Nederlands Gesprek Centrum

Wetenschap en verbeelding

Door prof.dr. Robbert Dijkgraaf
Lezing ter gelegenheid van curatoriumvergadering
5 juni 2008


Prof. dr. Robbert Dijkgraaf richt graag de aandacht op het thema ‘verbeeldingskracht’ binnen de wetenschap. Doordat de eerste nobelprijswinnende chemicus J.H. van ’t Hoff (1852-1911) scheikundige verbindingen op papiertjes tekende, die als vlakken aaneen lijmde tot kubusjes of andere vormen, kwam het thema ‘verbeeldingskracht’ in wetenschappelijke discussies aan de orde.

Door het knutselen met papier bracht Van ’t Hoff ineens drie dimensies aan in het denken over elementaire deeltjes, waar voorheen tweedimensioneel werd gedacht. Een stap als deze is cruciaal in de ontwikkeling van wetenschap, aldus Dijkgraaf.

Het vastzitten in een (wetenschappelijk) denkpatroon wordt mooi geïllustreerd door de bekende ‘Gestaltswitch’ in het plaatje van de oude vrouw en het jonge meisje. Het is fysiek onmogelijk om beide beelden tegelijk waar te nemen. Zie je het een, dan moet je switchen om het andere te kunnen ontwaren. Frappant genoeg is dit een verschijnsel dat we ook in de quantummechanica tegen komen. Een week nadat Heisenberg zijn beroemde onderzekerheidsprincipe publiceerde, schreef Wolfgang Heisi hem adrem:
“Als ik mijn linkeroog opendoe, zie ik een golf.
Als ik mijn rechteroog opendoe, zie ik een deeltje.
Maar als ik met beide kijk, word ik gek.”

In de wetenschap is het belangrijk om flexibel te zijn om doorbraken in de kennis mogelijk te maken. Het vastzitten in een perspectief kan alleen tot uitdiepen van deze kennis leiden. Het weerhoudt je er echter van om dát te zien wat voor je neus ligt, maar dat je niet ziet omdat het niet binnen je systeem past. Zo reageerde Einstein bij zijn presentatie van de relativiteitstheorie op de vraag “Maar op welke mechanica is jouw theorie gebaseerd?”, met het antwoord: “Op géén mechanica.” Dit simpele geval van ‘je moet er maar op komen’ geeft blijk van het denken vanuit een nieuwe dimensie, en dat is precies wat wetenschap vooruit helpt.

Dijkgraaf vermoedt dat dit soort flexibiliteit vooral in jonge wetenschappers nog aanwezig is, maar dat het zaak is om veelbelovende academici enerzijds te laten specialiseren en anderzijds de afstand of de rust te gunnen vanwaaruit iemand tot nieuwe inzichten kan komen. Opvallend is dat er op de kunstacademie alle ruimte is om de leerlingen genoeg ruimte te geven zodat creativiteit mogelijk wordt. In de wetenschappelijke wereld is dit net zo belangrijk, alleen zijn universiteiten hier niet op ingericht.

Wetenschap is te vergelijken met het lopen door een landschap. De 1st Duke of Wellington speelde tijdens bergwandelingen met zijn gezelschap graag het spelletje: “omschrijf het landschap achter de volgende heuvel”. In dit spel word je aangesproken op je verbeeldingsvermogen. In de wetenschap is het landschap achter de volgende heuvel duidelijk ook nog een mysterie. Hier op voortbordurend is er een nog sterkere metafoor voor wetenschap. Men zoekt in de wetenschap naar dé beschrijving van de werkelijkheid, die alles verklaart. In het berglandschap is de wandelaar op zoek naar ‘het laagste punt’. Het kan heel goed zijn, dat de wandelaar in zijn vallei het idee heeft behoorlijk laag te zitten: immers, overal waar hij kijkt ziet hij bergen oprijzen. Toch is het mogelijk, dat als hij de moeite neemt om over de top te gaan, hij dan een punt kan zien dat nog lager is. Door te blijven waar we zijn, hebben we geen zicht op mogelijke lagere punten.

Maar hiervoor moet je wel bijna het onmogelijke kunnen denken: over de hoogste top kunnen gaan of op een geniale manier dwars door de berg heen. Toch zijn er in het verleden grote stappen gemaakt. Dijkgraaf noemt het geval van een gevonden kleitablet van miljoenen jaren oud. Hierop is te zien dat het getal 343.768.681 is afgebeeld. Miljoenen jaren geleden werd er niet in zoveel getallen gedacht, neemt men aan. Toch was er blijkbaar iemand die zich dit getal probeerde voor te stellen. Hij heeft het in elk geval ‘verbeeld’. Gezien de grootte van het getal, en gegeven het feit dat de wereld in onze ogen toen niet zo complex was dat er zulke getallen speelden,  moet degene die dit getal heeft afgebeeld enorm ‘out of the box’ hebben gedacht.

Het laagste punt, of de felbegeerde alomvattende theorie, draagt een bepaalde schoonheidsverwachting met zich mee. Men verwacht een bepaalde eenvoud. Men verwacht niet een theorie die bijeengehouden wordt door hulpstukken, want dat zou lelijk zijn. Maar schoonheid hoeft niet de vorm te hebben, zoals we die in de fysieke natuur of de wiskunde waarderen. Johannes Kepler ging de mist in met zijn theorie over de Harmonie der Sferen, doordat hij veronderstelde dat de natuur volgens perfecte (cq. ‘ronde’) banen gestroomlijnd zou moeten zijn. Schoonheid lijkt veeleer te zitten in de regels van de complexe wereld, die namelijk onveranderlijk zijn. De schoonheid van een theorie is vervat in de efficiëntie van de beschrijving, in de draagkracht en in de orde.

De schoonheid moet simpel zijn, maar niet te simpel. Een schilderij met de vlakken als op een schaakbord is ordelijk en saai, maar wanneer een paar vlakjes worden weggehaald is het beeld ineens interessant. De ruis op een tv is chaotisch en lelijk. Schoonheid zit in een gebalanceerde combinatie tussen eenvoud en chaos, met een bepaalde zeggingskracht. Dit geldt ook voor de schoonheid van theorieën die we zoeken.

Zo kan uit de complexe (lelijke) wereld of ‘garbage’, ‘beauty’ gedestilleerd worden: een formule. Ook bestaat de wereld uit de garbage die door de schone eenvoud van moleculen gevormd is. Water is een rommelige troep, vergeleken bij ‘H2O’. Wonderbaarlijk genoeg komt in de chaos van het water ook weer regelmaat voor: golven vormen zich volgens een wiskundige wetmatigheid. Op verschillende niveaus wisselen garbage en beauty elkaar dus af. Ook al denkt men vaak van de bètawetenschap dat ze zich enkel bezig houdt met de reductie van garbage tot schoonheid, toch richt deze wetenschap zich juist op de communicatie tussen de verschillende niveaus van chaos en orde. En zelfs in beide richtingen: emergentie en reductie. Henri Poincaré (1854-1912) beschreef dit opmerkelijke punt: “De wetmatigheden in ons zonnestelsel zijn chaotisch.” Door kleine veranderingen ontstaan op andere niveaus grote effecten (denk aan het ‘butterfly-effect’), door de communicatie van de verschillende niveaus.

Er zijn verschillende niveaus en ook talen om de wereld te bekijken en te beschrijven. Ook binnen de wetenschap gaat dit op. Alle verschillende perspectieven, gaan over hetzelfde, maar lijken een totaal ander verhaal. Zo zijn ook alle pagina’s in een atlas een weergave van een perspectief op de aarde. Ook al is voor het communiceren tussen verschillende takken een vertaalslag nodig, het loont de moeite voor de wetenschap om interdisciplinair aan de gang te gaan. Structuren van de wereld komen immers ook over de grens van het wetenschapsgebied voor. Trekken van elkaar overnemen is daarom een vruchtbaar verschijnsel.

Naast interdisciplinariteit ligt het succes van de wetenschap volgens Dijkgraaf dus bij jonge of frisse onderzoekers, die ‘out of the box’ kunnen denken. Als begeleider van verschillende jonge wetenschappers en als KNAW-president, hoopt hij dat we gunstigere omstandigheden kunnen creëren voor de moderne ‘geïsoleerde gek’, die met de oplossing van vraagstukken zal komen. Misschien lopen we wel dingen mis, door alle druk die er tegenwoordig staat op prestaties tijdens een academische loopbaan. Vroeger was het nog wel eens mogelijk om je met een beurs tien jaar lang rustig terug te trekken om een laboratorium op te bouwen of de wetenschap eens goed te laten bezinken. Nu is de wetenschap in de maatschappij anders georganiseerd.

De kracht zit in het eerst onderdompelen in kennis, en het vervolgens loslaten daarvan. En verbeeldingskracht zou vervolgens wel eens het doorslaggevende element kunnen zijn om tot een nieuw perspectief te komen.

 

Tekst: Sabine Wassenberg