Hier volgt een raadseltje. Wat hebben boventoonzangers, bongo’s, liedjes over het drinken van sinaasappelsap, speelgoedautootjes en een stad met de naam Kyzyl gemeen? Als je ‘Richard Feynman’ hebt geantwoord, had je het goed.
Feynman was een van de grootste fysici van de vorige eeuw. Hij was ook een fanatieke bongospeler, zong een liedje over sinaasappelsap en koesterde lang de wens om de Russische republiek Toeva te bezoeken, het land van de beroemde boventoonzangers.
Een van de redenen voor deze wens, gaf hij toe, was het zien van een land waarvan de hoofdstad Kyzyl heette. Een land met een hoofdstad met die naam móést wel interessant zijn! Helaas is die wens nooit in vervulling gegaan. Tijdens Feynmans leven was Toeva een deel van de Sovjet-Unie en toegang voor westerlingen bleek moeilijker te zijn dan het oplossen van sommige van de moeilijkste problemen in de fysica.
‘Het ITER-uitstel is minder dramatisch dan het lijkt’
‘ITER tien jaar vertraagd’, kopten de media. Maar de momenten waar het bij deze kernfusiereactor écht om gaat worden veel minder uitgesteld.
Balletje
Lang voor hij van Toeva hoorde en waarschijnlijk voor zijn eerste trommels, had de jonge Richard een speelgoedauto – een kleine rode, volgens het verhaal. Op een dag, toen het met zijn autootjes speelde, zag hij iets wat de meeste kinderen van zijn leeftijd niet zouden hebben opgemerkt. Er lag een balletje in het autootje en, zo nam de jonge Richard waar, elke keer als hij het autootje naar voren bewoog, rolde het balletje naar de achterkant. Als hij het dan weer stilhield, rolde het balletje weer naar voren. Hoe kwam dat, vroeg hij zich af.
De jonge Richard rende met die vraag naar de bron van wijsheid in het gezin – zijn vader. Veel ouders zouden waarschijnlijk de zoveelste waaromvraag van hun kind schouderophalend hebben beantwoord. Feynman senior moedigde echter niet alleen zijn zoons onderzoekende geest aan, maar lijkt er ook grotendeels verantwoordelijk voor te zijn geweest dat Richard de wetenschap in ging.
Toch was het antwoord dat hij gaf niet zo informatief als Richard had gehoopt. Senior legde uit dat het balletje zo deed omdat ballen en zelfs alle materiële objecten een eigenschap hadden waardoor ze in een voortdurende toestand van rust of beweging moesten blijven tenzij er een uitwendige kracht op werkte. Wat Richard zag, was niet zozeer het balletje dat naar voren of naar achteren in het autootje rolde, maar het autootje dat onder een bal bewoog die neigde op zijn plaats te blijven.
Feynman senior zei tegen zijn zoon:
‘Als je van opzij kijkt, zul je zien dat je de achterkant van de auto tegen de bal drukt en de bal stilstaat. In feite begint hij door de wrijving ten opzichte van de grond een beetje naar voren te rollen. Hij rolt niet terug.’
Feynman junior herinnerde zich later:
‘Ik rende terug naar het autootje, deed het balletje er weer in en duwde tegen het autootje. Van opzij kijkend, zag ik dat hij gelijk had. Het bewoog een beetje ten opzichte van de grond.’
De eigenschap van materie die voor dit gedrag verantwoordelijk is, zo informeerde Feynman zijn zoon, heet inertie. Hierna ging het mis. We kunnen raden wat Richards volgende vraag zal zijn geweest en we kunnen ook zijn teleurstelling raden toen hem gezegd werd: ‘Ik weet het niet – dat weet niemand!’ of woorden van die strekking. Waarom bezitten materiële objecten inertie? Dat hébben ze gewoon! Zoals Isaac Newton het uitdrukte, inertie is een van nature aanwezige kracht in een materiedeeltje, ‘het vermogen tot weerstand waarmee elk lichaam zoveel als het kan probeert zijn huidige toestand te bewaren, of het nu stilstaat of eenparig in een rechte lijn beweegt’. Over de aard van deze van nature aanwezige kracht speculeerde hij niet.
De neiging van een lichaam om zijn positie te behouden, ervaren we als de massa van dat lichaam. Strikt genomen, zouden we dit de inertiële massa moeten noemen. Hij wordt gemeten door een kracht van bekende grootte op het lichaam toe te passen en vervolgens de resulterende versnelling te meten. Dit is overigens de manier waarop astronauten hun lichaamsmassa meten in de gewichtsloosheid van de ruimte. Een normale weegschaal zou het onder deze omstandigheden niet doen. Deze meet de gravitationele massa en werkt alleen als de weegschaal en het object in gelijke mate door hetzelfde zwaartekrachtsveld worden beïnvloed. Onder normale omstandigheden op de grond zijn de gravitationele en de inertiële massa gelijk, maar dat is niet zo voor iemand in een capsule in een baan om de aarde.
Dit alles lijkt te eenvoudig om je druk om te maken. Tot we er iets langer over nadenken. Dan rijzen de vragen als paddenstoelen uit de grond. Waarom willen objecten hun positie behouden? Het is zo gewoon voor ons dat we er ons hele leven niet over hoeven na te denken. Maar is er a priori een duidelijke reden waarom lichamen in rust blijven in plaats van overal in het rond te dobberen? En waarom zou er zoiets als massa zijn? We kunnen ons wel een heelal voorstellen van massaloze, gewichtsloze objecten die vrolijk rondfladderen als klassieke spoken. We kennen in ieder geval een paar deeltjes zonder massa (fotonen bijvoorbeeld). Dus waarom zouden de protonen en neutronen en dergelijke, waaruit materiële voorwerpen bestaan, ook niet massaloos zijn?
Ingenieuze hypothesen
De wetenschappers die deze vragen in de loop der jaren serieus hebben genomen, hebben een aantal ingenieuze hypothesen opgeworpen. Nieuwsgierig geworden naar wat die hypothesen zijn? Bestel Bizar universum – bijzondere ideeën in de kosmologie van David A.J. Seargent in onze webshop
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: