Paradise by the dashboard light

Onze grootste maatschappelijke verworvenheid is de parlementaire democratie. In die democratie spelen kiezers en gekozenen een essentiële rol. Politicus is een belangrijk vak.

Ik herinner me een interview, op televisie, met Jan Terlouw. Als ik me goed herinner werd het interview afgenomen door Mies Bouwman. Als mijn geheugen me niet bedriegt vond de uitzending plaats in (de vroege) jaren ’70 van de vorige eeuw. Jan Terlouw was een politicus in opkomst met landelijke bekendheid. Hij was gepromoveerd natuurkundige toen hij de politiek in ging. Tijdens het interview werd hem de vraag gesteld wat het grootste verschil tussen zijn werk als politicus en zijn werk als natuurkundige was. Als je als natuurkundige een voordracht gaf, zei Terlouw, dan was je weken met de voorbereiding bezig. Alles wat je zei moest goed gefundeerd zijn en het oordeel van een kritisch publiek van collega-wetenschappers kunnen doorstaan. Als je als politicus een voordracht gaf dan begon je daar eens over na te denken in de auto op weg er naartoe.

Ik zag deze tv-uitzending als jong natuurkundige, op weg om onderzoeker te worden. Ik was verbijsterd en vroeg me af of ik de politiek nog wel serieus kon nemen.

We zijn bijna 40 jaar verder. Politicus is een belangrijk vak. Zonder goede politici geen goed functionerende samenleving. Maar zonder wetenschappers ook niet! Klimaat, energie, voedsel, gezondheid: allemaal maatschappelijke, dus politieke, én wetenschappelijke thema’s. En hiermee samenhangend: economische (dus ook politieke) thema’s waar bovendien het bedrijfsleven belang bij heeft.

Alles wat er nodig is om van deze thema’s kansen te maken voor de Nederlandse samenleving en de Nederlandse economie is een constructieve dialoog tussen politiek, bedrijfsleven en wetenschap. Een dialoog waarin de partijen elkaar als partners zien. Een dialoog gebaseerd op respect en vertrouwen.

Discussies over de wetenschapsagenda worden momenteel in Nederland sterk bepaald door het topsectorenbeleid van het kabinet, ingegeven door VNO/NCW. Water, Energie, Levenswetenschappen, Chemie, High Tech systemen en materialen, Creatieve Industrie, Logistiek, Voedsel, Tuinbouw. Stuk voor stuk gebieden die drijven op kennis uit wetenschappelijk onderzoek en die voor toekomstige doorbraken en innovatie van meer onderzoek afhankelijk zullen zijn. Welk onderzoek? Bij de beantwoording van die vraag begint de spraakverwarring. Bij de beantwoording van die vraag moet het geluid van onze actieve wetenschappers sterk doorklinken en gehoord worden.

Krijgt een plantenwetenschapper het vertrouwen als hij/zij zegt onderzoek te willen doen aan de nog niet begrepen werking van bepaalde genen van bepaalde planten? Of moet deze wetenschapper de opdracht krijgen op zoek te gaan naar een dikkere, rodere, gezondere tomaat?

Het principiële antwoord, ja op de eerste en nee op de tweede vraag bijvoorbeeld, daar gaat het om. De ‘topteams’ die de bovengenoemde ‘topsectoren’ van een agenda moeten voorzien staan dus voor een eenvoudige taak. Eenvoudig? De ‘topteams’ worden aangevoerd door ‘captains’ die hun gewicht ontlenen aan succes in het bedrijfsleven en mede bevolkt door wetenschappers die hun gezag ontlenen aan succes in de wetenschap. Als de ‘captains’ echte klasse hebben laten ze zich er door de wetenschappers van overtuigen dat het antwoord op de eerste vraag ja moet zijn: ja voor vrij onderzoek dat per definitie de grenzen van wat we weten en kunnen opzoekt, en daarmee is impliciet het antwoord op de tweede vraag (nut) ook ja. Heren ‘captains’: dat is een win-win situatie!

Wat het advies van de ‘topteams’ ook zal zijn: onze politici nemen de beslissing. Als ik voor mijn geestesoog Jan Terlouw in de auto zie stappen om een voordracht te gaan geven over het topsectorenbeleid dan ben ik er gerust op: hij herinnert zich hoe afgewogen en doordacht het advies van de wetenschappers is en besluit in de auto hun advies zwaar te laten wegen. Maar vandaag is het belangrijker dat Maxime Verhagen en Halbe Zijlstra in hun auto tot het goede inzicht komen. Hoe meer ik er over nadenk, hoe zekerder ik ervan ben: ook zij zien het licht.

Jos Engelen

Zoals het klokje thuis tikt...

Bewegende klokken lopen langzamer dan klokken in rust. In het dagelijkse leven is dit echter geen excuus om te laat te komen op een afspraak. De mate waarin een bewegende klok (het horloge van degene die zich naar een afspraak spoedt) achter blijft is bij benadering een fractie 0.5 v²/c²: een half maal de snelheid van de bewegende klok in het kwadraat (kwadrateren is met zichzelf vermenigvuldigen) gedeeld door de lichtsnelheid in het kwadraat. Die kunnen we meten en is 300.000 km/sec, zo’n miljard kilometer per uur dus. Twee uur in de trein met honderd kilometer per uur en Uw horloge blijft minder dan het honderdduizendste deel van het miljardste deel (10^-14) van een uur achter. Inderdaad geen excuus om te laat te komen! Bovenstaande is een academische oefening dus. Of niet? Nee!

De relativiteitstheorie, want daar hebben we het hier over, is als ‘academische oefening’ één van de meest fantastische, uitdagende, knappe constructen van het menselijke intellect. Heel elegant, bedrieglijk eenvoudig. Einstein. Deze theorie verenigt de begrippen ‘versnelling’ en ‘zwaartekracht’. Zo wordt duidelijk dat de snelheid waarmee klokken lopen beïnvloed wordt door het zwaartekrachtsveld. Hoe sterker het veld, des te langzamer loopt de klok. Een klok op het dressoir loopt langzamer dan een wandklok aan de muur. Ook hier zijn de effecten klein, de klok op het dressoir blijft een fractie 2 10^-16 achter in vergelijking met een klok twee meter hoger (twee procent van de fractie in het voorbeeld van de treinreiziger hierboven). Onmeetbaar? Nee! Al in 1960 werd experimenteel aangetoond dat de frequentie van kortgolvig licht (Röntgenstraling) dat vanuit een bron 20 meter omhoog geschoten wordt bij detectie (op 20 meter hoogte dus) iets lager is dan bij de bron. Bij de detector (hoger, dus in een iets minder sterk zwaartekrachtsveld) duurt een seconde dus korter dan bij de bron. Het gaat om een fractie 2 10^-15, heel klein maar meetbaar (al in 1960) dank zij de ingeniositeit van de natuurkundigen die het experiment deden (Pound en Rebka).

De theorie, het experiment, allebei grensverleggend, meer is er niet nodig voor excellente wetenschap. Die rechtvaardigt zichzelf. Zelfs als er geen ‘nuttige’ toepassing van te verzinnen zou zijn... Maar ook in dit geval is die er wel! Het Global Positioning System (Uw TomTom) kan alleen maar werken door bovengenoemde effecten van de zwaartekracht op de tijd in rekening te brengen. De signalen die ons GPS systeem ontvangt van de navigatiesatellieten op 20.000 km hoogte zijn alleen bruikbaar voor precieze positiebepaling als we de tijd waarop deze signalen werden uitgezonden precies kunnen vergelijken met de tijd waarop we ze ontvangen: alleen zo krijgen we precieze informatie over de afstand waarop we ons t.o.v. de diverse satellieten bevinden en alleen zo kan ons GPS systeem uitrekenen waar we zijn. Alle klokken moeten dus synchroon lopen. Maar als we de kokken op aarde synchroniseren, zullen de klokken die gelanceerd worden straks, op grote hoogte, sneller lopen. En wel met een fractie iets groter dan één miljardste. Dat zijn duizenden miljardste seconden (nanoseconden) per dag. De radiosignalen van het GPS reizen met de snelheid van het licht. Eén nanoseconde komt overeen met 30 centimeter. Duizenden nanoseconden ‘mis’ betekent dus honderden meters en al gauw kilometers. Weg GPS. Met de relativiteitstheorie bij de hand worden de satellietklokken daarom op aarde precies zó gedesynchroniseerd dat ze, eenmaal in de ruimte, precies synchroon lopen met de klokken hier beneden. En dat werkt! En het is allemaal begonnen met puur academische bespiegelingen. Voor mij meer dan genoeg, voor wie(ntjes) meer wil: dat is er ook!

Jos Engelen

Neutrino's over de snelweg

Neutrino’s over de snelweg

Neutrino’s zijn intrigerende deeltjes. Ze zijn bijna niet te vangen. Tientallen miljarden passeren ons elke seconde door iedere vierkante centimeter op aarde. Ze vliegen dwars door ons heen. De zon zendt ze uit. Het heelal moet gevuld zijn met neutrino’s die binnen een paar seconden na de oerknal vrijkwamen. Ze inspireerden John Updike tot het schitterende gedicht ‘Cosmic Gall’.

Neutrino’s zijn ingepast in het Standaard Model van elementaire deeltjes en hun wisselwerkingen. Maar ze zijn vervolgens aan het keurslijf van het Standaard Model ontsnapt. Ook in dit opzicht zijn ze, vooralsnog, niet te vangen. Net als de andere ‘bouwstenen’ van het Standaard Model, zoals bijvoorbeeld het elektron of de quarks waaruit het proton bestaat, komen neutrino’s voor in drie ‘families’. Die families zijn strikt gescheiden. Het blijkt echter, dat een neutrino dat tot een bepaalde familie behoort spontaan kan overstappen naar een andere familie. En vice versa. Dit verschijnsel staat bekend onder de naam neutrino-oscillaties en is experimenteel waargenomen. Onafhankelijk van het hieraan ten grondslag liggende mechanisme, dat onbekend is, kunnen we dit verschijnsel beschrijven. We nemen aan dat echte (‘fysische’) neutrino’s mengsels zijn van de ideale (tot een familie behorende) neutrino’s. Deze beschrijving is alleen mogelijk door gebruik te maken van de kwantummechanica. Daarin worden deeltjes beschreven als voortrollende golven. Het deeltje bevindt zich waar de amplitude het grootst is. Een fysisch neutrino is nu een mengsel (een ‘superpositie’) van drie golven. Als de massa’s van de drie soorten neutrino’s nu niet helemaal gelijk zijn, planten deze golven zich niet gelijkelijk voort en gaan uit fase lopen. En na een tijdje manifesteert een neutrino dat als lid van de ene familie geboren is zich als lid van de andere. En na nog een tijdje neemt het neutrino de oorspronkelijke familienaam weer aan. Enzovoort.

Neutrino-oscillaties zijn experimenteel waargenomen. Gigantisch lastige experimenten, maar de resultaten zijn heel overtuigend. Een omvangrijk experimenteel programma is nodig om het net rond de neutrino’s volledig te sluiten. Tientallen jaren werk liggen voor ons.

Neutrino-oscillaties zijn waargenomen, neutrino’s hebben dus massa en massaverschil. Niet alleen de massaverschillen, ook de massa’s zelf zijn klein. Klein in vergelijking met de kleinste massa die we tot dusver kennen, die van het elektron. Dit op zichzelf is erg intrigerend en leidt tot spannende speculaties over verschijnselen bij zeer hoge energieën en dus over energieën die alleen gedurende de allereerste minuscule fractie van een seconde na de oerknal beschikbaar waren.

Het Standaard Model kent naast neutrino’s ook anti-neutrino’s. Kan niet zonder. Maar het is mogelijk dat het onderscheid tussen neutrino’s en anti-neutrino’s vervalt als neutrino’s massa hebben. Heeft de Natuur voor deze eenvoudige oplossing gekozen? De experimentele zoektocht is gaande, het pad steil en glibberig...

Dit alles en meer begon me door het hoofd te gaan toen ik heel kort geleden met een adviseur van Barroso sprak. Ik sprak hem om uit te leggen dat een belangrijk aantal Europese onderzoeks(financierings)organisaties  zich aan het organiseren is om beter met één stem, en met meer gewicht, over Europees onderzoeksbeleid te spreken. Ook en vooral in de richting van de Europese Commissie. De adviseur, een hoge Europese ambtenaar, trof mij niet als erg bevlogen. Niet als iemand die ‘Europa’ als een missie ziet. Maar hij adviseert Barroso. En zijn probleem met onderzoeksfinanciering was duidelijk. Hoe leg je uit dat een Euro geïnvesteerd in onderzoek meer rendement oplevert dan een Euro geïnvesteerd in een nieuwe snelweg tussen Madrid en Parijs? En in dat soort discussies, zo bleek mij, is voor neutrino’s geen plaats.

Jos Engelen