De wetenschapsalon

Het wereldbeeld van de natuurwetenschap (1)

sebastiandeharo — Sun, 15 Aug 2010 15:53:00 +0200

Heeft de natuurwetenschap een werelbeeld? Waar kunnen we dat aan zien? In welke mate wordt mijn eigen wereldbeeld door de denkbeelden van de natuurwetenschap bepaald? Iedereen die wel eens over natuurwetenschap nadenkt, wordt ooit met deze vragen geconfronteerd. Veel mensen hebben het gevoel dat de wetenschap allerlei aspecten van hun praktische leven beïnvloedt; het computerscherm waar u op dit moment bijvoorbeeld naar kijkt, zou niet in zijn huidige vorm ontwikkeld zijn zonder de ontdekking van het elektron door J.J. Thompson nu iets langer dan een eeuw geleden. Ook het internet zoals we dat tegenwoordig kennen, zou niet ontwikkeld zijn zonder de behoefte van de wetenschappers van CERN om ideeën op een snelle en flexibele manier met elkaar te kunnen delen. Een kleinere groep mensen zou het er waarschijnlijk mee eens zijn dat de wetenschap niet alleen allerlei praktische zaken van hun leven, maar ook het denken—in algemene termen—beïnvloedt: het evolutionaire paradigma wordt bijvoorbeeld succesvol toegepast bij processen die strikt genomen buiten de biologie vallen, zoals allerlei psychologische groepsverschijnselen. Maar daar blijft het wel bij. Als we vragen hoe de wetenschap mijn kijk op de wereld beïnvloedt, niet in academische zin maar op een veel dagelijksere manier, dan is het niet gemakkelijk om daar een direct antwoord op te vinden.

Bestaat er zoiets als ‘het wereldbeeld’ van de hedendaagse wetenschap? Dat is, gezien de groei van onze kennis en de diversificatie van de wetenschappen, niet meteen duidelijk. Bovendien kunnen wetenschappers vanuit zeer verschillende wereldbeelden opereren. In 1959 merkte C.P. Snow in zijn bekende lezing The Two Cultures and the Scientific Revolution op dat er in de wetenschap conservatieven als J.J. Thompson en radicalen zoals Einstein zijn; christenen zoals A.H. Compton en materialisten zoals Bernal; aristocraten zoals de Broglie en Russell en proletariërs zoals Faraday. Zijn stelling was dat de wetenschap een gemeenschappelijke cultuur heeft die door alle maatschappelijke groepen heen snijdt; maar een cultuur is nog geen wereldbeeld. Uit deze diversiteit aan denkbeelden en achtergronden zou men ook kunnen concluderen dat wetenschappers vanuit zeer verschillende achtergronden, motivaties en wereldbeelden opereren.

Toch is dat maar ten dele het geval. Gingen paradigmas niet ook met een “Gestalt-switch”, een nieuwe kijk op de wereld, gepaard? (zie De rationaliteit van de wetenschap). De wetenschappelijke revoluties van de Ionische natuurfilosofie, van Copernicus en Galilei, van Newton en van Einstein waren toch ook evenveel revoluties in onze kijk op de wereld? Gingen we niet van mythos over naar logos, redelijke verklaringen? Hebben we de aarde niet uit het middelpunt van het heelal gehaald? Zijn we niet op zoek gegaan naar mechanistische verklaringen in termen van deeltjes en krachten? En hebben we niet ten slotte de ether, de vaste grond waar alle natuurprocessen zich afspelen, uit het toneel laten verdwijnen en onze noties van ruimte en tijd grondig gewijzigd? Robin G. Collingwood vergelijkt in zijn boek The Idea of Nature de Griekse en Renaissance wereldbeelden die aan de natuurwetenschap verbonden waren:

“The central point of this antithesis [between the Greek and the Renaissance worldviews] was the denial that the world of nature, the world studied by physical science, is an organism and the assertion that it is devoid both of intelligence and of life. It is therefore incapable of ordering its own movements in a rational manner, and indeed of moving itself at all. The movements which it exhibits, and which the physicist investigates, are imposed upon it from without, and their regularity is due to “laws of nature” likewise imposed from without. Instead of being an organism, the natural world is a machine: a machine in the literal and proper sense of the world, an arrangement of bodily parts designed and put together and set going for a definite purpose by an intelligent mind outside itself. The Renaissance thinkers, like the Greeks, saw in the orderliness of the natural world an expression of intelligence: but for the Greeks this intelligence was nature’s own intelligence, for the Renaissance thinkers it was the intelligence of something other than nature: the divine creator.”

De Grieken zagen de kosmos als een levend wezen. De wetmatigheden die zij in de natuur ontdekten en haar schoonheid ontleenden hun eenheid aan de intrinsieke geordendheid van de materie. Als in de Renaissance veel werken uit de Oudheid herontdekt en hevig gekopiëerd worden, wordt dit wereldbeeld (de natuur, de mens en de maatschappij als ‘levende wezens’) niet automatisch mee overgenomen. Veel meer dan als levend wezen, wordt de natuur als een ‘machine’ gezien. Deze machine werkt volgens ‘natuurwetten’, regels die de machine van buitenaf besturen. Hoe deze mechanisering langzaam tot stand kwam, heeft Eduard Dijksterhuis in zijn klassieke werk De mechanisering van het wereldbeeld prachtig beschreven.

We moeten dus concluderen dat er wel degelijk een verband bestaat tussen natuurwetenschap en wereldbeeld. Vóór de paradigmawisseling werken niet alle wetenschappers vanuit hetzelfde wereldbeeld: aan het begin van de twintigste eeuw, vóór de opkomst van de relativiteitstheorie en de quantummechanica, waren het mechanische wereldbeeld (gebaseerd op de wetten van de Newtonse mechanica) en het elektromagnetische wereldbeeld (waar de gehele natuur uit elektrisch geladen deeltjes bestond) twee paradigmas die de strijd voerden om de eerste plaats. Als de nieuwe theorie echter haar intrede doet, brengt ze een nieuw paradigma en een nieuwe manier van naar de wereld kijken met zich mee. Met de nieuwe generaties wetenschappers die met het nieuwe paradigma worden opgeleid, ontstaat—naarmate het nieuwe paradigma steeds beter begrepen en uitgewerkt wordt—ook een nieuw wereldbeeld. Voor dit nieuwe wereldbeeld zijn niet langer de wetenschappers alleen verantwoordelijk. Het nieuwe wereldbeeld ontstaat uit de dialoog van de natuurwetenschap met de rest van de cultuur.

We komen zo dus aan de eigenlijke vraag die ik in dit artikel wilde stellen: wat is het wereldbeeld van de wetenschap van nu? De vraag is niet makkelijk te beantwoorden, aangezien we er middenin zitten: het precies duiden van een wereldbeeld kan altijd pas achteraf. Toch moeten er duidelijke aanwijzingen zijn voor dit wereldbeeld ook nu. Immers, als het wereldbeeld iets reëels is, een gezichtspunt van waaruit wetenschappers werkelijk opereren (al expliciteren ze dat vaak niet), dan moet dat ook in onze tijd duidelijk te merken zijn. De kunst is dus het aanwijzen van de juiste voortekenen.

Hoe zou u het wereldbeeld van de natuurwetenschap van nu duiden?

De rationaliteit van de wetenschap (2)

sebastiandeharo — Wed, 05 May 2010 18:10:50 +0200

Revoluties, paradigma’s en paradigmawisselingen, machtstrijd, bekeringservaringen en overredingskracht: onheilspellende woorden voor wie de wetenschap als rationeel bedrijf aanziet (De rationaliteit van de wetenschap (1)). De lijn die loopt tussen Kuhn en extreme uitingen van relativisme — die de wetenschap puur als sociale constructie definiëren — is nogal recht en duidelijk. Kuhn heeft het genie uit de fles gelaten maar zijn directe leerlingen hebben ingezien dat de dop er weer snel op moest.

Vijftien jaar na de publicatie van Kuhn’s The Structure Of Scientific Revolutions schreef Larry Laudan, vooraanstaand wetenschapsfilosoof en leerling van Kuhn, een eigen werk over hoe wetenschappelijke vooruitgang tot stand komt. Laudan is het met zijn leermeester eens dat wetenschappers ook mensen zijn, die fouten maken, die zich soms door argumenten kunnen laten overtuigen maar zich ook daartegen kunnen verzetten. Maar Laudan verwijt zijn leermeester een zekere intellectualistische houding die uit de positivistische traditie komt. Wat Kuhn voor rationeel aanziet is maar een heel beperkt gebied, van definities, logische gevolgtrekkingen, sterke wetmatigheden en experimenten die onder sterk gecontroleerde condities plaats vinden. Maar is dat alles, vraagt Laudan zich af? Is het irrationeel om op grond van zekere overwegingen een wetenschappelijke theorie als werkhypothese aan te nemen dan wel te verwerpen?

Laudan pleit voor een brede opvatting van rationaliteit waarin het maken van progressieve keuzes, die de wetenschap vooruit brengen, centraal staat. Op de vooruitgang die deze keuzes in brede zin tot stand brengen, en niet louter op het falsificatie-verificatieprincipe, wordt de wetenschap beoordeeld. Deze keuzes berusten op allerlei goede redenen, die desalniettemin van wetenschapper tot wetenschapper kunnen verschillen, maar niet daarom een volkomen subjectieve aangelegenheid zijn. Keuzes gebeuren over het algemeen in het kader van een onderzoekstraditie. De onderzoekstraditie draagt in zich een aantal theorieën (bijvoorbeeld de evolutietheorie en het commitment aan de mechanismes van mutatie en natuurlijke selectie) maar ook de metafysische en methodologische aannames waar deze theorieën door gedragen worden (bijvoorbeeld, de aanname dat alle leven op aarde aan elkaar gerelateerd is).

De rol van de onderzoekstraditie is drievoudig: de traditie bepaalt wat voor theorieën wel en niet kunnen ontstaan en het soort wezens en methoden die erin kunnen voorkomen (bijvoorbeeld, de centrale rol van genetica binnen het evolutionaire paradigma). Tenslotte dient de onderzoekstraditie ook als rechtvaardigingsgrond voor de aannames die niet binnen de theorie zelf gerechtvaardigd kunnen worden. Dit breder opvatten van rationaliteit heeft een aantal voordelen. Binnen het beperkte rationaliteitsbegrip bleef het vaak onduidelijk waarom het rationeel is wanneer een wetenschapper zich aan een theorie wijdt die wel veelbelovend is, maar minder goed de waarnemingen kan verklaren; waarom metafysische of methodologische argumenten gebruikt mogen worden bij het beoordelen van een theorie; waarom wetenschappers aan theorieën kunnen werken die met vermeende experimentele resultaten in tegenspraak zijn; waarom argumenten die een beroep doen op esthetica, consistentie, eenvoud, enzovoorts van een theorie, gebruikt mogen worden in het wetenschappelijke discours.

De rationaliteit van de wetenschap (1)

sebastiandeharo — Sun, 14 Feb 2010 21:26:36 +0100

De recente klimaatdiscussie heeft onverwachte reacties van politici, journalisten en burgers opgeroepen. Hierop hebben enkele wetenschappers enigzins verbaasd gereageerd. Piet Borst vraagt zich af (“Het gezag van de wetenschap”, NRC 13-02-10) hoe het komt dat vanzelfsprekende waarheden, ook die van de natuurwetenschap, steeds meer weg lijken te vallen. Volgens Reinier Kist (“Ook de wetenschap heeft niet meer vanzelf gezag”, NRC 06-02-10) emanciperen burgers zich steeds meer van de wetenschap . De titels van beide artikelen suggereren dat het gezag van de natuurwetenschap kennelijk in het geding staat. Hoe zeker is wetenschappelijke kennis? Wie bepaalt dat? En wat mogen we als natuurwetenschap beschouwen? De klimaatdiscussie lokt zulke fundamentele vragen uit.

Velen zien Karl Popper als de vader van het eenvoudige keurmerk voor de natuurwetenschappelijke methode: de falsificatietheorie. Wetenschappelijke theorieën moeten tot voorspellingen leiden die experimenteel gefalcifieerd kunnen worden: het experiment moet hun onjuistheid kunnen aantonen. Maar ging het niet om de juistheid van een theorie? Volgens Popper zijn wetten niet te verifiëren: al beschrijft de zwaartekracht de beweging van de aarde om de zon, ze kan in andere gevallen falen.

Thomas Kuhn heeft overtuigend beargumenteerd dat falsificatie alléén de natuurwetenschappelijke vooruitgang niet verklaart. Iedere theorie heeft mankementen en geen enkele biedt een oplossing voor alle problemen. Met falsificatie als enig criterium blijft er geen wetenschap meer over: elke theorie zou verworpen moeten worden! De voorspelde bewegingen van sterrenstelsels komen niet met de meetgegevens overeen en toch verwerpen we de relativiteitstheorie niet. Als alternatief stelt Kuhn een gezamenlijk proces van verificatie-falsificatie voor. Het is zinvol om te vragen: welke theorie verklaart de experimenten het beste? Toch zijn theorieën volgens Kuhn nooit ‘objectief’ met elkaar te vergelijken. Einstein en Bohr hebben eindeloos over de juistheid van de quantummechanica gediscussieërd (zie Wetenschap is een doel op zich). Einstein vond de quantummechanica maar onvolledig; de relativiteitstheorie voldeed beter aan zijn verwachtingen. Volgens Kuhn praten wetenschappers met een verschillend ‘paradigma’ volstrekt langs elkaar heen. Wetenschapontwikkeling is dan ook geen lineair proces. Paradigmas komen en gaan en er wordt strijd gevoerd. Sociale revoluties ontmantelen politieke structuren en manieren van leven en brengen daar nieuwe voor in de plaats. Zo gaat het ook in de wetenschap: een paradigma zal zich pas laten gelden als de wetenschappers het omarmen. Bewijs is belangrijk maar kan een paradigmawisseling niet afdwingen. Kuhn spreekt van een bekeringsproces omdat persoonlijk inzicht daarbij wezenlijk is. Zoals je in een schilderij opeens diepte ziet, zo moet de wetenschapper het perspectief van de nieuwe theorie gaan zien. Hij bekijkt de wereld door een andere bril. Voordelen, esthetisch appèl en toekomstperspectieven van een theorie neemt hij in zijn overweging vanzelfsprekend mee. Volgens Kuhn zullen enkele wetenschappers verzet blijven voeren, maar als het nieuwe paradigma voldoende aanhangers voor zich wint, krijgt het uiteindelijk de wetenschappelijke hegemonie.

Kuhn zelf heeft voor een paradigmawisseling in de wetenschapsfilosofie gezorgd. Het beeld van de natuurwetenschap als star logisch bedrijf is verdwenen en we hebben oog gekregen voor menselijke processen. Wat betreft genoemde klimaatdiscussie moeten we niet opnieuw de fout maken in de natuurwetenschap een orakel van Delphi te zien dat over goed en kwaad beslist. De wetenschap staat niet los van de maatschappij. Maar we mogen het sociale ook niet voor de kern van de zaak houden. Uit de premisse dat het sociale een rol speelt, volgt niet dat de wetenschap daarom een sociale constructie is. Wetenschap is geen lineair proces maar ze is wel degelijk progressief en rationeel. De factoren die de overwinning van een theorie bepalen zijn rationele zaken. Anders blijft het succes van de wetenschap immers onverklaarbaar.

Nieuws uit het College

sebastiandeharo — Sun, 24 Jan 2010 16:33:07 +0100

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?

Stephen Hawking en de oerknal

sebastiandeharo — Tue, 18 Aug 2009 19:54:21 +0200

Stephen Hawking geeft ons antwoord op de vraag, waarom het heelal zonder begin in de tijd en zonder grens is. Wetenschapper en filmster in Star Trek, een geniaal brein in een verlamd lichaam, vereerd door het grote publiek, maar niet evenveel door zijn vakgenoten: Stephen Hawking is, meer dan welke wetenschapper van zijn generatie ook, een bron van tegenstellingen. In zijn persoon vallen de rollen van pop-icoon, spreekbuis voor de theoretische natuurkunde, vooraanstaand fysicus en denker samen.

Tweede artikel in een serie over het werk van Stephen Hawking. Zie ook Stephen Hawking en verdampende zwarte gaten

De oerknal
Kosmologische vragen vormen een tweede vakgebied van Hawking. Kosmologie is de leer van de ontwikkeling van het heelal als geheel, vanaf zijn vroegste stadia tot nu. Zijn eerste belangrijke werk op dit gebied is een kosmologische toepassing van de wiskundige technieken die Roger Penrose voor zwarte gaten had ontwikkeld. Dat de algemene relativiteitstheorie een uitdijend heelal kan beschrijven, was al lang bekend. Als het heelal nu uitdijt, moet het ook met een singulariteit begonnen zijn: de expansie van het heelal moet terug te voeren zijn tot één oneindig klein punt aan het begin van de tijd waar alle energie van het heelal verzameld was. Dat is de oerknal-singulariteit.

Dit impliceert echter een oneindig sterke kromming en energiedichtheid van de tijdruimte, maar die kan de relativiteitstheorie niet beschrijven. Hawking stelt zich de vraag of een dergelijke singulariteit een noodzakelijk gevolg is van de theorie van Einstein, of dat het een onplezierige tekortkoming is van de destijds bekende modellen. Hij kan deze vraag wiskundig zeer precies formuleren en het antwoord is eenduidig: singulariteiten aan het begin (of aan het einde) van de geschiedenis, daar valt in de theorie van Einstein niet aan te ontkomen. Hawking heeft een tweede belangrijke bijdrage geleverd aan de oerknaltheorie. Als oplossing voor de singulariteit stellen Hawking en Hartle een ‘no-boundary proposal’ voor. Volgens deze theorie heeft de tijdruimte geen begin of rand: net als de oppervlakte van een bol, die geen begin of einde heeft. Welk punt als het begin van de tijd wordt genomen, is afhankelijk van de waarnemer en in die zin willekeurig. Volgens Hawking is dit een manier om de singulariteit te vermijden. Deze oplossing wordt vooralsnog als speculatief gezien omdat hij een speciale definitie van tijd hanteert, maar het is zeker een interessante poging om het probleem van de singulariteit op te lossen.

Kwantumgravitatie
Het latere werk van Hawking richt zich op de kwantumgravitatie, de tak van de theoretische natuurkunde waar objecten zo klein zijn en zoveel energie hebben dat zowel de kwantummechanica als de algemene relativiteitstheorie gehanteerd moeten worden. Hawkings eigen bijdrage daaraan is het gebruik van het begrip ‘som over geschiedenissen’ (‘sum over histories’) uit de deeltjesfysica. Daar geldt namelijk dat, als een deeltje van A naar B beweegt, het langs alle mogelijke paden gaat. De uitkomst van een experiment moet rekening houden met alle reismogelijkheden.

Stel, u neemt een vlucht van Amsterdam naar Londen. In principe vliegt u direct. Maar in de kwantummechanica hoeft dat niet zo te zijn. Misschien moet u via Parijs, Berlijn of zelfs New York vliegen. U hebt zelfs kans dat u twee of meerdere tussenstops moet maken. De prijs van een ticket wordt in de kwantummechanica berekend als het gemiddelde over al deze mogelijkheden. Zo is dat ook met de baan van een foton: alle mogelijke paden moeten meegewogen worden om de uiteindelijk doorlopen baan te bepalen. Hawking past dit begrip op de zwaartekracht toe: in plaats van over verschillende routes moet je je berekening maken over verschillende tijdruimtes. Als je de kans wilt berekenen dat vandaag de aarde om de zon draait, dan moet je rekening houden met alle geschiedenissen van het heelal die daartoe leiden. Dat betekent dat er een geschiedenis zal zijn waar de aarde 4.5 miljard jaar oud is, zoals de onze; maar ook een geschiedenis waar de aarde veel eerder of veel later is ontstaan, aangezien in beide gevallen de aarde om de zon blijft draaien.

Tenslotte ontwikkelt Hawking de belangrijke begrippen ‘oer-zwarte gaten’ (‘primordial black holes’) en ‘baby-heelal’ (‘baby universe’). Oer-zwarte gaten zijn zwarte gaten die vlak na de oerknal zijn ontstaan. Baby-heelallen zijn delen van het heelal die zich van ons afscheiden en die we nooit zullen kunnen bereiken. Hawking speculeert dat zulke ‘heelallen’ klein kunnen zijn en overal kunnen ontstaan, maar vooral vlak na de oerknal ontstonden. Hoewel hij hier verkeerde conclusies aan verbindt (dat dit namelijk in tegenspraak zou zijn met de kwantummechanica), speelt dit begrip heden ten dage nog een belangrijke rol.

1000 wetenschappers ondertekenen protestbrief aan Tweede Kamer

sebastiandeharo — Tue, 09 Jun 2009 13:34:37 +0200

Nederland is het enige land in de Europese Unie dat de afgelopen tien jaar geen groei van het onderzoeksbudget heeft gekend ten opzichte van de economische welstand. Ondertussen neemt het aantal studenten toe, groeit de internationale competitie en wordt het onderzoek complexer en duurder. De wetenschap worstelt al jarenlang met haar eigen kredietcrisis.

(Robbert Dijkgraaf, president van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen en universiteitshoogleraar mathematische fysica aan de Universiteit van Amsterdam, in zijn jaarrede tot de KNAW, als geciteerd in NRC van 25 mei 2009).

Zie het vorige artikel over deze protestbrief: Wetenschappers zijn het zat.

De onderfinanciering van het wetenschappelijk onderzoek in Nederland leidt bij alle faculteiten tot zware bezuinigingen. Zowel de alfa, als de bèta en gammafaculteiten worden zwaar getroffen. De onderfinanciering is voor een groot deel te wijten aan het regeringsbeleid. Ondanks mooie woorden over een ‘kenniseconomie’ is er geen investering in kennis. R&D investering door de overheid staat op 0.7% van het BBP, terwijl het officiële regeringsvoornemen een investering van 1% van het BBP per jaar is. Het verschil beloopt 1.5 MILJARD euro structureel per jaar.

Op 10 april hebben de studenten minister Plasterk een protestbrief gestuurd, zie http://www.comiterouw.nl/. Nu is het de beurt van het universitaire personeel. Een van de mogelijke manieren tot protest is een brief aan de Tweede Kamer. Hierbij vindt u een conceptbrief aan de Tweede Kamer over de zorgwekkende situatie bij de Nederlandse bètafaculteiten. De brief is inmiddels al door meer dan 1000 bètawetenschappers ondertekend. Wij hopen dat uw Universiteitsblad deze actie verdere bekendheid wil geven, door de brief af te drukken en door het e-mail adres voor ondertekening bekend te maken. Dit emailadres is: g.dejong@uu.nl. Voor informatie zie ook: http://landelijke-beta-actie.blogspot.com/.

Dat de bèta’s nu het initiatief nemen houdt niet in dat zij beweren dat bij bèta de situatie erger is dan bij alfa of gamma. Het tegendeel kan waar zijn. Universiteitsbreed voelen wetenschappers dat zij werken in een onmogelijke situatie.

Met vriendelijke groet,

Landelijk comité bèta-actie

Pieter Baas (Universiteit Leiden), Evert Jan Baerends (Vrije Universiteit), Hans de Cock (Universiteit Utrecht), Jan van Groenendael (Radboud Universiteit), Frans Kok (Wageningen Universiteit en Research Centrum), Steph Menken (Universiteit van Amsterdam), Franjo Weissing (Rijksuniversiteit Groningen), Gerdien de Jong (Universiteit Utrecht, penvoerder)

De brief

Aan de Leden en Plaatsvervangende Leden van de Vaste Commissie voor Onderwijs, Cultuur en Wetenschap Aan de Tweede Kamer fracties van de politieke partijen. Tweede Kamer der Staten-Generaal Postbus 200182500 EA Den Haag
Van: Bètawetenschappers Nederland
Datum: juni 2009

Betreft: Afbraak van het universitaire onderzoek in de bèta richtingen Alle Europese en landelijke rapporten over het wetenschappelijk onderzoek in Nederland leiden tot dezelfde conclusie: het wetenschappelijk onderzoek in Nederland staat nog op goed peil, maar de daarvoor benodigde financiële basis wordt jaarlijks uitgehold. Wij, de bètawetenschappers van Nederland, zien de teloorgang voor onze ogen gebeuren[1]. Voor het behoud van de wetenschappelijke positie van Nederland is het noodzakelijk dat de infrastructuur van de universiteiten hersteld en verbreed wordt. Het Innovatieplatform heeft met de Kennisinvesteringsagenda 2006-2016[2] een beleidsplan voor de Nederlandse kenniseconomie opgesteld. Op vrijdag 27 februari 2009 werd het voortgangsrapport Nederland in de Versnelling: KIA foto 2009 gepresenteerd. Uit dit rapport blijkt duidelijk dat het onderzoek aan de Nederlandse universiteiten in de periode tot 2004 van bijzonder hoge kwaliteit is, terwijl de publieke R&D investeringen vanaf 2000 achterblijven. Ditzelfde beeld, excellente wetenschap maar onderfinanciering, komt uit alle rapporten over de Nederlandse wetenschap en de Nederlandse kenniseconomie te voorschijn, bv uit het rapport van de Europese Commissie uit 2007[3] en het rapport Wetenschaps- en Technologie- Indicatoren 2008[4] van het Leidse Nederlands Observatorium van Wetenschap en Technologie. De overheidsuitgaven voor wetenschappelijk onderzoek stegen van 2000 tot 2007 met minder dan het inflatiepercentage. De meerjarenraming van NWO laat na 2009 een daling van inkomsten zien[5]. De overheveling van € 100 miljoen van de universiteiten naar NWO heeft een averechts effect. Door de financiering van onderzoek competitief te organiseren, beoogde deze maatregel een verhoging van de kwaliteit van het onderzoek. Het effect op de kwaliteit van het onderzoek zal echter marginaal zijn, want het probleem is niet gebrek aan kwaliteit, maar onderfinanciering. Met toekenningspercentages onder de 15% en een stortvloed aan excellente voorstellen leidt competitie niet tot kwaliteits-verbetering maar tot verspilling van tijd en talent[6]. Het verlies van € 100 miljoen beperkt de universitaire beleidsruimte en brengt hierdoor de continuïteit van langlopend onderzoek in gevaar. Op korte termijn biedt een overheveling van € 100 miljoen naar het NWO ‘Vernieuwingsimpuls’ misschien betere kansen voor getalenteerde jonge onderzoekers, maar op langere termijn worden de loopbaanmogelijkheden van de VI-laureaten juist verminderd omdat de overheveling leidt tot een reductie van het aantal universitaire arbeidsplaatsen. In dit verband zouden wij uw aandacht willen vragen voor de situatie bij de bètafaculteiten in Nederland. Bij alle bètafaculteiten zijn bezuinigingen gaande of zichtbaar voor de naaste toekomst. Dergelijke bezuinigingen versmallen de basis voor toekomstig onderwijs en onderzoek, en de basis voor een kenniseconomie in Nederland. Volgens het in 2008 verschenen rapport van het Centre for Higher Education Development[7] behoren de bètafaculteiten in Nederland behoren tot de Europese top Het CHE deelt medailles uit: de 13 Nederlandse bètafaculteiten verzamelen 27 gouden, 40 zilveren en 23 bronzen medailles. Het CHE beoordeelt de vakgebieden biologie, scheikunde, wiskunde en natuurkunde per faculteit; de eveneens als excellent bekendstaande sterrenkunde en informatica vallen buiten het CHE onderzoek. Nederland kan nog steeds bogen op wereldklasse-bètafaculteiten. Europawijd is het ondenkbaar dat er bezuinigd zou worden op dergelijke wereldklasse-faculteiten. Maar in Nederland is het ondenkbare gewoon. Hier is de onderfinanciering van het wetenschappelijk onderzoek zover voortgeschreden dat deze excellente faculteiten grote aantallen arbeidsplaatsen verliezen of dreigen te verliezen bij de lopende en aangekondigde bezuinigingen en reorganisaties. Het gaat om tientallen procenten inkrimpingen van de vaste staf. De situatie bij de bètafaculteit van de Universiteit Utrecht is exemplarisch: van 10% tot 50% stafverlies over de departementen in de afgelopen 5 jaar. Bij dergelijke verliezen aan wetenschappelijk potentieel valt het te verwachten dat de wetenschappelijke positie van de bètafaculteiten wordt aangetast. Wereldklasse-onderzoek zonder wereldklasse-financiering is een moeizame opdracht. De hoge positie van Nederland op de internationale wetenschappelijke ranglijsten is een gevolg van financiering in het verleden. Uit alle internationale vergelijkingen blijkt dat landen die meer in wetenschap investeren een betere wetenschappelijke positie bekleden. De Scandinavische landen maar ook Duitsland en Zwitserland investeren hoog in wetenschappelijk onderzoek[8]. Opvallend is dat juist die landen die hoog scoorden in hun kennisuitgaven nu nog meer investeren, gauw 1 à 2 procent van hun BBP[9]. De Europese doelstelling voor overheidsuitgaven aan Research & Development is 1% van het BBP [10]. In geen enkel jaar heeft Nederland deze doelstelling van 1% gehaald. Het percentage BBP besteed aan R&D daalde van 2002 tot 2007. Het verschil is 1.573 miljard euro: dat betekent dat het wetenschappelijk onderzoek in Nederland probeert te werken op 70% van de hoeveelheid geld die de opeenvolgende Nederlandse regeringen daartoe nodig zeiden te achten in het kader van de kenniseconomie. Investeren in kennis is een grote stimulans voor de economie, mocht Nederland naar een kenniseconomie streven. De door de regering ingestelde Commissie Dynamisering adviseerde in 2006 nog een structurele verhoging van de uitgaven voor wetenschappelijk onderzoek (universiteiten + NWO) van 1 miljard euro zowel voor achterstallig onderhoud als om een goede start te maken met een kennisverwerving voor de kenniseconomie[11]. Hoe langer de investering in wetenschappelijk onderzoek wordt uitgesteld, des te hoger het bedrag wordt dat nodig is om een afgebroken universiteit en een afgebroken onderzoekstraditie weer te herstellen en volop mee te laten draaien. Wij verzoeken de Kamer en de Regering maatregelen te treffen die de financiering van de universiteiten weer op orde brengen. Wij verzoeken om de uitvoering van de eigen beleidsvoornemens van de opeenvolgende Nederlandse regeringen: de overheidsuitgaven voor R&D bij te stellen tot 1% van het BBP. Dit betekent een structurele verhoging van de uitgaven voor R&D met 1.5 miljard euro. Wij verzoeken in aansluiting bij het advies van de Commissie Dynamisering daarvan 500 miljoen euro te bestemmen voor NWO, in het bijzonder voor de ‘vrije competitie’.

Namens personeel van de Nederlandse β-faculteiten
Landelijk comité bèta-actie:

[1]http://www.nrc.nl/opinie/article2165751.ece/Nederland_is_nu_nog_een_kennisland

[2] http://zorginnovatieplatform.nl/upload/file/Documentatie/Kennisinvesteringsagenda.pdf[3] Towards a European Research Area: Science, Technology and Innovation. Key Figures 2007. ISBN 92-79-03450-2. http://ec.europa.eu/invest-in-research/pdf/download_en/keyfigures_071030_web.pdf[4] http://www.nowt.nl/docs/NOWT-WTI_2008.pdf

[5] Blz 11, 12 http://www.nwo.nl/files.nsf/pages/NWOA_7L6JR7/$file/NWO-Begroting%202009%20definitief%20KLEUR%20(Metis).pdf

[6] http://www.volkskrant.nl/wetenschap/article1176739.ece/De_betere_onderzoeker_valt_toch_niet_in_de_prijzen

[7] February 2008 Report http://www.che.de/downloads/CHE_ExcellenceRanking_2007_AP99.pdf[8] Towards a European Research Area: Science, Technology and Innovation. Key Figures 2007. ISBN 92-79-03450-2. http://ec.europa.eu/invest-in-research/pdf/download_en/keyfigures_071030_web.pdf[9] http://www.nrc.nl/opinie/article2172957.ece/Nederland_is_te_klein_voor_een_keiharde_concurrentie_tussen_instellingen

[10] http://www.ez.nl/dsresource?objectid=145448&type=PDF, blz 5

[11] http://www.minocw.nl/documenten/15506a.pdf

Stephen Hawking en verdampende zwarte gaten

sebastiandeharo — Sun, 07 Jun 2009 21:22:53 +0200

Wetenschapper en filmster in Star Trek, een geniaal brein in een verlamd lichaam, vereerd door het grote publiek, maar niet evenveel door zijn vakgenoten: Stephen Hawking is, meer dan welke wetenschapper van zijn generatie ook, een bron van tegenstellingen. In zijn persoon vallen de rollen van pop-icoon, spreekbuis voor de theoretische natuurkunde, vooraanstaand fysicus en denker samen. Dit is het eerste in een serie artikelen waar ik het werk van Stephen Hawking zal bespreken.

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

Relativiteitstheorie

De algemene relativiteitstheorie is de theorie van de zwaartekracht die Einstein in 1916 publiceerde. In de zeventiende eeuw formuleert Newton voor het eerst de wet van de zwaartekracht: de zwaartekracht is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen twee objecten. Voor Newton zijn ruimte en tijd absolute begrippen, die helemaal onafhankelijk zijn van de materie. In de loop der eeuwen verandert weinig aan deze zienswijze, tot Einstein in 1905 zijn speciale relativiteitstheorie publiceert. Het eerste relativiteitspostulaat houdt in dat er geen bevoorrechte waarnemers zijn: de fysische wetten zien er voor alle vrij bewegende waarnemers hetzelfde uit. Anders gezegd, er bestaat geen absolute rusttoestand in het heelal. Verder is de snelheid van het licht in vacuüm voor alle waarnemers constant. De consequentie van beide postulaten is dat ruimte en tijd geen absolute begrippen zijn, maar afhangen van de waarnemer. In de algemene relativiteitstheorie gaat Einstein nog een stap verder: versnelde waarnemers en waarnemers in een homogeen zwaartekrachtsveld zijn ook equivalent. Dit sluit aan bij de dagelijkse ervaring dat men zich in een optrekkende lift zwaarder voelt. Het betekent ook dat zwaartekracht verklaard kan worden door de kromming van ruimte en tijd. Deze kromming wordt veroorzaakt door de aanwezige materie. Ruimte en tijd smelten op deze manier in één geheel samen: de tijdruimte.

Een belangrijke implicatie van de algemene relativiteitstheorie is dat het heelal niet statisch is, maar uitdijt dan wel inkrimpt, hoewel Einstein daar altijd ontevreden over bleef. Aan het begin van de tijd waren alle materie en energie op één punt in de tijdruimte geconcentreerd, wat dan vervolgens met een geweldige knal uit elkaar ging. Dat wordt de oerknal genoemd. Een tweede gevolg is het bestaan van zwarte gaten: de tijdruimte kan zo in zichzelf gekeerd zijn, dat een deel ervan zich van de rest afzondert, zodat er niets, ook geen licht, uit kan ontsnappen.Hawking levert belangrijke bijdragen aan het onderzoek naar zwarte gaten en de kosmologie. Verder is hij een invloedrijke figuur in de kwantumgravitatie, de theorie die de zwaartekracht met de kwantummechanica probeert te verenigen.

Zwarte gaten

Zwarte gaten zijn objecten waarvan het zwaartekrachtsveld zo sterk is dat niets, zelfs het licht niet, eruit kan ontsnappen. De horizon van een zwart gat is de plaats van waaruit de laatste lichtstraal kan worden uitgezonden die een waarnemer ver weg kan bereiken. Hawking’s belangrijkste bijdrage aan de theoretische natuurkunde is de ontdekking dat zwarte gaten volgens de kwantummechanica toch straling kunnen uitzenden. Het onzekerheidsbeginsel van Heisenberg laat toe dat op de horizon van een zwart gat gedurende korte tijd paren van deeltjes en antideeltjes uit het vacuüm ontstaan, waarvan het deeltje positieve en het anti-deeltje negatieve energie heeft. Het deeltje met positieve energie bevindt zich buiten de horizon en kan weer door het zwarte gat geabsorbeerd worden, maar het kan ook ontsnappen. In het laatste geval zal het deeltje met negatieve energie dat binnen de horizon zit door het zwarte gat geabsorbeerd worden. Dit proces vermindert de energie (en dus de massa) van het zwarte gat met de energie die door het deeltje wordt weggedragen. Als dit proces zich herhaalt zendt het zwarte gat dus straling uit.

Het idee dat zwarte gaten toch wél kunnen stralen dateert van lang vóór Hawking’s ontdekking. Van zwarte gaten die als een tol om hun as heen draaien was het zogenaamde Penrose-effect bekend. Dit werkt zoals gestimuleerde emissie bij lasers: het licht dat je naar zo’n zwart gat zendt, wordt versterkt weerkaatst. De extra energie die in deze versterking zit, komt uit het zwarte gat, dat steeds langzamer gaat draaien. De Russen Y.B. Zeldovich en A.A. Starobinsky en de Amerikaan W.G. Unruh ontdekken dat deze straling ook spontaan kan ontstaan: volgens de kwantummechanica kan het zwarte gat ook uit zichzelf gaan stralen. Wat deze heren niet inzagen is dat straling ook aanwezig is wanneer het zwarte gat stil staat. In 1973 ontmoet Hawking de twee Russen bij een conferentie en zij overtuigen hem van de mogelijkheid van zulke straling. Maar hij vindt hun argumenten niet zo fraai. Terug in Cambridge ontwikkelt hij zijn eigen bewijs. Hawking gaat uit van een stilstaand zwart gat, dat uit een zwarte ster zou kunnen zijn ontstaan. Het slimme van zijn benadering is dat hij geen onnatuurlijke aannames over de toestand van het zwarte gat hoeft te maken, zoals dat voor andere wetenschappers wel het geval wel was. Anders dan zijn voorgangers is hij ook in staat om de overeenstemming met de wetten van de thermodynamica van zwarte gaten te bewijzen. Deze wetten heeft hij kort daarvoor samen met J.M. Bardeen en B. Carter geformuleerd op basis van het begrip entropie, dat eerder door J. Bekenstein op zwarte gaten was toegepast. De naam van Hawking blijft voorgoed aan de straling van zwarte gaten gebonden in de Hawking-straling.

Wetenschappers zijn het zat

sebastiandeharo — Fri, 29 May 2009 20:36:12 +0200

"In Nederland is het ondenkbare gewoon.” “Ondanks mooie woorden over ‘kenniseconomie’ is er geen investering in kennis”, aldus de wetenschappers (waaronder ondergetekende) die zich bij het landelijke comité bèta-actie voegen. “Nederland is het enige land in de Europese Unie dat de afgelopen tien jaar geen groei van het onderzoeksbudget heeft gekend ten opzichte van de economische welstand. Ondertussen neemt het aantal studenten toe, groeit de internationale competitie en wordt het onderzoek complexer en duurder. De wetenschap worstelt al jarenlang met haar eigen kredietcrisis.” Dit stelde Robbert Dijkgraaf, president van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen en hoogleraar aan de Universiteit van Amsterdam, in zijn jaarrede tot de KNAW.

De brief, gericht aan de Tweede Kamer fracties van de politieke partijen, is opgesteld namens het personeel van de Nederlandse β-faculteiten en zal vermoedelijk door een groot aantal hoogleraren en wetenschappelijk mederkers van de Nederlanse universiteiten worden getekend. In harde bewoordingen uiten wetenschappers zich tegen het regeringsbeleid (of gebrek eraan) met betrekking tot de financiering van wetenschappelijk onderzoek aan de β-faculteiten. Bijvoorbeeld tegen de overheveling van € 100 miljoen van de universiteiten naar een externe instantie (NWO, de Nederlandse Organisatie voor wetenschappelijk Onderzoek) die het geld op een “competitieve” manier uitdeelt. Het is een illusie, zo stellen de wetenscahppers, te denken dat competitie in NWO-verband de kwaliteit van het onderzoek verbetert. Het punt is namelijk dat vrijwel al het onderzoek aan de β-faculteiten van de Nederlandse universiteiten al kwalitatief hoog is, en vrijwel alle aanvragen van excellente kwaliteit zijn en de toekenningspercentage maar zeer laag is. Daarom leidt competitie niet tot selectie, maar tot verspilling van tijd en talent. Wetenschappers zijn alleen nog maar bezig met het schrijven van onderzoeksvoorstellen en het evalueren van hun eigen en andermans onderzoek.

De Universiteit Utrecht staat op nummer vier van de Europese bètatop. Dit is een faculteit waar sinds 2004 het departament Biologie 50% van zijn arbeidsplaatsen verliest, waar Scheikunde 10% van de arbeidsplaatsen verliest en het departament Natuur- en Sterrenkunde eveneens 11% arbeidsplaatsen verliest. Dit zou bij andere topuniversiteiten zoals Cambridge ondenkbaar zijn. In Nederland is het ondenkbare gewoon, aldus de wetenschappers. Wereldklasse-onderzoek zonder wereldklasse-financiering is een moeizame opdracht.

Op den duur komt hierdoor niet alleen het toponderzoek op losse schroeven te staan. De kenniseconomie zelf (zie het artikel 'Wetenschap is een doel op zich' in Eos), waar de politiek zo graag over spreekt, staat in het geding.

Een oud concept van deze brief is te vinden via de volgende link. De brief is inmiddels gestuurd en is volledig opgenomen in: 500 wetenschappers ondertekenen protestbrief aan Tweede Kamer.

De snaartheorie van een écht zwart gat

sebastiandeharo — Sat, 16 May 2009 22:06:40 +0200

Het zwaarste en snelst tollende zwarte gat in de melkweg is GRS 1915+105, een zwart gat in het sterrenbeeld Arend, dat zo’n 15 maal zo zwaar is als de zon. GRS 1915+105 draait 1150 keer per seconde om zijn eigen as en zendt röntgenstraling uit. Als compangon heeft hij een ster die hij langzaam opslokt. De massa van deze ster wordt via een spiraal door het zwarte gat weggezogen.

Kort geleden was ik bij een workshop in Wenen over drie-dimensionale zwaartekracht. De workshop duurde twee weken en het was de laatste lezing op de vrijdagavond van de eerste week. Een zeer nuttige, maar ook vermoeiende week voor iedereen; de klok sloeg al bijna 17 uur en sommige aanwezigen werden ongeduldig, niet in het minst omdat er na de laatste lezing een borrel zou zijn. De organisatoren wisten goed dat je op een dergelijke avond een goede spreker moet hebben en hadden Wei Song voor de laatste lezing gevraagd. Wei Song is een Chinees meisje uit Beijing dat inmiddels op Harvard bij snaartheoriegoeroe Andy Strominger werkt.

Wei was bijna aan het einde van haar verhaal. Ze had het gehad over de toepassingen van holografie op zwarte gaten. Maar toen kwam het: ze maakte een duidelijke holografische voorspelling voor GRS 1915+105. Ze schreef het aantal vrijheidsgraden op dat de holografische theorie van dit zwarte gat moet hebben. Dit aantal is ongeveer 10⁷⁹. Een belachelijk getal om er iets mee van nut te kunnen doen, maar wel de orde van grootte die je verwacht voor een systeem van zulke omvang. Aanvankelijk was er wat gegrinnik in de zaal. Ik wist zelf ook niet of ik het goed had gehoord, of dat het om een grapje ging. Dat is vaak zo met zulke voorstellen; maar hoe langer ik erover nadenk, hoe plausibeler het me lijkt. Het is natuurlijk niet met de huidige methodes te testen, maar niet daarom van minder betekenis. Zou dit dan een holografische voorspelling van snaartheorie over een écht zwart gat zijn? Tot nu toe was snaartheorie alleen van toepassing op zwarte gaten van bijzondere soorten, die niet in de natuur voorkomen. Dat is dan ook een vaak gehoorde kritiek. Wei’s bevinding nu gaat over een echt bestaand zwart gat in ons melkwegstelsel, en dat is een buitengewoon opmerkelijk resultaat.

Einstein versus Picasso

sebastiandeharo — Sun, 21 Dec 2008 16:03:20 +0100

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)