Het universitaire landschap van Nederland is met snelle schreden aan het veranderen. Elite, selectie en excellentie waren sinds de jaren ‘70 vloekwoorden op de onderwijspolder geworden. Kinderen op school mogen vooral niet boven de anderen uitsteken, zo luidde het credo van de middelmatigheid.

Willem Frederik Hermans heeft in zijn roman Onder professoren de studentenrevolutie van die jaren hilarisch beschreven. Studenten stellen absurde eisen en maken de huldiging van een Nobelprijswinnaar in zijn eigen universiteit onmogelijk. Ondertussen doet de universiteit vrolijk mee door het eindeloze vergaderen en een slap gedogen van de bemoeizucht van de studenten. Natuurlijk is niet alles wat in die jaren gebeurde zo absurd als het tafereel dat Hermans in zijn roman voorschotelt. De vraag is of meer democratisering van de universiteit niet zonder egaliserende gevolgen bereikt kon worden.

De studenten van nu willen wat anders: ze willen excelleren, ze zijn ambitieus, ze gaan graag in debat maar accepteren ook gezag dat op inzicht en kennis van zaken is gebaseerd. De Nederandse universiteiten hebben dat al lang door en ontwikkelen excellentie- en honours-programma’s. Als je een stevige wolkenkrabber kunt neerzetten, waarom zou je dat niet doen? Ze weten dat je je in dit polderlandschap én internationaal moet onderscheiden. Ook rijzen University Colleges als paddenstoelen uit de grond; driejarige bachelor-opleidingen die een internationaal, breed en tegelijk degelijk programma aanbieden. En dus heeft bijna elke grote universiteit inmiddels haar eigen college.

Het eerste semester op het Amsterdam University College heeft ieders verwachtingen overtroffen. Voor studenten en docenten was het intensief, snel, soms hectisch. Sommige docenten hebben deze kans gegrepen om vakken die ze al jaren aan de reguliere universiteit doceren, drastisch te herzien en er zelfs een beetje mee te experimenteren. Dat mag. Een docent vertelde mij dat hij dit keer de stof van zijn cursus achterstevoren ging presenteren: bij de moderne tijd beginnen en achterwaarts in de tijd doorgaan. Met deze optiek dacht hij het belang van de oudheid voor de moderniteit meer tot zijn recht te kunnen laten komen. Ik geloof dat het hem gelukt is. Andere docenten hebben in hun enthousiasme de studenten een zwaar studiepakket gegeven. Te zwaar? Misschien. Misschien ook niet. Misschien is een universitaire studie de eerste plaats waar studenten merken dat hard werken een eerste voorwaarde is voor elke vorm van excellentie dan ook, en dat je daar vroeg mee moet beginnen. Dat een intellectuele uitdaging niet het hoogste goed is, maar wel een veel belangrijker goed dan veel andere zaken en ook veel leuker als je de uitdaging met passie tegemoet gaat. Wellicht een bijzondere ervaring in een omgeving van gemakkelijk-achter-de-TV-zappen en momenten van cultuur in de supermarkt shoppen?

Wanneer slaat excellentie in elitisme, met zijn negatieve connotaties, om? De wetenschap kan zichzelf niet rechtvaardigen wanneer ze de mens uit het oog verliest. Excellentie in het onderwijs slaat om in elitisme als de mens uit het oog wordt verloren, wanneer we kwaliteit proberen uit te drukken in kwantiteit en we vervolgens alleen de kwantificeerbare doelen nastreven die we onszelf hebben opgelegd: quota’s, slagenspercentages, aantallen diploma’s. Dan zou men het gevaar kunnen lopen om een zelfvoldane vriendenclub of kliek te worden. Het doel van onderwijs is het vormen van bekwame maar vooral betere burgers; burgers die kritisch zijn, die gewetensvol handelen, leiding geven en beslissingen nemen, die creatief zijn, burgers die hebben leren denken. Je zou kunnen zeggen dat de opkomst van de University Colleges in Nederland voor een groot deel een gevolg is van de marktwerking op de universiteit. Een noodzakelijke ruimte, vrij van de nadelige gevolgen van massificatie, egalitarisme en doorgeslagen kwantificatie. De komende jaren kunnen we alleen maar een stijging van de vraag naar dit type onderwijs verwachten. Ik ben benieuwd wat Hermans hierover zou hebben gedacht?

Geschreven in Algemeen  Vaste link  De Universiteit  Vaste link 

Reacties :
• (0)
• Geef uw reactie!
Print dit artikel

Wist Picasso van de relativiteitstheorie af toen hij in 1907 Les demoiselles d'Avignon schilderde? Het kubisme van Picasso voert visuele vormen terug tot geometrische vormen in een poging verschillende invalshoeken gelijktijdig op de doek weer te geven. Het kubisme werd geboren pas twee jaar na de ontwikkeling van de relativiteitstheorie door Einstein. Beide theorieën omvatten de weergave van de werkelijkheid door verschillende waarnemers.

Dit artikel is gebaseerd op “Hidden Harmony —The Connected Worlds of Physics and Art”, een Engelstalige boekrecensie door Sebastian de Haro en Thomas van Lier. 

Er is veel geschreven en veel gespeculeerd over het verband tussen natuurkunde en kunst; over de rol van perceptie en van psychologische en maatschappelijke factoren die deze twee disciplinen beïnvloeden. Men heeft getracht historische verbanden te leggen tussen ontwikkelingen in de natuurkunde zoals de formulering van de speciale relativiteitstheorie door Albert Einstein en de gelijktijdige ontwikkeling van het kubisme door Pablo Picasso. Ondanks veel onderzoek kunnen zulke verbanden historisch niet gestaafd worden. Valt er op dit gebied dan nog iets nieuws te zeggen?

J.R. Leibowitz onderzoekt in zijn boek Hidden Harmony - The Connected Worlds of Physics and Art (The Johns Hopkins University Press, 1998) de rol van vorm in de natuurkunde en in de kunst. Natuurkundige genieën en grote kunstenaars laten zich beide door esthetische overwegingen leiden. Leibowitz bespreekt de overeenkomsten tussen beide en de invloed van esthetiek op het werk van de grote meesters. Door de ontwikkelingen in deze disciplines als een creatief proces te beschrijven kan hij een aantal elementen duiden die een belangrijke rol spelen in de ontwikkeling van een theorie en in wat maakt dat een kunstobject “werkt”. Enkele van deze elementen zijn symmetrie en de schending ervan, evenwicht, behoud, coherentie en eenheid. Aan de hand van voorbeelden uit de natuurkunde en een selectie van kunstwerken laat hij zien hoe deze elementen bepalend zijn voor de grote werken in beide vakgebieden.

De eerste twee hoofdstukken over natuurkunde maken de begrippen behouden grootheid, symmetrie en schending van symmetrie duidelijk aan de hand van voorbeelden uit het de natuur en de kosmologie. Leibowitz bespreekt het golf/deeltjeskarakter van licht bij het twee-spleetexperiment. In dit experiment wordt een scherm belicht een lichtbron een dunne plaat waar twee spleten in zijn gesneden. Achter de plaat zit een scherm. Als een foton (lichtdeeltje) die door de spleten heen gaat op het scherm valt, dan ontstaat een interferentiepatroon van lichte en donkere strepen op het scherm. Dit betekent dat lichtdeeltjes zich als golven gedragen als ze door de plaat heen gaan: een deeltje zou door slechts één van de twee spleten gaan, terwijl lichtdeeltjes een interferentiepatroon op het scherm achterlaten. Toch worden de fotonen op het scherm als afzonderlijke puntdeeltjes waargenomen. Leibowitz benadrukt ook het verband tussen symmetrie en informatie: het breken van een symmetrie maakt het mogelijk om de eigenschappen van een deeltje te bepalen en herstelt zo de informatie over het deeltje.

De volgende twee hoofdstukken over natuurkunde behandelen de theorie van Maxwell en de relativiteitstheorie en laten wat te wensen over. Behoud van lading is een wezenlijk element van de Maxwellvergelijkingen. Het zorgt ervoor dat de elektrische lading van deeltjes niet zomaar ergens in de ruimte kan verdwijnen maar de hoeveelheid lading constant blijft. Als gevolg van deze correctie in de Maxwellvergelijkingen beschrijven zij het electrische en het magnetische veld als golven die zich met de lichtsnelheid voortplanten. Maar Leibowitz is vaag over het belang van de vorm waarin de Maxwellvergelijkingen zijn geschreven. Deze vergelijkingen, geplaatst in een kader dat aan een schilderij moet doen denken, zouden “iconen” zijn van een compositie. Jammer dat Leibowitz op dit punt toegeeft aan een vaag, populariserend proza. Hij heeft in dit hoofdstuk kennelijk een publiek van niet-natuurkundigen op het oog, maar dat publiek zal ook moeite hebben met zijn uitleg van de symbolen in de Maxwellvergelijkingen.

Het hoofdstuk over de relativiteitstheorie bevat interessante elementen, maar de uitleg van begrippen als tijdsdilatatie en de onmogelijkheid van simultaniteit in de speciale relativiteitstheorie zijn voor de leek wederom niet te volgen. Volgens de relativiteitstheorie loopt de tijd niet gelijk voor alle waarnemers. Voor een stilstaande waarnemer tikt de klok van een langsvliegende F-16 (mits die snel genoeg vliegt) langzamer dan zijn eigen horloge. Ik hoop bij een andere gelegenheid hier meer uitleg van te kunnen geven op deze blog; maar interessant aan dit hoofdstuk van Leibowitz’s boek is de bespreking van de onafhankelijkheid van de waarnemer. Leibowitz beargumenteert dat achter het begrip ether het gevaar van relativisme, in de zin van afhankelijkheid van het bestaan van een speciale waarnemer, in de theorie van Maxwell schuilt. Einstein doet het relativisme van de kaart door te eisen dat de natuurkundige beschrijving onafhankelijk is van de waarnemer en herstelt zo de symmetrie die door Maxwell geschonden was. Dit illustreert het begrip herstelde symmetrie. Zo kan, in de optiek van Leibowitz, het pad dat vanaf Newton via Faraday, Ampère en Maxwell naar Einstein voert, als een proces van symmetrie, symmetriebreking en herstel van symmetrie worden gezien. Parallelen hiervan in de beeldende kunst behandelt hij in de volgende hoofdstukken.

Vier hoofdstukken behandelen de concepten van evenwicht en herstel van evenwicht, coherentie en eenheid, symmetrie en gebroken symmetrie in de beeldende kunst. Leibowitz noemt een aantal middelen die hieraan bijdragen. Met behulp van de vorm bijvoorbeeld kan evenwicht tot stand worden gebracht, doordat op bepaalde elementen de nadruk komt te liggen en op andere niet. Hij illustreert dit aan de hand van een beeldhouwwerk van de Amerikaanse kunstenaar David Smith (1906-1965). Door een vorm op de voorgrond te plaatsen en de andere te laten domineren, ontstaat een hiërarchie. Om de samenhang met de andere vormen niet te verstoren gebruikt de kunstenaar dan weer andere middelen, zoals Leibowitz aan de hand van een schilderij van de negentiende-eeuwse schilder Edouard Manet duidelijk maakt. 

Naast de vorm speelt ook kleur een belangrijke rol in het bereiken van eenheid en coherentie. In De oude gitarist van Pablo Picasso bijvoorbeeld heeft de gitaar een centrale plaats. Omdat Picasso hierop niet de aandacht wilde vestigen heeft hij de gitaar een onopvallende kleur gegeven, zodat de man die hem bespeelt op de voorgrond komt te staan. En zo is er ook het Portret van Giovanni Arnolfini en zijn vrouw van Jan van Eyk (1390-1441), waar de kleurrijke jurk van de bruid de compositie niet uit evenwicht brengt door de strook licht linksonder in het schilderij.    

In het hoofdstuk over Impressionisme blijven een aantal zaken onduidelijk. Eerst heeft Leibowitz het over de manier waarop kleuren/tinten terugkomen op verschillende plaatsen in het schilderij en daardoor voor eenheid zorgen. Iets verder blijkt ook de penseelstreek bij te dragen tot eenheid, maar hoe en waarom wordt niet duidelijk gemaakt. Helemaal vaag wordt dat bij het voorbeeld van Van Gogh’s Tarweveld met cypressen (1889). Eenheid wordt hier tot stand gebracht door de verdeling van aan elkaar gerelateerde kleuren, maar de verftoets drukt vooral emotie uit. 

Het meest verhelderend is hoofdstuk 9, over Cézanne en het Analytische Kubisme. Niet zozeer omdat de auteur overtuigend weet aan te tonen hoe bepaalde principes uit de natuurwetenschap ook in de Kubistische schilderkunst aanwezig zijn, maar omdat hij laat zien hoe Cézanne en zijn latere navolgers zich niet meer tot doel stelden de natuur te imiteren, maar een autonoom kunstwerk nastreefden met eigen (esthetische) wetten. En daarmee is de formalistische benadering van de kunst geboren, die zo kenmerkend is voor Leibowitz. 

Wanneer hij gaat kijken naar principes als eenheid, coherentie en (herstelde) symmetrie in de hedendaagse kunst wordt het wat ingewikkelder. Zijn die ook van toepassing op performance art, installaties en videokunst? Leibowitz heeft bewust gekozen voor hedendaagse kunst waarin deze principes nog een rol spelen. Daarmee geeft hij aan dat de overeenkomsten tussen natuurwetenschap en beeldende kunst niet opgaan voor alle kunst. Maar wel voor de kunst die hij heeft geselecteerd? Door het wel zeer minimale bronnenmateriaal en het beperkte aantal verwijzingen krijg je de indruk dat zijn verhaal over kunst  hoofdzakelijk is gebaseerd op eigen interpretaties, zonder dat hij veel moeite heeft gedaan om die te ondersteunen. Niettemin is het als visie op de kunst verrassend, zolang je maar niet te veel vragen stelt. 

Leibowitz biedt een origineel perspectief op het verband tussen natuurkunde en kunst en in deze zin is het boek het lezen waard. De auteur vermijdt bewust zaken als inhoud, perceptie en representatie, die een veel langer werk nodig zouden maken. De concentratie op de vorm stelt hem in staat om een aantal principes te duiden die voor de harmonie van een kunstwerk of een natuurkundige theorie zorgen en daarin ligt de kracht van het boek. Maar ook zijn zwakte: door de nadruk op de formele elementen worden het betoog en de bedoeling van de auteur soms enigmatisch. Hij laat in het midden hoe ver de analogie doorgevoerd kan worden en of ze op een dieper liggend verband wijst. Enerzijds suggereert Leibowitz parallellen tussen de geschiedenis van de natuurkunde en van de kunst; anderzijds wijst hij de suggestie van directe causale verbanden tussen beide van de hand. Is het bestaan van een analogie tussen deze vakgebieden gebaseerd op toeval of kan het verklaard worden als een gevolg van algemene menselijke eigenschappen? In hoeverre hebben de verbanden tussen natuurkunde en beeldende kunst een bijzondere status, of bestaan ze ook tussen natuurkunde en andere vormen van kunstzinnige of media-uitingen? Of tussen beeldende kunst en andere natuurwetenschappen? Het ontbreken van een achterliggende theorie over de representatie van de werkelijkheid of een studie van de inhoud laat deze vragen onbeantwoord.

(Illustraties: seilon, Einstein)

Geschreven in Algemeen  Vaste link  Kunst  Vaste link 

Reacties :
• (2)
• Geef uw reactie!
Print dit artikel

Artikel gepubliceerd in Eos, 11 (2009) 137 als "Is de LHC weggegooid geld?".

Deze optimistische visie op het jongste speelgoed van de hoge-energiefysica belooft veel, maar doet tegelijk vragen rijzen. De LHC kost drie miljard euro en beoogt geen onmiddelijke technologische toepassingen maar enkel onze kennis van de deeltjesfysica te verdiepen. Hoe valt een investering in fundamenteel onderzoek van zulke omvang te rechtvaardigen? Staan hoog-energiefysici niet bekend om hun bandeloze optimisme als het op hun eigen kunnen aankomt? Stephen Hawking schatte de kans op 50% dat we binnen 20 jaar een volledige theorie van alles zouden vinden. Ondertussen zijn bijna dertig jaar verstreken. Fysici roepen wel vaker dat ze er bijna zijn, dat ze die ene knop nog moeten indrukken om de steen der wijzen te vinden. Dus waarom hechten we nog belang aan hun beloftes? 

Daar is alle reden voor. 

Wetenschapshistorici en wetenschapsfilosofen hebben al lang aangetoond dat de ontwikkeling van de wetenschap niet rechtlijnig is. Toen de Pythagoreeërs in de 6^e eeuw v.Chr. de grondslagen van de getallenleer en de meetkunde legden, waren zij op zoek naar de harmonie van het heelal. Hun interesse lag niet in de overheersing van de natuur door middel van kennis, maar in de kennis zelf. Kennis van de wiskunde zou het wezen van dingen blootleggen. De Pythagoreeërs hadden zich werkelijk nooit een voorstelling kunnen maken van de macht die wiskunde hun erfgenamen zou verschaffen. Toch hebben we deze macht aan hun wetenschap te danken, die schijnbaar nutteloos en grotendeels obscuur was. 

Een van de baanbrekende nieuwe technologieën is de quantum cryptografie. Het is nooit bewezen, maar zo goed als zeker dat alle klassieke coderingsmethodes te kraken zijn. Dat geldt bijvoorbeeld voor de encryptie van de informatie op uw bankpas en van het password van uw e-mailaccount. Als er een  quantumcomputer gebouwd wordt die aanzienlijk efficiënter kan rekenen dan de huidige computers, dan kunnen banken de veiligheid van privacygevoelige informatie niet langer garanderen. Quantum crypto-codes daarentegen zijn fundamenteel onkraakbaar.  

Quantum cryptografie is revolutionair, maar ze vindt haar oorsprong begin twinstigste eeuw. In de jaren ‘20 financierde de grootindustrieel Ernst Solvay de naar hem vernoemde Solvay Conferenties. Deze bijeenkomsten vormden de bakermat voor een langdurige discussie tussen Einstein en Bohr, die uitmondde in het welbekende EPR gedachte-experiment. Het ging daarbij om de fundamentele vraag of de beschrijving van de natuur door de quantummechanica volledig is. Op dit experiment is de quantum cryptografie gebaseerd. Als we een kosten-baten analyse hadden gemaakt, dan zou de discussie als geldverslindend academisch tijdverdrijf zijn bestempeld. Zij was zonder twijfel academisch. Niemand had het toen over “cryptografie”. Pas nu, tachtig jaar na dato, komen de immense praktische mogelijkheden ervan aan het licht.  

Nu leven wij in een kennismaatschappij, maar welke positie neemt kennis daarbinnen nu werkelijk in? Wetenschap staat onder steeds meer politieke druk om het ‘beoogd maatschappelijk nut’ bij voorbaat te bewijzen. Als politici zich blindstaren op de toepassingen, dreigt fundamenteel onderzoek er bekaaid af te komen. Maar de toepassingen van wetenschappelijk onderzoek zijn nooit geheel te voorspellen. De belangrijkste ontdekkingen ontstaan vaak in een plotselinge flits van creativiteit of bij toeval: door serendipiteit. Dat proces kan niet volledig worden beheerst, en is niet samen te vatten in een businessplan. Daarom moet fundamenteel onderzoek haar onafhankelijkheid bewaren. Onberekenbaarheid en onbeheersbaarheid zijn een gruwel voor managers en bureaucraten, maar zijn essentieel voor hoe de wetenschap werkt. De maatschappij moet de flexibiliteit opbrengen om dat niet uit het oog te verliezen, om een duurzame kenniseconomie te blijven. Het dichtdraaien van de geldkraan voor fundamenteel onderzoek zonder direct nut, leidt op langere termijn tot het uitblijven van de belangrijkste technische toepassingen. Dit betekent een erosie van onze “kenniseconomie”. 

Wat dat betreft zullen de opkomende economieën zoals die van India en China het in de toekomst wellicht beter doen. Deze ontwakende reuzen zijn bezig met een enorme inhaalslag, en leren snel. Hun enorme bevolking vormt een talentenpoel waaruit jaarlijks honderdduizenden ingenieurs en wetenschappers worden klaargestoomd.  

Projecten als de LHC zijn wezenlijk voor de vooruitgang van de wetenschap in de nabije en verre toekomst. Wanneer wij verzanden in een oneindige tunnelvisie, verliezen wij onze aangeboren nieuwsgierigheid, de verwondering waar onze cultuur, én onze wetenschap, op is gebaseerd. 

Geschreven in Algemeen  Vaste link  Opinie  Vaste link 

Reacties :
• (5)
• Geef uw reactie!
Print dit artikel

Artikel afkomstig uit Kritisch denkerslexicon 41 (november 2008), "Stephen Hawking" door S. de Haro.

Stephens vader, Frank Hawking, onderzoekt medische ziektes in Afrika en brengt doorgaans de winters door in tropische landen. Stephen dankt zijn interesse voor wetenschap grotendeels aan hem. Zijn moeder, Isobel, is een leesgierige vrouw die economie, filosofie en politiek heeft gestudeerd. Boeken nemen een belangrijke plaats in het leven én het meubilair van de familie Hawking in, en die belangstelling zal in de latere jaren van Stephen ook haar vruchten afwerpen.Vanaf 1950 wonen de Hawkings in St. Albans, een oude stad ten noorden van Londen. Op school behaalt Stephen slechts middelmatige resultaten, al staat hij wel bekend om zijn bijzondere intelligentie en interesse voor wetenschap en techniek. In kleine vriendenkring komt zijn creativiteit tot uiting in het bedenken van ingenieuze bordenspellen.

Op zijn zeventiende krijgt hij een beurs en gaat hij naar Oxford om natuur- en scheikunde te studeren. In 1962, zijn laatste studiejaar, ontdekt hij dat hij moeite heeft om te roeien en alsmaar onhandiger wordt. Het jaar daarop begint hij aan zijn proefschrift in Cambridge en worden de symptomen duidelijker: ALS (Amyotrofische Laterale Sclerose) is een zeldzame zenuwziekte die in relatief korte tijd tot de dood van de patiënt door verlamming van de ademhalingsspieren leidt. Stephen zal de uitzondering blijken want vijfenveertig jaar na deze prognose vliegt hij nog overal heen om lezingen te verzorgen. Na een eerste inzinking keert hij naar zijn promotiewerk terug onder leiding van Dennis Sciama. Stephen wil de uitdijing van het heelal bestuderen, die impliceert dat er aan het begin van het heelal een oerknal moet hebben plaatsgehad. Deze theorie zal later door metingen worden bevestigd, maar is in deze tijd nog lang niet algemeen aanvaard en er vinden hevige debatten plaats tussen de aanhangers van de oerknaltheorie en degenen die postuleren dat het heelal in de loop der tijd onveranderlijk blijft. Stephen’s promotor is een felle voorstander van deze laatste theorie. De dapperheid – of koppigheid – waarmee Stephen zijn eigen ideeën tegenover gevestigde theorieën verdedigt is een karaktertrek die we vaker tegen zullen komen.

Zijn eerste doorbraak komt in 1965 als hij de wiskundige technieken die collega Roger Penrose voor zwarte gaten heeft ontwikkeld, weet toe te passen op de oerknal. Datzelfde jaar trouwt hij met Jane Wilde, met wie hij twee zonen en een dochter krijgt. Na zijn promotie blijft hij met een onderzoeksbeurs aan het Golville and Caius College te Cambridge onderzoek doen. Stephen kan zich steeds moeilijker bewegen en spreken, tot hij in 1969 permanent een rolstoel moet gaan gebruiken. Met inmiddels een zoon en een dochter en een echtgenoot die alle zorg vergt, zijn het voor Jane hectische jaren, waarin ze ook haar proefschrift probeert te schrijven. Het gezin heeft weinig geld en er zijn weinig faciliteiten voor het ondersteunen van Stephen’s ziekte. Jane en Stephen zetten zich dan ook in voor de maatschappelijke positie van gehandicapten.

Ondertussen werkt Stephen gestaag aan zijn onderzoek. Vanaf 1970 bestudeert hij de zwarte gaten en boekt hier een aantal baanbrekende resultaten. Het hoogtepunt is zijn ontdekking in 1973-1974 dat zwarte gaten toch niet helemaal zwart zijn, omdat ze volgens de kwantummechanica straling uitzenden. Kort daarop volgt een aanbod voor een gasthoogleraarschap op Caltech (California Institute of Technology), waar hem alle faciliteiten ter beschikking worden gesteld die zijn conditie vereist. Bij terugkomst in Cambridge het jaar daarop krijgt hij weer grotere erkenning en ook meer financiële mogelijkheden. In 1977 wordt Hawking professor en in 1979 krijgt hij de Lucasian leerstoel in de wiskunde, die zoals hij regelmatig pleegt te gedenken ook door Isaac Newton is bekleed. Pas in 1980 krijgt Stephen voor een deel van de tijd verpleegkundige hulp. Het jaar daarop houdt hij zijn inaugurele rede ‘Is het einde van de theoretische natuurkunde in zicht?’. Hij zorgt voor grote controverse met zijn boude stelling dat we de komende twintig jaar met een kans van vijftig procent een geünificeerde ‘theorie van alles’ – een theorie die alle natuurkunde kan verklaren – zullen vinden.Stephen wordt getroffen door periodes dat de symptomen van zijn ziekte verergeren en complicaties opleveren. In 1985 wordt hij tijdens een bezoek aan de deeltjesversneller CERN te Genève geveld door een longontsteking. Hij moet kunstmatige beademing krijgen en in slaap worden gebracht. Verder moet hij een tracheotomie ondergaan waardoor hij zijn spreekvermogen voorgoed kwijt raakt. Zijn arts stelt voor om alle levensvervangende functies stop te zetten, maar Jane wijst dit resoluut van de hand. Voortaan krijgt Stephen voortdurende verpleging thuis en een spraakcomputer die inmiddels wereldberoemd is geworden.Ondertussen wordt hij steeds meer een publieke persoonlijkheid. In 1988 verschijnt zijn populair wetenschappelijk boek A brief history of time, dat een absolute bestseller wordt.

In 1995 scheidt Stephen van zijn vrouw en trouwt met zijn verpleegster Elaine. Deze relatie duurt tot 2006.

In 1998 houdt Stephen een ‘Millennium Lezing’ in het Witte Huis, en in 2000 wordt een videoband van hem getoond op de Democratische Nationale Conferentie van Al Gore. Hij geeft steeds meer publieke lezingen en zet zich in voor goede doelen. In september 2009 gaat Hawking met emeritaat. Zijn jongste wens is om binnenkort de ruimte in te gaan. Om dit mogelijk te maken treft Virgin Galactic reeds voorbereidingen.

Geschreven in Algemeen  Vaste link  Stephen Hawking  Vaste link 

Reacties :
• (1)
• Geef uw reactie!
Print dit artikel

Edward Witten is hoogleraar aan het gerenommeerde Insitute for Advance Study te Princeton waar Einstein tot aan zijn dood onderzoek heeft verricht. Hij staat bekend om zijn vermogen om tamelijk esotherische branches van de wiskunde op fundamentele natuurkundige modellen van elementaire deeltjes weten toe te passen. Zo heeft hij in 1989 de theorie van elementaire deeltjes op zijn kop gezet door die aan de knopentheorie te koppelen, de tak van de wiskunde die ernaar streeft om knopen te klassificeren en elke mogelijke knoop met een uniek getal aan te duiden. Dit en andere wetenschappelijke prestaties bezorgden hem het jaar daarop de Fields Medal, de hoogste onderscheiding in de wiskunde. Twee jaar geleden verrastten Witten en de in Californië residerende jonge Russische professor Anton Kapustin de hoge-energiefysica weer met een preprint van maar liefst 225 pagina’s. Het gerucht deed al lang de ronde dat Witten met iets belangrijks bezig was, maar de details waren niet bekend.



Stel u leest morgen in de krant dat wetenschappers ontdekt hebben dat er een diep verband bestaat tussen de inhoud van de schilderijen die in het Rijksmuseum en in het Van Gogh Museum hangen. Dat wil zeggen dat elk schilderij in het Rijksmuseum een respectievelijk “spiegelbeeld” in het Van Gogh Museum heeft (en dat een aantal missende schilderijen na veel zoeken in de kelder is gevonden). Dat er dus op de Nachtwacht net zo veel personen staan als zonnebloemen op De Zonnebloemen van van Gogh; dat de verhouding tussen het aantal belichte en onbelichte personen precies overeenkomt met de verhouding tussen lichte en donkere zonnebloemen. Dat verder ook de ruimtelijke verdeling van de personages en het perspectief exact in verband staan tot die van de zonnebloemen, en dat ook computeralyse van beide schilderijen een verband aantoont tussen hun licht- en kleurverhoudingen. Dat deze verbanden ook paarsgewijs tussen alle andere schilderijen in het Rijksmueum en het Van Gogh Museum is aangetoond: tussen de Vrolijke Drinker van Frans Hals en van Gogh’s Zelfportret met Vilthoed, tussen het Melkmeisje van Vermeer en van Gogh’s Portret van Camille Roulin, etc. Puur toeval uitgesloten, zou u zich natuurlijk afvragen of van Gogh zich daarvan bewust is geweest. 

Dit (absurde) voorbeeld staat zeker niet ver van de radicaliteit van de verbanden die de wiskundige Robert Langlands in 1967 heeft vermoed. Nu veertig jaar sinds de eerste formulering van deze vermoedens beginnen wiskundigen vat te krijgen op de inhoud ervan. Het bewijs van de beroemde laatste stelling van Fermat bijvoorbeeld, is een onderdeel van deze vermoedens. En sinds vorig jaar zijn ook natuurkundigen daarin geïnteresseerd. Het Langlands-programma is een vergaand netwerk van connecties tussen wiskundige objecten die schijnbaar niets met elkaar te maken hebben maar die, zoals de schilderijen, elkaars “spiegelbeelden” zijn. Deze verbanden zijn in de laatste jaren niet alleen bevestigd maar zelfs uitgebreid en deels bewezen. Dit relatief jonge vakgebied is ondertussen tot een soort overkoepelend raamwerk voor een groot deel van de moderne wiskunde uitgegroeid. 

Om wat voor verbanden gaat het? En waarom zijn natuurkundigen daarin geïnteresseerd? Het onderdeel van het Langlandsprogramma dat de interesse wekt van natuurkundigen, is een toepassing van het onzekerheidsbeginsel van Heisenberg in de wiskunde. Volgens Heisenberg is het onmogelijk om tegelijkertijd de lokatie en de snelheid van een deeltje met grote nauwkeurigheid vast te stellen. Meten we de positie van een deeltje, dan zijn er sterke fluctuaties in zijn snelheid, en omgekeerd. De keerzijde van dit beginsel is dat de ruimtelijke positie de toestand van het deeltje volledig bepaalt. Plaatsbepaling van het deeltje geeft er een volledig beeld van, zonder dat we iets over de snelheid hoeven te weten – ja we kunnen zelfs de snelheid niet bepalen zonder de toestand van het deeltje te verstoren. Omgekeerd bepaalt de snelheid de fysische toestand van het deeltje volledig. Deze beschrijvingen, via plaats en snelheid, zijn gelijkwaardig, aldus Heisenberg. 

LANGLANDS-MACHINE
Maar nog even terug naar de schilderkunst. Stel dat diezelfde wetenschappers u hun apparaatje ter beschikking stellen, waarmee u de verbanden tussen de Nachtwacht en de Zonnebloemen zelf na kunt gaan. Daar de ontdekking nog erg nieuw is, en in afwachting van mogelijke geldschieters, heeft het apparaatje nog geen naam en wordt het voorlopig “L” genoemd (voor “Langlands-machine”). Het is een soort fototoestel dat je voor het schilderij kunt plaatsen. Als je door de lens kijkt dan zie je niet het schilderij zelf, maar zijn spiegelbeeld! Tenminste zo is u verteld. Vol spanning loopt u dus naar het Rijksmuseum en gaat u voor de Nachtwacht staan. Maar dan heeft u een probleem! Als u door de lens kijkt dan ziet u inderdaad een afbeelding van de Zonnebloemen, maar toch niet precies het beeld zoals het eruit zou zien als u op dat moment in het Van Gogh stond. De veranderingen in de belichting van de kamer door de ligging van zon op dat moment van de dag, de lange rijen toeristen die voor het schilderij staan en u wellicht het zicht zouden belemmeren... daarvan ziet u niets in uw apparaatje! U ziet alleen het kale spiegelbeeld dat “L” produceert! Sterker nog, wie weet of tijdens uw bezoek aan het Rijksmuseum het andere schilderij gestolen is! De enige manier om te controleren hoe het schilderij er nu daadwerkelijk uitziet is naar het Van Gogh Museum te lopen. Maar dan verliest u de Nachtwacht uit het zicht! U kunt slechts in één museum tegelijk aanwezig zijn! Toch hebben de wetenschappers een verband tussen beide voor u aangetoond! 

Wat Kapustin en Witten ontdekten is het volgende. De wiskundige “spiegelbeelden” uit het Langlandsprogramma zijn niets dan elektrische en magnetische velden. Als je de toestand van elektrisch geladen deeltjes vaststelt, dan voorspelt “L” dat er allerlei spiegelbeelden van die deeltjes bestaan, die niet elektrisch maar magnetisch zijn geladen, en wat hun lading en eigenschappen zijn. Bovendien verhouden elektrisch en magnetisch zich met elkaar zoals  plaats en snelheid bij Heisenberg: er is een verband tussen beide maar je kunt ze niet allebei tegelijk meten. Kijk je door “L” naar het elektrische veld (de Nachtwacht), dan zie je het magnetische spiegelbeeld (de Zonnebloemen), waar je op dat moment toch geen directe toegang toe hebt. “L” laat deze verbanden voor het eerst precies zien. Een soort Heisenbergbeginsel voor elektromagnetisme! 

Het was Maxwell die in de 19e eeuw elektriciteit en magnetisme in de theorie van het elektromagnetisme onder één noemer bracht. Het menselijk lichaam wordt door de elektrische aantrekkingskracht tussen atomen bij elkaar gehouden. Aan de andere kant berust de werking van een kompas op het noordwaarts gericht-zijn van het magnetische veld van de aarde. Deze schijnbaar verschillende fenomenen, werden door Maxwell met één enkel beginsel verklaard. Elektromagnetisme heeft een grote mate van symmetrie. Alle fysische verschijnselen blijven er hetzelfde uitzien als we alle elektrische velden in het heelal door magnetische velden vervangen, en omgekeerd. Onder deze verwisseling blijven de natuurwetten namelijk ongewijzigd. Deze symmetrie is precies wat “L” doet. Voor ieder elektrisch schilderij bestaat er ook een magnetisch spiegelbeeld. Langlands symmetrie geeft bovendien extra informatie, het vertelt namelijk hoe de ladingen aan elkaar gerelateerd worden.  

Uitgaand van het bestaan van deze symmetrie zou je kunnen denken dat leven op basis van magnetisch geladen deeltjes ook mogelijk moet zijn. Toch is dit niet wat de elektromagnetische symmetrie impliceert. Hoe groter de elektrische lading van een deeltje, des te kleiner de magnetische lading van diens spiegelbeeld, en omgekeerd. Het leven zou er dus heel anders uitzien in de spiegel, omdat elektrische en magnetische krachten in grootte niet gelijk zijn. “L” werkt als een spiegel, maar wel een kromme spiegel: het magnetische beeld is veel zwaarder dan het elektrische origineel. Precies dit is wat elektromagnetische dualiteit interessant en “L” tot een machtig apparaat maakt, een soort vergrootglas. Het stelt fysici voor het eerst in staat om de elektromagnetische eigenschappen van elementaire deeltjes helemaal in kaart te brengen. Als we erin slagen om die moeilijke wiskunde te temmen, dan kunnen we ook sterk interagerende magnetische velden beschrijven! 

Het is op zijn minst een opmerkelijke ontdekking van Kapustin en Witten te noemen, dat de begrippen die de natuurkunde hanteert overeenkomen met wat veel wiskundigen als het belangrijkste probleem van de huidige wiskunde beschouwen. Het in een andere taal herformuleren van een probleem helpt dikwijls om tot nieuwe inzichten te komen. Het feit dat je het Langlands programma in natuurkundige termen kunt vertalen, suggereert dat fysische intuïtie een belangrijke rol kan spelen bij het vinden van een wiskundig bewijs. Dit is al het geval in het recente bewijs, door de wiskundigen Beilinson en Drinfeld, van een van vermoedens van het Langlands programma. Hun werk berust sterk op begrippen die uit de fysica komen.  

Elektromagnetische dualiteit raakt de kern van elementaire-deeltjestheorieën, juist omdat zij een beschrijving van de hoogst-wisselwerkende fase van deeltjes mogelijk maakt. Als wiskundigen ons de instrumenten leveren om deze vertaalslag te maken dan hebben we een kans om voor het eerst de kern van de theorie te vatten! Het zou te kort door de bocht zijn om deze ontwikkelingen als abstracte onzin af te doen. Maar de theorie staat natuurlijk nog in haar kinderschoenen en de toekomst zal uitwijzen wie er van deze revolutie wijzer zullen worden.

Geschreven in Algemeen  Vaste link  Wiskunde  Vaste link 

Reacties :
• (2)
• Geef uw reactie!
Print dit artikel

En waarom? Om het Higgs deeltje en de volledige lijst elementaire deeltjes te vinden. Om erachter te komen of er meer dan vier dimensies zijn. Om de aard van donkere materie te achterhalen. Omdat zo’n experiment een soort reageerbuis-oerknal is, een Big-Bang in the lab. Zijn dat geen dingen waar u ook in geïnteresseerd bent? Natuurlijk wel!

Komt er voldoende spin-off om die 3 miljard Euro te rechtvaardigen? Ja, die komt er. Die is er zelfs al. Maar daar zal ik u vandaag niet mee lastig vallen want de precieze aard van spin-off kun je niet voorspellen. Zoals niemand had kunnen voorspellen dat Berners-Lee in 1990 op CERN het world wide web zou bedenken en fundamentele begrippen als http, html, URL en een eenvoudige web-browser zou ontwikkelen; dat deeltjesversnellers in de geneeskunde gebruikt zouden kunnen worden.

U voelt het al op uw klompen aan: de technologische toepassingen zijn in dit geval van ondergeschikt belang. Kennis van de natuur is waar het op CERN in de eerste plaats om gaat. De vraag: hoe zit de wereld in elkaar, hoe is het allemaal ontstaan?

Kennis zonder onmiddelijke toepassingen is immers ook nuttig. Het is nuttig wanneer wij meer te weten komen over hoe atoomkernen in elkaar zitten want wij zijn zelf uit atomen samengesteld; wanneer we de vier natuurkrachten onderzoeken en leren temmen (of leren dat er situaties zijn waar dit juist niet kan!); wanneer wij de oerknal kunnen begrijpen en de latere ontwikkeling van het heelal kunnen achterhalen en als een film voor onze ogen af kunnen draaien.

Het Higgs-deeltje verwacht men op CERN in een vroeg stadium al te kunnen vinden. Het Higgs is het sluitstuk van het standaardmodel van elementaire deeltjes en het enige deeltje dat nog niet gevonden is. Het vult de hele ruimte: alle andere deeltjes varen in een zee van Higgs-deeltjes. Dit is ook wat het Higgs-deeltje (of Higgs boson) zo’n fundamentele rol binnen het standaardmodel geeft. Zonder het Higgs deeltje zouden alle andere deeltjes massaloos zijn en met de lichtsnelheid door het heelal heen vliegen. Door de interactie met het Higgs deeltje krijgen de andere deeltjes massa en remmen ze af. Dit heet het Higgs-mechanisme.

Het Higgs-mechanisme is het sluitstuk van de deeltjesfysica. In de klassieke natuurkunde van Newton was massa geen probleem; maar in de quantummechanica van deeltjes kunnen bepaalde deeltjes geen massa hebben zonder een symmetrie te schenden en daarmee de hele theorie onbruikbaar te maken. Om dit wiskundig goed te kunnen doen is het Higgs deeltje nodig.

Er zijn nagenoeg geen andere mechanismen bekend om deeltjes massa te geven die zo goed werken als het Higgs-mechanisme. Toch is het Higgs deeltje nog nooit gevonden. Als het ook nooit gevonden wordt dan ligt er een grote uitdaging voor de theoretische natuurkunde.

In mei begint CERN de eerste proefexperimenten te draaien. Vanaf de zomer worden de eerste bundels protonen tegen elkaar afgeschoten, en tegen het eind van het jaar mogen we de eerste data en meetresultaten verwachten.

Ter afsluiting een quote van Gandalf: “He who breaks a thing to find out what it is has left the path of wisdom”. Wat Gandalf waarschijnlijk niet wist is dat je door dat te doen fundamentele vragen over het heelal kunt beantwoorden.

(Foto's: shotleyshort, xamad)

Geschreven in Algemeen  Vaste link 

Reacties :
• (3)
• Geef uw reactie!
Print dit artikel

Nog geen jaar geleden kwam ik na een lang oponthoud in het buitenland terug naar Nederland. Ik heb gemerkt dat er heel veel veranderd is. Nederland is rijker geworden, de wegen zijn steeds drukker, we hebben het fenomeen politieke moord en het fenomeen Wilders. We schrijven pannenkoek in plaats van pannekoek maar de smaak is onveranderd. Van sommige veranderingen heb ik een duidelijke parallel in het buitenland gezien, van andere niet.

Er is een groeiende interesse voor wetenschap en een steeds merkbaardere invloed van diverse vormen van kunst in het dagelijks leven aanwezig. In Nederland rijzen wetenschapscafé’s in alle grote steden uit de grond, zijn musea drukker dan ooit en wil iedereen een van Gogh in de zitkamer hebben. Of desnoods een van Warhol’s portretten van Marylin, want die is een stuk knapper dan zo’n goudgele zonnebloem.



Daar komt nog bij dat de kennis van middelbare scholieren aan diepte heeft ingeboet en helaas niet evenredig veel aan breedte heeft gewonnen. Scholieren moeten nu een canon van minstens vijftig feiten uit de Nederlandse geschiedenis kennen, maar weten nog steeds niet waarom Spinoza en zijn tijdgenoot Leibniz van invloed zijn op het denken van nu. Ondanks deze leemtes is de behoefte aan kennismaking met wat wetenschap en cultuur te bieden hebben duidelijk merkbaar.

In mijn eigen vakgebied is dat zeker het geval. De theoretische natuurkunde in Nederland is om diverse redenen meer op de voorgrond komen te staan. Zij is weer twee Nobelprijswinnaars in de natuurkunde rijk: Gerard 't Hooft en Martinus Veltman. Robbert Dijkgraaf, de jongste president van de KNAW, is zelf theoretisch natuurkundige. Theoretisch natuurkundigen moeten vaker vragen beantwoorden als: “Wat is het maatschappelijk nut van uw onderzoek?”, “Waarom moet ik úw experiment en niet dat van uw buurman financiëren?” Of belangrijker nog: “Waarom is er al twintig jaar nog geen experiment gedaan dat uw theorie bevestigt?” Dit heeft ons ertoe gedwongen meer over het hoe en het waarom van ons eigen vakgebied na te denken, en vaker naar de media toe te stappen. Met wisselend succes maar een positief netto saldo.

Maar daar zal ik een andere keer over spreken; wat nu van belang is, is dat ik sinds ik in Nederland terug ben regelmatig geconfronteerd word met vragen van leken, wat snaartheorie nou eigenlijk is; waarom natuurkundigen beweren dat er tien of zelfs elf dimensies zijn; of zwarte gaten nu werkelijk gevonden zijn in het centrum van ons eigen melkwegstelsel, en wat er in zo’n zwart gat dan eigenlijk gebeurt. Ook met vragen van het soort “Wat is dat met Heisenberg ook weer, en wat zei de quantummechanica ook al weer over het tegelijk zijn en niet-zijn van een deeltje?” Zoals een leraar van mij zei, er zijn geen domme vragen, alleen domme antwoorden.

Wat ik op de pagina's van deze salon zal schrijven is mijn eigen visie op zulke onderwerpen; ik zal proberen zo objectief mogelijk te zijn, maar kan niet de pretentie hebben dat ik alle vragen, zelfs die, die over mijn eigen vakgebied gaan, naar ieders tevredenheid zal beantwoorden. Ik zal wel mijn best doen.

(Afbeelding: MacEnsteph)

Geschreven in Algemeen  Vaste link 

Reacties :
• (0)
• Geef uw reactie!
Print dit artikel

Geschreven in Algemeen  Vaste link 

Reacties :
• (0)
• Geef uw reactie!
Print dit artikel