De huis-, tuin- en keukenfysica van de koffievlek

In Ober, er zit natuurkunde in mijn soep verkent de Britse fysicus en oceanograaf Helen Czerski de wetenschap achter het alledaagse. ‘Als je iets over het heelal wilt leren, moet je heus niet naar de ruimte. Het kan al in je keuken.’

We zitten in haar piepkleine kantoor in het departement Mechanical Engineering van het University College London, in het hart van de Britse hoofdstad. Het vrolijke gejoel van pas afgestudeerde studenten op de centrale binnenplaats bereikt ook de vierde verdieping.

‘Als u iets over het universum wilt leren, is dit kantoor de ideale plek’, begint Helen Czerski uitdagend.

HELEN CZERSKI: De voorbije decennia hebben nogal wat wetenschappers en journalisten de natuurkunde bij het grote publiek proberen te introduceren. Denk maar aan de aandacht voor de CERN-deeltjesversnellers in Genève, de vele artikelen over het higgsdeeltje of de ruimtetelescoop Hubble.

Spectaculair en spannend allemaal, dat is waar. Maar ze vergaten waar het eigenlijk om draait: hoe je de natuurkunde kunt linken aan kleine, alledaagse dingen.

Als universum is dit kantoor, zo onderstreept u, net zo ingewikkeld als het universum dat de Hubble doorklieft.

CZERSKI: Klopt. Hier en daar gelden exact dezelfde natuurwetten. Aan die wetten is ons leven opgehangen. Ook uw keuken en mijn woonkamer zijn uitstekende plekken om ze te ontdekken. In fysicalessen wordt altijd eerst een fenomeen beschreven, waarna het verklaard wordt. Als je vanuit het alledaagse vertrekt, zoals ik in mijn boek, kun je die beschrijving gewoon weglaten. Tenslotte weet iedereen al dat een toast zo goed als altijd met zijn beboterde kant op de grond belandt. Of dat gemorste koffie een bruine kring achterlaat, in plaats van een echte vlek. We hebben die dingen met onze eigen ogen gezien. We zijn alleen nooit op zoek gegaan naar een verklaring. Als we ons al even afvroegen: ‘Hoe zou dat komen?’, lieten we die gedachte razendsnel weer los. Dat hoort zogezegd ook zo, we zijn nu eenmaal ‘volwassen’. Terwijl kinderen wel altijd mogen vragen: ‘Waarom?’ Tegen hun kroost zeggen ouders: ‘Je moet de zaadjes in potjes planten en daarna goed observeren hoe ze tot plantjes uitgroeien!’ Maar wanneer hebben die brave moeders en vaders dat zélf nog eens gedaan?

We zullen het goede voorbeeld geven, mevrouw Czerski: waarom laat gemorste koffie alleen een bruine kring achter?

CZERSKI: Wat fijn dat u het vraagt! (lacht) In het begin is die kring helemaal opgevuld, maar tijdens het drogen verplaatst alle koffie zich naar de rand. Als je met een microscoop op dat proces zou inzoomen, zou je eerst dit zien: watermoleculen die botsautootje spelen, omdat ze elkaar sterk aantrekken, en grotere bolvormige bruine koffiedeeltjes die doelloos rondzwerven. Daarna ontsnappen gaandeweg, door de warmte in de kamer, watermoleculen en zweven op als waterdamp. Dat doen ze sneller aan de rand van het plasje dan in het midden, waar ze minder aan de lucht blootgesteld zijn. En wat doen de koffiedeeltjes ondertussen? Ze stromen naar de rand, waar ze het verdwenen water vervangen. Resultaat: als het water volledig verdwenen is, blijft alleen nog een door koffie gevormde kring achter. Voilà.

Zijn uw collega’s even enthousiast over de manier waarop u de fysica met beide voeten op Moeder Aarde zet?

CZERSKI: Die vraag moet u aan hén voorleggen (grijnst). Mijn directe collega’s van Mechanical Engineering begrijpen perfect waarover het gaat. Misschien omdat ik hier als zowat de enige natuurkundige tussen de ingenieurs zit: zij zien de wereld als een grabbelton gevuld met gereedschap om problemen op te lossen. Hier om de hoek zijn mensen op zoek naar verbeterde echografietechnieken, ze stellen ventilatie voor ziekenhuizen op punt, en bouwen machines voor de toekomst. Zij vinden Ober, er zit natuurkunde in mijn soep fantastisch. Ze houden van al die concrete verhalen. Ze zitten zelf zo in elkaar: ‘U wilt een snellere motor? Oké, we maken die voor u!’ Ingenieurs zijn geen snobs.

Zijn natuurkundigen dat wél?

CZERSKI: Toch vaak, ja. Van hen krijg ik geregeld te horen: ‘De uitleg die je daar geeft? Nee, die is niet slim genoeg.’ Dat is niet alleen pretentieus, het is ook fout.

De natuurkunde is lang gedomineerd geweest door mannen, ziet u. Zij hadden veel aandacht voor de grote wetten van het universum. Dat heeft ongemeen boeiende debatten opgeleverd, bijvoorbeeld over de aard van de materie. Maar laten we eerlijk zijn: meer dan een intellectueel spel is dat niet.

Zouden wetenschappers, in plaats zich op dat gefilosofeer te storten, niet beter eerst de honger de wereld uit helpen, alle ziektes bestrijden en iedereen een dak boven het hoofd bezorgen? Van die aandacht voor praktische problemen – die ‘vrouwelijke’ instelling, zo je wilt – raakt onze wetenschap langzaamaan doordrongen. Dat merken we ook aan het University College: biomedische technologie is vandaag populair bij vrouwelijke studenten. Als je een hartklep bouwt, help je een medemens. Dat is veel zinvoller dan een hele middag naar de hemel te zitten staren, mijmerend over Het Bestaan.

Waarom hebt u eind jaren negentig zelf voor de fysica gekozen?

CZERSKI: Ik hield van wiskunde en wetenschap – mijn eerste publieke lezing, over het atoom, heb ik al op mijn zeventiende gegeven – maar ik was ook dol op talen, boeken, geschiedenis én op sport.

De beste wetenschappers van vandaag zijn geen nerds. Ze lezen, luisteren naar muziek en tokkelen op hun smartphone. Van een schilderij of beeldhouwwerk kunnen ze evenveel genieten als van een gelukt experiment. We zijn geen aliens. We zijn doodgewone mensen die volop deel uitmaken van de samenleving. Die boodschap geef ik ook mee in de tv-programma’s die ik maak voor de BBC.

Dat ik uiteindelijk voor wiskunde en fysica koos, was omdat ik langs die weg oplossingen kon bedenken voor de praktische problemen waarover ik het daarnet had. Het was een keuze om te spelen, om te experimenteren en te bouwen, en zo door te dringen tot de wereld. Ik wilde tonen dat wetenschap zich niet alleen in laboratoria afspeelt. Ik bedoel maar, het is toch fantastisch om pakweg de regels van de rotatie te herkennen in het dagelijkse leven?

Waar dan?

CZERSKI: In je kopje thee, bijvoorbeeld. Als je daar met een lepeltje in roert, ontstaat een ‘kuil’. Omdat elk vloeistofdeeltje zich in een rechte lijn wil voortbewegen, zal de thee tegen de wand van het kopje duwen en omhooggaan. Daardoor blijft er in het midden minder vloeistof over. Op die plek zul je altijd belletjes zien drijven. Dat komt omdat vloeistof een grotere dichtheid heeft dan gas, dat telkens weer de overgebleven ruimte inneemt.

Onze samenleving zit vol dingen die ronddraaien: wasdrogers, discuswerpers, opgegooide pannenkoeken enzovoort. De aarde zelf roteert terwijl ze om de zon tolt. Rotatie kan gigantisch veel energie opwekken, terwijl alles netjes op zijn plaats blijft zitten, zoals de thee in je kopje. Je kunt een grote snelheid halen zonder echt ergens heen te gaan. Een mooi voorbeeld daarvan is het baanwielrennen: de steile piste zorgt ervoor dat de renners niet in een rechte lijn uit hun baan schieten.

Over belletjes gesproken: u bent ook een bubbelfysicus. Wat mogen we ons daarbij voorstellen?

CZERSKI: Ik onderzoek de bubbels die zich vormen aan het wateroppervlak, meestal onder hoge brekende golven. Daarvoor reis ik de wereld rond. Weldra ga ik naar de Noordpool: het water is daar heel zuiver, ideaal om de wisselwerking met het gas in de bubbels te bestuderen.

Wat de bubbels doen? Ze helpen de zee ademen. Vergelijk het met de bubbels die opspatten en in je neus prikken als je een fles frisdrank opent: op dezelfde manier laat het schuim in de branding bellen opspatten in de lucht, waarna het gas opzweeft en wolken vormt. Zo hebben ze een effect op het weer en het klimaat. De oceanen warmen op, het aantal stormen neemt toe, het aantal bubbels ook: al die vaststellingen zijn aan elkaar gelinkt. Het is één groot systeem, waarin alles invloed heeft op alles. En het bestaat uit zo veel verschillende puzzelstukjes dat elk puzzelstuk maar door een handvol mensen kan worden bestudeerd – wereldwijd ken ik nog zes andere bubbelwetenschappers.

Dat heeft natuurlijk ook met budgetten te maken. Die zullen nooit volstaan om het antwoord op al onze vragen te vinden. En in deze tijd van besparingen volstaan ze al helemaal niet. Er wordt vooral aan de korte termijn gedacht, terwijl wetenschap een werk van lange adem is. In de Verenigde Staten heeft Donald Trump de steun aan onderzoek naar de klimaatverandering bijvoorbeeld drastisch teruggeschroefd. Europese wetenschappelijke instellingen roepen nu naar Amerikaanse wetenschappers: ‘Jullie zijn welkom bij ons!’ Maar dat volstaat niet. Want de VS leveren niet alleen wetenschappers, ze beheren ook belangrijke wetenschappelijke infrastructuur. Ze hebben bijvoorbeeld heel wat satellieten die de aarde observeren. Als ook die projecten op de schop gaan, stevenen we af op een drama.

Moeten wetenschappers zich daartegen uitspreken?

CZERSKI: In principe houden we ons ver weg van de politiek – we moeten tenslotte objectief zijn en onze eigen mening terzijde schuiven. Maar het zou niet de eerste keer zijn dat wetenschappers in opstand komen tegen politici.

Neem de Pugwash-conferentie, een internationale organisatie die in 1957 is opgericht door de Britse natuurkundige Joseph Rotblat. Hij was betrokken geweest bij het Manhattan Project, dat tijdens de Tweede Wereldoorlog de atoombom opleverde. Net zoals andere wetenschappers die daaraan hadden meegewerkt, kreeg hij wroeging en trok ten strijde tegen de wapenwedloop. Dat leverde hem en de Pugwash-conferentie in 1995 de Nobelprijs voor de Vrede op.

De Nobelprijswinnaars van vandaag zouden daar een voorbeeld aan mogen nemen. Ze hebben tenslotte bewezen wat ze waard zijn. Mensen luisteren naar hen, en politici ook. In vergelijking met vroeger zijn onze mogelijkheden om te communiceren bovendien eindeloos geworden, dankzij het internet en de sociale media. Nee, ook wetenschappers kunnen het verzet tegen Trump en co. leiden. Het wordt tijd dat ze hun mond opendoen.

Helen Czerski, Ober, er zit natuurkunde in mijn soep: natuurkunde begrijpen aan de hand van het dagelijks leven, Maven Publishing, 336 blz., ? 22.