Interview Nobelprijs-winnaar ’t Hooft (deel 2)

In 1999 ontving professor Gerard ’t Hooft de Nobelprijs voor natuurkunde. Tegenwoordig zet hij zich ook in voor het Mars One-project dat een kolonie wil stichten op de planeet Mars. Deel twee van het interview met professor ’t Hooft over Einstein, sciencefiction, robotica, parallelle universa en de verschillende dimensies van de kosmos.

Naast zijn werk voor Mars One (zie deel 1 van dit interview) is ’t Hooft ook volop actief als professor aan de Universiteit van Utrecht. Gedurende zijn indrukwekkende carrière als natuurkundige won hij naast de Nobelprijs ook nog vele andere prijzen.

Nobelprijs

Heeft de Nobelprijs uw leven sterk veranderd?

Gerardus_t'_Hooft_at_Harvard

Gerard ’t Hooft. Bron: Wikipedia

’t Hooft: “Merkwaardigerwijze wel. Ik heb in mijn leven ook diverse andere prijzen in ontvangst mogen nemen die qua omvang zeker vergelijkbaar zijn, maar het effect daarvan op de omgeving is vele malen kleiner. De Nobelprijs is voor iedereen herkenbaar. Dat is het hele bijzondere ervan. Iedereen op straat weet wat de Nobelprijs is, maar niet wat andere prijzen zijn zoals de Dannie Heinemanprijs of de Wolfprijs. Die heb ik ook ontvangen, maar dat zegt de mensen allemaal niets.”

De Légion d’Honneur heeft u ook gehad, niet waar?

’t Hooft: “Ja, dat is een Franse onderscheiding die vergelijkbaar is met de Nederlandse Commandeur in de Orde van de Nederlandse Leeuw. Maar ook dat weten de mensen niet. Bij de Nobelprijs weet iedereen wel meteen dat het iets heel bijzonders is. Het effect daarvan is veel groter dan bij welke andere prijs ook.”

Krijgt u daardoor meer opdrachten, verzoeken en media-aandacht?

’t Hooft: “Media-aandacht is één ding. Collega’s gaan echter ook anders tegen je aankijken. Bij hen en bij fondsen waar je aanvragen doet, heb je natuurlijk een hele andere status. Dat gaat na de Nobelprijs allemaal heel anders en makkelijker. In die zin heeft de Nobelprijs een heel groot effect. Je krijgt ook heel veel uitnodigingen voor allerlei bijzondere evenementen waar je normaal nooit aan zou denken. Dat gaat zowel om wetenschappelijke als buiten-wetenschappelijke invitaties. Het kan van alles zijn.”

“Vooral in het verre buitenland (Pakistan, China of Japan etc.) wordt ik vaak uitgenodigd. Dat zijn plaatsen waar vandaan je vaak hele mooie invitaties krijgt. Daar ga ik soms op in. Vooral in de begintijd deed ik dat veel. Daar was ik vlak na het ontvangen van de Nobelprijs erg druk mee.” “Je krijgt dan een heleboel uitnodigingen van het type dat je nooit eerder gezien hebt. Bij sommige daarvan wil je er graag op in gaan. Daardoor was ik een jaar lang bezig allemaal interessante reizen te maken. Na verloop van tijd zei ik echter wel: ‘sorry, maar ik wil mijn oude leven weer oppakken. Nu is het genoeg geweest. Het is tijd om door te gaan’.”

Heeft de Nobelprijs ook meegeholpen om uw wetenschappelijke werk nog beter te maken? Bijvoorbeeld doordat u betere onderzoeksmogelijkheden of hogere budgetten kreeg?

Nobel_Prize

Nobelprijs. Bron: Wikipedia

’t Hooft: “Beter betwijfel ik een beetje. Er is erg veel distractie als je de Nobelprijs hebt gewonnen. Je ziet dan ook niet zo veel Nobelprijswinnaars die na hun Nobelprijs nog echt veel wetenschappelijk bezig zijn geweest. Ze zijn wel vaak actief op een andere manier.”

Het is in uw geval misschien een rare woordspeling, maar bent u na uw Nobelprijs niet in een ‘zwart gat’ gevallen? U had als natuurkundige immers het allerhoogste bereikt in uw vak. Na een hoogtepunt raken mensen soms hun motivatie kwijt doordat er geen uitdaging meer is. Hoe zat dat bij u?  

’t Hooft: “Nee, daar had ik geen last van. Je belandt in een situatie die je zelf in de hand hebt en waar je zelf invloed op uit kunt oefenen. Er zijn mensen die de Nobelprijs hebben gewonnen en meteen daarna gewoon hun oude leven weer op hebben gevat. Zij willen zich niet laten leiden of verleiden tot allerlei prachtige dingen. Dergelijke figuren zeggen simpelweg: ‘zo zit mijn leven niet in elkaar. Ik wil doen wat ik altijd gedaan heb.’ Daar hebben ze hun leven op ingesteld en daar willen ze mee doorgaan. Dat kan natuurlijk heel goed. Veel Nobelprijswinnaars zoals ikzelf, zoeken een tussenweg. Ik ga graag op bijzondere uitnodigingen in, maar wil ook graag mijn eigen werk doorzetten.”

CERN

CERN-aerial

CERN in Genève. Bron: Wikipedia

In de Natuurkunde wordt o.a. gezocht naar naar de oorsprong van de Kosmos en de geheimen van het universum. In het Zwitserse Genève werd mede om die reden een grote 27 kilometer lange deeltjesversneller (LHC) gebouwd. ’t Hooft is als belangrijk natuurkundige een aangewezen persoon om te beoordelen wat de importantie van dit prestigieuze project is.

Wat voor belangrijks zou er allemaal uit het beroemde CERN-project in Genève kunnen komen volgens u? Zal deze gigantische deeltjesversneller veel nieuws opleveren?

CMS_Higgs-event

Higgs-deeltje. Bron: Wikipedia

’t Hooft: “Het opmerkelijke is dat er tot nu toe minder uit het CERN-project is gekomen is dan velen van ons dachten. Ikzelf heb altijd mijn twijfels gehad, dus was ik misschien wat minder verrast. Er is echter wel één heel belangrijk resultaat uitgekomen en dat is het Higgs-deeltje. Dat is in de media uitvoerig besproken geweest en dat is terecht want het was een hele belangrijke ontbrekende schakel in het Standaardmodel van de deeltjesfysica. Ik en anderen hebben altijd gezegd dat dat deeltje er moest zijn. Dat is nu dus inderdaad ontdekt.”

“Het is vooral zo belangrijk omdat één blind aspect van het deeltje niet duidelijk was. Dat was de massa ervan. De massa was de grote onbekende parameter in het Standaardmodel. Die parameter kenden we niet en dus probeerden we hem heel indirect uit de waarnemingen af te leiden. Dat lukte vrij aardig want de waarnemingen die gedaan werden, suggereerden dat de massa betrekkelijk laag was. Lager dan je zou denken wanneer je zo maar een willekeurig model uit de mouw zou trekken. Dan zou de massa over het algemeen veel hoger uitgekomen zijn. Die lage massa was op zich opmerkelijk, maar was al wel uit de waarnemingen afgeleid en dat blijkt nu ook te kloppen.”

“Op zich is dat een heel belangrijk resultaat want daar lijkt de natuur ons iets mee te willen vertellen. De massa van het Higgs-deeltje is veel lager dan je op grond van allerlei algemene beschouwingen zou verwachten, met uitzondering van weer een andere theorie: de zogenaamde supersymmetrie. Die theorie vereist een hele lage gewichtsmassa, alleen nog wat lager dan die nu aangetroffen is. De uitkomst die nu gevonden is, is dus heel opmerkelijk. Ik vrees dat er daardoor veel onduidelijkheid zal komen te bestaan over hoe de wereld er bij nog veel kleinere deeltjes uit zou kunnen zien.”

“Wat de LHC (Large Hadron Collider) in Genève niet heeft weten te bewijzen is de geldigheid van de supersymmetrie-theorieën. Die voorspellen namelijk allemaal dat er heel veel nieuwe deeltjes aanwezig zouden moeten zijn omdat er bij ieder deeltje dat we nu kennen een super-partner (soortgelijk deeltje) zou moeten zitten, alleen veel zwaarder. Alle voorspellingen wezen erop dat die superpartners zwaarder zouden zijn, maar ook niet zo verschrikkelijk zwaar. Die massa zou in een gebied moeten liggen dat door de LHC eenvoudig gedetecteerd had kunnen worden. LHC had gemakkelijk allerlei nieuwe deeltjes kunnen produceren, maar die zijn niet waargenomen. Daar heeft men heel hard naar gezocht en toch zijn al die voorspellingen niet uitgekomen. Daar is dus een belangrijk, weliswaar negatief, resultaat uit gekomen. ”
“Veel mensen hadden gehoopt ze wel aan te treffen. Ikzelf heb minder aandelen in die theorie dus ik vind het niet zo erg. Ik heb me er nooit zo erg warm voor laten lopen. Ik denk namelijk dat de natuur ingewikkelder in elkaar zit. Maar ik zou me ook goed kunnen voorstellen dat de natuur veel meer deeltjes bevat zoals men zich in de supersymmetrie theorieën voorstelt.”

“Het zit echter niet ingewikkelder in elkaar. De deeltjes zijn gewoon niet gevonden. Dit kan niet zo doorgaan. Als bij nog hogere energie er nog steeds geen nieuwe deeltjes worden gevonden dan hebben we een probleem in het theoretisch begrip dat we hebben van de natuur.”

Dat moet dus nog verder onderzocht worden?

Inside_the_CERN_LHC_tunnel

LHC. Bron: Wikipedia

’t Hooft: “De LHC heeft tot nu toe nog maar op halve kracht kunnen werken. De ontwerp-energie was 14 Tera Elektron Volt (TeV), maar men is tot nu toe nog maar tot op 7 à 8 TeV gegaan. 8 TEV was ongeveer de limiet waarbij ze hebben kunnen kijken. Dat betekent dat we bij hogere energie die nieuwe deeltjes misschien wel kunnen gaan ontdekken. De hoop is natuurlijk dat de LHC wel degelijk met nieuwe interessante resultaten komt, met speciale aandacht voor nieuwe soorten deeltjes die we nu nog niet kennen. Voor mij hoeft het geen supersymmetrie te zijn Het mag ook best iets anders wezen. Maar het moet wel een uitkomst zijn die de rare leegte, die nu is aangetroffen, op kan vullen.”

Bij het CERN-project bleek eerst dat deeltjes sneller kunnen reizen dan het licht. De tweede keer bleek van niet. Zou het kunnen zijn dat de eerste test toch goed was?

’t Hooft: “Nee, vanaf het begin was eigenlijk al duidelijk dat de eerste meting haast niet goed kon zijn. Als wetenschappers echter in eerste instantie een resultaat aantreffen dat afwijkt van de gangbare mening dan nemen we dat serieus en dan kijken we daarnaar. Maar hier was zoiets raars mee aan de hand. Die deeltjes gingen sneller dan het licht, al was het maar een miljoenste. Dat lijkt helemaal niet zo’n grote afwijking te zijn, maar een afwijking van 1 miljoenste was toch veel te groot. Dat paste absoluut niet in ons theoretisch begrip van wat we nu weten, zodat ik en de meeste anderen zeiden dat er ergens een fout moest zijn gemaakt. We wisten niet waar – ik kan dat niet beoordelen – maar dit klopte niet.”

“Dat dacht ik al voordat ik de details vernam omtrent deeltjes die sneller zouden gaan dan het licht. Mijn reactie na de test was meteen: ‘Doe de meting nog maar eens over want dit geloven we niet.’ Er werden allerlei suggesties gedaan, maar die bleken niet juist te zijn, totdat iemand ontdekte dat er een kabeltje verkeerd gezeten had in de detector. Een verbindingsstukje zat verkeerd om en dat had precies het effect dat achteraf gezien deze mismatch teweeg had gebracht. Toen men dit corrigeerde bleek van de hoge snelheid niet zo veel meer over te blijven. De neutrino’s zijn tot de orde geroepen.”

Leerzaam

Einstein_1921_by_F_Schmutzer

Albert Einstein. Bron: Wikipedia

“Het is wel leerzaam wat er gebeurd is. Er werd een resultaat gevonden dat afweek van de theorie, maar CERN heeft besloten dat eerlijk te vertellen en het niet onder tafel te schuiven. Als er iets fout loopt, kun je de neiging hebben om je fouten te verzwijgen en niks te vertellen, maar CERN heeft het juist wel naar buiten gebracht. Ze beseften dat wanneer ze dit resultaat niet naar buiten zouden brengen ze er later wellicht op aan gekeken zouden worden. Dus hebben ze verteld dat er iets raars was aangetroffen: een afwijking van de relativiteitstheorie van Einstein. Zo liet het zich althans aanzien. CERN wist niet of het echt zo was en daarom hebben ze alles verder bestudeerd. Men ging kijken of dit een deel was van een algemeen complex van verschijnselen. Het stond vermoedelijk niet op zichzelf. Het kon niet zo zijn dat alleen die neutrino’s sneller gingen dan het licht als alles verder verliep volgens de Relativiteitstheorie.”

“Als het echt zo was, zou er veel meer aan de hand moeten zijn. Dan zou je allerlei andere rare verschijnselen moeten tegenkomen. Dat is allemaal niet aangetroffen. Bovendien bleek de discrepantie op een hele rare manier van de energie van neutrino’s af te hangen, namelijk nauwelijks. Dat was duidelijk een aanwijzing dat het een machine-effect was en geen natuurkundig effect.”

“Zoiets kunnen alleen de experimentoren zelf ontdekken omdat die precies weten hoe het apparaat in elkaar zit. Als theoreticus kun je op afstand niet zeggen waar de zwakke plek zit.”

Waarom had u er vooraf weinig fiducie in dat er veel uit het CERN-project zou komen?

’t Hooft: “Zo wil ik het niet zeggen. Ik had wel degelijk gehoopt dat de LHC een nieuw energiegebied open zou leggen. Daar kun je immers van alles in vinden. Dat is alsof je als ontdekkingsreiziger een nieuw land binnenkomt waar nog nooit iemand geweest is en waar je je afvraagt wat er allemaal te ontdekken valt. Dan ben je een beetje teleurgesteld als je alleen maar woestijn aantreft en verder niks. Je hoopt namelijk ook vreemde planten en dieren aan te treffen. Dat hoopte ik ook bij de LHC te mogen beleven. Maar goed, ze zijn in Genève dus slechts een woestijngebied binnen gekomen. Zo zou ik het willen omschrijven. Nu gaan we verder met het onderzoek en wellicht komt er dan uiteindelijk toch nog iets bijzonders tevoorschijn.”

Maar voor zover bekend gaat er dus nog steeds niks sneller dan het licht?

’t Hooft: “Nee.”

Quantummechanica

Was er in de quantumnmechanica niet sprake van dat sommige zaken (informatie) in de natuur toch sneller kunnen gaan dan de lichtsnelheid ?

Max_Planck_(1858-1947)

Max Planck. Grondlegger van de Quantummechanica. Bron: Wikipedia

’t Hooft: “Dat is weer een ander verhaal. De quantummechanica is een nogal mysterieus vakgebied en mystiek heeft heel erg veel aantrekkingskracht op mensen. Ook op wetenschappelijke onderzoekers trouwens. Die willen vaak de vreemdste ideeën spuien, vooral wanneer het met quantummechanica te maken heeft. De bewijskant gaat tegenwoordig echter steeds meer naar een ‘niet- mysterieus’ en ‘niet-vreemd’ antwoord toe. Met andere woorden dus de richting uit van een heel gewone manier om dingen te analyseren. Het probleem is echter dat onze denktrant en woordgebruik niet gewaardeerd wordt.”

“Er wordt in dat verband soms gezegd dat wij de logica anders moeten toepassen. Dat is volgens mij echter absolute flauwekul. Je hebt gewoon heel strenge strikte logica en die passen wij toe. Als het er op aan komt bestaat er namelijk alleen maar goede logica en foute logica. Daar tussen zit niks. Je moet bij een theorie de goede logica hanteren en als je kijkt naar wat we weten van de quantummechanica en hoe de subatomaire deeltjes aan de quantummechanica beantwoorden, dan kun je heel makkelijk laten zien dat bij alles wat we weten je geen enkel signaal samen kunt stellen dat sneller gaat dan het licht. Hoe raar je de dingen ook verstrengelt etc.

Er is geen manier om informatie sneller te laten gaan dan het licht, hoewel het er soms wel op lijkt. Als je de quantumtheorie, naar mijn idee, onzorgvuldig formuleert dan lijkt het inderdaad of informatie sneller gaat dan het licht, maar dat is gezichtsbedrog. Het lijkt een beetje op een vuurtoren. Dat is een ronddraaiende lichtbaken met een lamp die ronddraait. Als je ver genoeg van de vuurtoren afzit dan gaat die lichtvlek met grote snelheid rond. En wanneer je maar ver genoeg afstand neemt van de vuurtoren dan ga je denken dat het sneller gaat dan het licht. Maar dat betekent helemaal niks. Het is niet zo dat je informatie met die lichtvlek mee kunt sturen. Dat kan gewoon niet. Zo is het ook met de quantummechanica. Er zijn wel verschijnselen die zich voordoen alsof ze sneller gaan dan het licht, maar daar kun je niks mee.”

“Daar wordt vaak erg geheimzinnig over gedaan. Het is een beetje inherent aan de quantummechanica. Ik ben zelf echter niet religieus en geloof dus niet in rare mysterieuze verschijnselen. Ook niet in de quantummechanica.”

Theorie van alles

Zal er ooit een universele ‘Theorie van Alles’ kunnen komen in de natuurkunde?

’t Hooft: “Dan moet je eerst dat hele woord ‘Alles’ relativeren. Ik heb altijd bezwaar gemaakt tegen die benaming. Als je de vraag naar zo’n theorie letterlijk stelt dan is het antwoord uiteraard ‘nee’. Daarvoor is onze wereld en het heelal immers veel te ingewikkeld. Je moet de kosmos daarom, theoretisch gezien, in stukjes knippen en ieder aspect ervan op aparte wijze theoretisch en experimenteel met waarnemingen onderzoeken.”

“Het is wel denkbaar dat er een soort nieuwe universele natuurwet gevonden wordt waar de wereld van minimaal kleine deeltjes aan beantwoordt en waarvan je kunt zeggen dat alle kleine elementaire bouwstenen van de natuur aan deze wet gehoorzamen. Dergelijke wetten kunnen we dan exact opschrijven. De vraag of het juist is wat we opschrijven zal echter altijd wel een vraag blijven, wat voor theorie er ook komt. Altijd doemt de vraag op of die theorie juist is en of er nog correcties op aangebracht kunnen worden?”

“Het lijkt me onwaarschijnlijk dat je ooit een theorie krijgt die je niet nog verder kunt corrigeren met kleine toevoegingen. Het is echter wel denkbaar dat er ooit een theorie gevonden wordt waarvan men zegt dat hij zonder enige toevoeging goed zou kunnen zijn en dat hij fantastisch werkt. Je zou mogelijk aan zo’n theorie alle natuurverschijnselen kunnen toeschrijven zonder dat er ook maar ergens een modificatie nodig is. Het enige is wel dat je daarvoor fantastisch goed moet kunnen rekenen. En de consequenties van welke natuurwet dan ook zullen altijd heel complex zijn zodat je al heel gauw alle moderne rekenmogelijkheden nodig zult hebben om er iets mee te kunnen doen. Tenslotte zullen ook die echter tekort schieten.”

“Zodra onze rekencapaciteit te kort schiet – en dat zal heel snel gebeuren – zullen we onze toevlucht moeten nemen tot benaderingstechnieken. Dat kunnen we nu al heel goed in de natuurkunde. We kunnen bijvoorbeeld van gas, of de zuurstof in deze kamer, alle moleculen beschrijven en statistisch beschrijven hoe de zuurstofmoleculen zich door de kamer heen bewegen. Net als we in kaart kunnen brengen wat er gebeurt als we ademen en zuurstof opnemen. We kunnen echter niet ieder atoom afzonderlijk gaan beschrijven. Dat is ondenkbaar en dat willen we ook helemaal niet. Dan krijgen we immers veel meer informatie dan we nodig hebben.”

“Ook in een ‘Theorie van Alles’ zal zoveel gebeuren dat we het niet in detail kunnen volgen, maar er zullen wel heel goede benaderingstechnieken bij gebruikt worden. Dan krijg je dus een theorie die niet perfect is. Er zullen fluctuaties zijn die we nooit kunnen voorspellen omdat het te ingewikkeld is en er zullen spontaan gebeurtenissen plaatsvinden zoals een stofje dat bijvoorbeeld in een oog terecht komt. Dat zullen we nooit kunnen voorspellen. In die zin zal een ‘Theorie van Alles’ natuurlijk onvolmaakt zijn. Je kunt nooit exact uitrekenen wat er gaat gebeuren. De uitdrukking ‘Theorie van Alles’ moet je om die reden ook tussen aanhalingstekens zetten.”

Zijn de implicaties van zo’n ‘Theorie van Alles’ te overzien?

’t Hooft: “De implicatie zal zijn dat heel veel van de mystiek van de wereld weggenomen zal worden. Alles krijgt dan een logische verklaring. Maar als er hier morgen een meteoriet in het dak inslaat en je vraagt ‘waarom gebeurde dat hier en niet een huis verderop’ dan zal niemand kunnen zeggen waarom hij precies daar landde. Dat kunnen we niet berekenen en dat zullen we waarschijnlijk wel nooit kunnen.”

Ziet u veel nieuwe natuurkundige ontdekkingen plaatsvinden in de toekomst? Of is de fysica min of meer aan haar einde gekomen?

’t Hooft: “Dat is een hele interessante vraag. Ik ben een van de mensen die zich daar wel zorgen over maakt. De twintigste eeuw is een fantastische eeuw geweest voor de wetenschap. Niet alleen voor de natuurkunde, maar ook voor een heleboel andere vakken. We hebben enorme vorderingen gemaakt in de afgelopen eeuw. Voor mij is de twintigste eeuw ‘de’ eeuw van de wetenschap geweest, dat staat zo vast als een huis. Daarin hebben we dingen geleerd over de natuur die onvergelijkbaar veel nauwkeuriger zijn dan voorheen en die een beter begrip hebben opgeleverd dan in alle voorafgaande eeuwen. Ik hoop dat de 21ste eeuw ook weer zo veel verrassingen zal laten zien, maar ik heb zo mijn twijfels.”

Waar zit hem dat in?

’t Hooft: “Dat komt doordat het steeds moeilijker wordt om nog iets nieuws te vinden. Je kunt het vergelijken met de ontdekking van een continent. Stel je voor dat je op een gegeven moment een continent aan het doorvorsen bent en dat je daar allerlei interessante planten, dieren, landschappen en mensen in aantreft. Na honderd jaar heb je alles onderzocht en gevonden wat er over te zeggen valt. Daarna kun je niets nieuws meer ontdekken. Alle continenten op Aarde zijn dan minutieus onderzocht. Dat kan met de natuurkunde ook gebeuren. Ik hoop het niet en denk dat er nog een heleboel ontdekkingen in het verschiet liggen, maar het is denkbaar dat er een keer een einde aan komt of dat de nieuwe ontdekkingen langer op zich zullen laten wachten. Daar zie je al enige tekens van. Voor mij waren de jaren rond 1970 een hoogtepunt, maar misschien is dat wel omdat ik toen pas kwam kijken en me toen pas realiseerde hoeveel leuks er te ontdekken viel.”

“De huidige generatie kijkt daar soms heel anders tegenaan. Er zijn nog een heleboel dingen te ontdekken, maar ik denk dat ze steeds langer op zich zullen laten wachten en steeds moeilijker worden. Misschien komt er wel een moment van stagnatie dat het niet meer zo lekker wil. Ik hoop het niet, maar het is niet helemaal ondenkbaar. Het wordt immers steeds moeilijker om nog nieuwe kennis aan de enorme rijstebrij-berg van kennis die we nu hebben toe te voegen. Dat geldt met name voor de natuurkunde. Ik heb het niet over de biologie etc. Ik denk dat daar nog lang niet zo’n dergelijk punt bereikt is. Ook in de sterrenkunde zijn er nog zo ontzettend veel nieuwe dingen in het heelal te onderzoeken. Dat zal voorlopig nog wel doorgaan. Daar heb ik goed vertrouwen in. Maar in dat ene vakgebied van de subatomaire deeltjes wordt het wel lastiger om nieuwe dingen te gaan ontdekken.”

Kosmologie

Grenst wetenschap soms aan religie? Beiden lijken dezelfde scheppingsvragen te willen beantwoorden.

Flammarion

Kosmologie. Illustratie bij werk van Camille Flammarion. Bron: Wikipedia

’t Hooft: “Zoals ik het zie, wordt religie eigenlijk voortdurend teruggedrongen door wetenschappelijke ontdekkingen. In de Prehistorie was vuur misschien iets magisch. Dat is het nu niet meer. Vervolgens waren er ziektes die je konden overvallen en door God gezonden waren. Daar kon je niks tegen doen als volk. Je moest als gewone sterveling niet denken dat je daar iets aan kon veranderen. Iemand werd ziek of niet ziek en dat was het dan. De wetenschap gaat echter steeds verder en daardoor ontdekten we dat veel ziektes besmettelijk zijn. In de oudheid wist men al dat ziektes van de een op de ander werd overgedragen. Men besefte later dat dat toegeschreven kon worden aan bacteriën, dat dit proces begrepen kon worden en dat we zelfs in staat zijn om soorten bacteriën en virussen onder een microscoop te onderzoeken etc. De consequentie hiervan was dat ziektes dus niet meer als een door God gezonden fenomeen werden beschouwd, maar een natuurverschijnsel gingen vormen.”

“Het scheppingsverhaal is net zoiets. Vanouds waren hemel en aarde door God geschapen. Tegenwoordig zeggen astronomen dat dat niet zo is en een natuurkundig proces aan de basis stond. Volgens die theorie is er 4,6 miljard jaar geleden een stofwolk samengetrokken waar de zon uit voortgekomen is, samen met de aarde en andere planeten. Uiteindelijk is daar de mens in ontstaan. Dat waren in wezen natuurlijke processen. Daardoor is het hele God-verhaal een beetje weggeduwd.”

God en Religie

“In de huidige kosmologie is het ontstaan van het heelal dus een natuurkundig verschijnsel. Nog steeds kan men zich dan echter de vraag stellen wie dat heelal dan aangezet heeft? We weten dat de kosmos als een punt begonnen is, maar de vraag is vervolgens wie op de knop heeft gedrukt? Wie is dat geweest? Daar hebben wetenschappelijke theorieën eigenlijk nog geen goed antwoord op. Er zijn wel allerlei ideeën over, maar dat zijn maar aannames en veronderstellingen. Daar kun je dus altijd nog religieuze opvattingen over hebben, net als bij het waarom van de natuurwetten.”

“Maar op de vraag ‘of een ziekte of iets ergs in de familie een straf van God is?’, moet het antwoord nee luiden. Dat is namelijk een hele ingewikkelde consequentie van natuurwetten die we niet in detail kunnen volgen, maar waarover we wel kunnen zeggen dat die er uiteindelijk voor hebben gezorgd dat het zo gebeurde. Het is geen hand van God geweest. Religie is dus heel erg teruggedrongen, maar nog steeds niet helemaal weg. Dat kan ook haast niet want er zullen altijd wel raadsels blijven waar we geen antwoord op hebben. Eeuwenlang is al de vraag waarom de natuur is zoals zij is? ‘Hoe zag het allereerste begin van het heelal er uit?’ is nog zo’n vraag. Daar moeten we voorlopig het antwoord op schuldig blijven. Als je daar een religieus antwoord op wilt hebben, kan ik je niet tegenhouden.”

Is het mogelijk dat het heelal spontaan tot ontwikkeling is gekomen? Kan er ooit iets uit het niets ontstaan?

’t Hooft: “In de Oudheid dacht men dat muizen spontaan konden ontstaan in een vuile klerenkast. Ook dacht men dat melk spontaan kon gaan gisten en dat daar dan vanzelf kleine beestjes in ontstonden. Daar hoefde je niks voor te doen. Het ging spontaan. Nu weten we dat dat helemaal niet spontaan gaat. Dat zijn de natuurwetten. Zo is het ook bij het begin van het heelal. Het zijn allemaal natuurwetten geweest die er voor gezorgd hebben dat het zo ontstond. Maar hoe het allereerste begin is begonnen daar moeten we het antwoord schuldig op blijven. Daar hebben we geen vat op en geen informatie over. We weten niet hoe we dat moeten onderzoeken, maar hoe de wereld er één miljoenste of  één  miljardste seconde na de allereerste (oer)knal of Big Bang uitzag dat kun je al wel bestuderen. Eigenlijk is het heel bijzonder dat je daar nu al zinnige dingen over kunt zeggen die je kunt controleren aan de hand van waarnemingen van het heelal. Er zijn al heel veel antwoorden mogelijk, maar nog niet alle antwoorden. ”

“Je kunt met de huidige wetenschap de godsdienst echter nog niet helemaal uitvagen. Je kunt wel zeggen dat er grondig veel aan is veranderd. Waar vroeger alles religieus was en alles een godsdienstige verklaring moest hebben, is dat tegenwoordig niet meer zo. Iedere boom had vroeger zijn eigen daimon die er in woonde. Dat is voorbij.”

U zegt terecht dat religie steeds verder wordt teruggedrongen door de wetenschap. Maar waren Albert Einstein en Niels Bohr ook niet enigszins mystiek aangelegd? Einstein las de boeken van mystica Blavatsky en Bohr was bezig met Taoïsme. Of is dat onzin?

’t Hooft: “Ik geloof dat niet zo heel erg. Bohr en Einstein waren echter ook maar mensen met hun specifieke tekortkomingen en met menselijke rarigheden die we allemaal hebben. Dat Einstein dus boeken van vreemde auteurs in de kast had staan, kan best waar zijn. En Niels Bohr kan misschien ook wel gedweept hebben met vreemde opvattingen. Het Taoïstische Yin Yang symbooltje had hij inderdaad als symbool voor zijn complementariteitbegrip gekozen. Ik geloof echter niet dat hij daar religieuze bedoelingen mee had.”

“Natuurlijk hadden zowel Bohr als Einstein, zoals alle wetenschappers in die tijd, en ook nu nog, enorm veel respect voor de natuur. De natuur is ingewikkelder dan wij kunnen begrijpen. De natuur is een machtige tegenstander die je als natuurkundige met heel veel vernuft te lijf probeert te gaan. Dat lukt echter maar gedeeltelijk. De natuur is sterker dan wij. Ik denk dat dat gevoel de houding van Einstein en Bohr heel sterk bepaald heeft. Ze wisten wat ze tegenover zich hadden: een natuur, met natuurwetten, die ons te slim af is. Zo voel ik dat zelf ook. De natuur is ook mij te slim af. Er gebeuren dingen die ik niet kan begrijpen.”

Hoe zou dat komen? Of is dat niet te beantwoorden?

’t Hooft: “Dat is heel interessant. De mens is nog maar een paar duizend jaar bezig met wetenschappelijk onderzoek. Het is ook pas een paar honderd jaar dat we echt in de gaten hebben welke regeltjes we moeten volgen om echt grote vooruitgang te boeken. Daar gaan we steeds beter in worden, maar we hebben nog miljoenen jaren voor de boeg. Het zal mij niet verbazen als er nog duizenden jaren nodig zijn om te kunnen zeggen dat we het meeste wel gehad hebben. Misschien komt dat punt wel nooit. Het is zelfs heel erg aannemelijk dat dat nooit zal komen. Er zullen altijd wel dingen blijven die je kunt onderzoeken.”

Hoogleraar Robbert Dijkgraaf (theoretische natuurkunde) zei laatst op televisie dat veel in de natuurkunde op magie en illusie lijkt. Zit daar wat in volgens u?

Robbert_Dijkgraaf

Robbert Dijkgraaf. Bron: Wikipedia

’t Hooft: “Zolang hij ‘lijkt’ zegt, heb ik er weinig op aan te merken. Er gebeuren inderdaad heel vreemde dingen in de natuur die soms inderdaad het menselijk verstand te boven gaan. Dan lijkt het op magie of illusie, maar wij weten ook dat dat in wezen niet zo is. We weten dat er natuurwetten zijn die het allemaal kunnen verklaren. Wij kunnen dat op dit moment echter nog niet. Het menselijk verstand schiet vaak te kort om dergelijke zaken goed te kunnen aanpakken. Dan lijkt het op magie of een mysterie. Persoonlijk vind ik dat een wetenschapper de magie overal dient uit te halen. Dat zou zijn missie moeten zijn, maar niet iedereen ziet het zo. Sommige mensen vinden magie juist mooi en willen alles nog magischer maken. Daar ben ik dus niet voor.”

Harry Mulisch schreef dat ook. Hij wilde juist dat het mysterie vergroot zou worden.

’t Hooft: “Dat soort mensen vindt mysterie inderdaad schitterend. Er zijn een heleboel individuen die magie prachtig vinden en er mee dwepen. Het zit een beetje in onze menselijke natuur om niet alles rationeel te willen benaderen en te verklaren. Men wil plaats over laten voor iets dat je niet begrijpen kunt.”

Wat zou de aantrekkingskracht daarvan zijn?

’t Hooft: “Je moet de mens een beetje plaatsen in zijn eigen geschiedenis. De mensheid is pas miljoenen jaren geleden echt intelligent geworden. Sinds die tijd hebben we de natuur tegenover ons gevonden met mysteriën erin die we niet konden bevatten. Van die miljoenen jaren hebben het overgrote deel er niks van begrepen. Toch moesten we onze plaats vinden in die wereld en uitvinden hoe je met pijl en boog, vuur, ziektes en wilde dieren omspringt. Dat waren allemaal aspecten van het leven waar we ons toenmalige gezonde verstand op probeerden los te laten. Er bleven echter toch dingen over die we niet begrijpen konden.”

“Onze hersenen zijn zo geëvolueerd dat we voor de zaken die we niet begrepen ook een plaatsje konden inruimen. Dat noemen we dan mysterie, mystiek of religie etc. In de laatste tientallen tot honderden jaren is dat zodanig veranderd dat we ontdekt hebben dat we veel meer dingen met ons verstand kunnen benaderen dan voorheen mogelijk was. Eigenlijk hoeft dat mysterie en die mystiek dus niet meer. We zijn er echter wel miljoenen jaren mee ingeprent dat er dingen zijn in de natuur die je niet begrijpen kunt en die we dus onder het hoofdstuk mysterie moeten plaatsen. Men liet het daar maar bij omdat men er toch niet achter kon komen dacht men. Tegenwoordig hebben velen nog steeds die houding. Ik zeg daar echter nee tegen. De wereld is veranderd en we kunnen er tegenwoordig wel achter komen. We moeten proberen dat mysterie-gevoel uit te bannen. Het is echter nog maar een kleine minderheid die dat zo ziet.”

Zijn veel fenomenen in de natuurkunde relatief en afhankelijk van hoe je er tegenaan kijkt of juist niet?

’t Hooft: “Ja, een van de dingen die we duidelijk geleerd hebben in de afgelopen eeuw is de rol van de waarneming. Je moet je realiseren dat wanneer je over de natuurkunde praat er altijd een waarnemer is geweest die de natuur heeft waargenomen en dat heeft opgetekend. Die waarnemer heeft met zijn eigen beperkingen te maken. Als de waarnemer niet in de gaten heeft welke beperkingen hij eigenlijk zelf heeft dan kan hij gauw tot de verkeerde conclusies komen. Dat hoeft geen mystiek te wezen. Dat kan ook gewoon fout zijn.”

“Om een voorbeeld te noemen: het lag lange tijd heel erg in de lijn van verwachting dat er verschil is tussen rust en beweging. Iets kan in rust zijn of in beweging ten gevolge van verschillende wetten. Nu weten we dat die verschillen relatief zijn. Als je zelf in een rijdende trein zit kun je zeggen: ‘de stoel tegenover me is in rust, maar het landschap om me heen is in beweging’. En als iemand z’n hand uit het raam steekt, voelt die persoon de lucht bewegen om zijn hand heen. Zo’n waarnemer zou dus intuïtief geneigd zijn een foute melding te doen en willen zeggen:  ‘ik ben in rust, de lucht rond de trein is in beweging en fluit langs de wagons’. Hij voelt immers dat de lucht beweegt’ Dat is echter niet waar, want zijn hand beweegt in de lucht. Het is echter allemaal relatief.”

“Dit is een eenvoudig voorbeeld, maar de wetenschap is in de afgelopen honderd jaar voortdurend tegen dit soort voorbeelden aangelopen waarbij dingen anders lijken dan men dacht. Een waarnemer die een deeltje waarneemt is ook onderhevig aan relativiteit. Dezelfde waarnemer kan bovendien soms ook een deeltje niet waarnemen en juist een deeltje uitzenden of maken i.p.v. absorberen. Dat blijkt ook relatief te zijn.”

“Zo zijn er nog heel veel andere voorbeelden van zaken die relatief zijn. Nu blijkt bijvoorbeeld in de quantummechanica dat je de positie van een deeltje heel nauwkeurig kunt waarnemen. Dan kun je echter niet meer de impuls en de bewegingstijd van het deeltje waarnemen. Het is het een of het ander.”

“Dat hakt er natuurlijk in. Men had dit in de begintijd van de natuurkunde helemaal niet in de gaten waardoor de waarnemer met verkeerde meldingen aankwam. Zo’n wetenschapper dacht dan iets waargenomen te hebben dat niet waar was. Als je het beter analyseert, zie je dat de waarnemer zelf ook een product van de wetten van de natuurkunde is. Hij heeft altijd met beperkingen te maken. Dat moet je je realiseren. Dat is een heel belangrijk nieuw element in de natuurkunde, waar de fysica een heel stuk mee vooruit  is gekomen. Men moet zich continu realiseren wat voor beperkingen er zijn in het hele proces van de waarneming.”

Einstein en Bohr

Einstein had het wat dat betreft moeilijk met de quantumtheorie. Die was volgens hem te veel gebonden aan toeval. Hij zei: ‘God dobbelt niet’ terwijl anderen zoals Niels Bohr zeiden ‘God dobbelt wel’. Wat denkt u daarvan?

Niels_Bohr_Albert_Einstein_by_Ehrenfest

Niels Bohr en Albert Einstein. Bron: Wikipedia

’t Hooft: “Dat was dus de eerste confrontatie tussen Einstein en Bohr. Einstein had moeite met de frequente mededelingen van de toenmalige quantummechanica dat er sprake was van kansverdelingen. Dan gebeurde er dit en vervolgens weer dat, zonder dat je er controle over hebt, etc.”

“De quantummechanica stelt je in staat kansen, maar geen zekerheden, te verschaffen. Daar had Einstein grote moeite mee. Ik ben een van de weinigen die zich helemaal kan plaatsen in Einstein’s opvattingen daarover. Ik zeg ook dat Einstein in wezen gelijk had. Hij had echter ongelijk als hij dacht dat Bohr het helemaal fout had. De theorie van Bohr en consorten, die men toen had, bracht namelijk in feite ons begrip van de natuurkunde verder vooruit dan Einstein’s halsstarrige ontkenning ervan. Einstein had niet in de gaten dat de dingen die Bohr en Heisenberg (onzekerheidsprincipe) zeiden geheel met logica in overeenstemming te brengen zijn.”

“Het enige probleem is dat Bohr toch een enigszins mystieke opvatting had en daar ben ik erg op tegen. Ik geloof dat Einstein achteraf gezien meer op het goede spoor zat dan Bohr, maar Bohr zat pragmatisch gezien dichter bij het goede eind. Pragmatisch gezien was Bohr’s houding beter om vooruitgang te brengen in ons begrip van atomen en subatomaire deeltjes etc. Formeel zat Einstein, naar mijn gevoel, dichter bij de waarheid. Het is echter een waarheid die veel moeilijker te doorgronden is dan wat Bohr deed. Zelfs nu nog.”

“Je zou dus kunnen zeggen dat de natuur precies zo in elkaar zit als Einstein dacht. Daar kunnen we voorlopig echter nog niet bij. Het is een beetje het zelfde als wat de Oude Grieken destijds dachten over natuurkunde. Zij veronderstelden dat de materie in de wereld bestond uit losse deeltjes (atomen), die niet verder gesplitst kunnen worden. Dat was juist, maar ze konden er niet bij, want ze hadden nog geen mogelijkheden om dat experimenteel te onderzoeken. Als ze slimmer waren geweest, hadden ze wel mogelijkheden gehad om dat te bestuderen, maar er moest nog heel veel ander werk verzet worden. Daar hadden ze zich eerst op moeten concentreren, voordat ze zeiden dat de materie uit atomen is opgebouwd. Het werd pas in de 17e en 18e eeuw duidelijk hoe je dat zou kunnen gaan begrijpen. Einstein had dus wel gelijk, maar hij was eigenlijk zijn tijd te ver vooruit. De wetenschap van die tijd was er daarom pragmatisch gezien meer bij gebaat geweest met de ontdekkingen van Bohr.”

In de wetenschap zoekt men altijd naar wetmatigheden en theorieën. Kunnen wetmatigheden in de natuur ook wijzigen na verloop van tijd?

’t Hooft: “Als je een theorie goed formuleert moet hij alom geldig zijn en geldig blijven. Zo is het met alle theorieën van de natuurkunde. Ik geef een voorbeeld: het heelal dijt uit. De afstand tussen de sterrenstelsels worden steeds groter.  Dat betekent niet dat de natuurwetten van die sterrenstelsels veranderen. Het is een dynamisch proces. Je moet echter de dynamica van het geheel meenemen in je beschrijving. Daarbij moet de natuurwet wel het zelfde blijven.”

“Je kunt je bijvoorbeeld voorstellen dat op honderd lichtjaar hier vandaan bepaalde constanten een beetje anders zijn. Honderdduizend jaar in het verleden of honderdduizend jaar in de toekomst is ook alles een beetje anders.”
“Daar zijn twee dingen over te zeggen: als dat zo zou zijn, dan zou je daar een verklaring voor willen vinden. Dan is er een of ander mechaniek dat we nog niet gesnapt hebben waardoor het allemaal verandert. De aarde verandert ook, net als de stand van het zeeniveau etc. Alles hier op aarde is onderhevig aan verandering. Komt dat doordat de aarde andere eigenschappen krijgt? Nee, dat komt omdat er een evolutie gaande is. En evolutie kun je begrijpen door alle dingen die je weet van de natuur te beschouwen. Zelfs als de natuurwetten veranderlijk zouden zijn, dan nog zou je in je theorie moeten kunnen aangeven hoe het komt dat ze veranderen.”

Klokken

“We zitten nu in de bijzondere omstandigheid dat sommige aspecten van de natuurkunde zo nauwkeurig gemeten kunnen worden dat iedere verandering, hoe klein ook, waarneembaar wordt.”
“Niet zo lang geleden (2005) is er een Nobelprijs uitgereikt aan John L. Hall en Theodor W. Hänsch voor het maken van hypernauwkeurige klokken. Je kunt met behulp van trillende atomen tegenwoordig klokken maken met een buitengewoon nauwkeurige loopsnelheid. Stel dat je twee klokken maakt die op verschillende natuurwetten gebaseerd zijn. Dat is heel goed denkbaar. Je hebt bijvoorbeeld een klok die werkt op atoomtrillingen, maar die atoomtrillingen hangen af van de massa’s van de verschillende deeltjes in die atomen en ook van de interactie-sterkte. Stel nu dat de verhoudingen heel langzaam veranderen in de tijd, dan zou één klok heel langzaam sneller moeten gaan lopen dan de andere of juist langzamer. Dat valt tegenwoordig te meten. Men heeft zulke metingen ook daadwerkelijk gedaan en nooit een reproduceerbare veranderlijkheid kunnen constateren. Voor zo ver wij weten zijn de natuurwetten wat tijd betreft dus constant.”

“Het zelfde geldt voor de ruimte. Men heeft heel ver gelegen sterrenstelsels onderzocht om te kijken of de spectraallijnen (piek of dal in het energiespectrum van een object bij een specifieke golflengte) van de sterren op dezelfde plaats liggen als waar ze zich nu bevinden. Zo nu en dan meent men een waarneembaar verschil te constateren, maar als je die publicaties goed bekijkt dan blijkt dat verschil altijd heel dicht bij de ultieme marge van nauwkeurigheid te liggen van wat je meten kunt. Dan schrijf ik dat toe aan een meet-onnauwkeurigheid. Dat is een beetje flauw van mij, maar zo kritisch ben ik wel want als je met zo’n fundamentele mededeling komt dan moet je wel heel erg zeker van je zaak zijn en niet naar een effect kijken dat eigenlijk ver binnen de foutenmarge van je apparatuur valt.”

“Als je het er langs statistische foefjes probeert uit te pulken dan zit je misschien jezelf een rad voor ogen te draaien. Dat vermoeden heb ik dus. Er zijn wel eens metingen geweest waarvan de waarnemers zeiden dat ze met veel waarschijnlijkheid hadden vastgesteld dat de natuurconstanten anders zijn bij een heel ver weg gelegen sterrenstelsel. Maar die resultaten zijn nog altijd niet erg serieus genomen. Ze zijn aanvechtbaar. In ieder geval zijn ze veel kleiner dan je zou verwachten op grond van een of ander natuurlijk proces. Natuurlijke processen zouden leeftijden geven in de orde van de leeftijd van het heelal zelf. Je zou je immers kunnen voorstellen dat als het heelal twee keer zo oud wordt, dat de natuurconstante ook twee keer zo groot of twee keer zo klein wordt. Zulke veranderingen zouden allang gedetecteerd moeten zijn, maar die zijn nooit waargenomen.

Gabon_Geology_Oklo.svg

Oklo Mijn. Bron: Wikipedia

Nucleaire Mijn

“Een ander bewijs dat natuurwetten constant zijn is aangetroffen in West-Afrika. Er is destijds een hele leuke onderzoeking gedaan in een mijn in het Afrikaanse Gabon (Oklo-mijn). Daar heeft men, hier en daar, mineralen aangetroffen die een hele afwijkende verhouding van isotopen hadden. De verklaring daarvoor was heel spectaculair en wordt algemeen als juist aangenomen. De verklaring voor dat fenomeen is dat er miljarden jaren geleden in dat gebied zoveel uranium voorkwam dat er spontaan een soort atoombom afging. Het was niet zo heftig als bij een atoombom zoals wij die nu kennen, maar toch aanzienlijk. In een tijdsbestek van miljoenen jaren ontstond er daar ter plaatse ineens een heel grote hoeveelheid radioactiviteit door een in wezen nucleaire kettingreactie van atoomkernen. Door die kettingreactie ontstonden er nieuwe radio-actieve materialen die aanleiding gaven tot de afwijkende isotopen-verhouding.”

“De isotopen uit die mijn heeft men gemeten en het klopte allemaal. Deze ‘kern-reactie- theorie kan precies verklaren waarom we een afwijkende verhouding van isotopen hebben aangetroffen. Er is daarginds, een miljard jaar geleden, dus inderdaad spontaan een soort van kernbom afgegaan.”

“Het ‘ontploffen’ van die kernbom hing van allerlei samenhangende natuurverschijnselen af.  Er was met name een resonantie nodig van een bepaald element. Bovendien waren er bepaalde verhoudingen van natuurconstanten voor nodig om deze reacties zo te laten plaatsvinden. Als het gedurende die miljarden jaren ook maar een klein beetje veranderd zou zijn geweest, zou de isotopenverhouding niet meer kloppen. Dan zou je daar andere verhoudingen in moeten aantreffen, maar men heeft exact dezelfde verhoudingen aangetroffen als in moderne kernreactoren. De kernreactie bleek precies het zelfde te zijn. Dus is er in al die tijd qua wetmatigheden niks veranderd. Dat is een heel belangwekkende waarneming en een belangrijk resultaat.”

Meerdere dimensies?

Bestaan er meerdere dimensies in de kosmos?

’t Hooft: “Dat is een onderwerp waar natuurkundige theoretici zich veel mee bezig houden. Meestal spreekt men dan over dimensies die heel nauw zijn opgerold in hele kleine afmetingen, zodat je er in het normale leven niks van merkt. Er zijn echter ook theorieën waarin de extra dimensies heel groot zijn waarbij we op een soort vel of membraan in die dimensies leven. De drie-ruimtelijke dimensies van onze wereld vormen samen het membraan. Dat membraan is een membraan in termen van de overige dimensies.”

“Dergelijke theorieën worden tegenwoordig uitvoerig bestudeerd. Het kan zijn dat er zulke dimensies zijn, en dat wij op een soort van membraan leven op een extra dimensie of op meerdere dimensies. De gevolgen ervan zouden miniem moeten zijn, anders zou de wereld  er niet zo uitzien als hij nu doet. Als het zo is, zou het allerlei gevolgen moeten hebben voor de manier waarop materie, ruimte en tijd in elkaar steken. Ik geloof niet dat het erg klopt met het beeld dat we nu hebben van de natuur.”

“De antwoorden die komen uit het onderzoek hiernaar, zijn niet spectaculair en ik hecht er zelf niet zo veel geloof aan, maar ondenkbaar is het allemaal niet. Ik ben er niet zo van onder de indruk, hoewel het idee mij op zich heel aardig lijkt. Ik heb wel eens naar die theorieën zitten kijken om te zien wat er waar van zou kunnen zijn. Ik kwam echter niet tot erg hoopvolle ideeën.

“Die minimale dimensies zouden formeel juist kunnen zijn, maar ook nauwelijks enige consequenties hebben. Ze zouden kunnen betekenen dat met nieuwe superversnellers misschien heel afwijkende deeltjes zouden worden aangetroffen. Wanneer de dimensies namelijk heel erg klein zijn, dan zouden ze zich, wanneer je die hele kleine deeltjes produceert, ineens heel anders moeten gaan gedragen. Men weet in principe wat voor gedragingen je dan mag verwachten, namelijk dat alle deeltjes zich in een groot aantal soorten zouden gaan verdelen die ermee overeenkomen dat je bewegingen kunt maken in die extra-dimensie-richtingen die met nieuwe deeltjes zouden kunnen corresponderen. Die deeltjes zouden dan in versnellers zichtbaar gemaakt moeten kunnen worden. Men hoopte zelfs dat de LHC dat soort deeltjes zou kunnen waarnemen i.p.v. supersymmetrie-deeltjes. Men noemt dat Kaluza-Klein deeltjes. Het was denkbaar geweest dat in de LHC dergelijke deeltjes geproduceerd zouden kunnen worden. Daar is echter nog helemaal niks van aangetroffen.”

Fantasie

“Het is meer een fantasie geweest. Dergelijke fantasie moet je echter als wetenschapper noodzakelijkerwijs wel hebben. Je moet zo nu en dan met dit soort ideeën aankomen en je afvragen of het niet zo zou kunnen zijn? Je doet in zo’n geval een spectaculaire suggestie die zeer waarschijnlijk fout is, maar die je toch een keer moet testen. Vervolgens ga je het onderzoeken, maar de kans dat zo’n wilde fantasie waarheid zal worden, is heel erg klein. Dit soort onderzoek doen we voortdurend, maar er is nog nooit echt iets uitgekomen.”

600px-Calabi-Yau

Visualisatie van de Snaartheorie. Bron: Wikipedia

“De beroemde Snaartheorie (String Theory) heeft wel extra dimensies nodig. De extra dimensies daarvan zouden nog veel en veel kleiner kunnen zijn dan wat je met de LHC zou kunnen onderzoeken. Dus zouden ze op dit moment volstrekt ondetecteerbaar zijn.”

“Maar wie zijn wij om te kunnen zeggen dat ze niet bestaan? Dat weten we immers niet. Het zou best zo kunnen zijn en dus moet we dat maar bestuderen. Dat moet je dan zowel theoretisch als experimenteel onderzoeken. Experimenteel zijn onze kansen erg klein dat we er ooit iets van zullen waarnemen. Maar ook als het ondenkbaar is, moet je het toch onderzoeken. We moeten zeker vreemde experimenten blijven doen. Dat is ook de reden waarom men in Genève die proeven met de neutrino’s deed om te kijken of ze sneller gaan dan het licht. Je weet immers maar nooit. Misschien is er een afwijkend verschijnsel in de natuur dat dit resultaat zou kunnen produceren. Misschien komt er eens een ontdekking die er op wijst dat dit een verschijnsel is dat je alleen maar kunt verklaren met extra dimensies. Het zou fantastisch wezen als dat zo is, maar ik zie het nog niet zo gauw gebeuren.”

U had het net over fantasie. Is fantasie belangrijk in de wetenschap? Einstein vond het zeer belangrijk omdat kennis volgens hem begrensd en eindig is en fantasie niet. Klopt dat volgens u?

Broglie_Big

Louis-Victor de Broglie. Bron: Wikipedia

’t Hooft: “Ja, fantasie is vooral belangrijk bij fenomenen waarvan je niet precies begrijpt waarom ze zo zouden kunnen zijn. Einstein gebruikte in wezen ook zijn fantasie. Dat deed hij op een hele slimme manier en  zijn overwegingen zijn ook gedeeltelijk uitgekomen. De belangrijkste grote stappen in de natuurkunde hebben ook wel degelijk met fantasie te maken. Zoals bijvoorbeeld destijds het idee van de Franse Nobel-prijs-winnaar Louis-Victor de Broglie die stelde dat materie met golven gepaard gaat. Dat was een pure fantasie, maar het was toevallig wel een keertje goed. Daar is hij beroemd door geworden. Het kan zeker gebeuren dat je een keer op een goud-ader stuit doordat je fantasie toevallig een keertje werkt.”

Is fantasie met name belangrijk om natuurkundige zaken goed te kunnen voorstellen?

’t Hooft: “Ja, je moet zo nu en dan als wetenschapper wel je fantasie gebruiken.”

Het is misschien enigszins een sciencefiction-vraag maar kan er ook een parallel universum bestaan?

’t Hooft: “Toch is dat in wezen een serieuze vraag die in de natuurkunde voortdurend gesteld wordt. Het gaat daarbij niet om één parallel heelal maar om talloze parallelle universa. Er wordt serieus over gesproken dat dat zo zou moeten zijn als je althans de quantummechanica goed wilt interpreteren. Er moeten volgens die gedachte meerdere universa zijn. Ikzelf denk echter dat het een misvatting is dat je de quantummechanica zo moet interpreteren. Ik denk dat dat komt doordat we de quantummechanica op dit moment nog niet goed genoeg begrijpen.”

“In dit geval gebruik ik op mijn beurt ook mijn fantasie om te zeggen: ‘ik kan me heel goed voorstellen dat wanneer de theorie van de quantummechanica 100 procent begrepen wordt, je geen enkel parallel heelal meer nodig hebt. Daar is echter lang niet iedereen het met me eens. Een groot percentage van onderzoekers denkt er heel anders over. Zij denken dat er wel degelijk parallelle heelallen zijn waar we echter niet direct iets mee kunnen.”

“Het is niet zo dat onze wereld dan zal veranderen en we even in een parallel heelal kunnen stappen om een excursie te maken of zo. Dat zit er niet bij. Maar om te begrijpen waarom de quantummechanica werkt zoals hij werkt, kan het wel helpen om te spreken in termen van parallelle universa. We kunnen er heel goed mee uit de voeten. ”

“De vraag naar parallelle universa  is belangrijk en moet zeker gesteld worden. Ik ben echter een van de weinige mensen die daar wel een permanent ‘nee’ achter zetten en zegt dat de wereld niet zo in elkaar zit. De meerderheid van natuurkundigen zegt dat ze niet weten of ze bestaan.”

U zei dat de quantummechanica nog niet helemaal begrepen wordt. Is dat ook waarom Einstein vond dat sommige aspecten van de quantumtheorie spookachtig leken.

’t Hooft: “Ja, Einstein had het over a ‘spooky action at a distance’. Je hebt bijvoorbeeld twee deeltjes die met elkaar verstrengeld zijn. Quantummechanisch staan ze met elkaar in verband. Zodra je een waarneming doet aan één deeltje, verandert er iets met het andere deeltje. Wat er wijzigt, is niet fysiek. Je kunt met een meetinstrument niet constateren dat er iets aan verandert. Je kunt alleen zeggen dat het meetinstrument vanaf dat moment anders tegen het deeltje zal aankijken dan voorheen. Dat is alleen maar de manier hoe we het meetinstrument zouden beschrijven. Wat het in feite doet, is dat het gewoon meet wat het meet. Je kunt geen signaal detecteren. Daarom noemde Einstein het spooky. Het signaal valt niet waar te nemen, maar we hebben het nodig in onze theoretische beschrijving van het deeltje. Naar mijn overtuiging is dat alleen maar omdat de theoretische beschrijving tekort schiet. Dat zou beter moeten kunnen en dan heb je zo’n spooky signal helemaal niet nodig. Zowel Bohr als Einstein vonden dat zo’n spooky signal wel nodig is, maar we kunnen er verder niks mee doen.”

Wat is het belangrijkste dat u geleerd heeft in uw carrière? Of is dat niet te zeggen omdat het zo veelomvattend en complex is wat u gedaan heeft?

’t Hooft: “Het belangwekkendste wat ik geleerd heb is dat de natuur helemaal te begrijpen is. Veel verder dan je geneigd zou zijn te denken. Toen ik begon als student werden een heleboel eigenschappen van de subatomaire deeltjes omschreven als een zwarte doos: er gaat wat in en er komt wat uit. Maar wat er in die doos gebeurt, was voor ons onbereikbaar.  Het meest opmerkelijke van wat er daarna gebeurd is, is dat we die doos hebben open kunnen maken en heel erg goed zijn gaan begrijpen wat er in gebeurt.”
“Het was dus helemaal niet waar dat die zwarte doos voor altijd onbereikbaar was voor ons. Daar leek het voor mij als onervaren student echter wel sterk op. Men bleef het wel onderzoeken en een paar jaar later werd opeens volstrekt duidelijk hoe het allemaal in elkaar zat. Eerst in theorie (standaardmodel) maar gaandeweg werd ook daadwerkelijk aangetoond dat we het hadden begrepen.”

“Als je ergens een mysterie tegenkomt, hoeft dat dus niet altijd een mysterie te blijven. Over een paar jaar kan er iemand komen met de oplossing voor dat probleem. Zo’n ontdekking is dan vaak spectaculair. Ik vind het Standaardmodel van elementaire deeltjes bijvoorbeeld echt spectaculair. Dat mag je wel zeggen. Het is echt een vooruitgang die ik van nabij heb kunnen volgen en die echt heel bijzonder is. Ik hoop dat het vaker zal gaan gebeuren dat dingen die nu nog mysterieus lijken, opeens helemaal helder worden.”

Wat zijn uw plannen voor de toekomst? Heeft u daar al zicht op?

’t Hooft: “Ik ben onderzoek aan het doen naar de beginselen van de quantummechanica. Ik ben bezig mijn bevindingen en resultaten op te schrijven. Momenteel heb ik al meer dan 100 pagina’s voltooid, maar ik doe er veel langer over dan ik hoopte. Er zijn namelijk te veel afleidingen waar ik steeds in terecht kom. Daardoor schuif ik het schrijven steeds op de lange baan, maar ik hoop toch om het boek binnenkort te voltooien. “

“In mijn boek zal ik betogen dat je fundamenteel anders tegen de quantmmechanica moet aankijken dan men normaliter doet. De redenen daarvoor ben ik heel precies aan het opschrijven. Dat zal heel veel weerstand oproepen. Ik ken nu al mensen die daar faliekant op tegen zullen zijn. Die zullen gaan zeggen dat ik met onzin bezig ben. Volgens hen kan het helemaal niet wat ik beweer. Maar dan zeg ik op mijn beurt: ‘dat heb ik vaker gehoord in mijn carrière’. Verschillende keren zei iemand dat iets absoluut niet kon, maar dan bleek het later toch mogelijk te zijn. Juist als mensen met van die wiskundige bewijzen komen, weet je dat er altijd kleine lettertjes aanhangen. Als natuurkundige weet ik dat er altijd kleine lettertjes bij zitten en juist die vergeet men vaak om goed te formuleren.”

Kunt u al zeggen wat voor soort theorie het wordt?

800px-Albert_Einstein_1979_USSR_Stamp

Albert Einstein op een postzegel uit de Sovjet-Unie. Bron: Wikipedia

’t Hooft: “Het is wat ik noem een deterministische theorie. Met deterministisch bedoel ik dat er binnen het ultieme formulisme geen plaats is voor kansberekening. Je komt pas op kansberekeningen uit wanneer je met een onduidelijke beginsituatie start. Als de beginsituatie onduidelijk is, is de eindsituatie dat onvermijdelijk ook. Op dat moment kun je over kansberekening gaan praten. Maar kansberekeningen hoeven niet een elementair element van de theorie te wezen. Dat is wat Einstein ook dacht en daar ben ik het helemaal met hem eens. Terwijl men jarenlang met kansverdelingen te maken dacht te hebben in de quantummechanica is dat volgens mij onjuist, of je het nu leuk vindt of niet.”

Dank u voor het gesprek

http://www.mars-one.com

http://www.staff.science.uu.nl/~hooft101/constitution.html

http://www.staff.science.uu.nl/~hooft101/

De bouwstenen van de schepping, Gerard ’t Hooft. Uitgeverij: Bert Bakker. ISBN: 9789035140103

1 Reactie op Interview Nobelprijs-winnaar ’t Hooft (deel 2)

Historiën Twitter
Schrijf je in voor TOEN!