Zaterdag 02/07/2022

Interview

Natuurkundige Frank Wilczek: ‘De zonne-energie die de aarde bereikt, is goed voor tienduizend keer onze totale energieconsumptie’

Frank Wilczek: ‘In vergelijking met het universum zijn onze levens maar erg kort, maar in één leven is wel tijd voor een miljard gedachten.’ Beeld RV
Frank Wilczek: ‘In vergelijking met het universum zijn onze levens maar erg kort, maar in één leven is wel tijd voor een miljard gedachten.’Beeld RV

De mens is nietig en helpt zijn eigen planeet naar de verdoemenis, toch? Nobelprijswinnaar Frank Wilczek (70) biedt hoop in tijden van klimaatverandering. ‘De mens is oneindig groot. Als we het niet verpesten, hebben we enorme mogelijkheden.’

Barbara Debusschere

De vrienden en familieleden van Frank Wilczek (MIT) hebben geluk. Wanneer zij zich afvragen hoe de realiteit ineensteekt, hoeven ze niet op vage toogpraat of saaie boeken terug te vallen. Zij kunnen aankloppen bij een aimabele Nobelprijswinnaar die verschillende doorbraken realiseerde in ons begrip van de fysieke wereld. En hij weet al die kennis te vertalen in mensentaal, inclusief kwinkslagen.

Want net zoals zijn Belgische collega en mede-Nobellaureaat François Englert houdt Wilczek van fratsen. Englert slaagde erin een nonsens-zin in een wetenschappelijke publicatie te smokkelen omdat hij de draak wilde steken met wie zijn vak aangrijpt voor ‘etherische prietpraat.’

Wilczek doopte een elementair deeltje naar een waspoeder: Axion. Als tiener was hij gebiologeerd door die naam op de dozen die zijn moeder kocht. Hij beloofde zichzelf dat als hij ooit een elementair deeltje zou ontdekken, hij het Axion zou dopen. En Wilczek bleek een zodanig grote bolleboos dat hij die kinderfantasie daadwerkelijk realiseerde.

Wanneer hij aan zijn vrienden over de oerknal of elementaire deeltjes vertelt, doorspekt de New Yorker met Pools-Italiaanse roots zijn verhalen nog altijd graag met geintjes en anekdotes. Gelukkig bundelde de Amerikaanse topwetenschapper zijn kennis over de werkelijkheid nu ook in een amusant boek: Fundamenteel. Tien sleutels tot de werkelijkheid.

“Ik heb me geïnspireerd op de boeken ‘for dummies’”, vertelt Wilczek. “Die hebben achteraan een lijstje met tien kernboodschappen. Mensen worstelen met hoe de wereld in elkaar steekt zoals de oude Grieken dat deden. Wat is ruimte? Wat is tijd? Ik heb mijn antwoorden in tien filosofische stellingen gegoten die op solide wetenschap gebaseerd zijn.”

Het boek staat vol antwoorden op ‘kindervragen’ zoals: Hoelang zal het duren vooraleer de aarde de zon opslokt? Hoe werkt een gps? Hoeveel gedachten kun je in een mensenleven hebben? En het straalt optimisme uit in vorm en inhoud. Want blijkbaar zijn er dus tien principes die de nochtans chaotische werkelijkheid samenvatten.

Bovendien klinken enkele daarvan erg troostend. Er is ruimte, tijd en ook materie en energie in zodanige overvloed dat wij ons dat niet kunnen voorstellen, zo luiden drie van Wilczeks tien principes. Als klap op de vuurpijl maakt hij komaf met het idee dat de mens maar een onbeduidend wezen is.

“De mens”, zo schrijft Wilczek, “is tegelijk klein en groot. Klein bij het onvoorstelbaar veel grotere universum, waarvan niet eens vaststaat dat het ook het enige is. Klein ook omdat ons leven een oogwenk duurt in de eeuwigheid van het heelal. Maar ook groot in termen van biljoenen atomen, hersenmoleculen en hersencellen die dat universum heel behoorlijk lijken te begrijpen.”

U vond het nodig om negativisme over onszelf te counteren?

(lacht) “Zeker niet per se. Ik probeer wat we weten over de fysieke realiteit zo eenvoudig mogelijk uit te leggen. Als ik dan vertel dat de mens oneindig groot is, dan is dat geen mening maar een vaststelling. Wij kunnen ons misschien erg klein voelen in het enorme heelal, maar op een andere schaal schuilt er een gigantische wereld in ons.

Frank Wilczek ontvangt in 2004 uit handen van de Zweedse koning Carl Gustav de Nobelprijs voor de Natuurkunde. Beeld Volkskrant
Frank Wilczek ontvangt in 2004 uit handen van de Zweedse koning Carl Gustav de Nobelprijs voor de Natuurkunde.Beeld Volkskrant

“Het aantal atomen in één enkel menselijk lichaam is ruwweg tien quadriljard of 10 tot de 28ste macht. Dat is een miljoen keer meer dan het aantal sterren in het gekende universum. En in vergelijking met de leeftijd van het universum zijn onze levens maar erg korte flitsen, maar in één mensenleven is er tijd voor bij benadering een miljard gedachten. De veelheden in ons en buiten ons zijn even ontzagwekkend.”

U benadrukt dat we zowel bescheidenheid als zelfrespect aan de dag moeten leggen. Waarom?

“Als je begrijpt hoe wij voortkomen uit dezelfde materie en op basis van dezelfde principes als het hele universum én als je vat hoe wij vol atomen en delicate complexiteit zitten, is zelfrespect vanzelfsprekend. Bovendien omvatten wij met onze geest het heelal daarbuiten. Dat is een hele prestatie. Tegelijkertijd zijn we onvoorstelbaar klein in het universum. Dus er is ook reden voor bescheidenheid. Het gaat hier duidelijk niet over ons.”

U beschrijft hoe we tijd, ruimte, materie en energie in overvloed hebben en maar een extreem klein stukje van de werkelijkheid innemen. Dat gaat volledig in tegen de actuele zorgen over onze impact hier op aarde.

“Het is feitelijk zo dat er enorm veel tijd, ruimte, materie en energie is en wij maar een extreem klein stukje daarvan benutten. Maar dat wil niet zeggen dat we ons geen zorgen moeten maken over de klimaatcrisis. Dat is een groot probleem dat we gisteren al hadden moeten aanpakken. Tegelijkertijd zie ik geen reden voor hopeloosheid. We zijn in staat alternatieve energiebronnen te ontwikkelen, kustlijnen te verhogen en CO2-uitstoot te stoppen.”

Klimatologen wijzen erop dat we daar nauwelijks nog tijd voor hebben.

“Ik ken de klimatologie voldoende om te weten dat het inderdaad onaangenaam wordt. Aanzienlijke problemen zijn niet meer te vermijden en veel mensen zullen lijden. Maar de beschaving zal niet weggevaagd worden zoals bij een kernoorlog of een inslaande asteroïde. Als we nu alles op alles zetten, zullen de moeilijkheden door de klimaatcrisis minder wreed zijn. De vraag is natuurlijk of we nu alles op alles zetten.”

Ondertussen schrijft u dat er meer dan genoeg materie en energie voorhanden is voor ‘een buitengewoon expansieve menselijke agenda’.

“Dat klopt. De zonne-energie die de aarde bereikt, is goed voor tienduizend keer onze totale energieconsumptie. Het is een technische uitdaging om dat in bruikbare vormen om te zetten, maar er is wel al enorm veel vooruitgang in geboekt. De grootste hindernis is die energie opslaan. Maar dat is op zich slechts een technisch probleem.

“Ook op het allerkleinste niveau van de materie zijn de bronnen die de wereld biedt veel uitgebreider dan wij ons kunnen voorstellen. Het wonderlijke is dat er maar erg weinig ingrediënten zijn waaruit alles is opgebouwd, van jij en ik tot deze tafel of een verre ster. Die elementaire deeltjes hebben bovendien maar drie eigenschappen: massa, lading en ‘spin’. Tegelijkertijd zijn de mogelijkheden om er dingen mee te bouwen eindeloos, zoals de rijke wereld die wij kunnen waarnemen ons toont.

“Die kennis biedt de mogelijkheid om designerdeeltjes of quasideeltjes te ontwerpen waarmee we nieuwe materialen en objecten kunnen maken. Natuurkundigen en creatieve ingenieurs hebben nu al interessante en potentieel nuttige voorbeelden voorgesteld. Sommige zijn goed in stralingsenergie vangen, andere in energie transporteren. Die twee talenten kunnen worden gecombineerd om efficiënte zonne-energiesystemen te ontwerpen. Als we slim en creatief zijn en als we het niet verpesten, hebben we enorme mogelijkheden.”

Wat bedoelt u met ‘als we het niet verpesten’?

“De zegeningen van economische groei en wetenschappelijke kennis gaan gepaard met ernstige gevaren. Twee dreigingen die ik zeer ernstig vind, zijn de klimaatcrisis en een potentiële kernoorlog. We kunnen die gevaren vermijden, maar of dat ook zal gebeuren is een open vraag.”

Terug naar een aangenamere vaststelling. De werkelijkheid is helemaal niet zo complex?

(lacht) “In de frontlinies van ons onderzoek zie je erg veel details waardoor het gruwelijk gecompliceerd lijkt. Maar daaronder liggen opvallend genoeg enkele simpele basisprincipes. Alles in de wereld beantwoordt daaraan. Zo vinden we overal hetzelfde materiaal, opgebouwd uit elementaire deeltjes.

“Ook zijn er maar vier natuurkundige krachten. De zwaartekracht domineert grote lichamen en kent iedereen het best. De elektromagnetische en de sterke kracht houden atomen bij elkaar en bepalen hun structuur. De zwakke kracht zorgt voor transformatieprocessen waarbij deeltjes vervallen en er energie vrijkomt zoals bij onze stralende zon of bij bepaalde vormen van radioactiviteit. Wat we ook zeker weten, is dat het heelal in het begin ook al opmerkelijk simpel was.”

U schrijft dat u met uw boek traditioneel religieus fundamentalisme wil tegengaan. Maar sommigen zullen uit die complexe wereld gebaseerd op eenvoudige principes zeker afleiden dat er een opperwezen aan de slag is.

“De inzichten van de moderne fysica wekken sowieso spirituele gevoelens op. Maar hypotheses over een of ander superieur wezen of een computersimulatie waarin we zouden leven storen mij. Want wie heeft dan dat opperwezen gemaakt? En waar is die computer dan uit opgetrokken?

“De hypothese van de computersimulatie is om nog redenen zwak. Er zit in de concrete wereld te veel ingewikkeldheid die totaal niet past bij computerprogramma’s en tegelijkertijd is het zeer vreemd dat allerlei dingen die je in computergames kan doen, zoals reizen in de tijd, in onze zogenaamde computersimulatie dan niet mogelijk zijn.”

Wat zijn volgens u de grootste misverstanden over hoe de werkelijkheid ineen steekt?

“Op nummer één staat het idee dat wat de wereld om ons heen tot leven brengt dezelfde dingen zijn die ons lichaam animeren. Je kunt je hand doen bewegen. Dat wekt de indruk dat de geest alles regeert. Of dat geesten het universum bepalen.

“In onze westerse wereld zijn spiritisme en animisme wel bijna verdwenen. Maar wat wij bijna allemaal doen, is aannemen dat wat we in ons dagelijkse leven zien overeenkomt met hoe de wereld ineen steekt. Dat is echt niet zo.

“In de natuurkunde zijn er twee grote revoluties geweest. De eerste gaat over hoe fysieke objecten, stabiliteit en zwaartekracht werken. Die inzichten verdreven mythes en spiritisme. De tweede revolutie was de ontdekking van de kwantummechanica (de natuurkunde van de deeltjes kleiner dan atomen, BDB). Die toont ons hoe in de diepste laag van de werkelijkheid heel andere wetten gelden en dat de wereld veel rijker is dan we denken. Het vergt veel fantasie om je dat voor te stellen, maar het is wel de meest accurate beschrijving van de realiteit. Desondanks denken de meeste mensen nog altijd dat de fysieke wereld die we dagelijks zintuiglijk ervaren nauw aansluit met alles wat er is.”

U zegt dat het veel fantasie vergt om ons voor te stellen hoe het echt zit. Kunt u ons op weg helpen?

“De kwantummechanica laat bijvoorbeeld zien dat je iets niet kunt observeren zonder het te veranderen. Elke persoon ontvangt dan unieke boodschappen uit de buitenwereld. Stel je voor dat je samen met een vriend in een heel donkere kamer zit en naar een zwakke lichtbron kijkt. Maak dat licht heel erg zwak door er meerdere doeken overheen te leggen. Uiteindelijk zullen jullie alleen nog met tussenpozen lichtflitsen zien, maar elk van jullie ziet die flitsen op verschillende momenten. Het licht is uiteengevallen in afzonderlijke deeltjes. Op dat fundamentele niveau ervaren we afzonderlijke werelden.

“Of stel je voor dat je een vis bent. Wellicht weet je dan niet dat er water is. Voor jou is dat water gewoon de ruimte, de leegte waarin je leeft. Maar dat water kan bevriezen, koken, kolken, druk uitoefenen, stromen, weerstand en drijfvermogen geven, geluid geleiden en warmte, elektriciteit en licht breken. Een enorm intelligente vis zou dat kunnen ontdekken. En dan zou die moeten besluiten dat wat voor hem de lege ruimte is, eigenlijk een materiaal is.

‘De zonne-energie die de aarde bereikt, is goed voor tienduizend keer onze totale energieconsumptie.’ Beeld RV
‘De zonne-energie die de aarde bereikt, is goed voor tienduizend keer onze totale energieconsumptie.’Beeld RV

“We hebben aanwijzingen dat exact hetzelfde aan de hand is met ons. Wat wij als ‘de lege ruimte’ ervaren is wellicht ook een materiaal met allerlei doorslaggevende eigenschappen, vergelijkbaar met een soort trillende gelatinepudding die constant in beweging is.”

Dat is inderdaad verbluffend. Toch willen velen vooral weten wat het nut van die kennis is.

“Op basis van de kwantummechanica zijn onder andere iPhones, gps-systemen, lasers ontwikkeld. Dat lijkt me redelijk nuttig. De inzichten in de sterke kracht maken het ook mogelijk atoomkernen te bestuderen en dat zou grote sprongen in de nucleaire chemie en nucleaire technieken kunnen betekenen waardoor we misschien nieuwe bronnen van energie zouden kunnen aanboren. Denk dan aan nieuwe soorten reactoren.

“Het klopt wel dat veel van wat wij doen niet meteen iets nuttigs oplevert. Maar het is wel een cultureel product. We begrijpen de wereld er beter door. Dat is waardevol op zich. Het is onze job om het publiek, dat ons betaalt, te informeren over hoe bijvoorbeeld de ruimte wellicht materie is. Die diepere kennis over onze wereld verruimt de geest en is ook diep vervullend.”

Uw Belgische collega Englert vindt het zorgelijk dat we niet weten wat de donkere materie is, die 85 procent van de werkelijkheid uitmaakt, en ook niet hoe de kwantummechanica, de wetten van het allerkleinste, aansluit bij de zwaartekracht, de wetten van het allergrootste.

“Ik bekijk de dingen duidelijk anders dan François. (lacht) Maar ik ken dat gevoel. Veel collega’s hebben er last van. Het is de kater na het grote feest. In de jaren 70 en 80 zijn er fenomenale ontdekkingen gedaan. Dat waren de gloriejaren waarin we tot het standaardmodel kwamen (daarin voegden fysici alle bekende deeltjes en hun onderlinge interacties samen, BDB). Het is moeilijk om dat te overtreffen. Maar als je je concentreert op wat nog niet lukt, raak je natuurlijk gefrustreerd. Dat zit niet in mij.

“Wat de donkere materie betreft, denk ik trouwens dat we goede aanzetten hebben om vooruitgang te boeken. Van een theorie die alles verenigt, staan we wel nog ver af. Maar dat maakt minder uit dan je denkt. The dirty secret is dat zo’n theorie niet zo veel zou veranderen.

“Een van de redenen waarom we het zo moeilijk hebben om die theorie te vinden, is dat het zeer moeilijk blijkt om op waarnemingen gebaseerde informatie te verzamelen die meer vertelt dan wat we al weten. Draai dat eens om. Vinden we dat soort informatie wel om een theorie mee te formuleren, dan zal die ons niet veel nieuws vertellen over de waarneembare wereld. Ik deel dan ook die obsessie met de Theorie van Alles niet. Het zou leuk zijn, maar het is voor mij niet het belangrijkste.”

Wat is voor u het belangrijkste?

“Blijven leren en goede vragen stellen. Stap voor stap ontdekken we dat de werkelijkheid aan herhaald en universeel gedrag beantwoordt. In feite is dat ook hoe baby’s de wereld leren begrijpen. Dat kan te traag gaan voor sommigen, maar het heeft geen zin met je hoofd tegen de muur te slaan wanneer je in die zoektocht een muur op je pad tegenkomt. Ik loop er dan liever omheen.” (lacht)

Hoe past uw eigen met een Nobelprijs gelauwerde ontdekking in die ketting?

“De ontdekking waarmee David Gross, David Politzer en ik in 2004 de Nobelprijs wonnen, gaat over hoe de aantrekkingskracht tussen elementaire deeltjes veel zwakker is als ze dicht bij elkaar zijn en sterker wordt naarmate ze verder van elkaar verwijderd zijn. Dat erg vreemde gedrag was in experimenten gezien. Wij dokterden wiskundig uit hoe dat consistent is met de relativiteitstheorie en de kwantummechanica. Op basis daarvan is ons begrip over het vroege heelal verstevigd en is het mogelijk geweest om in deeltjesversnellers cruciale deeltjes te vinden zoals het Brout-Englert-Higgs-deeltje.”

Waarmee bent u nu bezig?

“Ik werk opnieuw aan een boek voor een breed publiek. Het zal concreter gaan over hoe onze toekomst er zou kunnen uitzien op basis van wat we nu weten. Het is minstens waarschijnlijk dat we langer en gezonder zullen leven en een soort uitgerekte jeugd zullen kennen.

“Ook komen er nieuwe technologieën waarmee we ons op nog nieuwe manieren zullen kunnen uitdrukken. Op den duur kunnen we wellicht superintelligente breinen maken die voor ons problemen zullen oplossen en vragen zullen stellen waarop we zelf niet komen. Er zijn enorm veel opties. Maar ik hoop vooral dat al deze kennis ons ook op psychologisch vlak helpt.”

Hoezo?

“Uit gedetailleerd onderzoek van materie blijkt dat ons lichaam en onze hersenen, die het fysieke platform van ons ‘ik’ zijn, tegen alle intuïtie in bestaan uit hetzelfde materiaal als het ‘niet-ik’ en er een ononderbroken geheel mee lijkt te vormen. Als we onszelf kunnen gaan zien als patronen in de materie in plaats van als unieke, afgescheiden eenheden, dan wordt het vanzelfsprekend om ons met heel erg veel om ons heen verwant te voelen. Het klinkt vergezocht, maar het is gebaseerd op harde wetenschap.”

Frank Wilczek, Fundamteel: Tien sleutels tot de werkelijkheid, Nieuwezijds, 21,99 euro

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234