Glijdt extreme fysica af naar fantasiewereld?

Sir Roger Penrose (85) maakte samen met Stephen Hawking naam met theorieën over de oerknal en andere extreme fysica. Zijn vak dreigt af te glijden naar een fantasiewereld, vindt hij nu.

Sir Roger Penrose. Beeld Sanne de Wilde

Waarom hij in de natuurkunde altijd een beetje een buitenstaander is geweest? Goeie vraag, vindt Sir Roger Penrose terwijl hij ('Skype is niet mijn sterkste punt') hardnekkig tegen de verkeerde van zijn twee monitors blijft praten. In zijn werkkamer in Oxford staan op de achtergrond de koffers al klaar voor de Amerikaanse promotietour voor zijn nieuwe boek Fashion, Faith, and Fantasy (in the New Physics of the Universe). Een pil van een boek, dichtgedrukt met formules en diagrammen, zoals in al zijn boeken vaak door de auteur zelf getekend.

Geen lichte kost, zegt hij er zelf meteen maar bij. 'Misschien meer voor aan een leeg bureau, met een sterke lamp erboven, dan voor op de bank. Maar wel de dingen die nog eens over de huidige fysica gezegd moesten worden', zegt de nu 85-jarige theoretisch natuurkundige. Hij heeft tot zijn taxi komt, waarschuwt hij.

(Tekst gaat verder onder foto).

Stephen Hawking. Beeld anp

Roger Penrose (Colchester, 1931) is een begrip in de theoretische natuurkunde. In de jaren zestig en zeventig maakte hij, begonnen als een mathematisch wonderkind, in Oxford naam met wiskundige theorieën over de extremen van Einsteins zwaartekracht. Samen met de latere natuurkundelegende in de rolstoel Stephen Hawking (toen nog redelijk ter been) bewees hij dat bij de oerknal, het eerste moment van het universum, een vorm van wiskundige kortsluiting onvermijdelijk is als de relativiteitstheorie klopt: een moment waarop natuurkundige grootheden oneindig worden en de formules geen betekenis meer hebben. In opgebrande sterren die onder hun eigen massa bezwijken ontstaan ook zulke zogeheten singulariteiten: zwarte gaten. Letterlijk gaten in ruimte en tijd, waar niet alleen geen licht uit kan ontsnappen maar waarbinnen ook alle theorie faalt.

Een halve eeuw later klinken begrippen als oerknal, zwart gat en singulariteit misschien vertrouwd, maar Penrose verzekert dat kosmologen en andere fysici er nog steeds heftig mee worstelen. 'Misschien ben ik iets te bruusk als ik zeg dat veel van de moderne theorieën modieus, goedgelovig en fantastisch zijn, maar zo is het wel. Natuurkunde is mensenwerk, we vergissen ons, maken fouten, beelden ons samen dingen in, staren ons blind.'

Hij waarschuwde er in 2003 al voor in een reeks lezingen op Princeton onder dezelfde titel als zijn nieuwe boek draagt. 'Maar ik denk eerlijk gezegd dat we sindsdien des te meer de weg zijn kwijtgeraakt', zegt hij met een minzame glimlach, inmiddels wél in de webcam van de goeie monitor. 'Ah, kijk. Daar bent u.'

Nog even die vraag over de eeuwige buitenstaander Roger Penrose. U houdt van provocatie.

'Het is niet zozeer provoceren, ik kan gewoon niet anders dan vaststellen dat sommige hedendaagse inzichten onlogisch zijn. Kijk, dat veel natuurkunde intuïtief nauwelijks te bevatten is, dat is niet erg. Zo zit het universum kennelijk in elkaar. Maar als het ene deel van de theorie zegt dat iets groter wordt en het andere deel dat het kleiner wordt, is er sprake van onlogica. Dat moet ons diepe zorgen baren, want onlogica is een doodzonde.'

U hebt het over modes, goedgelovigheid, fantasie. Geef eens een voorbeeld.

'Er is een grote discussie gaande, al jaren, over de vraag of informatie in een zwart gat verdwijnt of niet. Volgens de Algemene Relativiteit is zo'n verdwijntruc mogelijk, maar volgens de diepste behoudswetten mag informatie niet wegraken. Dus is er een school die denkt dat er een vuurmuur, een firewall, om een zwart gat zal optreden, die voorkomt dat informatie het zwarte gat echt bereikt, door het op te stoken.'

(Tekst gaat verder onder foto).

Artist impression van een zwart gat. Beeld anp

Slim, wat is daar tegen?

'Daar is tegen dat er nul aanwijzingen zijn dat echte zwarte gaten door een firewall worden omgeven. We zien het nergens. Ik denk dat de firewall een uitvlucht is die kant noch wal raakt.'

Laten we het rijtje van Fashion, Faith, and Fantasy eens afgaan. Om te beginnen de mode. Net als veel anderen maakt u zich zorgen dat snaartheorie, die alle deeltjes en krachten om ons heen voorstelt als trillingen van veeldimensionale snaartjes, een modieuze elegante wiskunde is, in plaats van een theorie over de echte natuur.

'De aansluiting van de theorie op de werkelijkheid is een probleem. Die is er niet. Maar dat is niet mijn grootste probleem met snaartheorie. Dat zijn de extra dimensies, volgens de meeste versies zes. Die zijn nodig om de theorie aan de praat te krijgen. Daarna worden ze weggeredeneerd door te zeggen: in de echte wereld zijn ze te klein om te zien. Ik denk dat je je een reuzenprobleem op de hals haalt met die extra dimensies. Daardoor ontstaat zoveel vrijheid, zoveel ruimte waar dingen kunnen gebeuren, dat je theorie eronder zal bezwijken.'

De Escher-connectie

In zijn jonge jaren maakte Roger Penrose samen met zijn vader naam als recreatieve wiskundige met soms opzienbarende resultaten. Zo ontwierp hij een tegelpatroon met een vijfvoudige symmetrie, waar wiskundigen al eeuwen naar hadden gezocht. In 1958 tekende hij hoe een trap tegelijk omhoog en omlaag kan lopen. Dat idee vormde twee jaar later de basis voor de wereldberoemde prent Klimmen en Dalen van de Nederlandse graficus M.C. Escher.

U hebt een alternatief, al heel lang, de zogeheten spinortheorie, gewoon in vier dimensies, die dat soort problemen niet zou hebben. Er is zelfs een schare aanhangers.

'Maar daar zie je precies de effecten van wat in de mode is of niet. Jonge wetenschappers kiezen voor wat gangbaar is en dat is snaartheorie. Ik heb eindeloos met mijn ideëen geleurd en nu lijken ze een beetje aan te slaan.'

Dan het Faith uit de titel. U gebruikt vertrouwen alsof het een vies woord is. Maar ook als wetenschapper moet je toch ergens op vertrouwen. Op Newton, op Einstein, op iets. Was is eigenlijk het probleem?

'Heel concreet is de quantumtheorie het probleem. Die geeft een fantastische beschrijving van de deeltjeswereld, echt ongekend goed. Maar dat heeft geleid tot een geweldige gedachtensprong waardoor de meeste mensen denken dat quantumtheorie ook voor grote alledaagse objecten opgaat. Maar biljartballen zijn niet op twee plaatsen tegelijk, zoals elektronen kunnen zijn. Ik denk dat er een fundamentele grens zit aan de wereld van het quantum. Sterker, samen met onder meer jullie Dirk Bouwmeester in Leiden denken we dat te kunnen meten. Niet met biljartballen, maar wel met nanospiegeltjes en licht.'

U zat, schrijft u in uw boek, begin jaren vijftig als jonge wiskundestudent bij de befaamde Paul Dirac in de collegebanken en begreep niet waarom hij net zo over een krijtje praatte als over een elektron.

'Hij mompelde iets over energie, maar eerlijk gezegd heb ik nog steeds spijt dat ik het hem toen niet gevraagd heb: waarom kunnen er niet twee werelden zijn, de grote en de kleine. Wie weet had dat de geschiedenis een andere loop gegeven.'

Sir Roger Penrose. Beeld Sanne de Wilde

Wat zou er erg aan zijn als zowel grote als kleine objecten de wetten van de quantumtheorie gehoorzamen?

'Niets. Het punt is dat het een veronderstelling is, die in feite niet op feiten is gebaseerd. We weten niet of de quantumtheorie overal geldt. Dat is vooral een punt als je een theorie voor zwaartekracht en deeltjes zoekt. De beroemde snaartheorie doet dat, maar is eigenlijk een quantumtheorie waar Einsteins relativiteit zich in moet schikken. Ik denk dat de oplossing eerder in het midden lig: een beetje quantum en een beetje Einstein.'

En dan de fantasie. Daar komt u op uw oude terrein van de kosmologie, van de oerknal en de uitdijing van het heelal.

'Ik sta soms te kijken van de stelligheid waarmee kosmologen zeggen te weten hoe alles is gegaan, van de oerknal zelf tot de evolutie van het universum. Er wordt gewezen naar de kosmische achtergrondstraling, naar de verdeling ervan, naar schommelingen in het energiespectrum. Het meeste daarvan, is het verhaal, begrijpen we. En wat we niet begrijpen: bijvoorbeeld de onwaarschijnlijk gelijkmatige verdeling over de hemel, verklaren we met kosmische inflatie.'

Sir Roger Penrose. Beeld Sanne de Wilde

Het extreme overkoken in een vroeg stadium van het jonge heelal, waardoor ruimte en tijd extreem werden opgeblazen en gladgetrokken.

'Het wordt voorgesteld als een oplossing voor alle problemen, maar ik kom op hooguit een paar procent inbreng van inflatie. Terwijl het een onbekend mechanisme aanroept. Niemand weet wat inflatie is of wat het veroorzaakt. Of waarom het ergens weer ophoudt. Inflatie is fantasie, fictie.'

Je kunt het ook zien als een hypothese.

'Ik heb een heel andere ervaring als ik er bijvoorbeeld met Andrei Linde over probeer te praten, een van de grondleggers van de inflatietheorie. Hij weet zeker dat het zo is gegaan, eist het haast van de metingen. Met als gevolg dat hij zich in 2014 al champagne proostend liet filmen om de BICEP-waarnemingen die inflatie leken aan te tonen. Intussen bleek het BICEP-team stof aan te zien voor achtergrondstraling. Heel pijnlijk allemaal.'

De laatste tien jaar hebt u een theorie die met alle respect niet minder fantastisch klinkt: het heelal als geheel doorloopt een eindeloze reeks hergeboorten. Cosmic cycles noemt u het?

'De periode voor de oerknal vertoont naar mijn idee theoretisch geweldige gelijkenis met de periode lang na de oerknal. De oerknal is dan geen begin, maar een heftige fase in het bestaan van het heelal.'

En dat is geen fantasie?

'Om twee redenen niet. Ten eerste omdat het een paar problemen van de kosmologie wel oplost die de standaard big bang theorie laat liggen. En omdat er ook astronomische aanwijzingen te vinden zullen zijn. Ik voorspel een reeks concentrische ringen in de achtergrondstraling aan de hemel, mits je die op de juist manier afbeeldt.'

Mooi idee, een soort teken van boven.

'Zoiets ja, maar weer geldt: eigenlijk wil niemand in alle prachtige meetgegevens serieus op zoek naar zulke cirkels. Het is soms een beetje om moedeloos van te worden. Ik besef dat ze me vooral zien als die oude man die zo tegenstribbelt. Maar dat is het niet. Iemand moet de vragen stellen die niemand stelt. Dus dan ik maar.'

Een beetje de rol van een Albert Einst...

...

De taxichauffeur belt aan. Hij moet weg. De natuurkunde weer wat bij zinnen brengen.

Bye now.

Eh, bye.

Disconnected, gloeit het lichtblauwe scherm nog uren daarna.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.