Naar de content

'Ik roei niet expres tegen de stroom in'

Interview met de Britse wis- en natuurkundige Sir Roger Penrose

Monique Kooijmans met toestemming

Sir Roger Penrose houdt niet van hokjesdenken. Maar weinig wetenschappers kijken zo ver over de grenzen van hun vakgebied heen als hij. Zo hield hij zich bezig met geometrie, zwarte gaten, de oerknal, quantummechanica en bewustzijn. En hij weet van geen ophouden.

25 januari 2019

De eerste vlokjes sneeuw dwarrelen neer in Amsterdam als een van de organisatoren zich hardop afvraagt of het schema van Sir Roger Penrose niet te druk is. Penrose is de hoofdspreker van een klein symposium deze middag. Maar het programma voor komende dagen is overvol. Een conferentie, een gastcollege, een museumbezoek én een boekpresentatie. Is dat niet wat veel voor de 87-jarige wis- en natuurkundige?

Een 3D-geprintte Penrose-driehoek.

 Chylld via CC BY-SA 3.0

Maar een druk schema lijkt de Britse Penrose – klein van stuk, gestoken in een ruim jasje en een das van M. C. Escher – niet te deren. Hij is graag ‘onder de mensen’, aldus zijn persoonlijke assistent. Ook in zijn werk heeft hij bewezen dat hij niet van stilzitten houdt.

Mozaïeken en zwarte gaten

Hij begon zijn carrière vooral als wiskundige. Zo ontdekte hij in de jaren 70 verschillende mozaïeken die zich nimmer herhalen, de zogenoemde Penrose-betegeling. Ook bedacht hij (hoewel deze al eerder was ontdekt) de onmogelijke Penrose-driehoek, een optische breinbreker. Het werk van Penrose inspireerde ook enkele werken van de Nederlandse kunstenaar Maurits Cornelis Escher, die een watervalversie van de driehoek tekende.

Op het gebied van natuurkunde verdiende hij zijn sporen door onder andere (samen met Stephen Hawking) wiskundige handvaten te bedenken om het gedrag van de ruimtetijd te beschrijven onder extreme condities. Penrose hield zich bezig met zwarte gaten en de oerknal, daar waar volgens onze huidige inzichten de bestaande natuurwetten stuklopen. Hoe zo’n plek eruitziet zullen we nooit weten, want volgens Penrose verhullen zij zich altijd binnen een ondoorzichtige waarnemingshorizon. We zien nooit wat er zich in een zwart gat afspeelt.

Wetten van het heelal

In 2004 schreef hij het boek Road to Reality, een vuistdikke ‘gids naar de wetten van het heelal’, maar waarin hij ook een filosofische snaar raakt. Van het advies om er maar zo min mogelijk formules in te zetten trok hij zich weinig aan, en veel illustraties maakte hij zelf. Penrose is vandaag in Amsterdam om de Nederlandse vertaling van dit boek, De weg naar de werkelijkheid te presenteren.

Terwijl de andere sprekers van het symposium van deze middag zich bezighouden met de vraag of hun digitale presentaties wel goed worden weergegeven op de aanwezige laptop, loopt Penrose op zijn gemak rond. Hij gebruikt sinds mensenheugenis de overheadprojector, waarop hij straks de ene na de andere rijkelijk (en eigenhandig) geïllustreerde sheet zal laten zien.

Geen thee voor de Engelsman, maar koffie, die hij snel achterover kiepert voor het interview. Terwijl ik nog voorstel om de lift naar de eerste verdieping te nemen schiet de Sir (met wandelstok) al voor me uit de extreem steile houten trap van het grachtenpand op. Niet lang daarna ben ik in gesprek met de 87-jarige wiens geest nog geenszins bejaard is.

Meneer Penrose, de meeste wetenschappers nemen genoegen met één vakgebied. Hoe kan het dat een wetenschapper zich zowel met de snaartheorie bemoeit, als met de oerknal, als met ons bewustzijn?

Hij lacht. “Ik weet het niet, er zijn gewoon enorm veel dingen die me interesseren. Als promovendus aan de Universiteit van Cambridge was ik veel met algebra en geometrie bezig, maar ik volgde ook colleges over de algemene relativiteitstheorie, kosmologie, en quantummechanica. Veel van die dingen hebben uiteindelijk ook weer met elkaar te maken. Die extra cursussen hebben me misschien nog wel meer beïnvloed dan het werk voor mijn proefschrift. Ik denk dat ik deze brede blik van mijn vader heb. Hij was geneticus, maar kon ook goed schilderen, tekenen en piano spelen.”

U houdt ook van tekenen.

“Dat is een belangrijk deel van mijn werk. Ik denk in plaatjes en teken graag. De meeste illustraties komen overigens niet verder dan mijn eigen boeken.”

De snaartheorie is een dappere poging om de quantummechanica en zwaartekrachttheorie samen te brengen in een theorie van alles. Waarom moet u daar niets van hebben?

“Toen ik er voor het eerst van hoorde vond ik het een erg interessant idee, het beschrijven van deeltjes als extreem kleine trillende snaartjes die al hun eigenschappen verklaren. Maar toen hoorde ik hoeveel dimensies je op papier nodig hebt om het wiskundig te laten kloppen: 26, 11 of 10, ik weet niet wat de laatste stand van zaken is. Dat in tegenstelling tot de drie ruimtedimensies en de enkele tijddimensie die we daadwerkelijk waarnemen. Dit verpestte de theorie voor mij.

Verreweg de meeste van die extra dimensies moet je ‘verbergen’ om weer uit te komen bij de vier waarneembare dimensies. Dat is niet logisch. Het introduceren en verbergen van die extra dimensies maakt de theorie erg moeilijk om mee te werken. Ik heb snaartheoretici hier vaak naar gevraagd, maar ze lijken zich daar niet druk om te maken. Ze zien niet de problemen die ik zie.”

Ook aan de quantummechanica schort nog het een en ander, volgens u.

“Het gaat al mis bij het doen van een simpele meting. Stel je neemt een elementair deeltje, dat volgens de quantummechanica in meerdere toestanden tegelijk kan zijn. Het kan linksom draaien, en tegelijk rechtsom. Toch is de uitkomst van de meting altijd maar één van die toestanden, links- óf rechtsom. Mensen zeggen dan dat de meting de bijzondere quantumtoestand van het deeltje vernietigt en er dan nog maar een van de twee mogelijkheden overblijft. In de praktijk heb je dan een verklaring, maar op een veel fundamenteler niveau hebben we een groot probleem om dit te verklaren.”

Veel wetenschappers zeggen: het is misschien vreemd maar dit is nu eenmaal hoe het werkt.

“Maar dat hélpt je niet. Uiteindelijk moet je fundamenteel kunnen verklaren waarom we maar een van die twee mogelijkheden meten en niet allebei. Waarom we maar één mogelijkheid zien, sterker nog, waarom we maar één wereld zien en niet alle werelden waartoe al die combinaties van quantumtoestanden leiden. Er zijn wel wetenschappers die aan dit vraagstuk werken, maar ik heb er nog geen bevredigend antwoord op gezien.”

Erwin Schrödinger bedacht als een van de grondleggers van de quantummechanica een gedachtenexperiment om de volgens hem absurde gevolgen van het gedrag van quantumdeeltjes te illustreren. Stop een kat in een afgesloten doos met gif dat pas vrijkomt als een sensor een bepaalde quantumtoestand van een deeltje meet. Doordat het deeltje volgens de quantummechanica meerdere toestanden tegelijk heeft, zou de kat tegelijkertijd levend en dood zijn.

 Dhatfield via CC BY-SA 3.0

Maar quantummechanica is fantastisch goed in het beschrijven van het gedrag van deeltjes.

“Dat klopt. Maar ik denk ook dat er nog iets ontbreekt, ook omdat de theorie zo slecht samenwerkt met de zwaartekrachttheorie van Albert Einstein. Er is meer. En in die hoek moeten we volgens mij ook een verklaring zoeken voor het menselijke bewustzijn.”

Dan is er nog de oerknal. In plaats van een big bang uit het niets denkt u dat er een soort kosmische cyclus is. Alle materie in het universum zou uiteindelijk opgeslokt zijn door zwarte gaten, die na verloop van tijd volledig ‘verdampen’. Dan begint er een nieuwe cyclus. Mooi, maar kunnen we dat wel bewijzen?

“Nou ja, bewijzen is sterk uitgedrukt. Volgens mij is er al goed bewijs voor Hawking-punten (de plekken in de kosmische achtergrondstraling waar sporen van verdampte zwarte gaten zouden zitten – red.). Het moeilijkste is nog wel het overtuigen van de mensen. Maar deze theorie gaat volgens mij minder tegen hun ideeën in dan zij denken.

Veel kosmologen hangen de inflatietheorie aan, die stelt dat het universum net na de oerknal ontzaglijk snel uitdijde. Ik denk dat deze snelle expansie wel heeft plaatsgevonden, maar juist vóór het moment dat wij de oerknal noemen. Het was de expansie van het ‘vorige’ universum.”

Een kaart van de zogenoemde kosmische achtergrondstraling gemeten door de Planck-satelliet. De kaart laat iets warmere gebieden (in rood) zien tussen gebieden waar de temperatuur lager is (blauw). Het wordt ook wel de babyfoto van het universum genoemd omdat deze straling werd uitgezonden op het moment dat het heelal doorzichtig werd, ongeveer 380.000 jaar na de oerknal.

 ESA

U lijkt als een vis in het water als u tegen de stroom oproeit.

“Ik betwijfel of dat zo is.”

Bent u een eigenwijs persoon?

“Mensen noemen mij wel eens een nonconformist, maar het is niet alsof ik dat expres doe. Er zijn heus theorieën die ik volledig steun. De algemene relativiteitstheorie van Einstein bijvoorbeeld. Die hoeft wat mij betreft niet veranderd te worden, ook niet om zaken zoals donkere materie te verklaren. Ik ga niet altijd tegen de stroom in!”

U zegt anders wel vaak dat er problemen zijn met bestaande en breed gedragen theorieën.

“Well, misschien zíjn er ook wel problemen. Andere wetenschappers zijn misschien minder sceptisch. Aan het begin van het gesprek vroeg je me waarom ik me met zoveel zaken bezighoud: dat betekent ook dat ik een brede kijk op dingen heb. Dat komt van pas bij het begrijpen waar de problemen opduiken als je iets verder kijkt.”

Als u zo vaak op die problemen wijst, luisteren mensen dan nog wel?

“Ik heb het gevoel dat mijn collega’s mij respecteren, maar het is erg lastig om mensen van mening te laten veranderen. Ze zitten vast in hun eigen beeld en theorieën, die ze in de collegebanken hebben geleerd en die ze ook weer aan hun eigen studenten doorgeven. Er zijn zelfs collega’s die zeggen: ach, je hoeft niet te luisteren naar die oude man.”

Tijd om met pensioen te gaan?

“Ik heb een prima pensioen! Maar er zijn zoveel opwindende onderwerpen in de wetenschap. Ideeën die het verdienen om verkend te worden.”

ReactiesReageer