Artikel

Natuurwetenschap als permanente grensverlegging

Sander Bais

Wat de grenzen van de natuurwetenschappen zouden kunnen zijn is een vraag die nooit aan actualiteit inboet. Een vraag die het goed doet, in ieder geval aan de koffietafel van elk zichzelf respecterend onderzoeksinstituut.

De actualiteit van die vraag is sterk verbonden met het gegeven dat het in de wetenschap altijd gaat over voortschrijdend inzicht gekoppeld aan voortschrijdende technologie, en die koppeling zorgt ervoor dat er permanent sprake is van grensverlegging.

Fundamenteel nieuwe inzichten zorgen voor radicale technologische innovaties met grote maatschappelijke gevolgen, maar die nieuwe technologische vindingen verleggen ook aldoor op een objectieve manier onze waarnemingsgrenzen. Een wereld vol Antonie van Leeuwenhoek-momenten! Dit proces is cumulatief en heeft een intrinsieke richting waardoor, na dramatische keerpunten in ons denken zoals de evolutie-, de relativiteits- en kwantumtheorie, de wereld er opeens totaal anders uitziet. De mens rijdt door een wonderschoon maar verborgen landschap waar de mist soms schoksgewijs optrekt.

In het wereldbeeld van de natuurwetenschappen liggen er twee grenzen voor de hand. Enerzijds is er de ultieme vraag van een buitengrens, het heelal als geheel, is dat begrensd, zo ja, is dat dan in de ruimtelijke zin of in de tijdsrichting? Had het een begin, en heeft het misschien een einde? Anderzijds is er ook de vraag van een binnengrens ergens verborgen in de microkosmos: zijn er kleinste dingen of is er sprake van een oneindige vorm van deelbaarheid? Het zijn deze naïeve, kinderlijke vragen die de drijfveer vormen voor het ongekend historisch proces van toenemende kennis en technologie.

De vraag van de buitengrenzen is in een verbazingwekkende vorm hanteerbaar geworden in de algemene relativiteitstheorie van Einstein, die een eeuw geleden het licht zag. Daar gaat het om niets minder dan een stel vergelijkingen waar het heelal aan moet voldoen. Ons heelal als een oplossing van een vergelijking! En we hebben veel geleerd, bijvoorbeeld dat het heelal uitdijt, hetgeen impliceert dat er ooit een begin moet zijn geweest, de Big Bang, zo’n 13,7 ± 0,2 miljard jaar geleden, om precies te zijn. We weten sinds enkele jaren ook dat het heelal zal blijven uitdijen. Dus geen cataclysme, geen einde der dagen, geen Big Crunch.

Je komt daarover veel te weten door de signalen te analyseren die heel diep uit het heelal komen. Omdat die signalen met de lichtsnelheid naar ons toekomen en die snelheid groot maar eindig is, is het licht lang onderweg en krijgen wij informatie over hoe het heelal er lang geleden uitzag. De Big Bang ligt dus in de verte: door de ruimtelijke grenzen van ons heelal te verkennen, gaan we ook terug naar de grenzen van de tijd.

Dit gezegd hebbende is er sprake van een verrassende kosmische kortsluiting tussen de buiten- en binnengrenzen van ons heelal. Omdat het heelal uitdijt moeten we concluderen dat in zeer vroege stadia van de kosmische evolutie het heelal ongekend samengebald en heet was. Zo heet dat er geen complexe structuren zoals organismen, moleculen of zelfs atomen konden bestaan. Het heelal was gevuld met een hete oersoep van de meest elementaire deeltjes en vormen van straling. Om dat te doorgronden is ons begrip van de microkosmos, de binnengrenzen, van vitaal belang en die is voor ons ontsloten door de kwantumtheorie. Wat ik zeg is dus dat de natuurkunde van wat we nu de grootste afstandsschalen noemen, direct verbonden is met de natuurkunde op de kleinst denkbare afstandsschalen in de unieke gebeurtenis die we de Big Bang noemen. In het mysterie van de kosmische oorsprong, want over die Big Bang zelf weten we bitter weinig, zijn die twee grenzen dus inmiddels versmolten tot één grens, één horizon die om het ontstaansmoment van onze kosmos ligt.

Tot zover de twee grenzen aan de natuurwetenschap die min of meer voor de hand liggen, maar er is duidelijk ook nog een derde grens en daarvoor hoeven we zelfs minder ver te kijken. Het is de grens die samenhangt met de derde grote pijler onder de natuurwetenschappen, de evolutietheorie. Het Darwinisme – neo-Darwinisme inmiddels – beschrijft de evolutie van het leven beginnende bij simpele eencelligen tot de zeer complexe organismen zoals bijvoorbeeld u en ik. Het beschrijft een proces van toenemende complexiteit, van emergentie, ofwel zelfoverstijging.

Interessant is dat het er alle schijn van heeft dat de veranderingen t.g.v. de biologische evolutie in ons tijdsgewricht volledig overschaduwd worden door een nieuwe tak van de evolutie die alles te maken heeft met mentale processen, gedragen door hersenen, met hun vermogen om te denken, herinneren, leren, en communiceren. De dimensie van het bewustzijn opent zich en krijgt op dramatische wijze gestalte in de eerdergenoemde, door de mens gedreven spiraal van voortschrijdend inzicht en voortschrijdende technologie. Internet als instantane, maar globale communicatie en wisselwerking is een voorbeeld van een zeer ingrijpend product van menselijke creativiteit en kunde, waarvan de sociale gevolgen niet te overzien zijn. Een nieuwe grensoverschrijder die een toenemende globale impact zal hebben op de menselijke conditie, en die tot uitdrukking zal komen in nieuwe vormen van emancipatie en machtsverdeling.

We leven in een heelal, dat zich nu versneld lijkt uit te dijen in een mentale en sociale dimensie, waar wetenschappers uit alle disciplines gezamenlijk tot nieuwe kwantitatieve inzichten en verklaringsmodellen moeten zien te komen. We maken kennelijk deel uit van een heelal dat zichzelf uit alle macht wil begrijpen.

 

Sander Bais is emeritus theoretische fysica aan de UvA en extern hoogleraar aan het Santa Fe Institute voor complexity in de VS. Naast een honderdtal wetenschappelijke publicaties is hij auteur van populariserende boeken zoals De natuurwetten (2005), De sublieme eenvoud van relativiteit (2007), Keerpunten(2009) en Kwanta, kwinkslagen en kwakzalvers (2010).