Wetenschap
Vallende zaken
In zijn Boek Zwaartekracht bestaat niet buigt Vincent Icke zich over de vraag der vragen
zondag 13 januari 2019

DOOR BART BRAUN
Volgens astrofysicus Vincent Icke is de onverenigbaarheid van de quantummechanica en de relativiteitstheorie ‘de Grootste Vraag’ voor de natuurkunde in de eenentwintigste eeuw, zo schrijft hij in een handzaam boekje.
Het grote voordeel van gedachtenexperimenten is dat iedereen ze kan uitvoeren. Bijvoorbeeld: neem twee ballen in gedachten. De ene is een voetbal, en de ander is een bal van massief lood, precies even groot als een voetbal. We nemen de twee ballen mee naar de top van een hoge toren, en laten ze tegelijk los.

Het is duidelijk wat er zal gebeuren. De loden bal is veel zwaarder, dus natuurlijk is die veel eerder beneden. De grote Griekse denker Aristoteles had dit zo’n 350 jaar voor Christus allemaal al uitgedacht, en daarmee was eeuwenlang de kous af.

Het grote nadeel van gedachten-experimenten is dat ze je op het verkeerde been kunnen zetten. Het resultaat van Aristoteles is intuïtief begrijpelijk, overzichtelijk en handig. Het heeft echter de onhebbelijke tekortkoming dat als je de proef in het echt uitvoert, in plaats van in gedachten, er iets anders gebeurt. De ballen komen tegelijk aan. De zwaartekracht blijkt ingewikkelder dan je zou denken, bleek toen Simon Stevin – niet Galileo! – een variant op de proef uitvoerde in 1585. Sterker nog, ‘de zwaartekracht’ bestaat eigenlijk niet, en hoe het wel zit, blijkt ingewikkelder dan we nu kunnen denken.

In zijn nieuwste boek Zwaartekracht bestaat niet loopt de Leidse hoogleraar theoretische astrofysica Vincent Icke de geschiedenis van vallende zaken langs. Tweehonderd jaar na Stevins proef verscheen Isaac Newtons Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica dat, zoals de titel al aangeeft, wiskundige principes van de natuurkunde uittekende. Voordat hij over kon gaan tot de natuurkunde had Newton eerst de bijbehorende wiskunde uit de grond moeten stampen, maar daarmee kon hij dan ook wat: beschrijven hoe dingen vallen, bijvoorbeeld.

Icke: ‘Als de kracht evenredig is met de massa van een voorwerp, dan ontdekken we iets merkwaardigs. In dat geval is de kracht groot als die op een grote massa inwerkt, en klein als het een kleine massa betreft. Het netto resultaat is dat ieder voorwerp dat reageert op deze bijzondere soort kracht dezelfde versnelling ondervindt.’ In ons gedachtenexperiment met de twee voetballen zouden we ook aan kunnen nemen dat de zware bal juist later op de grond komt. Zware voorwerpen hebben immers een grotere traagheid. Het universum compenseert daarvoor door er ook harder aan te trekken.

Tenminste, dat was het klassieke beeld. Einstein maakte er een ingewikkelder verhaal van, door te stellen dat ruimte en tijd in wezen hetzelfde spul zijn, en dat zware voorwerpen die ruimte-tijd vervormen. 'Zwaartekracht bestaat niet’, schrijft Icke. ‘”Zwaartekracht” is een historische term voor de gevolgen van de structuur van ruimte-tijd. Maar we zitten aan het woord vast, en dat is misschien ook wel best. Tenslotte bestaat zonsondergang ook niet, zoals we al weten sinds de ontdekking van de draaiing van de Aarde. Maar ondanks die kennis genieten we er nog net zo van.’

Ook aan de natuurkunde van de ballen zelf is een hoop veranderd sinds Newton. Het lood in de ene bal en de lucht in de andere bestaat uit atomen, en die bestaan uit nog kleiner spul, zogeheten fermionen. Die wisselwerken met behulp van bosonen, en die wisselwerkingen laten zich beschrijven met quantummechanica.

Icke: ‘De rotsvaste basis van de hedendaagse natuurkunde kan nu worden samengevat als: het Heelal bestaat uit quanta en ruimte-tijd. Die moeten op een of andere manier samenwerken om ons Heelal te maken tot wat het is. Maar hoe is dat mogelijk? Deeltjes zijn quanta, materie is korrelig. Maar ruimte-tijd is een glad continuüm. De Einstein-vergelijking die de structuur en dynamica van ruimte-tijd beschrijft, is klassiek in zoverre dat een gegeven verleden noodzakelijkerwijs een gegeven toekomst voortbrengt. Deeltjes daarentegen gehoorzamen de quantumregels, waarin zowel verleden als toekomst moeten worden voorgeschreven voordat we kunnen uitrekenen hoe waarschijnlijk de overgang daartussen is.’

Oftewel: we zitten met twee stukken natuurkunde, die elk hun sporen tezeer verdiend hebben om ze zomaar bij het grofvuil te zetten. Hun voorspellingen kloppen tot vele cijfers achter de komma; ze zijn ‘waar’, voor zover een wetenschappelijke theorie dat überhaupt kan zijn. Maar ze sluiten niet op elkaar aan, vormen niet één geheel – terwijl het universum dat we ermee willen beschrijven wel als één geheel op ons overkomt. En zelfs als die twee onverenigbaar zijn, dan moeten ze vlak na de Oerknal wel hand in hand gestaan hebben. Hoe zit dat?

‘Waar de geschiedenis overgaat in het heden, buigt ons pad van onderzoek af in een moerassig landschap. Daar in het duister verspreiden dwaallichten met namen als “superzwaartekracht” en “snaartheorie” een zwak en misleidend schijnsel’, aldus Icke. ‘We zullen de oorsprong van ons heelal nooit begrijpen zolang dit vraagstuk niet is opgelost.’

Icke is een prima schrijver en vaardig popularisator: de kans is groot dat u hem beter kent van zijn boekjes of uitlegsessies op televisie dan van zijn astrofysica. Pittige kost blijft echter pittig, hoe goed de kok ook is. Wie traumatische herinneringen aan het natuurkundeonderwijs op de middelbare school heeft, zal voor angstige flashbacks komen te staan. Voor de fijnproevers staat er iets lekkers op tafel.

Vincent Icke
Zwaartekracht bestaat niet – een vraagstuk voor de 21e eeuw. 
Amsterdam University Press, 112 pagina’s, €14,95