Vera Rubin (1928-2016) twijfelde aan Isaac Newton

‘Het grootste deel van het heelal is zoek’

Met haar onderzoek naar verre sterrenstelsels zette ze de natuurkunde op z’n kop. Toch heeft astronoom Vera Rubin de Nobelprijs nooit gekregen. ‘Sommige van mijn ideeën waren simpelweg te ongehoord.’

Medium 42 21799027

In haar memoires blikt ze terug. ‘Zolang ik me kan herinneren, was ik gefascineerd door de wonderlijke werking van de wereld – en met name van de hemel. Mijn vroegste herinnering is ’s nachts zittend op de achterbank van een auto, op weg naar huis via de Wissahickon Drive in Philadelphia, mijn vader vragend waarom de maan met ons mee reist. Terwijl we reden, gleden de struiken, de bomen en de heuvels in de verte aan ons voorbij, maar de maan bleef onbeweeglijk aan mijn raampje staan. Hoe wist de maan dat we op weg waren van oma Coopers huis in West-Philadelphia naar het onze in Mt. Airy, Pennsylvania? Ongetwijfeld zal me een antwoord gegeven zijn; waarschijnlijk begreep ik het niet. Maar ik herinner me nog steeds de opwinding van de vraag. En nu, bijna tachtig jaar later, is de opwinding die zich van me meester maakt bij het stellen van de vragen van de natuur niet minder. Terugkijkend geloof ik dat ik, van meet af aan, meer in de vraag geïnteresseerd was dan in het antwoord.’

Washington DC – Het Department of Terrestrial Magnetism van het Carnegie Institute ligt verscholen in een beboste buitenwijk – en mijn TomTom stuurt me steevast de verkeerde lanen in. ‘Ik sta tot drie voor half elf op je te wachten op het grote grasveld’, had ze door de telefoon gezegd, ‘je herkent me aan m’n witte haar.’ Om stipt half elf zie ik astronoom Vera Rubin (83) zitten in het auditorium; een man met een baard houdt een lezing over plaattektoniek. ‘Vond je het interessant? Ik heb niets met plaattektoniek’, zegt Rubin bij het verlaten van de zaal, een goed uur later. Wat doet een astronoom bij een instituut dat zich richt op aardmagnetisme? Maar ze bestudeert hier al bijna een halve eeuw de hemel, als senior fellow, zonder onderwijsverplichting, in de luwte, tussen aardwetenschappers. ‘Ik ben hier vrij om te doen wat ik wil.’

Ze maakt de sla aan in de eetzaal. Eten doen ze iedere dag met z’n allen, de wetenschappers en studenten van het Carnegie Institute. ‘Af en toe koken we voor daklozen’, zegt Rubin. ‘Dan trekken we met gamellen de stad in.’ Maar mind you, zeggen befaamde natuurkundigen als Freeman Dyson, Martin Rees en Michio Kaku: tussen het koken en het welzijnswerk is Vera Rubin een van de grootste en meest onderschatte wetenschappers van haar tijd. Want: totdat Vera Rubin langskwam bestond het heelal uit wat je kunt zien. De planeten en de sterren. Maar sinds haar grensverleggende werk op het gebied van de rotatiesnelheid van sterrenstelsels bestaat het universum voornamelijk uit dingen die je niet kunt zien. Uit Donkere Materie.

‘Als ik mijn hoofd draaide, kon ik als kind vanuit mijn bed nét de sterren zien. Al snel sliep ik nauwelijks meer omdat ik liever naar de hemel keek. Nee, mijn ouders hadden daar geen enkele moeite mee. “Als ze moe is, valt ze vanzelf wel in slaap”, zei mijn moeder. “Maar hang niet de hele nacht met je kop uit het raam”, waarschuwde mijn vader. Toen ik tien was, schreven ze een briefje voor me, zodat ik boeken uit de volwassenenafdeling van de bibliotheek kon lenen; de kinderboeken hadden niet genoeg astronomie naar mijn zin en ik herinner me levendig hoe ik op het moment dat ik het in handen had een boek opende, en al lezend terug naar huis liep. Ik had het idee dat als ik maar genoeg boeken las ik alles zou weten. Het kwam niet in me op dat er dingen waren die mensen niet weten. Voor drie dollar kocht ik van mijn zakgeld een lens en nam de bus naar de stad, waar een of ander bedrijf me een grote, lange pijp cadeau deed die ik in de trolleybus mee naar huis troonde – en ik bouwde met een beetje hulp van m’n vader een kleine telescoop, die nogal gammel was. Hij was niet erg goed en na een jaar of drie heb ik hem aan een kleine jongen gegeven. Ik maakte korrelige foto’s van de sterren en maakte kaarten van de bewegingen van meteoren. Astronomie is een visuele wetenschap en ontdekkingen worden gedaan door te kijken. Je ziet veel door louter te kijken. Al vrij snel leerde ik dat er vele dingen zijn die niemand weet. Onze ogen zijn zwak en de rand van het heelal ligt buiten ons blikveld.’

In haar werkkamer hangt een levensgrote foto uit 1868 van twee Victoriaans geklede vrouwen in de koepel van een sterrenwacht, achter een enorme telescoop. Maria Mitchell, Amerika’s eerste vrouwelijke professionele astronoom, was de eerste directeur van Vassar College (New York), een all-women observatorium; professor Mary Whitney was de tweede. Maar al was de astronomie met de oprichting van Vassar in 1865 miles ahead in de vrouwenemancipatie – noodgedwongen, doordat de nachtelijke aard van werkzaamheden gescheiden observatoria voor vrouwen min of meer afdwong –, een kleine honderd jaar later, schrijft fysicus Michio Kaku in zijn bestseller Beyond Einstein, ‘kwam, in iedere stap in haar loopbaan, dr. Rubins carrière gevaarlijk dicht bij het ontsporen wegens mannelijke vijandigheid.’

‘Ik was vastbesloten astronoom te worden. Toen ik vijftien was, meldde ik me aan bij Swarthmore College. Ik vertelde de mevrouw van de intake dat ik geïnteresseerd was in astronomie en vanaf het eerste moment wist ik dat ze me totaal niet serieus nam. Ze vroeg me of ik niet een ándere hobby had. “Ik schilder een klein beetje”, zei ik. “Heb je ooit gedacht aan een leven als schilderes van sterren?” was het antwoord. Uiteindelijk werd het Vassar, want dat was een vrouwencollege en ik studeerde er in drie jaar af.’ Van doorstuderen op Princeton was evenwel geen sprake – ze ontving nimmer de catalogus. Princeton accepteerde geen vrouwelijke studenten sterrenkunde tot 1971.

‘Ondertussen had ik een vakantiebaantje in het U.S. Naval Research Laboratory. Ik was zestien. Mijn ouders waren niet rijk en ik kon het geld goed gebruiken. Nee, nu ik erover nadenk: ik geloof dat ik daar bij de marine de enige vrouw was – het was oorlog en men had daar klaarblijkelijk geen moeite mee. Het was een geweldige tijd. Ze schoten een sonde in de lucht – dat was nog nooit gedaan! Ze waren erg goed voor me en ik herinner me dat ik een hele zomer heb gekeken hoe dat bolvormige object zich in de lucht bewoog en het licht weerkaatste. De derde en laatste zomer op het Naval Research Lab werd ik voorgesteld aan een jongeman. Hij was afgezwaaid bij de marine en deed z’n PhD natuur- en scheikunde. Hij was 21, ik was negentien. Na drie maanden schreef ik zijn ouders en hij de mijne dat we wilden trouwen. Hij was slim en lief. Drie jaar geleden is hij gestorven – dat was minder lief van ’m. Voor het overige: hij was geweldig. Hij richtte zijn carrière en alles wat we deden zo in dat ik kon doorstuderen.’

Ze volgt haar man naar Cornell University (New York). Wanneer – eindelijk! – een uitnodiging van Harvard in de bus ploft, slaat ze die af. Harvard schrijft een standaardbrief terug, met daaronder, handgeschreven: ‘Damn you women! Every time I get a good one ready, she goes off and gets married.’ Achteraf is ze blij dat ze gekozen heeft voor het minder prestigieuze Cornell, waar ze bij Nobelprijswinnaar Hans Bethe kernfusie bij sterren studeert en bij – eveneens Nobelprijswinnaar – Richard Feynman theoretische natuurkunde. Al kost de omgang met de briljante en weergaloze Feynman haar bijkans haar afstuderen. ‘Ik had Feynman uitgekozen als mijn scriptiebegeleider en hij was quite fun, totdat hij vijf dagen voor mijn afstuderen opeens naar Californië bleek te zijn gevlogen, zonder mij ook maar verteld te hebben dat hij zou vertrekken. Ik heb het hem nooit vergeven. Hoe vaak ik ook in Californië was, ik heb hem nooit meer opgezocht.’

Ondanks Feynmans fratsen studeert ze af. Ze lacht en aarzelt: ‘Voor mijn afstudeerscriptie deed ik, eh… something interesting… iets wat waarschijnlijk nooit eerder was gedaan. Toentertijd waren er 108 sterrenstelsels met een rotatiesnelheid bekend, dat was alles. En ik vroeg me af of daar een zeker patroon in zat. Het was geen groots onderwerp, maar niemand had zoiets eerder gedaan.’ In haar scriptie toont ze aan – zoals Michio Kaku het in zijn boek Beyond Einstein in begrijpelijker taal samenvat – ‘dat verafgelegen sterrenstelsels, anders dan gedacht, afweken van de constante expansie die het heelal volgens de Big Bang-theorie zou moeten hebben’.

Ze is dan 22 en heeft een drie weken oude baby. Met gemengde gevoelens reist ze naar de American Astronomical Society om haar ideeën toe te lichten: ‘Ik gaf m’n lezing, het was een uiterst ongebruikelijk onderwerp, en toen ik klaar was, brak er een soort pandemonium uit. Iedereen stond op en vertelde me waarom het onzin was. Mijn bevindingen werden om het hardst neergesabeld en iedereen buitelde over elkaar heen. Uiteindelijk riepen ze een rustperiode uit en verliet ik de zaal. Ik had mijn kind nog nooit alleen gelaten en ik wilde naar huis.’

‘Een ongelukkige huisvrouw’ noemt ze zichzelf later in een interview. ‘Iedere keer als de Astrophysical Journal op de mat viel, moest ik huilen. Niets in mijn opleiding had me erop voorbereid dat een jaar na Cornell mijn man buiten de deur zijn wetenschap zou bedrijven en ik thuis zou zitten om de luiers te verschonen.’

‘Haar scriptie’, maakt Kaku het verhaal af, ‘werd niet gepubliceerd, want was té verregaand voor die tijd. Decennia later werd haar paper gezien als profetisch.’

Profetisch. Want al noemt ze het zelf ‘geen groots onderwerp’, de consequenties van haar bevindingen kunnen nauwelijks worden overschat. Jaren later, begin jaren zestig, als haar vier kinderen groter zijn, doet ze nieuwe metingen in de melkweg en de resultaten zijn steeds eender: hoe verder van het centrum van het heelal verwijderd, hoe langzamer sterren zouden moeten bewegen. ‘Maar dat deden ze niet. Zowel in het centrum van het sterrenstelsel als aan de buitenranden was de snelheid gelijk. The velocities were flat. De paar mensen die mijn papers lazen en dan vervolgens naast me aan het diner zaten of zo, vertelden me allemaal dat het niet kon kloppen. Ik had fouten gemaakt. En bijna overtuigden ze me. In 1965 verkaste ik naar het Carnegie Institute en deed dezelfde metingen in de Andromedanevel. En ik ontdekte dat ook daar de snelheden gelijk zijn. En ook toen wilde niemand me geloven. Nu ja, misschien een enkeling deze keer. Totdat in 1975 Mort Roberts met radio-observatie de metingen nog eens overdeed en het areaal met vijftig procent vergrootte – en de uitkomsten waren perfect constant; flat. Neem ons beste begrip van zwaartekracht, pas het toe op de manier waarop sterrenstelsels draaien en je ziet al snel het probleem: sterrenstelsels zouden uit elkaar moeten vallen. En dat doen ze niet.’

U zegt: bijna overtuigden ze me. Bent u zo onzeker over uzelf?

‘Nee. Ik druk me ongelukkig uit. Ik wist wel beter, uiteraard.’

Maar u zette niet door…

‘In het begin niet. Ik bedoel: wat had ik allemaal moeten doen voordat mensen me zouden geloven? Ik werd er moe van en ik zette er een punt achter. Ging individuele sterrenstelsels bestuderen.’

Is het hoofd dan maar in de schoot leggen een typisch vrouwending? Zou een man zoiets ooit accepteren?

‘Daar kan ik geen antwoord op geven. Ik begrijp mannen niet. En ik begrijp vrouwen niet, whatever. Ik dacht vooral: er zijn nog genoeg andere interessante dingen om te onderzoeken. En ik denk dat ik een hekel heb aan competitie. Ik wil m’n leven niet doorbrengen met mensen die boos op me zijn. Misschien was ik niet dapper genoeg. En dus, toen alles uit de hand liep, toen ik dacht dat ik genoeg had gedaan en geen zin meer had om nog langer met iedereen over alles te redetwisten, besloot ik dan maar iets anders te gaan doen.’

De implicaties van Rubins onderzoek gaan veel verder dan de loutere constatering dat sterrenstelsels niet uit elkaar vallen terwijl ze dat wel zouden moeten doen. Met de beroemde gravitatiewet van Newton in de hand kun je uit de door Rubin gemeten rotatiesnelheid de bijbehorende massa berekenen. En wat blijkt: de massa van het heelal is veel groter dan de massa die aanwezig is in alle zichtbare sterren. Rubins sterrenstelsels draaien eenvoudigweg te snel voor Newtons universele wet van de zwaartekracht. Dus – het kan bijna niet anders – moet er veel meer materie zijn in het heelal dan we zien, onzichtbaar tussen de atomen in. Donkere Materie. Dark Matter, voor het eerst benoemd door de Zwitserse astronoom Fritz Zwicky in de jaren 1930. Onderzoek dat, net als dat van Rubin, lange tijd werd genegeerd.

Driehonderd jaar lang was het heelal datgene wat we zagen. Dankzij u is het grotendeels wat we niet zien…

‘Het bewijs dat de meeste materie in het heelal onzichtbaar is, is inderdaad het centrale thema van mijn werk. Op basis van de rotatiesnelheid van sterrenspiralen zou het heelal maar voor vier procent bestaan uit zichtbare materie. De overige 96 procent zou Donkere Energie en Donkere Materie moeten zijn. Most of our universe is missing.’

Laten we niet langer om de zaak heen draaien; bent u de ontdekker van Donkere Materie?

‘Ben ik de ontdekker van Donkere Materie? Ik denk dat ik niet eens zeker weet wat Donkere Materie is.’

Verdorie, Vera! Heb je nou wél of heb je nou níet Donkere Materie ontdekt?

‘Dat vraag je me? Ik zou zeggen: ja. Mag ik dat wel zeggen?’

Het lijkt me wel.

‘Maybe I should shut my door. Well, I would say: yes I did.’

In de eerste episode van het 22ste seizoen van de populaire tekenfilmserie The Simpsons staat ze dan eindelijk op de kandidatenlijst: ‘Nobelprijs voor natuurkunde 2010, Vers Rubin’ (sic). Want al is ze lid van de prestigieuze US National Academy of Science, bezit ze tal van wetenschappelijke onderscheidingen, is er een asteroïde naar haar vernoemd en zelfs een natuurwet (het Rubin-Ford-effect), de prijs der prijzen heeft ze nog steeds niet gekregen. The Simpsons kent ze. ‘Ik heb de aflevering niet gezien, maar iemand vertelde het me onlangs.’

Maar wat ik je wil vragen…

(glimlach) ‘Well, let me tell you something before you even ask it. Ik heb nooit verwacht de Nobelprijs te krijgen. En ik verwacht ’m ook nu niet. En voornamelijk niet omdat ik een vrouw ben.’ (lange stilte)

Dat is het hele antwoord?

‘Dat is het hele antwoord, ja.’

Al heeft ze het dan zelf ontdekt, ze trekt het bestaan van Donkere Materie graag in twijfel. Liever dan de nu breed gedragen hypothese van Dark Matter kiest ze voor een door een kleine groep natuurkundigen aangehangen alternatieve theorie die het door haar aangetoonde Galaxy Rotation Problem verklaart – en de pijlen richt op Newton.

‘Als ik het voor het kiezen had, zou ik willen dat de wetten van Newton werden herzien, opdat ze de zwaartekracht op grote afstand correct beschrijven. Nu werken Newtons wetten niet. Je kunt niet langer de rekenkunde gebruiken die astronomen eeuwenlang plachten te gebruiken, omdat die aritmetica zegt dat de sterrenstelsels uit elkaar zouden moeten vallen. Dat is wat je weet. Dus de prangende vraag is: wat doe je? Zeg je: er bestaat daadwerkelijk meer materie, je kunt het alleen niet zien? Of zeg je: Newtons wetten houden geen stand? En zeg je dat Newtons gravitatiewetten gelden in zonnestelsels maar niet op afstanden van massieve schaal? Ik denk dat je onderhand moet erkennen dat er verschillende manieren naast elkaar bestaan om te verklaren wat je ziet.

Niet zo lang geleden riep 97 procent van de mensen hier in de VS dat er onzichtbare materie bestaat. En ze meenden te weten hoe deze onzichtbare materie zicht beweegt, want ze moet zich zus en zo gedragen om maar overeen te komen met wat je ziet in de waarnemingen. En toen was er een handjevol heel slimme mensen dat zei: je hoeft niet per se te stellen dat er onzichtbare materie is, je kunt ook zeggen dat Newtons wetten niet meer opgaan, dat er andere natuurwetten bestaan. En ik denk dat we het niet weten. Dat we op het punt zijn aanbeland dat de natuurkunde waarvan we dachten dat-ie klopte waarschijnlijk niet de juiste natuurkunde is. En ik weet niet wat de juiste fysica is, maar ik zou erg teleurgesteld zijn te leven in een universum waar je slechts vier procent van de dingen kunt zien.’

We tasten in het duister op dit moment?

‘Ja. Ik zit niet in een hoekje constant m’n ideeën te overdenken, maar ik heb het gevoel van wel. Ik persoonlijk weet niet genoeg om de dingen te begrijpen. Ik ken de observaties, ik doe de metingen, maar ik heb werkelijk de verklaring niet.’

Misschien dat de deeltjesversneller in Genève straks met een antwoord komt?

‘Wie zal het zeggen? Maar ik denk van niet. Ik heb niet met iedereen daar gesproken, maar wel met een aantal mensen, en ik denk dat ze bang zijn dat ze niets gaan vinden. Als ze niets vinden, willen sommigen een nóg grotere versneller bouwen. Anderen zeggen: we geven het op.’

‘Eigenlijk weten we bitter weinig’, zegt ze met een glimlach. ‘Wetenschappers leggen zelden de nadruk op de enormiteit van onze onwetendheid. In 1900 stelde de grootste astronoom van zijn tijd dat we binnenkort het heelal konden beschrijven tot acht decimalen achter de komma. Tot 1920 was het onder astronomen allerminst onomstreden dat ons zonnestelsel niet het centrum van het universum is. Op dit moment zijn er maar zeer weinig astronomen die van mening zijn dat ons idee van het universum niet klopt – en ik denk dat we het niet weten. Het enige wat we kennen is die vier procent van het universum die we zien – de rest is duister. We weten maar een fractie van wat we in 3000 zullen weten. En over duizend jaar zullen wij zeker niet als briljant beschouwd worden – but we have been pretty good, ha ha!

Ik vind daarom ook niet dat de astronomie in een renaissance zit, zoals alom wordt beweerd. Zeker, er worden iedere week, soms zelfs iedere dag nieuwe ontdekkingen gedaan. Het is gek – en natuurlijk ben ik er blij mee: sterrenkunde is hip –, maar het vak wordt groter en groter. Op dit moment lopen de meeste astronomen, en zeker de pers, warm voor objecten dicht bij ons. Omdat we opeens met relatief gemak veel dingen over heel nabije objecten kunnen leren. De meeste ontdekkingen waarover je in de krant leest, zijn lokaal; ze reiken zelfs niet zo ver als Andromeda. De grote vragen blijven onbeantwoord.’

Weten we tegenwoordig niet meer dan ooit? Ik kan je vertellen dat het heelal 13,7 miljard jaar oud is…

‘Dat kun je me niet vertellen. Oké: ik ken de leeftijd van wat wij op dit moment het universum noemen. Maar stel dat er andere universa zijn, waarvan we niks weten, sommige veel ouder, andere veel jonger? Misschien ontdekt iemand volgende maand wel een nieuw heelal. Het getal van 13,7 komt slechts van dat éne universum dat we weten te meten. Ik bedoel: we plaatsen onszelf in een unieke positie, maar we zouden wel eens helemaal niet uniek kunnen zijn. Het zou kunnen wemelen van de universa. Je vraagt me hoeveel wezenlijke vragen er beantwoord zijn de laatste vijftig jaar, en ik zou zeggen: bijna geen.’

Vera Rubin trekt alles in twijfel. Leeft in een permanent I don’t know. Het lijkt zowel haar kracht als haar zwakte – en ze heeft het stempel excentriek te zijn. ‘Sommige van mijn ideeën waren simpelweg te ongehoord. Misschien heb je gelijk als je stelt dat door mijn eeuwige “ik weet niet” ik zelf nooit terugdeinsde voor de consequenties van mijn eigen research. Ik heb de neiging te denken dat het universum veel ingewikkelder is dan we ook maar beginnen te vermoeden. Als je die positie inneemt, is het gemakkelijker om totaal nieuwe, buitensporige ideeën te aanvaarden. Omdat alles mogelijk is.’

‘Zoals Columbus, zoals misschien de Vikingen’, besluit ze haar memoires, ‘betreden we een nieuwe wereld, mysterieuzer en complexer dan we ons konden voorstellen. Nóg meer geheimen blijven voor ons verborgen en wachten op ontdekking door de wetenschappers van de toekomst. I like it this way.’


Beeld courtesy: Peter Ginter / Corbis