De Nederlandse natuurkundige die op zijn 81ste de ‘Oscar van de wetenschap won’

Peter van Nieuwenhuizen (81) ontving onlangs een ‘Oscar van de wetenschap’ voor zijn theorie over superzwaartekracht. Toch is de natuurkundige in zijn geboorteland Nederland nog vrijwel onbekend. ‘Om succesvol te zijn, moet je je ziel verkopen aan de fysica.’

Op het grote scherm laat een buitenaards wezen vijf ballen zweven, terwijl een blond meisje met wijd opengesperde ogen toekijkt. ‘Wat gebeurt er’, vraagt ze zich hardop af.

37 jaar na die scène uit de sciencefictionfilm E.T. the extra-terrestrial, staat actrice Drew Barrymore, het meisje van zojuist, op een felverlicht podium. ‘Ja, inderdaad, wat gebeurt er?’, leest ze van de autocue. ‘Ik bevind me in een heuse Nasa-basis met een aantal indrukwekkende aardlingen – zowel mannelijk als vrouwelijk – die volledig in staat zouden moeten zijn om te bedenken hoe E.T. echt naar huis zou kunnen bellen.’ In de zaal klinkt hier en daar beleefd gegrinnik om de verwijzing naar het beroemdste citaat uit de film.

Welkom op het NASA Ames Research Center in Mountain View, California. Hier vindt de uitreiking plaats van de Breakthrough Prizes, die zijn gebombardeerd tot de ‘Oscars van de wetenschap’. Alles wordt in het werk gesteld om de sfeer van die iconische filmprijzen te kopiëren. Met gelikte sets, een liveuitzending op de Amerikaanse zender National Geographic én de flauwe grappen die beroemdheden met een half-onderdrukte grimas voorlezen, heeft de prijsuitreiking niet alleen de glamour gekopieerd, maar ook het gevoel van plaatsvervangende schaamte.

‘Ik moet zeggen: dit was de eerste en de laatste keer in mijn leven dat ik zoiets doe’, lacht natuurkundige Peter van Nieuwenhuizen, de man die begin november samen met twee collega’s uit handen van Barrymore de zogeheten Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics mocht ontvangen (prijzengeld: 3 miljoen dollar), een eer die eerder ging naar mensen als Stephen Hawking en de ontdekkers van het higgsdeeltje. ‘Begrijp me niet verkeerd: ik ben vereerd met de prijs en vond het een bijzondere ervaring, maar zo’n podium is niet helemaal mijn omgeving.’

U mocht twintig seconden wat zeggen op het podium, nadat u de prijs had gekregen. U koos niet voor een ellenlange lijst bedankjes…

‘Ik zei ‘science is a rock of truth in a sea of fake news.’ Daar kwam veel applaus voor. Het was ook bedoeld als politiek statement. Er zijn in het Amerika van Donald Trump steeds meer mensen die laatdunkend doen over wetenschap. Die zeggen dat wetenschappers een groep vriendjes zijn die ook maar wat verzinnen. Dat er geen absolute waarheid bestaat. Daar kan ik me zó boos over maken. Er bestaat wel degelijk een absolute waarheid.’

De carrière van Van Nieuwenhuizen staat in het teken van zijn eigen zoektocht naar die waarheid. Hij promoveerde in Nederland bij Nobelprijswinnaar Martinus Veltman en werd uiteindelijk hoogleraar aan de Amerikaanse Stony Brook University. Daar volgde hij vaklegende en Nobelprijswinnaar Chen Ning Yang op, een van de grondleggers van wat nu het standaardmodel van de deeltjesfysica heet: de theorie die alle deeltjes en hun onderlinge interacties vangt in een wiskundige formule die je kunt afdrukken op een T-Shirt of koffiemok.

In de jaren zeventig – 43 jaar geleden, om precies te zijn – lanceerde Van Nieuwenhuizen samen met collega’s een baanbrekend idee over de natuurkracht die E.T. moest overwinnen toen hij die vijf ballen liet zweven: de zwaartekracht. Terwijl de andere fundamentele natuurkrachten, van de krachten die atoomkernen bij elkaar houden tot de elektromagnetische kracht, allemaal in het standaardmodel passen, kregen fysici de zwaartekracht maar niet getemd.

Daarop bedacht Van Nieuwenhuizen, samen met de Italiaanse theoreticus Sergio Ferrara (CERN) en de Amerikaan Daniel Freedman (destijds Stony Brook, nu Massachusetts Institute of Technology), een geheel nieuwe theorie, die zij ‘supergravitatie’ doopten, superzwaartekracht. Die theorie lijmt de twee belangrijkste natuurkundetheorieën uit de vorige eeuw aan elkaar: de algemene relativiteitstheorie van Einstein, die zwaartekracht op grote schaal beschrijft als een gevolg van het buigen van ruimte en tijd, en de quantummechanica, die de wereld omschrijft op de schaal van deeltjes, de kleinste bouwstenen van alles om ons heen.

Wat voor praktische gevolgen zo’n verenigde theorie voor het dagelijks leven heeft, is koffiedik kijken. Eerdere resultaten beloven veel goeds. Zo leidden Einsteins ideeën bijvoorbeeld indirect tot de ontwikkeling van gps en is de technologie achter onze smartphones gestut met quantumfysica.

Wie relativiteit en quantum aan elkaar wil klikken, moet zwaartekracht leren begrijpen op het deeltjesniveau. De theorie van Van Nieuwenhuizen en collega’s lost dat op door naast een ‘deeltje van de zwaartekracht’ ook een zogeheten ‘spiegeldeeltje’ te introduceren. Om boekhoudkundige redenen blijkt de theorie namelijk alleen te werken wanneer van alle deeltjes ook zo’n soort spiegelvariant bestaat: een deeltje dat lijkt op de versie die we kennen, maar waarvan bepaalde fundamentele eigenschappen toch anders zijn. Het enige probleem? Die ‘superpartners’, zoals fysici ze noemen, zijn nog altijd niet gevonden.

Veel natuurkundigen dachten dat ze die deeltjes wel zouden vinden in de deeltjesversneller van CERN. Wordt u al zenuwachtig?

‘Nee. Ik denk dat je deeltjes met veel hogere snelheden – en dus hogere energie – op elkaar moet schieten om ze te kunnen vinden. In China zijn nu plannen voor een volgende generatie deeltjesversneller. Die komt al dichter in de buurt van de energie die je nodig hebt. Met wat geluk vinden we die superpartners dan wel.’

Waarom geloven zoveel natuurkundigen in een theorie die nog niet bewezen is?

‘Het standaardmodel klopt tot nu toe fantastisch. Het wordt keer op keer bewezen in experimenten. Dus iedereen wil dat de zwaartekracht ook in dat stramien past. In Stony Brook werkte ik met Chen Ning Yang. Samen met een collega bedacht hij de wiskundige regels waarop dat model gebaseerd is. Alle krachten kun je met die regels beschrijven, óók de zwaartekracht, zo hebben wij aangetoond. Als wij gelijk hebben, past alles dus naadloos in elkaar. Ik ben daarom nog altijd vol vertrouwen dat dit de juiste weg is. En niet alleen ik: de meeste natuurkundigen denken er net zo over.

‘De vraag blijft alleen: zit de natuur écht zo in elkaar? Het kan best dat je een prachtig wiskundig model opschrijft, maar dat de natuur zich er niet om bekommert. Daarom eindig ik mijn verhalen vaak met de zin: let us hope that nature is aware of our efforts. Dat zei ik ook weer toen ik de Breakthrough in ontvangst nam.’

Van Nieuwenhuizen herinnert zich het werk aan supergravitatie als de mooiste tijd van zijn leven. ‘We deden dit met een kleine groep van hooguit dertig mensen. We waren allemaal jong en lieten ons niet tegengehouden door oude rotten die aan ons twijfelden. In de jaren twintig van de vorige eeuw, toen jonge wetenschappers de quantummechanica optekenden, noemde de oudere garde dat geringschattend knabenphysik, jongensfysica. Wij deden ook aan knabenphysik.’

Ruim veertig jaar later staan op het podium in Mountain View drie grijze mannen. ‘Ik keek om me heen. Zag mijn vriend Dan Freedman. Hij zag er oud uit, breekbaar. Ook Ferrara was veel ouder geworden. Ikzelf natuurlijk ook! Dat drukte me wel met de neus op de feiten. Dat het leven eindig is, dat onze jeugd achter ons ligt. Maar het voerde me ook terug naar hoe het was toen we, in de kracht van ons leven, onze ideeën ontwikkelden. Het was een tijd van diepe vriendschap. Maar ook van hard werken. Als je iets ontdekt dat echt uniek is, dan kun je niet ophouden. Je concurrenten willen je continu inhalen en dus kun je geen moment ontspannen. Dan gaan ze je voorbij. Als je dat lang genoeg volhoudt, sla je je slag. Ik vond dat een heerlijk leven. Niet veel mensen krijgen de kans om zoiets mee te maken. Het gebeurt maar één keer.’

Volgt bij de ontwikkeling van zo’n theorie ook een soort eurekamoment, een plotseling inzicht?

‘Bij ons was dat de laatste beslissende berekening. Het was erop of eronder. Het was een berekening met tweeduizend stappen. Uit al die stappen moest nul komen. Als dat zo was, dan wisten we dat de theorie zoals we die voor ogen hadden in elk geval op papier bestond.

‘Freedman was op een conferentie toen ik, midden in de nacht, de uitkomsten van de computer op Stony Brook zag binnenkomen. Zeventienhonderd, achttienhonderd, negentienhonderd nullen. De spanning was enorm. En toen, uiteindelijk, die verlossende tweeduizendste nul. De theorie die we bedacht hadden klopte. Ik belde direct naar het hotel in Chicago waar Freedman verbleef. Vroeg of ze hem konden bereiken. Het was een uur of 3 ’s nachts. Ik zei: Dan, het werkt! En hij zei: O, dat is geweldig. Toen gaapte hij en ging weer slapen.’

Jullie hebben de volgende ochtend vast een feestje gevierd?

‘Nee. Het gekke was: ik was doodmoe. We hadden zo vreselijk hard gewerkt. Maandenlang, ook alle weekenden. En toen het klaar was, was ik een beetje down. Ik zat er compleet doorheen. De dagen daarna begon ik pas door te krijgen dat we toch wel iets heel belangrijks hadden gepresteerd.’

U gaat altijd enorm op in uw vak. Van uw dochter begreep ik dat u, ook tijdens gesprekken met haar, nog rustig in uw notitieboekje formules zat uit te werken...

‘Klopt. Het is onmogelijk om bezig te zijn met ingewikkelde en fascinerende problemen en dan om 5 uur te zeggen: oh, het is tijd, ik ga naar huis! En dan ook het knopje helemaal om te zetten. Als fysicus kies je voor een eenzijdig leven. Je moet je totaal aan deze hobby wijden.’

Ging dat ten koste van uw gezin?

‘In de drukste jaren van mijn loopbaan heb ik niet veel tijd aan mijn kinderen besteed. Toch heb ik daar geen spijt van. Ik heb nu een goede relatie met ze. Maar zonder mijn vrouw was het niet gelukt. Zij heeft destijds alles opgeknapt.

‘Zij is overigens ook fysicus. Is ook gepromoveerd. Wat dat betreft stonden we op gelijke voet. Ik had natuurlijk kunnen stoppen met werken, maar die keus wordt ook gedreven door je persoonlijkheid. Ik voelde heel sterk die drive om me in het werk te storten. Uiteindelijk is het volgens mij inderdaad zo dat je dit werk niet vrijblijvend kunt doen. Je moet je ziel aan de fysica verkopen.’

Nadat Van Nieuwenhuizen en collega’s hun nieuwe theorie wereldkundig hadden gemaakt, duurde het even voordat supergravitatie door de natuurkundegemeenschap werd omarmd. Van Nieuwenhuizen herinnert zich een conferentie waar de theoretisch natuurkundige Paul Dirac, Nobelprijswinnaar en grondlegger van de quantummechanica, luisterde naar zijn voordracht. Na afloop volgde een staaltje jargonrijk intellectueel armpjedrukken zoals je dat eigenlijk alleen tegenkomt bij natuurkundigen onder elkaar. ‘Dirac vroeg: hoeveel anticommuterende variabelen heeft uw theorie?’, zegt Van Nieuwenhuizen. ‘Ik werkte met de wiskunde van spinoren – vierdimensionale dingen – dus ik zei: oneindig tot de vierde macht. Hij antwoordde alleen: dat is een groot getal. Verder zei hij niets.’

Zijn voormalig promotor Veltman gelooft zelfs nog steeds niets van de theorie. ‘Hij ziet het echt als een hersenspinsel, zoals hij het noemt. Iets dat alleen bestaat in ons hoofd, maar geen werkelijkheidswaarde heeft.’

Andere vooraanstaande natuurkundigen waren snel overtuigd, of gingen om na een moment van twijfel. ‘Het mooiste voorbeeld vind ik Sidney Coleman, destijds hoogleraar aan Harvard. Hij schreef in een brief: ‘Ik ben niet geïnteresseerd in zwaartekracht, en ik ben super-niet geïnteresseerd in superzwaartekracht.’ Later ging hij om en heeft hij nog veel vakartikelen over de gravitatietheorie gepubliceerd.’

Tegenwoordig werken volgens Van Nieuwenhuizen wereldwijd ruim duizend natuurkundigen aan supergravitatie en zijn al meer dan 15 duizend vakartikelen over de theorie geschreven. ‘Ik heb persoonlijk in de loop der jaren aan deze theorie gewerkt met 120 natuurkundigen. Supergravitatie valt simpelweg niet meer weg te denken uit de theoretische natuurkunde.’

U bent 81. De kans is groot dat u het volgende hoogtepunt, de experimentele bevestiging van uw theorie, niet meer zult meemaken. Vreet dat aan u?

‘Nee, ik vind het niet moeilijk om daarmee om te gaan. Ik ben het gelukkigst wanneer ik, van dag tot dag, kleine probleempjes kan oplossen en gevorderde colleges aan geïnteresseerde studenten kan geven. Daar kan ik helemaal in opgaan. Toch staat de vondst van een van de voorspelde spiegeldeeltjes wel boven aan mijn verlanglijstje. Ik zou er zelfs de Breakthrough Prize voor teruggeven.’