Boekbespreking

Op zoek naar oneindigheid: waar liggen de grenzen van dit universum?

door Maurice Schaeken
De wereld van de sub-atomaire deeltjes lijkt net een sprookjesbos. De vreemdste deeltjes zwerven er rond. Neem bijvoorbeeld het geheimzinnige neutrino: geen lading, geen massa, toch een naam. Ook de wereld van de grote lengtes kent de nodige mysteries: zwarte gaten, materie die er wel moet zijn, maar niet vindbaar. Over deze wereld van het hele kleine en het hele grote verscheen een glossy populair-wetenschappelijk boek: Het (on)begrensde universum.
De mens heeft van de evolutie een stel geëigende zintuigen meegekregen. Deze helpen hem uitstekend om zich een weg te banen door de vertrouwde wereld. Maar daarbuiten blijft het behelpen. De wetenschap liep al snel tegen deze beperkende factor aan. Zien is geloven, klonk het vroeger. En daar lag het probleem. Want er bestaat een ondergrens wat je met je ogen nog kan waarnemen. Een stuk ijzer zien, dat valt nog mee, maar de bouwstenen ervan? In dat geval moet je iets anders verzinnen.
De Griekse filosofen probeerden bijvoorbeeld te beredeneren waaruit de materie is opgebouwd. Ene Thales kwam 600 voor Christus met het concept ‘oermaterie’: de elementaire bouwsteen van alle substanties. Vanwege het belang van voldoende vocht voor de natuur nam hij aan dat alles uit water bestond. Dit concept van oermaterie werd door latere filosofen onder handen genomen en verder gekneed. Empedocles poneerde een eeuw later de stelling dat er vier basisstoffen bestonden: naast water ook nog vuur, aarde en lucht. Demokritos kwam voor het eerst met een ‘moderner’ lijkende verklaring. Hij brak met de gedachte dat alle materie continu was. Hij meende dat na een bepaald aantal delingen de materie zich niet verder liet splitsen. Deze ondeelbare en onzichtbare deeltjes noemde hij ‘atomen’, wat in het Grieks zoveel als onsnijdbaar betekende.

Klap op klap
Het gebrek aan overzicht speelde ook het onderzoek naar het hele grote, de kosmologie, parten. Met het blote oog konden alleen de helderste hemellichamen waargenomen worden. De voortschrijding van de wetenschap (telescoop, radio-astronomie) heeft de kosmologie klap op klap toegebracht. Van het oorspronkelijke denkbeeld: de aarde als middelpunt waaromheen alles draait, bleef weinig over. Eerst moest de aarde haar middelpunt van het zonnestelsel opgeven ten koste van de zon. Later bleek bovendien dat dit stelsel niet zo heel bijzonder was, maar zomaar ergens in de Melkweg rondhing. Tot overmaat van ramp bleek deze Melkweg ook maar één van de velen te zijn. De aarde degradeerde van de spil van het heelal tot een onbeduidend planeetje, op een onbeduidende plek.
Het (on)begrensde universum voert de lezer op ontdekkingstocht van vele eeuwen wetenschappers. Het boek concentreert zich daarbij op het onderzoek naar het hele kleine en het hele grote. En beschrijft aldus het aftasten en het verleggen van de grenzen van de wereld die wij kennen.

Misverstand
De stroom van nieuwe ontdekkingen die de grenzen telkens een stukje opschuiven, doet vermoeden dat ons universum onbegrensd is. Er zou steeds een kleiner deeltje gevonden kunnen worden, of steeds verder van ons verwijderde sterrenstelsels. Dit berust echter op een misverstand, laat de wereldberoemde natuurkundige Stephen Hawking in het voorwoord weten. Zowel aan de ‘onderkant’ als aan de ‘bovenkant’ staat een grote stevige muur, waar we niet overheen kunnen kijken.
De bovengrens hangt samen met de lichtsnelheid. Aangezien het heelal volgens de meeste schattingen zo ongeveer 15 miljard jaar bestaat, kunnen we geen voorwerpen zien die verder weg liggen dan 15 miljard lichtjaar (ongeveer 1,5 . 10+27m). Het licht heeft simpelweg nog niet voldoende tijd gehad om ons te bereiken. Dit wil niet zeggen dat het heelal niet groter kan zijn, maar we kunnen nu eenmaal niet verder kijken dan deze horizon.
Ook aan de onderkant bestaat een punt waar de wetenschap niet onderuit kan. Dit heeft te maken met de manier van waarnemen. Microscopen kunnen dingen zichtbaar maken die het blote oog niet kan zien. Echter, tot op zekere hoogte. Namelijk met licht kunnen we alleen dingen waarnemen die groter zijn dan de golflengte van het licht. Om nog dieper in de materie te duiken, moeten we iets met een kortere golflengte gebruiken. De Duitse natuurkundige Max Planck ontdekte dat dit dus straling met een hogere energie betekent. Vandaar de ontwikkeling van elektronenmicroscopen en cyclotrons. Er is echter één beperking. Deeltjes met een kortere golflengte als de zogenaamde Planck-lengte (order grootte: 10-34) bezitten zoveel energie dat ze een zwart gat vormen en erin vallen, meldt het boek. Er valt dus geen verdere informatie te halen.

Planck-lengte
Onderzoekers hoeven nog niet te zweten dat het eind van onderzoek in zicht is: we zijn nog zeer ver van de grenzen verwijderd. Maar het feit ligt op tafel; het heelal kan onbegrensd zijn, doch wij kunnen dat niet te weten komen. De wetenschap kan slechts onderzoek doen in het gebied tussen de ondergrens: een Planck-lengte en de bovengrens (ongeveer 1060 Plancklengtes). Vandaar de titel Het (on)begrensde universum.
De mensheid begon met haar onderzoek in haar eigen waarnemingswereld, die ongeveer in het midden tussen de boven- en ondergrens ligt. Het boek doet verslag van haar speurtocht naar het grote en het kleine. Niet alleen exotische sub-atomaire deeltjes als de quark-familie en de leptonen passeren de revue, maar ook kosmische verschijnsels als quasars en zwarte gaten.
Het boek heeft de vorm gekregen van een reeks tijdschriftartikelen. Dit maakt het, mede dankzij de prettig ogende illustraties, uitnodigend om door te lezen. De lezer die op een luchtige manier kennis wil maken met het grote en het kleine, kan in dit populair-wetenschappelijke boek terecht voor een eerste verkenning.

Het (on)begrensde universum oorspronkelijke titel: The search for infinity (1994); Gordon Fraser, Egil Lillestøl, Inge Sellevål; 144 pag, incl register; Kosmos-Z&K Uitgevers BV, Utrecht, 1995; isbn 90 215 2692 1; fl. 59,90

RAMSJ
De gouden helix

Al zolang er sprake is van levende wezens, bestaat DNA. Toch wist Francis Crick samen met James Watson de vorm van dit genetische materiaal pas in 1953 te ontrafelen: twee ineengevlochten helixen (3d-spiralen). Deze Engelsman raakte zo gefascineerd door de ingewikkelde structuur dat hij zijn huis naar dit ingewikkelde molecuul noemde: de gouden helix.
DNA is een chemische brief, waarop de genetische code van mens of dier geschreven staat. Dit zeer lange bericht maakt slechts gebruik van vier letters: de scheikundige stoffen adenine, thymine, guanine en cytosine. Op de juiste manier versleuteld kunnen deze vier tekens precies beschrijven hoe alle levende wezens eruit komen te zien.
Francis Crick schetst in zijn boek Geniaal Gekkenwerk de periode tussen begin jaren vijftig tot eind jaren zestig. Grofweg de tijd vanaf de ontdekking van de DNA-dubbelhelix tot het moment dat de mist rond de genetische code optrok. Een hectische tijd voor de moleculaire biologie. En een roerder in de soep was Crick, die daarvoor samen met collega James Watson de Nobelprijs kreeg. Echt toeval kun je de ontdekking niet noemen, maar doelgericht hebben de heren niet echt gezocht, blijkt uit het boek. ‘Jim en ik werkten officieel helemaal niet aan DNA. Ik probeerde een proefschrift te schrijven over röntgendiffractie van polypeptiden en eiwitten, terwijl Jim naar Cambridge was gekomen om te helpen bij het kristalliseren van myoglobine’. Maar eenmaal in de zelfde kamer werkend, konden ze naar hartelust filosoferen over de mysteries rond de structuur van wat dus later een dubbele helix bleek te zijn. Dat deden zij zonder al te veel hulp te krijgen van de handboeken of de bevindingen van collega-onderzoekers, wat ook duidelijk in het boek naar voren komt. ‘Omdat ik geloof dat weinig mensen zich realiseren wat een fiasco al dat theoretische werk aan de genetische code is gebleken, ben ik in hoofdzaak dieper ingegaan op de wisselvalligheden van de theoretische benadering.’
Geniaal Gekkenwerk biedt een uitgebreid verslag van Crick’s ontdekkingen. Hoewel Crick belooft van niet, behandelt hij toch heel wat theorie. De lezer krijgt namelijk een behoorlijke portie moleculaire biologie en genetica over zich heen gespoeld. Maar vooral een uitgebreid verslag hoe het er rond zo’n onderzoek aan toe gaat. Een hele rits Nobelprijswinnaars, vriendschap en vijandige reacties en de nodige hoeveelheid toevallige ontdekkingen. Crick beschrijft ook de commotie die hem overvalt als de media op zijn wetenschappelijk levensverhaal duiken. Televisieprodukties en films kwamen uit, er bestonden zelfs plannen om een musical op de planken te zetten.

Geniaal Gekkenwerk, een persoonlijke visie op wetenschappelijke ontdekkingen vertaald van : What mad pursuit. A personal view of scientific discovery. door: Francis Crick 187 pag, appendices en register uitgeverij Aramith, Bloemendaal, 1989 isbn 90 6834 053 0 de Slegte, fl. 9,95