Astronomer Royal Martin Rees en het spervuur van oerknallen

‘Het is makkelijker de kosmos te begrijpen dan een kikker’

De cijfers van het heelal staan min of meer vast, vindt astrofysicus Martin Rees. Dus doemen er compleet nieuwe vragen op. Engelands hoogst geplaatste geleerde over het tekortschieten van Einstein en de Theorie van alles.

Medium rees

MIDDERNACHT. Een klein deurtje in The Great Gate staat op een kier. De onverlichte binnenplaats van Trinity College - de mooiste cour van Cambridge - is indrukwekkend groot en donker. Een streep licht valt vanuit de portiersloge, maar in de Masters Lodge, waar kosmoloog en astrofysicus Martin Rees, Astronomer Royal en Master of Trinity College woont, zijn alle lampen uit.

Want de Koninklijke Sterrenkijker kijkt ’s nachts graag naar de hemel. Soms mét telescoop, vaak ook zonder: ‘Ik wil doorgronden hoe het heelal van samengebald en zonder structuur is geworden tot wat het nu is, met veel structuren, sterrenstelsels, sterren en planeten. Aan de randen van oude landkaarten schreven cartografen vroeger: “Hier huizen monsters”. In het in kaart brengen van het heelal hebben we de laatste jaren reuzenstappen vooruit gezet en de grote outline komt langzaam in zicht. Maar de belangrijkste vragen zijn nog onbeantwoord.’

OCHTEND. Studenten met strohoeden in puntertjes, rustieke koeien op pastorale weides van waaruit Tudor-gebouwen oprijzen. In Great Court houden portiers met zwarte bolhoeden de toeristen van het gazon. Martin Rees (68) is kleiner dan wanneer hij in het halfdonker op de BBC-televisie als een gebochelde tovenaar met bezwerende mimiek de ontzagwekkende dimensies van het Al schetst. 'Ik houd niet van televisie, waar ze me neerzetten in een duister decor.’ Anders ook dan op televisie heeft hij, net terug van het lab, blauwe inktvlekken op zijn kaki broek - zijn vulpen lekt in zijn zak.

Trinity College: het meest aristocratische, meest intellectuele van alle Colleges. Alma Mater van Byron, van Edward VII, George VI en van prins Charles. Maar ook van 32 Nobelprijswinnaars, Niels Bohr, Bertrand Russell, Ludwig Wittgenstein en de grootste van allen, sir Isaac Newton. 'Kijk, dit is Newtons klok.’ Naast het ebbenhouten staand horloge het portret van de Stichter van Trinity, Hendrik VIII en van zijn zes vrouwen - heuse Holbeins.

We ploffen neer op een bank naast het magistrale staatsieportret van Elizabeth I, wit geblanket, stijf van de parels, ten voeten uit. 'Nee, dit is m'n officiële residentie. Zelf woon ik in een flatje hierachter.’ Al heeft het de Britse vorstin behaagd hem te verheffen tot Baron Rees of Ludlow, al heeft hij zitting in het Hogerhuis, is er een kleine planeet (Asteroïde 4587) naar hem vernoemd en is hij als president van The Royal Society (Newton was het óók) zonder meer de meest established geleerde van het Gemenebest, hij voelt zich 'op de allereerste plaats wetenschapper’. Is dolblij met de Amsterdamse tulpenbollen. Ondertekent zijn e-mails naar De Groene met 'Martin’.

Je kunt hier een speld horen vallen.
'Wacht maar tot de studenten terug zijn. Het is nu vakantie. Straks frisbeeën ze gelukkig weer levendig op het grasveld hier onder het raam.’

ZIJN BAANBREKENDE studies op het gebied van quasars betekenden het definitieve failliet van de theorie van het eeuwige, Statische Heelal, de grootste concurrent van de Big Bang. Sindsdien heeft de Oerknal de vanzelfsprekendheid van een open deur: 'Het heelal, ongelooflijk heet en samengebald, zette uit en koelde af, atomen werden gevormd, toen sterren en sterrenstelsels en nu, zo'n 13,7 miljard jaar later, heeft zich ten minste op één planeet van één ster een complexe biosfeer ontwikkeld. We begrijpen steeds beter hoe het heelal is gevormd en proberen het steeds dieper te penetreren, want wanneer we naar de hemel kijken, kijken we terug in de tijd. Op dit moment kunnen we zo ver kijken dat we het heelal zien zoals het was op een tiende van zijn leeftijd, maar natuurlijk willen we nog verder, tot het vroege stadium waarin de eerste sterren gevormd werden, tweehonderd miljoen jaar na de Big Bang - daar houd ik me op dit moment mee bezig. Het is een gebied ver buiten het bereik van onze telescopen, de zogenaamde cosmic Dark Ages. We weten wanneer de eerste sterren ontstonden, maar we weten niet hoe ze eruitzagen en hoe ze verschilden van de tegenwoordige sterren. We weten niet hoe sterrenstelsels vormden en ook niet hoe de eerste quasars en zwarte gaten ontstonden. Maar dit alles is “environmental cosmology”: begrijpen hoe de kosmische omgeving ontstond. Er is een andere, veel grotere, uitdaging: terug te gaan naar de eerste fractie van een seconde na de Big Bang. Of zelfs vóór de Big Bang. We hebben naar mijn mening inmiddels voldoende dwingend bewijs over hoe het universum eruitzag toen het pakweg één seconde oud was. We hebben onder meer door de Wilkinson-satelliet sinds een jaar of zeven uiterst precieze meetgegevens van overblijfselen uit de aller-vroegste oertijd; dankzij de achtergrondstraling en de concentratie van helium en deuterium kennen we nu de precieze condities van het heelal toen het een seconde oud was. Dat bewijs is net zo sterk als wat een geoloog je zal vertellen over de geschiedenis van onze aarde. De grote uitdaging is nu om terug te rekenen tot de eerste kleine fractie van een seconde. Het probleem daarbij is dat de omstandigheden in die eerste microseconde zó extreem zijn dat we ze niet kunnen nabootsen in het lab. Omdat ieder deeltje meer energie had dan we ooit kunnen produceren in de grote deeltjesversneller in Genève en de dichtheden veel groter waren, missen we vaste voet in het experiment. En zolang we geen stellige kennis hebben van de omstandigheden van het allereerste moment zijn we niet in staat te verklaren waarom het heelal uitdijt op de manier waarop het dat doet, waarom het de huidige mix van deeltjes bevat, waarom het straling heeft en waarom het universum de structuur heeft die we observeren.’

De maan is niet van kaas. Onlangs is in een uiterst nauwkeurige berekening de leeftijd van het heelal met vijftig miljoen jaar naar boven bijgesteld tot 13,75 miljard jaar. De Europese ruimtetelescoop Herschel heeft een ster ontdekt die volgens de bestaande theorie niet kán bestaan alsook de chemische vingerafdrukken van organische moleculen in de Orion-nevel en er duiken Rode Reuzen op met vreemde radiopulsen - en dit is slechts de oogst van de afgelopen maand…
'Als straks de wetenschapsgeschiedenis van de laatste decennia wordt geschreven, zal de wijze waarop we vandaag de dag de werking van het universum ontdekken zonder twijfel een van de meest opwindende hoofdstukken vormen. Ik vind het een enorm voorrecht om in dit vak te mogen werken. In de jaren zestig wisten we eigenlijk niks; of er een Big Bang was of niet, waarom er sterrenstelsels waren, waarvan ze zijn gemaakt, et cetera. Sindsdien hebben we fascinerende dingen ontdekt als neutronensterren, zwarte gaten, gamma-explosies en, bovenal, het bestaan van planeten rond andere sterren. Nieuwe fenomenen die niemand had voorzien. De vooruitgang vindt nu niet plaats dankzij theorieën, maar voornamelijk door de toepassing van nieuwe technologie. De grote slag van de afgelopen tien jaar is dat we de cijfers van het heelal veel preciezer en behoorlijk definitief hebben kunnen vastleggen. We wisten dat het heelal uitdijt, maar de mate was onzeker met een factor twee. Nu weten we het tot op een paar procent. Zo ook de leeftijd van het universum en de dichtheid van het heelal, we zien die cijfers vastgepind en gelukkig op consistente wijze - anders hadden we wellicht de Big Bang-theorie moeten opgeven. Dit alles is zo goed als af. Dus geheel nieuwe vragen doemen op waar we dertig jaar geleden niet van droomden.’

Zoals?
'Vlak bij het moment van de Big Bang, maar ook op microscopische schaal, zou de ruimte zijn diepste onderliggende structuur wel eens prijs kunnen geven: de eenheid van alle dingen. De verbinding tussen Kosmos en Kwantum. De twee frontgebieden van de wetenschap zijn het heel grote, de kosmos, en het heel kleine, de kwantum, en de “inner space” van de wereld van de atomen en de “outer space” van het heelal hebben intieme banden. Wij zijn op verschillende manieren aan de sterren gelinkt. Enkele jaren geleden is een nieuwe natuurkracht ontdekt, de zogeheten “dark energy”. Een kracht, zoals de zwaartekracht een kracht is, die we nog niet helemaal begrijpen, maar die goed is voor 74 procent van alle energie in de kosmos - een enorme verrassing. Waarschijnlijk is het een consequentie van de aard van het heelal op de meest minieme schaal. We zullen deze natuurkracht niet begrijpen totdat we een unificatietheorie hebben van tijd en ruimte en quantumtheorie.’

De langverbeide Theorie van alles…
'Nog steeds is de Theorie van alles een denkbeeldig doel. Speciaal de snaartheoretici werken er met overgave aan. Of het zal lukken, weten we niet. Het enige wat we weten is dat het van groot belang is het grote met het kleine te verenigen. Het is de uitdaging van de 21ste eeuw.’

Wat is de impact?
'We zouden het einde van een keten van progressie bereikt hebben die teruggaat tot Newton, die stelde dat dezelfde kracht die de appel doet vallen de maan in haar baan houdt. Een keten die verder gaat via Einstein en de andere grote wetenschappers die de verschillende natuurkrachten wisten te verenigen. Overigens vind ik de term Theorie van alles lichtelijk aanmatigend en misleidend; zo'n theorie zal de rest van de wetenschap niet van dienst zijn. Als je bioloog of scheikundige bent word je allerminst gehinderd door het feit dat wij fysici de theoretische formule van alles nog niet hebben. Reductionisme is waar in zekere zin, maar het is zelden waar in bruikbare zin. Al zou de unificatietheorie een enorme intellectuele triomf zijn, het is niet het einde van de wetenschap, maar het einde van een fase. Want naast de twee actuele frontlijnen van de wetenschap, het uiterst grote en het uiterst kleine, is er een derde frontlijn: het uiterst complexe. Dingen zijn moeilijk te begrijpen omdat ze complex zijn, niet omdat ze groot zijn. Het is makkelijker de kosmos te begrijpen dan een kikker. Een kikker of een insect bestaat uit laag op laag van complexe structuren, veel complexer dan die van het heelal, waarvan het diepste wezen ons ontgaat. Voor de meeste van mijn studenten is een waterstofatoom een nauwelijks te vatten iets - wiskundig uiterst ingewikkeld en het is allerminst triviaal om ook maar het eenvoudigste organisme te begrijpen. Ik denk dat mensen bescheiden moeten zijn en moeten aanvaarden dat de meeste aspecten van de werkelijkheid simpelweg een mysterie zijn. En misschien voor altijd buiten het bereik van het menselijk denken zullen zijn. Zoveel is zeker: de derde frontlijn van de wetenschap, het uiterst complexe, zal ons de komende generaties nog wel bezighouden.’

Staat de unificatietheorie desalniettemin voor de deur?
'Niet in de nabije toekomst, vermoed ik. Snaartheorie heeft de beste kaarten, maar als er íets is waar, denk ik, alle wetenschappers het over eens zijn, is het dat we het geheim van de Big Bang pas kunnen ontrafelen als we de natuur van het heelal kunnen beschouwen op een schaal van 10-33, wat een miljard maal miljard kleiner is dan een atoomkern. Einsteins theorie van tijd en ruimte schiet te kort om te verklaren wat er knalde en waarom ’t knalde. Er lijken niveaus van complexiteit te bestaan die we nog niet begrijpen. Volgens de snaartheorie is de opbouw van ruimte op die uiterst kleine, subatomaire schaal geweldig belangrijk - en geweldig ingewikkeld, met vijf of zes extra dimensies. Sommige wetenschappers vermoeden het bestaan van parallelle universums, in andere dimensies, op een millimeter van hier. Er zouden ook andere Big Bangs dan de onze kunnen zijn. Ons heelal zou slechts een deel kunnen zijn van een grootsere kosmos. Dit zijn naar mijn mening uiterst belangrijke wetenschappelijke vragen. En ze zijn speculatieve wetenschap - géén metafysica.’

Heeft u het vermoeden van het bestaan van een schepper?
'Nee. Als gezegd: veel fenomenen zijn een mysterie en ik verwacht niet dat menselijke hersens in staat zijn ze te begrijpen. We moeten ze aanvaarden als onbegrijpelijk.’

DE GEUR van olieverf. Een kamer verderop schildert een schilderes zijn portret. Het tweede; het eerste hangt in zaal 38 van de National Portrait Gallery. Het mist de twinkelende ogen. Hij haast zich naar Londen, waar hij de Royal Society moet voorzitten. 'Morgenavond geeft het koor van Trinity College in de kapel een concert voordat het op tournee gaat in Australië - hopelijk zien we elkaar daar.’

Een dag stuk te slaan. 'He’s a friend of the Master’, zegt de huishoudster en alle deuren gaan open. Nóg meer Oude Meesters, een wijnkelder die z'n weerga niet kent. Of Trinity College rijk is? 'Rijk als Croesus’, zegt een bediende tijdens het tafeldekken. 'Je kunt van hier naar Oxford lopen - een goede honderd kilometer - over louter grond van ons. We zijn eigenaar van Felixstowe, ’s lands grootste containerhaven, en kochten onlangs in Londen het Millennium Dome.’ En al is volgens velen dat eerste een mythe, het tweede en derde is waar; door vijfhonderd jaar van giften, legaten en uitgekiend beleggen is Trinity College goed voor geschat één miljard euro - en voor onderwijs beschikbare revenuen van jaarlijks vijftig miljoen. 'Trinity sponsort op grote schaal de arme Colleges’, zegt de bediende. 'Zoals onze buren, het befaamde Kings College, die niets te makken hebben dan het schamele entreegeld van hun beroemde kapel.’ Na Thomas Tallis en William Byrd, de ijzingwekkend ijle madrigalen waar Engeland het patent op heeft, duikt Rees, teruggehaast uit Londen, op vanachter een pilaar. 'Je vond het mooi? Wonderful, wonderful.’

LONDEN is weldra verleden tijd. 'In november treed ik af als president van de Royal Society. Ik heb dan meer dan nu de vrijheid om me met politiek bezig te houden. Ik wil een meer directe bijdrage aan de samenleving leveren. Ik ben altijd al politiek actief geweest voor Labour. Dat wil ik met dubbele energie in het Hogerhuis doen; een grote stap maken naar meer gelijkheid. Gelijke kansen creëren, vooral wat betreft de toegang tot het middelbaar onderwijs. Het probleem van universiteiten als Cambridge is niet zozeer dat we alleen de elite binnen zouden willen halen - maar wél dat in de praktijk het aandeel studenten van public schools nog altijd disproportioneel hoog is en de kwaliteit van het middelbare door de staat gesubsidieerde onderwijs ver achterblijft. Toegang tot goed onderwijs en verkleining van het verschil in inkomens wordt mijn eerste prioriteit. Verder is er een aantal mondiale issues waaraan wetenschappers moeten bijdragen: energie, klimaatverandering, biodiversiteit, et cetera. Als Royal Society werken we daarin nauw samen met professor Robbert Dijkgraaf, de voorzitter van de Koninklijke Akademie van Wetenschappen - een geweldige man die de Nederlandse Academie tot een internationaal zeer effectieve organisatie heeft gemaakt. Wetenschap stopt niet bij grenzen. Wetenschap is de meest universele cultuur.’

In China of in Afrika is anders nog geen Newton opgestaan. Vereist wetenschap geen westers denken, geen westerse persoonlijkheid?
'That’s an extraordinary thing to say! Protonen en proteïnen zijn hetzelfde in Engeland als in China. Over vijftig jaar ligt het intellectuele centrum van de wereld in Azië. Gewoonweg vanwege de getallen. Nu al worden dankzij internet veel wetenschappelijke papers geschreven door twee, drie auteurs op verschillende uiteinden van de globe. Jij zegt eigenlijk: “Wij waren hier eerst.” Goed, maar dat betekent niet dat we een eeuwige voorsprong hebben. Ik zeg: hoe meer mensen participeren, hoe beter - en het is fantastisch dat mensen in Azië aan deze wereldwijde onderneming mee kunnen doen zonder de handicaps die ze in het verleden ondervonden. Wetenschap is een wereldomvattende cultuur en zelfs de traditioneel westerse cultuur is inmiddels mondiaal geworden.’

MAAR MET het zwaartepunt vooralsnog in Cambridge, Engeland. Dat blijkt als op 5 september vriend en collega Stephen Hawking in het spraakmakende essay Removing God from the Universal Equation in The Times de knuppel in het hoenderhok gooit en verklaart de Theorie van alles gevonden te hebben. Een stap voorbij Rees’ eerste microseconde, een greep naar het grote Waarom. Vroeger was dat een vraag voor de filosofie, maar de filosofie is dood, schrijft Hawking: 'De filosofie heeft de moderne ontwikkelingen van de wetenschap, in het bijzonder in de fysica, niet kunnen bijbenen. Wetenschappers zijn de fakkeldragers geworden in onze zoektocht naar kennis.’

Vooruitlopend op zijn nieuwe boek The Grand Design dat deze maand is uitgekomen, voorziet Hawking het bestaan van maximaal 10500 universums, elk met geheel eigen natuurwetten. Mind blowing stuff. 'De M-theorie’, een speciale vorm van snaartheorie, 'is de unificatietheorie die Einstein hoopte te vinden.’ En al heerst er in de wetenschappelijke wereld geenszins consensus over waar de ’M’ voor staat (wellicht 'Master’, 'Miracle’ of 'Mystery’ volgens Hawking, 'Muddy’ volgens anderen), volgens deze elf tijd-ruimte-dimensies tellende Theorie van alles is het heelal niet uniek, maar zijn er triljarden maal triljarden maal triljarden universums, voortgekomen uit het niets.

'Hun creatie’, stelt Hawking, 'vereist geen interventie van een bovennatuurlijk wezen of god. Sterker: deze veelvoudige universums vloeien natuurlijkerwijze voort uit wetten van de fysica.’ Want iedere keer als we ons bewegen in de wereld - en dat doen we constant - kiezen we voor een specifieke geschiedenis van het heelal die helemaal teruggaat tot de Big Bang. 'Wij scheppen de geschiedenis door onze observatie, meer dan dat de geschiedenis ons schept. (…) Dit “strong anthropic principle” suggereert dat het feit dat wij bestaan niet alleen grenzen stelt aan onze omgeving maar tevens aan de mogelijke vorm en inhoud van de natuurwetten zelf.’ De relatief recent ontdekte extreme fine-tuning van zoveel natuurwetten - die ook Rees op het spoor is - 'zou sommigen van ons terugbrengen naar het oude idee dat dit grootse ontwerp werk is van een grootse schepper. Maar dat is niet het antwoord van de moderne wetenschap, noch is het multiversum-idee een voorstelling die is uitgevonden om het mirakel van de fine-tuning te verklaren. Het is een consequentie van de voorwaarde van grenzeloosheid alsook van vele andere theorieën van de moderne kosmologie. (…) Omdat er wetten zijn zoals de zwaartekracht kan en zál het Universum zichzelf scheppen uit niets. Spontane creatie is de reden waarom er iets is en niet niets.’

PER E-MAIL reageert Rees kort en soeverein:
Dear Robert,
I honestly don’t have anything significant to add relating to Hawking. The book rehashes ideas (not his own) which have been better explained already in other popular books. It would not have found a publisher at all without Hawkings name on it! The 'oracular’ statements on God and on philosophy are embarrassing and it’s a pity they have had so much hype.
Best wishes,
Martin


Beeld: Rob Huibers / HH.