Reizen door Einsteins achtertuin

Van journalist bij een bruidsmagazine groeide ze uit tot een gesprekspartner voor de grootste natuurkundigen van deze tijd. In haar boek In Einsteins Achtertuin vertelt wetenschapsjournalist Amanda Gefter over de jarenlange zoektocht met haar vader naar de grootste mysteries van het universum. New Scientist geeft alvast een voor­proefje.

Wetenschapsjournalist Amanda Gefter ondernam met haar vader een reis door de wereld van de natuurkunde, op zoek naar antwoorden op Grote Vragen.
Wetenschapsjournalist Amanda Gefter ondernam met haar vader een reis door de wereld van de natuurkunde, op zoek naar antwoorden op Grote Vragen.

Ik zat op mijn werk, mij afvragend of ik mezelf met de elastiekjesbal weer terug naar Brooklyn kon schieten, toen ik het artikel in The New York Times zag. John Archibald Wheeler, de voorman van de theoretische natuurkunde, poet laureate van het bestaan, was net negentig geworden en fysici uit de hele wereld waren op weg naar Princeton om dat te vieren.

‘Dit weekend’, aldus het artikel, ‘liggen de Echt Grote Vragen waar dr. Wheeler zo dol op is, op tafel wanneer prominente wetenschappers ter ere van hem hier in een congrescentrum bijeenkomen voor een symposium dat luistert naar de bescheiden naam Science and Ultimate Reality, wetenschap en ultieme werkelijkheid.

Toevallig had ik een speciale, brandende Echt Grote Vraag voor Wheeler. Was ik maar een prominente wetenschapper, dacht ik, wegzakkend in mijn stoel. Ik staarde afwezig naar een oude Manhattan-cover aan de muur, van toen het blad nog bestond. En toen kwam het ineens bij me op. Ik belde de mensen die de publiciteit voor het congres deden, en zei met mijn professioneelste stem dat ik een journalist van het tijdschrift Manhattan was en graag over het congres wilde schrijven.

‘O, maar natuurlijk, u bent van harte welkom’, zeiden ze.

‘Geweldig’, zei ik. ‘Noteer me dan maar met nog iemand.’ Ik pakte de telefoon en belde mijn vader: ‘Maak je agenda voor dit weekend leeg. We gaan naar Princeton.’

Het oneindige niets

Mijn plotselinge drang om onuitgenodigd met mijn vader naar een natuurkundecongres te gaan vond zijn oorsprong in een gesprek van zeven jaar eerder. Ik was toen vijftien en mijn vader had me meegenomen naar ons favoriete Chinese restaurant vlak bij waar we woonden in een voorstadje ten westen van Philadelphia. Meestal gingen we daar met mijn moeder en oudere broer eten, maar die keer waren mijn vader en ik alleen. Ik zat met een eetstokje een cashewnoot mijn bord rond te duwen, toen hij aandachtig naar me keek en vroeg: ‘Hoe zou jij ‘niets’ definiëren?’

Warren Gefter, de vader van Amanda Gefter
Warren Gefter, de vader van Amanda Gefter, had een Grote Vraag waar hij graag antwoord op wilde. Bron: Amanda Gefter

Dat was een rare vraag voor aan tafel, absoluut, maar niet helemaal vreemd voor mijn vader, die, dankzij zijn dagen als intellectuele hippie-boeddhist in de jaren zestig, wel vaker met zen-koan-achtige vragen aan kwam zetten. ‘Hoe ik niets zou definiëren? Ik denk als de afwezigheid van iets. De afwezigheid van alles. Hoezo?’

‘Ik denk daar al jaren over na, over de vraag hoe je iets kunt krijgen uit niets. Het leek gewoon zo onmogelijk, maar toen bedacht ik dat we waarschijnlijk op de verkeerde manier over niets nadachten. Toen ik laatst bij de garage was en daar wachtte tot de auto klaar was, wist ik het ineens! Eindelijk snapte ik het.’

‘Je snapte niets?’

Hij knikte opgewonden. ‘Ik dacht, als je nou eens een toestand had die oneindig, onbegrensd en overal precies hetzelfde is.

Ik haalde mijn schouders op. ‘Dat zal dan wel niets zijn?’

‘Juist! Denk daar maar eens over na: een ‘ding’ wordt gedefinieerd door zijn grenzen. Door wat het onderscheidt van iets anders. Zo komt het dat je, als je iets tekent, alleen maar de omtrek hoeft te tekenen. De randen ervan. De randen definiëren het ‘ding’. Maar als je een volledig homogene toestand hebt zonder randen en als die toestand oneindig is, en er dus niets is waarvan je het kunt onderscheiden, zou die toestand geen ‘dingen’ bevatten. Hij zou niets zijn!’

Ik lepelde nog wat rijst op mijn bord. ‘Oké…’

Mijn vader ging door, met stijgende opwinding. ‘Mensen denken meestal dat ze om bij niets te komen alles moeten verwijderen. Maar als niets is gedefinieerd als een oneindige, onbegrensde homogene toestand, hoef je niets te verwijderen om er te komen; dan hoef je alleen maar alles in een bepaalde configuratie te zetten. Denk er eens op die manier over. Je pakt een blender, neemt die mee naar de wereld, mengt alle voorwerpen tot moes, alle tafels en stoelen en gelukskoekjes hier in deze tent. Je mixt het allemaal door elkaar totdat alles alleen nog maar atomen is en dan ga je met de atomen door totdat er helemaal geen structuur meer over is, totdat alles in het heelal er precies hetzelfde uitziet en die volkomen ongedifferentieerde materie oneindig zonder grenzen wordt uitgespreid. Alles is dan verdwenen in gelijkheid. Alles wordt niets. Maar in zekere zin is het nog steeds alles, want alles waarmee je bent begonnen zit er nog steeds in. Niets is gewoon alles in een andere configuratie.’

‘Oké, dat is wel te gek’, zei ik. ‘Iets’ en ‘niets’ zijn niet echt elkaars tegendeel, maar gewoon verschillende patronen van hetzelfde.’

Amanda Gefter voor het huis van Einstein in Princeton. Bron: Warren Gefter/Amanda Gefter
Amanda Gefter voor het huis van Einstein in Princeton. Bron: Warren Gefter/Amanda Gefter

‘Juist!’ Mijn vader straalde. ‘En als dat klopt, dan is het veel waarschijnlijker dat je iets uit niets kunt krijgen. Omdat in zekere zin het iets er altijd is. Het is net zoiets als wanneer je op het strand een zandkasteel bouwt en het dan weer sloopt: waar blijft het kasteel? De ‘dingheid’ van het kasteel was gedefinieerd door de vorm ervan, door de grenzen die het kasteel onderscheidden van de rest van het strand. Als je het sloopt, verdwijnt het kasteel weer terug in de homogeniteit van het strand. Het kasteel en het strand, het iets en het niets, zijn alleen maar twee verschillende patronen.’

Mijn vader keek naar mij, zijn vijftienjarige dochter, en vroeg in alle ernst: ‘Denk je dat dat zou kunnen verklaren hoe het heelal is begonnen?’

Ik deed mijn mond open om iets te zeggen, aarzelde even, met mijn mond nog open, zoekend naar de juiste woorden – welke dat ook mochten zijn – om mijn stijgende bezorgdheid om zijn geestelijke gezondheid over te brengen. Had hij aan de hasj gezeten die ik onder mijn matras verstopt hield? ‘Je vraagt me hoe het heelal is begonnen?’

‘Nou, vóór het heelal was er niets. Dus om een heelal te krijgen moet niets iets worden. Jarenlang heb ik gedacht dat dat twee verschillende toestanden moeten zijn van hetzelfde ding dat daarachter ligt, dezelfde erachter liggende werkelijkheid – anders kun je onmogelijk het een omzetten in het ander. Maar hoe zou niets een toestand van iets kunnen zijn? En nu besef ik dat het een toestand is van oneindige, onbegrensde homogeniteit. Als je dat als uitgangspunt neemt, wordt het probleem van de oorsprong van het heelal iets denkbaars, dat in elk geval. Te hanteren, misschien.’

Ik kon met hem meegaan toen ik dacht dat we gewoon een filosofisch semantiekspelletje zaten te spelen, maar nu kwam hij met het heelal aanzetten!

‘Is dat niet, zeg maar, natuurkunde?’ vroeg ik. Hij knikte.

‘Ik héb niet eens natuurkunde. Ik heb natuurkunde laten vallen en meteorologie genomen, met de andere leerlingen die niet zo goed mee kunnen komen. En ik kan je niet eens zeggen hoe een orkaan ontstaat, want ik zat tijdens de les te slapen.’

Hij wenkte de serveerster om te betalen. ‘Nou, ik denk dat we dat eens uit moeten zoeken.’

Dat we dat eens uit moeten zoeken. Het was niet wat een ouder normaal gesproken tegen een kind zegt. Het was wat een mens tegen een andere mens zegt. Ik raakte geboeid. De hele kwestie klinkt idioot, maar idioot was oneindig veel beter dan vervelend. Bovendien, als ik een ding wist, dan was dat wel dat mijn vader briljant is. Iedereen wist dat mijn vader briljant is.

‘Oké. Hoe?’

Hij haalde zijn schouders op. ‘We doen een onderzoekje.’

Singulariteit

In Einsteins achtertuin
In het boek In Einsteins achtertuin vertelt Amanda Gefter uitgebreid over de ontdekkingsreis door de natuurkunde die zij samen met haar vader ondernam. Bestel het boek nu in onze webshop. 

We begonnen te lezen. Als er ergens een boek over natuurkunde of kosmologie was, zaten wij er met onze neus in. We lazen over de oerknal, inflatie, relativiteit, quantumtheorie, formatie van sterrenstelsels, deeltjesfysica, thermodynamica, extraruimtelijke dimensies, zwarte gaten, de kosmische achtergrondstraling. We bespraken de gedachten tot ’s avonds laat, totdat mijn moeder naar ons riep dat we naar bed moesten. Elk stukje vergaarde kennis bracht honderd nieuwe vragen op, en het lezen werd een eindeloze speurtocht. We werkten enorme stapels boeken door in een koortsachtige poging om alles te weten te komen van wat er bekend is over hoe het heelal is begonnen, hoe er iets is ontstaan uit niets. Het werd onze eigen geheime wereld.

Mijn vader had me ervan overtuigd dat het niets vóór het heelal een toestand was van oneindige, onbegrensde homogeniteit, een kenmerkloos, uniform gelijk-zijn dat duurde tot in de eeuwigheid. Of in elk geval totdat het heelal werd geboren. Wat natuurlijk de hamvraag opwierp: waarom zou het niets ooit veranderen? Hoe kon iets wat wordt gedefinieerd door niet-aflatend gelijk-zijn, ooit iets anders worden? Waarom zou er überhaupt ooit iets, zoals een heelal, tot stand komen?

In de groeiende stapels boeken vonden we intrigerende suggesties, maar geen antwoorden. Het probleem was dat de kosmologie niet met niets was begonnen. De kosmologie was begonnen met alles – met een uitdijend heelal vol materie en straling – en werkte van daar terug naar het begin, met de klok veertien miljard jaar achteruit en dan kijken terwijl het heelal samentrekt, sterrenstelsels steeds dichter op elkaar samendrommen totdat het hele waarneembare heelal een enkel punt beslaat, de oorsprong van waaruit iets relatief groots vermoedelijk een knal gaf, een oneindig heet, oneindig dicht, oneindig verstrengeld kosmisch zaadje. Een singulariteit.

Uiteindelijk kwamen we een paar artikelen tegen van John Wheeler. Ik was onmiddellijk weg van zijn schrijfstijl – het was heel anders dan andere natuurkundige stukken die ik had gezien. Het leek meer op poëzie: intellectueel gewaagd en provocatief, vol eigenaardige maar sterke zinswendingen. Wheeler benadrukte dat de ruimtetijd niet het ultieme ingrediënt van de werkelijkheid kan zijn, omdat de quantummechanica en de algemene relativiteitstheorie op het hoogste punt van oplossing ervan samenspannen om het te vernietigen, omdat ze de geometrie ervan verwringen totdat het geen geometrie meer is.

Warren Gefters foto in het jaarboek van Haverford College, 1970
Warren Gefters foto in het jaarboek van Haverford College, 1970. Bron: Peter Gorski/Amanda Gefter

In een bizarre kronkel vermoedde hij dat het misschien niet mogelijk is om te begrijpen hoe de oerknal heeft plaatsgevonden – hoe het niets was veranderd in iets – zonder de rol van de waarnemer erbij te betrekken. ‘Kan men maar slechts hopen op een dag ‘genesis’ te zullen begrijpen via een behoorlijke evaluatie van de rol van de ‘waarnemer’?’ schreef hij. ‘Is de architectuur van het bestaan zodanig dat het heelal alleen maar via ‘waarnemerschap’ tot stand kan komen?’

Het idee klonk volslagen idioot, maar ik wist dat Wheeler werd beschouwd als een genie, op gelijk niveau met enkele van de grootste fysici aller tijden. Er moest wel iets in zitten. Maar toch kwamen we niet door de meest voor de hand liggende vraag heen: als waarnemers noodzakelijke ingrediënten zijn voor het bestaan, waar komen de waarnemers dan vandaan?

Ik voelde er veel voor de gedachte van me af te zetten als kansloos, maar het idee was zo vreemd dat ik het niet helemaal uit mijn hoofd kon zetten. Wheeler zegt dat waarnemers een rol spelen in de oerknal, schreef ik in mijn opschrijfboekje. Uitzoeken wat dat in hemelsnaam kan betekenen.

Existentie

Toen het weekend van het symposium ‘Science and Ultimate Reality’ eraan kwam, nam ik al vroeg een trein van New York naar Princeton. Mijn vader stond op het station op me te wachten. Samen reden we naar het congrescentrum, terwijl we ons voorbereidden op het stellen van onze brandende vraag aan Wheeler.

Daar stonden we, twee stokstijf stilstaande herten gevangen in de koplampen van de grote genieën. We waren duidelijk de enige buitenstaanders in een ruimte vol met ’s werelds prominente fysici en legale journalisten, dus die echt bevoegd waren om het evenement te verslaan. We zochten onze stoel in de congreszaal op en keken vol ontzag om ons heen, terwijl we elkaar met onze elleboog aanstootten en dingen fluisterden als: ‘Tjesus! Dat is Alan Guth!’ en ‘Max Tegmark zit vlak voor ons!’

Deze mensen hadden jarenlang de hoofdrol gespeeld in onze gesprekken, en nu zaten we tussen hen in. Ik stootte mijn vader aan en wees. Daar, net plaatsnemend op de eerste rij, was de man ter ere van wie iedereen hier was gekomen: John Archibald Wheeler. Fysicus, filosoof, dichter, profeet, legende. Zelfs op zijn negentigste had Wheeler nog een jongensachtig gezicht. Hij zag er charmant uit, met een guitige fonkeling in zijn ogen. Als jongeman had Wheeler quantumfysica gestudeerd bij Niels Bohr in Kopenhagen en de eerste collegereeks gegeven over de algemene relativiteitstheorie aan Princeton, waar hij door de met bomen omzoomde straten slenterde terwijl hij de aard van de werkelijkheid met Einstein besprak. Bij Bohr werkte hij mee aan de fysica van kernsplijting, en hij ging door met werk aan de ontwikkeling van de atoombom in het Manhattan Project, gevolgd door de waterstofbom. Hij verzon de termen ‘zwart gat’ en ‘wormgat’. Wheeler leidde talloze studenten tot belangrijke ontdekkingen, studenten zoals Richard Feynman, Hugh Everett, Jacob Bekenstein en Kip Thorne. Hij benadrukte het belang van ‘ideeën voor ideeën’, onverschrokken in het aangezicht van het mysterie.

Links zit John Wheeler vooraan tijdens het congres Science and Ultimate Reality in 2002. Amanda wacht met haar vader (rechts op de foto) tot ze Wheeler hun grote vraag kunnen stellen. Bron: Amanda Gefter
Links zit John Wheeler vooraan tijdens het congres Science and Ultimate Reality in 2002. Amanda wacht met haar vader (rechts op de foto) tot ze Wheeler hun grote vraag kunnen stellen. Bron: Amanda Gefter

Vier typische Wheeler-vragen dienden als inspiratiebron voor het symposium: Waarom het quantum?, ‘It from bit’?, Een participatief universum? en Hoezo existentie? Mijn vader en ik wisten wel zeker dat het antwoord op die vragen essentieel was voor het oplossen van het mysterie.

Waarom is er iets en is er niet gewoon niets? Dat was de vraag waar mijn vader jaren mee had rondgelopen, de vraag waarmee onze reis was begonnen en die ons ertoe had gebracht binnen te vallen bij dit congres op zoek naar een antwoord. Hoezo existentie? Inderdaad: hoezo.

‘Ik had de mazzel dat ik afgelopen januari mijn eerste en enige hartaanval had’, sprak Wheeler tot het geboeid luisterende publiek toen hij eindelijk op het podium verscheen. Hij sprak langzaam en rustig, met zijn bevende stem die niet alleen zijn leeftijd verried, maar ook zijn urgentie, zijn gedrevenheid. ‘Ik noem het mazzel omdat ik ervan heb geleerd dat er nog maar een beperkte hoeveelheid tijd over is en ik me maar beter op één ding kan concentreren: Hoezo existentie? Waarom het quantum? Misschien klinken mijn vragen te filosofisch, maar misschien is filosofie wel te belangrijk om aan de filosofen over te laten.’

John Wheeler
Het natuurkundecongres Science and Ultimate Reality werd georganiseerd ter ere van de toen 90-jarige John A. Wheeler, hier in het midden van de foto. Bron: Amanda Gefter

Aan het eind van de sessie daalde een zwerm fysici op Wheeler neer. Wheeler bleef op zijn stoel op de eerste rij zitten en glimlachte en knikte terwijl de ene fysicus na de andere naast hem kwam zitten om met hem te praten. We wachtten geduldig op onze stoel ons moment af. Uiteindelijk kwam ons moment. De groep fysici begon op te lossen en we liepen naar beneden naar de eerste rij. Dit was het. Dit was waarvoor we waren gekomen. We bogen ons naar hem toe en gaven hem een hand. ‘Ik ben Warren Gefter en dit is mijn dochter Amanda. Zij is hier om verslag te doen voor het tijdschrift Manhattan. We zijn zo ontzettend blij dat we u kunnen ontmoeten’, zei mijn vader. Wheeler knikte, maar het leek wel alsof hij ons niet kon horen en te beleefd was om dat te zeggen. Mijn vader boog zich verder naar hem toe en sprak luider. ‘We willen u al een hele tijd graag een vraag stellen’, zei hij heel duidelijk articulerend. ‘Als waarnemers de werkelijkheid creëren, waar komen de waarnemers dan vandaan?’

Wheeler glimlachte. ‘Uit de fysica. Uit het universum. Ik zou willen zeggen…’ hij pauzeerde even, probeerde de juiste woorden te vinden, ‘… dat het universum een door zichzelf veroorzaakt circuit is.’

Mijn vader knikte waarderend en vervolgens peinzend. ‘Dus het komt allemaal uit niets?’

Weer leek Wheeler het niet te horen, en mijn vader vroeg het dus nog een keer, nu luider: ‘Dus het komt allemaal uit niets?’ Wheeler knikte en sprak langzaam. ‘Er is een principe dat zegt dat de grens van een grens nul is.’

Net op dat moment kwamen er een paar andere fysici op hem af en dus bedankten wij hem, zeiden wat een eer het was dat we hem mochten ontmoeten, glimlachten en liepen weg.

Dit was een voorpublicatie uit het boek In Einsteins achtertuin van Amanda Gefter. Het boek is nu te koop in onze webshop.

Het Ultieme Natuurkundefeestje is op 10 juni in Paradiso. Kaarten zijn nu te koop in onze webshop.
Het Ultieme Natuurkundefeestje is op 10 juni in Paradiso. Kaarten zijn nu te koop in onze webshop.

Op dinsdag 10 juni organiseert New Scientist Het Ultieme Natuurkundefeestje, met keynote speaker Amanda Gefter. Op dit feestje onderga je als bezoeker een singuliere tocht langs de heftigste theorieën over het universum door natuurkundefenomeen Amanda Gefter, beschermheilige van natuurkundefeestjes. Verwacht een afwisselende, fascinerende en intrigerende avond, vol muzikale verrassingen, optredens van toonaangevende natuurkundigen en inhoudelijk feestgedruis. Kaarten voor deze intrigerende avond zijn nu al te koop in onze webshop!

Lees verder:

Over de auteur

Amanda Gefter

Amanda Gefter is wetenschapsjournalist voor o.a. New Scientist en auteur van het boek In Einsteins Achtertuin. Ze schrijft het liefst over natuurkunde en kosmologie. Op 10 juni viert zij samen met New Scientist en uitgeverij Maven Publishing Het Ultieme Natuurkundefeestje in Paradiso in Amsterdam. Kaarten zijn nu verkrijgbaar!



5 Reacties

  • Marco Barbieri

    | Beantwoorden

    Is de toestand die oneindig, onbegrensd en homogeen is ook niet iets, namelijk die toestand?

  • Bart knui

    | Beantwoorden

    Volgens mij moet je het zo zien:

    Iets is pas iets als het te onderscheiden is van iets anders. Als alles hetzelfde (homogeen) is, is er geen onderscheid maken. Door te zeggen dat die doestand ook iets is, bekijk je die toestand eigenlijk vanuit een godperspectief wat dan in weze een andere toestand is en daarom kun je die homogene toestand weer als iets zien. Maar je mag de homogene toestand niet vanuit een godperspectief bekijken omdat dan niet alles gelijk (homogeen) meer is. Je kunt niet uit die toestand stappen en er vanaf een afstandje (godperspectief) naar kijken.
    Zo begrijp ik het tenminste.

  • Reizen door Einsteins achtertuin | Apollo Solaris

    | Beantwoorden

    […] ‘Dit weekend’, aldus het artikel, ‘liggen de Echt Grote Vragen waar dr. Wheeler zo dol op is, op tafel wanneer prominente wetenschappers ter ere van hem hier in een congrescentrum bijeenkomen voor een symposium dat luistert naar de bescheiden naam Science and Ultimate Reality, wetenschap en ultieme werkelijkheid. LEES MEER […]

  • LEO

    | Beantwoorden

    “Als waarnemers de werkelijkheid creëren, waar komen de waarnemers dan vandaan”

    Wat te denken van 12x kopie universa in de vorm van een braam met elk quantum op afstand gekoppeld door “entanglement” reeds vanaf de Big Bang

  • LEO

    | Beantwoorden

    Zie Democratic free will in the instant entangled raspberry multiverse.
    http://vixra.org/abs/1401.0071

Plaats een reactie