Nobelprijswinnaar Wilczek zet natuurwetenschap in helder licht

Fundamenteel van Frank Wilczek is een miraculeus boek geworden over wat zijn wetenschap, de natuurkunde, kan vertellen over de werkelijkheid.

‘De hoogste vorm van muzikaliteit in het domein van het denken.’ Zo kwalificeerde Albert Einstein een dikke eeuw geleden de verklaring die zijn Deense collega Niels Bohr had gevonden voor de spectraallijnen van het waterstofatoom.

De theorie van Bohr rustte op het feit dat elektronen, een van de bouwstenen van het atoom, niet zomaar ieder energieniveau kunnen hebben, maar alleen bepaalde, discrete niveaus. Dat verklaarde de spectraallijnen die gemeten werden als atomen werden belicht, en het werd een belangrijk fundament voor de quantummechanica, de moderne natuurkunde.

Maar Bohr was hiermee ook de eerste die de kracht liet zien van complementariteit voor de natuurkunde, schrijft Frank Wilczek. Complementariteit is een van de tien bouwstenen van de werkelijkheid die Wilczek ten tonele voert in Fundamenteel, een boek dat hij schreef in antwoord op de vraag van veel mensen, vrienden, bekenden, wat zijn wetenschap, de natuurkunde, kan vertellen over de werkelijkheid.

Lees gewoon door, de weg blijft helder

Het is een miraculeus boek geworden. De 70-jarige Wilczek, zoon van een Poolse vader en een Italiaanse moeder, hoogleraar aan de Amerikaanse universiteit Princeton en winnaar van de Nobelprijs voor natuurkunde in 2004, doet in een dikke tweehonderd pagina’s de hele natuurkunde uit de doeken. Althans de grote lijnen daarvan.

Knap gedaan; er zijn weinig wetenschappers van zijn kaliber die zo goed zijn in het weglaten van details, het temmen van stokpaardjes, en het bouwen van een helder verhaal. Het is ingewikkeld op sommige punten, met vaktermen, maar lees gewoon door en blijf er niet bij hangen, de weg blijft helder.

De baby vormt zich een beeld door te graaien

Om het heelal te doorgronden moet je als het ware opnieuw geboren worden, schrijft Wilczek. Een baby graait met hand en mond en ­alles wat hij heeft naar de dingen om hem heen, en vormt zich zo een beeld van werkelijkheid. Een beeld waarmee hij ook op volwassen leeftijd nog prima uit de voeten kan, maar wat niet strookt met de ware, natuurkundige aard van de werkelijkheid.

De complementaíre werkelijkheid, waarover je misschien ooit hebt gelezen, maar die niet tot je daagse ervaring behoort. En die een eeuw geleden ook voor veel fysici, onder wie Einstein, moeilijk te accepteren was.

In de moderne natuurkunde die toen werd ontwikkeld, zijn krachten velden geworden, die een eigen bestaan leiden, blijken de bouwstenen van materie tegelijk deeltje én golf te zijn, en zijn plaats én snelheid van elementaire deeltjes nooit allebei ­tegelijk met zekerheid vast te stellen.

Bizar, en moeilijk te vatten. Maar, schrijft Wilczek, het is als met muziek: je kunt muziek karakteriseren op basis van de melodie, maar ook op basis van de harmonie. En vraag nu niet welke van die twee de muziek maakt, want het is een zinloze vraag; de muziek is beide.

Opnieuw: een onzinnige vraag

Ander voorbeeld: de mens neemt beslissingen in zijn hoofd en is met zijn lijf gebonden aan de wetten van de natuurkunde, zoals alle materie. Het heeft de mens nu een vrije wil of is hij slaaf van de fysica? Opnieuw: een onzinnige vraag.

Fundamenteel is niet de zoveelste uitleg van de moderne natuurkunde voor een groot publiek. Wilczek heeft met zijn tien bouwstenen een origineel raamwerk geschapen voor het begrijpen van ruimte, tijd, elementaire deeltjes, de natuurwetten en het universum, en de plaats van de mens in dat alles.

Het is een fascinerende blik op een werkelijkheid, waarin de mens tegelijk klein en groot is, minuscuul én reusachtig. Of zoals Wilczek zijn verhaal samenvat: ‘De omvang van de ruimte maakt ons nietig, maar we bevatten enorme hoeveelheden neuronen en natuurlijk nog veel meer atomen waar die neuronen uit bestaan. De kosmische geschiedenis is onvergelijkbaar veel langer dan een mensenleven, maar we hebben tijd voor een immens aantal gedachten. Kosmische energieën gaan de menselijke vermogens verre te boven, maar we hebben macht te over om onze plaatselijke omgeving vorm te geven en actief deel te nemen aan leven met andere mensen. De wereld is complexer dan wij kunnen ­bevatten en rijk aan mysteries, maar we weten veel en leren steeds bij. Bescheidenheid is op zijn plaats, maar zelfrespect ook.’

Frank Wilczek
Fundamenteel. Tien sleutels tot de werkelijkheid
Nieuwezijds; 256 blz. € 22,99

Lees ook:

Vincent Icke pakt de draad op die Christiaan Huygens drie eeuwen geleden spon

‘Men zal hier zulke demonstraties zien, die niet zo’n grote zekerheid bieden als die van de meetkunde, en die daar zelfs sterk van verschillen; want waar de meetkundigen hun stellingen bewijzen op grond van zekere en onbetwistbare uitgangspunten, worden hier de uitgangspunten bewaarheid door de conclusies die men uit ze trekt; het kan niet anders, uit de aard der zaak.’ Zo begon Christiaan Huygens zijn verhandeling over licht, in 1690.