlingen van New York trok. „En New York is groot”, zegt Randall erbij. Maar: de school was in Manhattan en de stad was lang niet zo veilig als nu. „Mijn moeder wilde me niet elke dag de lange reis laten maken.”

Toch deed Randall mee aan het toelatingsexamen. Ze eindigde als „beste of één na beste. Toen moest mijn moeder me wel laten gaan.” En zo ging ze. Elke dag. Eerst met de bus en dan verder met de metro onder Long Island door. Op naar een wereld „die rijker geschakeerd was, met meer diversiteit.”

Nu (het gesprek was in juni) zit Randall in de leeskamer van het Ambassadehotel in Amsterdam; een rok van glimmend geweven lichtblauwe stof, zilveren sieraden en lang blond haar. Ze maakt een kleine Europese tour om haar laatste boek te promoten: Donkere materie en de dinosaurussen. „Dank je”, zegt ze spottend als ik de metaforen prijs waarmee ze in dat boek haar onderzoek uitlegt. „Zorg dat je dit opschrijft.”

Meest geciteerd

Ze heeft het gemaakt. Randall is hoogleraar theoretische natuurkunde in Harvard, waar ze in 2001 de eerste vrouw was die in dat vak professor werd; ze is een van de meest geciteerde theoretisch natuurkundigen ter wereld; en eerder was ze als hoogleraar (ook de eerste vrouwelijke in haar vak) verbonden aan het prestigieuze MIT en Princeton University.

Destijds in Queens had ze er geen idee van dat haar wereld die van de abstracte wiskunde zou worden, van de exotische deeltjes en van de extra dimensies. „In mijn familie was niemand wetenschapper. Ik wilde advocaat worden. Pas rond mijn tiende hoorde ik dat je van bètawetenschap ook je beroep kan maken.”

De jaren van haar schooltijd – de jaren zestig en zeventig waren rommelige jaren. Op haar eerste schooldag staakten alle docenten – „ik heb ik nooit een eerste schooldag gehad” –, en alles werd ter discussie gesteld. Maar in de bètavakken, ontdekte Randall, was een antwoord gewoon goed of fout. Daardoor maakte het ook minder uit hoe docenten lesgaven. „Een boek bijvoorbeeld kun je op allerlei manieren uitleggen. Op jouw manier, op de manier van je docent – en dan doet het ertoe of die docent goed is of niet. Bij de bètavakken kan je op de uitkomsten vertrouwen, en zelf leren.” Als je Randall heet althans. Maar dat zegt ze er niet bij.

Dat meisjes op Stuyvesant nog een beetje een noviteit waren – pas vanaf 1969 werden ze er voor het eerst toegelaten –, daar haalde ze destijds haar schouders voor op. „Bij wiskunde waren twee meisjes de besten van de klas, de docent was dol op ons, en toch sprak hij steeds over de goede tijd waarin de school alleen voor jongens was.” Maar: „Dat negeerden we. Het is vooral later, als je meer ervaren bent, dat je denkt: oké, krijg ik nu nog steeds met deze onzin te maken?”

Op dat punt van ergernis zit ze nu, denkt ze, en daarom zwijgt ze liever over de kwestie vrouwen en bètavakken. „Lezers leggen het stuk weg, als je erover begint. Het biedt ook zelden nieuwe inzichten.” En: het leidt af van haar werk, van de natuurkunde.

Taart

Lisa Randall foto: Frank Ruiter

Daarover is juist zoveel te zeggen. In de periode tussen Stuyvesant en nu vervolmaakten fysici het standaardmodel dat de bouwsteentjes – van quarks tot Higgs – van alle zichtbare materie beschrijft, en de krachten die zulke bouwsteentjes organiseren tot atomen, sterren en planeten. Ze zetten grote stappen in de snaartheorie, de enorme berg wiskunde die tast naar een overkoepelend principe achter de huidige beschrijvingen van de kosmos. Ze zagen steeds duidelijker de samenhang tussen het kleinste – die bouwsteentjes – en het grootste – de structuren in de kosmos. En steeds helderder bleek ook hoe nietig we zijn in een heelal dat we grotendeels niet begrijpen.

Daarin schuilen nu de grote vragen, zegt Randall. „In de kosmische taart.” Een taart die in drie stukken valt te snijden: dat van de zichtbare materie (ruwweg 5 procent van de taart), dat van de donkere energie (ruwweg 70 procent) en dat van de donkere materie (ruwweg 25 procent). Bij elke taartpunt hoort een grote vraag. Die bij de zichtbare materie luidt: waarom is er überhaupt materie? Welke asymmetrie voorkwam dat anti-materie en materie elkaar volledig vernietigden? Bij donkere energie, de energie die niet gedragen wordt door materie, luidt de vraag: waarom is er niet veel meer van? Waarom komt donkere energie voor in een mate die in ordegrootte vergelijkbaar is met (donkere) materie? En bij donkere materie is de vraag: wat is het?

Quarantaine

Randall houdt van zulke vragen. Van „creatief nadenken”. Van puzzelen. Juist ook op vraagstukken waarover veel mensen zich al het hoofd gebroken hebben. Want: „Het is verbazingwekkend hoe vaak je zo’n vraagstuk toch kan benaderen op een nieuwe, interessante manier waaraan niemand nog gedacht heeft.” De meeste mensen, zelfs al zijn ze slim en creatief, kijken er net zo naar als andere mensen doen of al deden, zegt ze. „Terwijl de kunst is om opzij te stappen en je af te vragen: wat weten we wel en wat niet? Wat is waar en wat zijn aannames?”

Eind jaren negentig dacht ze zo samen met collega Raman Sundrum na over de vraag waarom de zwaartekracht relatief zwak is – zo zwak zelfs dat een kleine magneet met gemak een spijker optilt tegen de zwaartekracht van de hele aarde in. Veel fysici zochten, en zoeken, de verklaring in de zogeheten supersymmetrie, maar krijgen die verklaring nog steeds niet rondgebreid. Randall stelde iets anders voor – het bestaan van extra dimensies – en maakte daarmee furore. „Dat zat hem niet zozeer in het idee van extra dimensies”, zegt ze met de autoriteit van een expert, „maar in een interessanter spoor dat we gaandeweg vonden: extra dimensies die verwrongen zijn.” Alsof zo’n extra dimensie, beschreven vanuit de snaartheorie, een deel van de zwaartekracht in quarantaine houdt. (Al zijn concrete aanwijzingen daarvoor bij de LHC-deeltjesbotser van CERN – tegen de hoop in – uitgebleven).

Blinde vlek

Van frisse blik naar interessante verfijning ging het ook bij de puzzel waarover ze zich de laatste jaren boog, zegt Randall: die van de donkere materie. Dat spul absorbeert geen licht en zendt geen licht uit, zodat mensen er letterlijk een blinde vlek voor hebben. Maar donkere materie is wél verantwoordelijk voor alle structuren – sterrenstelsels, clusters van sterrenstelsels – die in de evoluerende kosmos zijn ontstaan. Zonder dit onmisbare spul waren we nergens geweest, valt uit Randalls woorden op te maken. „En het opmerkelijke is”, zegt ze, „dat je met een simpele aanname over wat donkere materie is, zo veel metingen kan beschrijven.”

Die aanname is dat donkere materie zich weliswaar niet direct kenbaar kan maken, maar wel zwaartekracht voelt en uitoefent doordat het massa heeft. Zo stuurt het sterren, sterrenstelsels of enorme kosmische gaswolken aan, remt ze af, houdt ze in het gareel… En dat blijkt telkens en overal uit metingen: aan het vroege en late heelal, op grote en kleine schalen, aan het zonnestelsel en de Melkweg, aan andere sterrenstelsels, clusters van sterrenstelsels en botsingen van zulke clusters, aan verre supernova’s, de kosmische achtergrondstraling…

Je kunt dan specifieke metingen gaan verzinnen die misschien meer over de eigenschappen van donkere materie aan het licht kunnen brengen. Of je kunt inzoomen op details in de kosmos die nu misschien al iets verraden. Dat laatste deed Randall toen ze zich samen met collega Matthew Reece op een signaal van de Fermi-ruimtetelescoop stortte: straling uit de Melkweg met een energie vergelijkbaar met die van de massa van het Higgsdeeltje. Terwijl er in de omgeving geen tekenen waren van zichtbare materie die zulke straling had kunnen produceren.

Die puzzel gaf Randall en haar team een andere kijk op donkere materie. Waarom zou dat spul eenvormig zijn zoals gemakshalve meestal wordt aangenomen? Wat als het rijk en divers is, zoals de zichtbare materie die uit een menagerie van uiteenlopende bouwsteentjes bestaat? Dan voelt een fractie van die donkere materiedeeltjes onderling misschien wél een of andere extra kracht. En gaandeweg leidde dat tot een specifiekere oplossing: dat een klein deel van de donkere materie onder invloed van een ‘donkere lading’ een dunne onzichtbare schijf zou vormen in het vlak van de Melkweg.

Fragiel

In haar boek legt Randall dat uit. Niet rechttoe-rechtaan. Ze verbindt de hypothese aan een aardse gebeurtenis – die van het catastrofale uitsterven van de dinosauriërs 66 miljoen jaar geleden. Want stel dat die dunne schijf inderdaad bestaat. Het zonnestelsel, dat volgens astronomen als een hobbelpaard in een draaimolen in een op- en neergaande beweging rond het centrum van de Melkweg draait, zou dan ruwweg elke 35 miljoen jaar door die schijf schuiven. En wat als het dan een tikkeltje uit het lood raakt? Zodat kometen soms uit de verre Oortwolk schieten en de aarde treffen? En wat als juist zo’n komeet het uitsterven van de dinosauriërs een laatste zetje gaf?

Nogal veel ‘wat als’ inderdaad. Toch vindt Randall haar boek niet speculatiever dan dat van andere fysici die populaire boeken schrijven. Integendeel. „Ik ben helder over speculaties en aannames en zorgvuldig met details.’’ De insteek mag uitdagend zijn, maar ze is een auteur die „de lezer serieus wil nemen en echt wil uitleggen wat wetenschap is en wat wetenschappers doen.” En daarbij: „Ik vond het een spannend idee om kosmologie, astronomie, het zonnestelsel en de ontwikkeling van het leven op aarde bij elkaar te brengen in één boek. En om steeds verbanden te leggen tussen zoiets abstracts als donkere materie en elementaire deeltjes, en de wereld zoals wij die ervaren.”

Haar liefde voor de natuur speelde daarbij in haar achterhoofd mee – Randall is een rotsklimmer die ooit onder invloed van de zwaartekracht een heleboel botten brak. „Ik wilde de lezer al die ingrediënten laten zien die ervoor gezorgd hebben dat we zijn waar we nu zijn. En daarmee ook: hoe snel we nu dat – eigenlijk zo fragiele – systeem aan het veranderen zijn, afgezet tegen de tijdschaal van miljarden jaren waarin het ontstaan is.”

Queens bully

En nu? Randalls favoriete metafoor voor donkere materie is George Clooney. Ook al zie, hoor of ruik je hem niet: de bewonderende blikken en de toeloop van mensen verraden dat hij ergens rondloopt – zoals bewegingen van zichtbare materie verraden dat zich ergens donkere materie schuilhoudt. Maar in lezingen neemt Randall soms de donkere materie als metafoor voor de maatschappij. Zoals we letterlijk een blinde vlek hebben voor donkere materie die het heelal vormgaf, zo hebben we figuurlijk vaak een blinde vlek voor grote groepen andere mensen, zegt ze. „We merken ze niet op, kijken door ze heen, om hun geslacht, ras of omdat ze niet behoren tot het zichtbare groepje aan de top. Terwijl ook deze onzichtbare massa’s de maatschappij vormgeven en stutten, en veel gevarieerder en rijker zijn dan vaak wordt aangenomen.”

Hoe zijn nu de Verenigde Staten voor haar, met Trump als president? „Ik maak er vaak een grap over. Mijn hele leven wilde ik weg uit Queens. Soms bracht mijn vader me met de auto naar de metro. Dan reden we langs het huis waar Trump opgroeide. Hij is een echte ‘Queens bully’ en van die mensen wilde ik weg. Nu komt het dus allemaal terug…. Het is belachelijk: wat zo mooi was aan die jaren, het optimisme dat de wereld socialer en gelijkwaardiger zou worden, met meer ruimte voor diversiteit, is in gevaar.” Het heeft haar een tijdje afgeleid van haar werk. Maar: „Daar schiet je niks mee op. Om dit alles te bestrijden moet je doorgaan met waar je in gelooft.”