De Amerikaanse theoretisch-fysicus en boekauteur Lisa Randall zoekt antwoorden op de Grote Vragen uit de fysica. Afgelopen juni was zij één dag in Nederland en vroegen wij haar naar haar jacht op donkere materie, het mysterieuze spul waaruit het overgrote merendeel van de materie in het universum bestaat.
U doet onderzoek naar de grote vragen in de natuurkunde. Waarmee houdt u zich nu vooral bezig?
‘Tegenwoordig houd ik me bezig met de vraag wat donkere materie nu precies is. Daar gaat mijn boek, Donkere materie en de dinosaurussen, gedeeltelijk ook over – al zitten er maar vier hoofdstukken over donkere materie in.
‘De rest van het boek heb ik het over kosmologie, het zonnestelsel en het leven op aarde. Daarvoor moest ik buiten mijn eigen expertisegebied gaan kijken, naar zaken als geologie, paleontologie, astronomie, enzovoort. Allemaal dingen waar ik me niet eerder mee bezig had gehouden. Dat was heerlijk.’
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
In dat boek vertelt u dat donkere materie mogelijk het uitsterven van de dinosauriërs veroorzaakte. U schreef over dat idee zelfs een artikel in een wetenschappelijk vakblad. Is dat echt een serieus voorstel?
‘Ja. Het is een leuk onderwerp, maar ik ging het interessant vinden omdat het ook echt wetenschap is. We wilden een aantal meetgegevens induiken die inconsistent leken. Toen we dat deden, ontdekten we dat donkere materie, spul dat normaal gesproken helemaal geen interactie aangaat met gewone materie, soms toch interactie heeft met gewone materie. Mogelijk zit er zelfs een schijf donkere materie in het universum. Paul Davies [een bekende Amerikaanse natuurkundige, red.] vroeg zich vervolgens af of dat het uitsterven van de dinosauriërs zou kunnen verklaren.
‘Er bestaat een regelmatigheid in meteorietinslagen op aarde. Anderen hadden al eens bedacht dat het zonnestelsel op en neer door de schijf van de Melkweg beweegt. Ze dachten dat dat de periodieke inslagen van kometen zou kunnen veroorzaken, inclusief de komeet die de dinosauriërs een kopje kleiner maakte. Maar dat idee werkte niet goed. Het zou te lang duren om op en neer door de schijf te bewegen. Bovendien had die schijf onvoldoende zwaartekracht om de inslagen te veroorzaken. Maar als de kosmos een schijf donkere materie bevat, is het ineens een heel ander verhaal. Dat lost beide problemen op.
‘Vervolgens gingen we kijken welke eigenschappen zo’n schijf donkere materie moest hebben. Het bleek dat het bestaan van zo’n schijf statistisch best aannemelijk is. Dat is nog geen bewijs, maar we wisten daardoor wel naar welk type schijf we op zoek waren.’
We weten nog niet wat donkere materie is. Veel fysici denken dat het bestaat uit deeltjes. En u?
‘Het model van donkere materie dat ik bestudeer, stelt dat we die deeltjes misschien niet gaan vinden. Veel fysici die zeggen dat ze naar donkere materie zoeken, zoeken eigenlijk naar zogeheten WIMPs: deeltjes die een interactie aangaan die je kunt beschrijven met het standaardmodel. Alleen zoek je daarmee echt naar een naald in een hooiberg. Het gaat om hele kleine effecten die je moeilijk kunt meten. Je moet echt weten waarnaar je op zoek bent.
‘Wij stellen de vraag: stel nu eens dat dat niet klopt? Stel nu eens dat iedereen op het verkeerde spoor zit? Dan kunnen we alsnog iets leren over donkere materie, gewoon door te kijken hoe die materie op zichzelf reageert. Er zijn allerlei interessante astronomische waarnemingen die ons dat soort dingen kunnen leren. Mensen zijn nu bijvoorbeeld de verticale beweging van miljoenen sterren in de Melkweg in kaart aan het brengen. Die meting zou het bestaan van de schijf kunnen onthullen.’
Is donkere materie niet veel te exotisch om ooit echt te doorgronden?
‘Mensen zien onvoldoende in dat donkere materie juist helemaal niet zo exotisch is. Vanuit een menselijk perspectief betekent het inderdaad dat wij niet alles zijn in het universum. Onze vorm van materie is minder belangrijk dan we dachten. Elke keer dat we ontdekken dat we niet het centrum van het universum zijn, is er direct enorm veel weerstand.
‘Maar waarom moet het universum vooral bestaan uit materie waarmee we vertrouwd zijn? Er is geen enkele natuurwet die stelt dat wij alles zijn dat er is. Dus waarom zouden alleen wij ertoe doen? Het feit dat wij uit hetzelfde spul gemaakt zijn als 5 procent van het universum is al geweldig. Waarom zou dit willekeurige spul van het heelal dat we met onze zintuigen kunnen waarnemen zo’n enorm significante fractie van het geheel zijn? Dat is toch onvoorstelbaar! Daarom vind ik donkere materie helemaal niet zo exotisch.’
De Nederlandse natuurkundige Erik Verlinde kwam onlangs in het nieuws met een theorie waarin hij stelt dat donkere materie helemaal niet bestaat. Wat vindt u van zijn idee?
‘Ik heb toevallig gisteren met Erik gegeten. Hij bekijkt slechts één aspect van donkere materie: de rol die het speelt in de draaisnelheid van sterrenstelsels. Heel veel van de zaken waarin donkere materie een rol speelt, verklaart zijn theorie helemaal niet.
‘Natuurlijk kun je zeggen dat dit een nieuwe theorie is. Dat het er gewoon nog niet in zit. Maar ik zie zelfs niet hoe het in theorie zou kunnen werken. In het vroege universum was de rol van donkere energie zo klein in vergelijking met andere energiebronnen, dat kijken naar donkere energie bijna geen nieuwe inzichten geeft. Ik denk dat je met de theorie van Erik dus niet kunt verklaren wat in het vroege heelal gebeurde.
‘We weten tegenwoordig zo veel over donkere materie. Bijvoorbeeld dat het asymmetrisch verdeeld is in sterrenstelsels. Hoe verklaar je dat met Eriks idee? Echt, er zijn zo vreselijk veel stukjes bewijs voor donkere materie.
‘Ik snap dat jullie in Nederland graag een held willen hebben, een genie. En weet je, Erik is een slimme kerel. Ik vind het leuk om met hem te praten. Zijn idee is interessant. Maar het biedt geen vervanging voor donkere materie. Het verklaart te weinig. Toen ik Erik de vraag stelde hoe hij die andere bewijsstukken in zijn theorie wilde verpakken, zei hij: dat weet ik nog niet.
‘Dat betekent overigens niet dat je niet over dit soort dingen zou moeten nadenken. Wie weet zit er wel iets in. Het is alleen geen goede vervanging voor donkere materie.’
De huidige theoretische fysica zit vol geestverruimende ideeën. Er wordt gerekend in een universum dat niet echt bestaat. U hebt zelf onderzoek gedaan naar snaartheorie, die stelt dat snaren – of meerdimensionale branen – de basisbouwstenen van de kosmos vormen. Het zijn ideeën die je moeilijk kunt testen met waarnemingen. Is de theoretische natuurkunde nog wel wetenschap?
‘Om wetenschap te laten overleven, is het heel belangrijk dat er op een gegeven moment wel een verband gelegd wordt met meetgegevens. Toch kunnen dit soort ideeën heel waardevol zijn. Als je een exotisch idee volgt, kun je uiteindelijk best uitkomen bij iets dat relevant blijkt voor experimenten of waarnemingen. Dat geldt zelfs voor die ideeën over branen en snaartheorie. Dat begon heel theoretisch, maar uiteindelijk bleek je aspecten wel te kunnen testen – al lukt dat nog niet voor de gehele snaartheorie. Soms leg je door het theoretische werk verbanden die je niet had verwacht.
‘Neem nu zwarte gaten. Die bestonden eerst alleen theoretisch, en daarna gingen mensen er pas naar op zoek. Dus het is niet altijd zo dat waarnemingen het enige is dat telt. Het is niet superieur aan theoretische fysica. Er is ruimte voor verschillende soorten wetenschap. Als het uiteindelijk maar testbare ideeën oplevert. Want dat is wat ons vooruitgang oplevert. Wetenschap is de motor achter de vooruitgang.’
Neemt de publieksinteresse in wetenschap toe?
‘Dat is moeilijk om te zeggen. Toen ik eerst begon te spreken over donkere materie, wisten de meeste mensen nog niet wat dat was. En ik denk dat ze dat waarschijnlijk nog steeds niet weten. Er bestaat heel sterk het gevoel dat het niet erg is om dingen niet te weten. Terwijl dat buiten de wetenschap niet zo is. Als je bijvoorbeeld niet weet waar Syrië ligt, dan vinden mensen dat toch gek. Maar wetenschappelijke of wiskundige ongeletterdheid is nog steeds relatief acceptabel. En dat is zorgelijk. Kijk maar naar de noodlottige gevolgen die het kan hebben in ons land, nu de regering niet langer luistert naar haar wetenschappelijke adviseurs.’
Hoe kun je ervoor zorgen dat we wetenschappelijke ongeletterdheid niet langer accepteren?
‘Dat weet ik niet. Daar bestaat nog geen goed antwoord op. Ik denk wel dat het helpt om over wetenschap te schrijven, mensen te vertellen hoe de vork in de steel zit. Mensen laten zien waarom het relevant is.
‘Wat wel een probleem is, is dat mensen de neiging hebben om alles persoonlijk te maken. Journalisten schrijven graag verhalen over mensen, in plaats van over de wetenschap. Maar ideeën zijn juist interessant!
‘Ik denk bovendien ook dat dat is wat mensen willen. Ik zie dat aan de verkoop van mijn boeken. Als mensen over mij persoonlijk schrijven, verkoop ik misschien wel wat. Maar als artikelen echt over de wetenschap gaan, over de inhoud, dan kopen mensen m’n boek. Daar willen ze over horen.
‘Ik zie daar trouwens wel cultuurverschillen in. Misschien generaliseer ik teveel, maar ik grap weleens dat een interviewer in Amerika snel zegt ‘ik weet niet veel over wetenschap, dus vertel me maar hoe je bent opgegroeid.’ Terwijl in Duitsland een journalist sneller zou zeggen ‘ik weet niet veel over wetenschap, dus kun je me nog eens helder uitleggen hoe je idee in elkaar zit?’. Daaruit blijkt een verschil in intentie.’
Je hoort vaak dat het schadelijk is voor je wetenschappelijke carrière om ook veel publieksdingen te doen. Klopt dat?
‘Vaak zien mensen alleen het stuk in de krant, maar hebben ze niet je vakartikelen gelezen. Voor mij is het heel belangrijk om ook dat onderzoek te blijven doen. Het is lastig om daarin de balans te vinden, want boeken schrijven zorgt ervoor dat er minder tijd is voor onderzoek.
‘Ik ben trots op mijn boeken, ik denk dat ze goed geschreven zijn. Maar ik let er altijd scherp op dat ik dingen niet teveel hype. Ik behoud altijd mijn kritische blik als wetenschapper. En als dat soms leidt tot een iets minder interessant verhaal, dan is dat maar zo. Anders worden je collega’s terecht boos.’
Lisa Randall is als theoretisch fysicus verbonden aan Harvard. Ze schreef verschillende populairwetenschappelijke boeken, waaronder Donkere Materie en de Dinosaurussen.
Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.
Lees verder:
- Eerste metingen Xenon1T: geen donkere materie, wel een record
- Voorspellingen Verlinde doorstaan eerste astronomische test
- Donkere materie nam de tijd om vroege sterrenstelsels te omhullen
- Supersymmetrie nog niet afgeschreven als verklaring voor mysterieuze donkere materie
- Dit is waarom de publicatie van Erik Verlinde zo spannend is