De Amerikaanse Nobelprijswinnaar natuurkunde Steven Weinberg was onlangs in Brussel voor de jongste editie van de Solvay-conferentie. Een gesprek over de kosmologische constante, de kinderachtigheid van godsdienst en de beperkingen van onze hersenen.
Het was in 2005 exact honderd jaar geleden dat Albert Einstein zijn belangrijkste ideeën formuleerde, zoals de speciale relativiteitstheorie. Een goede gelegenheid, dachten enkele natuurkundigen van de Vlaamse en Franstalige Vrije Universiteit Brussel, om de prestigieuze Solvay-conferenties uit het verleden nieuw leven in te blazen.
Ze kozen daarvoor dezelfde locatie als de eerste edities: het luxueuze Hotel Métropole in hartje Brussel, waar Einstein en de Deense fysicus Niels Bohr ooit hun beroemde discussies hielden over de betekenis van de kwantummechanica: de fysica van het allerkleinste.
Nog altijd zijn de natuurkundigen er niet uit. Ze slagen er maar niet in om Einsteins relativiteitstheorie te verzoenen met de kwantummechanica. Hun grote hoop is sinds kort gevestigd op de nieuwe snaartheorie, waarin de kwanta niet langer wiskundige punten zijn, maar eindeloos kleine, trillende draden in een veeldimensionele ruimte. De Solvay-conferentie, die begin december in Brussel gehouden werd, stond volledig in het teken van de kwantumstructuur van Einsteins ruimte en tijd.
Iedereen was het erover eens dat ruimte en tijd slechts afgeleide begrippen zijn. Dat belette echter niet dat er, naar analogie met de eerste Solvay-conferentie in 1911, véél verwarring bleef bestaan. Toch bereikte de conferentie een consensus over wat het ‘radicaal conservatisme’ heet: de stelling dat de kwantummechanica zoals we ze vandaag kennen, onveranderd gebruikt zal blijven worden.
Een van de opvallendste deelnemers was de Amerikaan Steven Weinberg, die in 1979 de Nobelprijs natuurkunde kreeg voor zijn bijdrage tot de ontwikkeling van het standaardmodel van de natuurkunde: een model dat alle bekende elementaire deeltjes en krachten op een logische manier met elkaar in verband brengt. Sindsdien is Weinberg van fysicus tot kosmoloog geëvolueerd. Hij heeft een reeks – soms uiterst toegankelijke – boeken over zijn vak geschreven, en in zijn vrije tijd amuseert hij zich met het bestuderen van oorlogen. Tussen een resem lezingen en museumbezoeken door maakte hij tijd voor een gesprek.
De Solvay-conferenties hebben een lange traditie. Is dat de reden voor uw deelname?
STEVEN WEINBERG: Dat is een van de redenen. Toen ik jong was, zag ik de bruine foto’s van de conferenties met Einstein en Bohr. Toen al was ik me levendig bewust van de glamour die rond het evenement hing.
Hoe zou u met Einstein omgegaan zijn, mocht u hem hebben ontmoet?
WEINBERG: Bohr heb ik ontmoet toen ik student was, maar Einstein nooit. Misschien maar goed ook, want ik denk niet dat ik een bevredigend contact met hem zou hebben gehad. Toen ik fysicus werd, interageerde Einstein al niet meer op een nuttige manier met de natuurkundige gemeenschap. Maar ik ben er zeker van dat ik hem toen hij jong was wél zou hebben gewaardeerd.
De jonge Einstein had blijkbaar veel moeite met de kwantumtheorie?
WEINBERG: Oh ja, hij hield niet van de kwantummechanica door het probabilistische karakter ervan, zoals de mogelijkheid dat twee elektronen zich tegelijk op een verschillende plaats bevinden. Toch is hij een van de grondleggers van de discipline omdat hij in 1905 voor het eerst het kwantumkarakter van licht heeft beschreven.
Kunt u de stand van zaken op het vlak van de snaartheorie samenvatten?
WEINBERG: Het probleem is dat er te veel ideeën zijn: heel rijke wiskundige structuren die smeken om een toepassing. Alleen weet niemand hoe ze toegepast kunnen worden. De jongste ontwikkeling in de snaartheorie is de ontdekking dat – hoewel er slechts één theorie is – er een massa oplossingen voor de theorie bestaan: het snarenlandschap. En ik bedoel letterlijk een mássa.
‘Meer dan het aantal atomen in het heelal’, zei een van uw collega’s.
WEINBERG: Minstens zoveel. En er zijn 1 met vijfhonderd nullen erachter atomen in het zichtbare deel van het heelal, dat eindeloos groot zou kunnen zijn. Je ziet meteen het probleem: hoe moeten we uit die massa de oplossing distilleren die van toepassing is op onze eigen wereld? Dat lijkt onmogelijk.
Wat omvat een oplossing voor de snaartheorie?
WEINBERG: Wel, je moet begrijpen dat de snaartheorie meestal geformuleerd wordt met zes extra ruimtelijke dimensies naast de drie waar we gewoonlijk mee werken. Die dimensies zijn in zulke kleine volumes opgerold dat we ons niet van hun bestaan bewust zijn. De verschillende oplossingen hangen samen met de manier waarop die zes dimensies opgerold zijn. En het wordt nog ingewikkelder, want aan elke dimensie zijn velden verbonden die verschillende waarden kunnen hebben. Vanuit het standpunt van de mensheid gezien primeert dat elke oplossing overeenstemt met een bepaald soort wereld, met een bepaalde set van elementaire deeltjes en krachten.
Bestaan er dus werelden die fundamenteel van de onze verschillen?
WEINBERG: Het is denkbaar dat er een wereld is zonder elektronen of een wereld waarin elektronen niet de lichtste deeltjes zijn. Nog iets waarin de werelden zich van elkaar kunnen onderscheiden, is een fundamentele constante die Einstein in 1917 introduceerde en die verband houdt met de energie van het vacuüm. Ze wordt wel eens de kosmologische constante genoemd, en ze heeft geen waarneembare effecten op de aarde. Maar ze beïnvloedt de expansie van het heelal – sinds de Grote Oerknal dijt het heelal almaar verder uit. Afhankelijk van haar waarde (positief of negatief, nvdr) zorgt de constante ervoor dat de uitdijing versnelt of vertraagt.
Is die constante ondertussen al gemeten?
WEINBERG: Ja, hoewel dat heel moeilijk was omdat haar effecten verwaarloosbaar zijn op de afstanden waarmee wij op aarde werken. Ze is vergelijkbaar met een heel zwakke, afstotende kracht die sterker wordt op heel grote afstanden. In 1998 is ontdekt dat de uitdijing van het heelal versnelt, zoals je zou verwachten van een positieve kosmologische constante. Dankzij de snelheid van de uitdijing konden we de constante bepalen.
Is het niet bizar dat de uitdijing wordt gedreven door de energie van een vacuüm, van het niets dus?
WEINBERG:(lachend) Oh, maar er is een heleboel ‘niets’ in de ruimte. Zwaartekracht wordt niet alleen geproduceerd door massa’s, zoals de massa van de zon of van de aarde, maar ook door elke vorm van energie. De energie van het vacuüm onderscheidt zich van andere energievormen door haar negatieve druk, waardoor ze de uitdijing kan stuwen. Andere energieën die een aantrekkingskracht uitoefenen, remmen de uitdijing van het heelal daarentegen af.
Is die energie van het vacuüm de veelbesproken ‘donkere’ energie?
WEINBERG: Inderdaad. Een vraag die absoluut beantwoord moet worden, is of de donkere energie verandert met de tijd. Als dat niet het geval is, zitten we goed met de kosmologische constante die min of meer overeenstemt met wat er nu gebeurt.
Als het bestaan van de kosmologische constante bevestigd wordt, zou ons eigen bestaan een belangrijke rol spelen in de verklaring waarom de wereld eruitziet zoals hij eruitziet, hebt u ooit geschreven.
WEINBERG: Daarover is op de Solvay-conferentie veel gediscussieerd. Het punt is: in om het even welke theorie met vele werelden (we noemen dat een multiverse), moet om het even welke wetenschappelijke beschaving die de kosmologische constante meet een waarde vinden binnen een bepaalde beperkte range. Als de constante te klein is, zal de uitdijing van het heelal zo snel stoppen dat er geen tijd is om leven te laten ontstaan. Als de constante te groot is, zal het heelal zo snel uitdijen dat de materie nooit kan condenseren om sterrenstelsels en planeten te vormen, zodat leven evenmin een kans krijgt. In een multiverse zal iedereen een kosmologische constante meten die ergens in het midden ligt.
Anders zou er niemand zijn die iets kan meten?
WEINBERG: Precies. Dat gemiddelde zou overeenstemmen met de waarde van de energie in het vacuüm op het moment in het verre verleden dat de sterrenstelsels ontstonden. De energiedichtheid in de materie was toen groter dan nu doordat het heelal kleiner was. Eind jaren tachtig voorspelde ik al dat de energiedichtheid van het vacuüm groter zou zijn dan die van de materie nu. Dat werd eind jaren negentig experimenteel bevestigd op basis van waarnemingen van ontploffende sterren of supernova’s: de energie van het vacuüm blijkt 2,5 keer groter te zijn dan die van de materie van vandaag. Dat was een geweldig succes, dat het vertrouwen in zulke anthropische redeneringen versterkt heeft. Dat argument houdt echter alleen steek als je ervan uitgaat dat er veel universums bestaan, met een brede waaier aan waarden voor de vacuümenergie. De snaartheorie verschaft een mooie basis voor het bestaan van zo’n multiverse.
Volgens het anthropische principe ‘kozen’ wij de wereld die het best bij ons past?
WEINBERG: Het anthropische principe zegt dat wij in geen enkele andere wereld zouden kunnen leven, net zoals leven alleen maar kan ontstaan op planeten die net ver genoeg van hun zon staan om het voorkomen van water toe te laten. Als de aarde de enige planeet in het heelal was, zouden we met een probleem zitten. Dan zouden we ons moeten afvragen: waarom net die ene planeet de mogelijkheden heeft om leven te dragen. Dat zou bijna per definitie impliceren dat er ergens een goedmenende schepper was. In werkelijkheid zijn er miljarden sterren met miljarden planeten. Dus zullen er wel enkele in de juiste range zitten om leven mogelijk te maken en hebben we die goedmenende schepper niet nodig om het leven hier te verklaren.
Het standaardmodel dat u mee ontwikkelde, was mooi door zijn eenvoud. Was het, nu het allemaal zo ingewikkeld blijkt te zijn, fout om voor eenvoudige modellen te gaan?
WEINBERG: Nee, het standaardmodel en andere theorieën zijn maar een deel van het antwoord. Het was mooi dat het model zo goed aansloot bij wat bekend was, en dat het in staat was om verschijnselen te voorspellen die getest konden worden. Wij wachten nu met spanning tot de nieuwste deeltjesversneller van het Europese Centrum voor Elementaire Deeltjesfysica in het Zwitserse Genève operationeel wordt. Die zal de toetsing van de voorspellingen van het standaardmodel afmaken.
Hoe moet het verder met de snaartheorie? Komt er een soort natuurlijke selectie van wilde ideeën?
WEINBERG: Dat weet ik eerlijk gezegd niet meer. Tegenwoordig komen er zo weinig stimulansen van nieuwe experimentele bevindingen, behalve uit de kosmologie. Ik word er stilaan depressief van dat er zoveel schitterende wiskundige ideeën circuleren die geen enkel verband meer hebben met de natuurkundige realiteit. Hier op de conferentie hoorde ik briljante wiskundige verhalen, maar die kunnen op geen enkele manier aan de fysica worden gekoppeld. Dat is frustrerend.
Is wiskunde meer een spel geworden dan een manier om de werkelijkheid te beschrijven?
WEINBERG: Nee, het is gewoon moeilijk om de link met de werkelijkheid te vinden. Ik verwijt mijn collega’s niets, maar ze doen nattevingerwerk zonder dat ze door experimenten gestuurd worden. Momenteel bevindt de natuurkunde zich in een erbarmelijke staat.
Onze hersenen zijn misschien niet in staat de werkelijkheid te vatten.
WEINBERG: Dat heb ik me al dikwijls afgevraagd. Je kunt honden trainen om fantastische dingen te doen, maar je kunt ze nooit differentiaalvergelijkingen laten oplossen. Dat is een inherente biologische handicap die aan het hond-zijn verbonden is. Wij mensen zijn niet alleen slimmer dan honden, we zijn ook in staat om onze hersenen via de taal met elkaar te verbinden tot een netwerk. Maar dat betekent niet dat we slim genoeg zullen zijn om alle oplossingen voor de snaartheorie te vinden, en die ene eruit te pikken die overeenstemt met de wereld waarin we leven.
Zullen we ooit weten hoe slim we eigenlijk zijn?
WEINBERG: Nee. Wel zullen we moeten blijven proberen de juiste oplossing te vinden. We mogen niet vertrekken van de veronderstelling dat we niet slim genoeg zijn.
Waarom willen we dan per se weten hoe onze wereld eruitziet?
WEINBERG: Je kunt evengoed vragen waarom we ons bezighouden met dingen die onze overleving niet in de hand werken, zoals muziek en poëzie. Ik denk dat het bestuderen van het heelal ook zoiets is.
Kunst vermomd als wetenschap?
WEINBERG: Wetenschap is in elk geval heel bevredigend. Er is een stukje in Plato’s dialoog De Republiek waarin Socrates vraagt waarom het zo belangrijk is om astronomie te studeren. Glaucon antwoordt dat astronomie nodig en nuttig is om kalenders te kunnen maken en om te weten wanneer er geploegd of uitgevaren kan worden. Maar Socrates spreekt hem streng toe met de boodschap dat de studie van de astronomie vooral nodig is omdat ze betere mensen van ons maakt.
En is dat zo?
WEINBERG: Ik geloof niet dat wetenschap ons moreel beter maakt, zoals Plato dacht. Het is gewoon leuk te weten in wat voor wereld we terechtgekomen zijn.
De kosmologie heeft van de mens wel iets héél onbeduidends gemaakt.
WEINBERG: Ze heeft de mensheid in ieder geval van het juk van de religie bevrijd.
Wat is er mis met religie?
WEINBERG: Het is een overblijfsel uit de kindertijd van de mensheid, een vorm van wishful thinking: zou het niet geweldig zijn dat wij deel uitmaken van een kosmisch drama met een kosmisch plan waarin we uiteindelijk allemaal in het paradijs terechtkomen? Zo’n vorm van wishful thinking is heel beschamend, zeker nu we als mensheid opgegroeid zijn.
Dus religie is niet meer nodig nu de wetenschap ons de ware wereld heeft leren kennen?
WEINBERG: Dat bedoel ik niet. De wetenschap zal religie nooit kunnen vervangen. Als er een god en een hemel bestonden, zou religie veel meer voor ons kunnen betekenen dan wetenschap. Ik heb het dan over het schenken van vertrouwen, een sterk moreel gezag en de hoop op een leven na de dood. Het zou geweldig zijn als het allemaal waar was, maar het is niet waar en het is dan ook kinderachtig om erin te blijven geloven.
U moet nogal verontrust zijn door de opkomst van het ‘intelligente design’ in de Verenigde Staten als alternatief voor de evolutieleer.
WEINBERG: Natuurlijk, maar dat probleem is minimaal in vergelijking met wat de militante islam doet. Ik hou niet van mensen die intelligent design willen onderwijzen, maar ze laten tenminste geen vliegtuigen in gebouwen vliegen of zenden geen zelfmoordcommando’s uit.
U hebt een brief ondertekend waarin president George Bush verweten wordt de wetenschap te misbruiken.
WEINBERG: Ik bekritiseer mijn president niet graag in een vreemd land. Ik doe dat alleen in mijn eigen land.
Maar wat vindt u over het algemeen van het misbruiken van wetenschap om ideeën aanvaardbaar te maken?
WEINBERG: Het is duidelijk dat je het gezag van wetenschap kunt vernietigen door er misbruik van te maken. In de VS hadden we onlangs een debat over de vraag of het nuttig is om kernwapens te ontwikkelen voor de vernietiging van ondergrondse doelwitten. Wetenschappers toonden aan dat dit onmogelijk is zonder aan de oppervlakte een heleboel mensen te doden. Het parlement, dat die wetenschappers geloofde, besloot vervolgens om het onderzoek niet te financieren.
Waarom schrijft u zoveel over oorlog?
WEINBERG: In een oorlog is er veel duidelijkheid over succes of het gebrek daaraan. Was de sociale politiek van Otto von Bismarck een succes? Dat is een moeilijke vraag, omdat daarbij allerlei waardeoordelen meespelen. Wel kun je perfect bestuderen of het Duitse leger succesvol was in de strijd tegen de Fransen en de Pruisen.
Is dat wetenschappelijker?
WEINBERG: Ja, het benadert meer de beoordeling die je als wetenschapper zou maken. De militaire geschiedenis leert veel over de kracht en de zwakte van verschillende maatschappijen. Samenlevingen moeten hun oorlogen winnen om te kunnen overleven.
Zal de nieuwe natuurkunde een vernietigend wapen opleveren?
WEINBERG: Ik weet het niet. Op dat vlak ben ik héél ouderwets. Ik maak me veel zorgen over kernwapens, en vooral over de verspreiding ervan in de islamitische wereld. Het is niet mogelijk om iets te ont-uitvinden, maar als het mogelijk zou zijn, zou ik heel hard mijn best doen om dat voor kernwapens te realiseren.
Waarom zouden we ons zorgen moeten maken om oorlog als we toch een onbeduidende rol spelen in het heelal?
WEINBERG: Ik denk niet dat het menselijke leven onbeduidend is. Het is onbeduidend vanuit het standpunt van het heelal, maar niet vanuit dat van de mensheid, dat in feite het enige standpunt is wat er echt toe doet. Oorlog is een goede manier om alles te vernietigen wat de mensheid zo wonderbaarlijk maakt, dus moeten we er alles aan doen om oorlog te vermijden.
Steven Weinberg (72)
Amerikaans fysicus
Nobelprijs fysica 1979 voor zijn bijdrage tot de ontwikkeling van het standaardmodel voor de natuurkunde
‘Met of zonder godsdienst zouden er goede mensen zijn die goede dingen doen en slechte mensen die slechte dingen doen. Maar om goede mensen slechte dingen te laten doen, heb je godsdienst nodig.’
Door Dirk Draulans
‘Er zijn eindeloos veel oplossingen voor de snaartheorie, maar slechts één daarvan past bij onze wereld.’
‘Ik geloof niet dat wetenschap ons moreel beter maakt. Het is gewoon leuk om te doen.’
