“Het universum is gemaakt van verhalen, niet van atomen,” merkte de beroemde dichteres Muriel Rukeyser op. “Wij zijn gemaakt van sterrenstof,” counterde Carl Sagan. Maar sommige van de meest fascinerende en belangrijke verhalen zijn die, die atomen en “sterrenstof” verklaren. Dat is het geval in The Quantum Universe: Everything That Can Happen Does Happen* van de beroemde natuurkundige Brian Cox en professor Jeff Forshaw van de universiteit van Manchester – een opmerkelijke en boeiende reis door het fundamentele weefsel van de natuur, waarin wordt verkend hoe de kwantumtheorie een kader biedt om alles te verklaren, van siliciumchips tot sterren en menselijk gedrag.
De kwantumtheorie is misschien wel het beste voorbeeld van het oneindig esoterische dat diepzinnig bruikbaar wordt. Esoterisch, omdat zij een wereld beschrijft waarin een deeltje werkelijk op meerdere plaatsen tegelijk kan zijn en zich van de ene plaats naar de andere beweegt door tegelijkertijd het hele heelal te verkennen. Nuttig, omdat inzicht in het gedrag van de kleinste bouwstenen van het heelal ons begrip van al het andere onderbouwt. Deze bewering grenst aan het overmoedige, want de wereld is gevuld met diverse en complexe verschijnselen. Ondanks deze complexiteit hebben we ontdekt dat alles is opgebouwd uit een handvol minuscule deeltjes die zich volgens de regels van de kwantumtheorie voortbewegen. Die regels zijn zo eenvoudig dat ze op de achterkant van een enveloppe kunnen worden samengevat. En het feit dat we geen hele bibliotheek van boeken nodig hebben om de wezenlijke aard van de dingen uit te leggen, is een van de grootste mysteries van allemaal.”
Het verhaal weeft een eeuw van wetenschappelijke hindsight en theoretische ontwikkelingen, van Einstein tot Feynman via Max Planck, die in 1900 de term “quantum” bedacht om de “black body radiation” van hete objecten te beschrijven door middel van licht dat wordt uitgezonden in kleine pakketjes energie die hij “quanta” noemde, om te komen tot een modern perspectief op de quantumtheorie en haar primaire rol in het voorspellen van waarneembare fenomenen.
Het beeld van het universum waarin wij leven, zoals dat door de moderne natuurkunde wordt onthuld, is er een van onderliggende eenvoud; elegante verschijnselen dansen weg uit het zicht en de diversiteit van de macroscopische wereld komt te voorschijn. Dit is misschien wel de bekroning van de moderne wetenschap: de reductie van de enorme complexiteit in de wereld, inclusief de mens, tot een beschrijving van het gedrag van slechts een handvol minuscule subatomaire deeltjes en de vier krachten die tussen hen werken.”
Om aan te tonen dat de kwantumtheorie nauw verweven is met het weefsel van ons alledaagse leven, in plaats van een vreemde en esoterische marge van de wetenschap, geeft Cox een voorbeeld dat geworteld is in het bekende. (Een voorbeeld, in dit specifieke geval, gebaseerd op de verkeerde aanname – ik had een iPad vast – in een soort ironische meta-link van Heisenbergs onzekerheidsprincipe.)
Kijk eens naar de wereld om je heen. Je houdt een boek vast dat is gemaakt van papier, de geplette pulp van een boom. Bomen zijn machines die in staat zijn een voorraad atomen en moleculen op te nemen, deze af te breken en opnieuw te rangschikken in samenwerkende kolonies die uit vele triljoenen afzonderlijke delen bestaan. Zij doen dit met behulp van een molecuul dat chlorofyl wordt genoemd en dat bestaat uit meer dan honderd koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen die in een ingewikkelde vorm zijn gedraaid met enkele magnesium- en stikstofatomen er aan vastgeschroefd. Dit samenstel van deeltjes is in staat om het licht op te vangen dat de 93 miljoen kilometer van onze ster heeft afgelegd, een nucleaire oven met het volume van een miljoen aardbollen, en die energie over te brengen naar het hart van de cellen, waar zij wordt gebruikt om moleculen te bouwen uit kooldioxide en water, en daarbij zuurstof af te geven die het leven verrijkt. Het zijn deze moleculaire ketens die de bovenbouw vormen van bomen en alle levende wezens, het papier in uw boek. U kunt het boek lezen en de woorden begrijpen omdat u ogen hebt die het verstrooide licht van de bladzijden kunnen omzetten in elektrische impulsen die worden geïnterpreteerd door uw hersenen, de meest complexe structuur die we in het heelal kennen. Wij hebben ontdekt dat al deze dingen niets anders zijn dan assemblages van atomen, en dat de grote verscheidenheid aan atomen is opgebouwd uit slechts drie deeltjes: elektronen, protonen en neutronen. Wij hebben ook ontdekt dat de protonen en neutronen zelf zijn opgebouwd uit kleinere entiteiten die quarks worden genoemd, en dat dit het punt is waar de dingen ophouden, voor zover wij dat nu kunnen weten. Aan de basis van dit alles ligt de kwantumtheorie.”
Maar de kern van Het kwantumuniversum wordt gevormd door een handvol grote waarheden die het domein van de wetenschap als academische discipline overstijgen en uitstralen naar de uitgestrektheid van het menselijk bestaan: dat in de wetenschap, net als in de kunst, alles voortbouwt op wat daarvoor kwam; dat alles met al het andere verbonden is; en, misschien wel het belangrijkste, dat ondanks onze grootste drang naar controle en zekerheid, een groot deel van het universum – waartoe ook het menselijk hart en de menselijke geest behoren – beheerst blijft door toeval en onzekerheid. Cox formuleert het zo:
Een belangrijk kenmerk van de kwantumtheorie is dat deze eerder met waarschijnlijkheden dan met zekerheden werkt, niet omdat het ons aan absolute kennis ontbreekt, maar omdat sommige aspecten van de natuur in hun kern worden beheerst door de wetten van het toeval.”
* Als je je afvraagt waarom het prachtige boekomslag dat je bovenaan ziet, gemaakt door de iconische grafisch ontwerper Peter Saville voor de Britse editie van het boek, niet overeenkomt met wat je op Amazon en in de Amerikaanse boekwinkels ziet, dan komt dat omdat het Amerikaanse omslag opnieuw is versimpeld, verwaterd en opgeluisterd met de verplichte kat. Ja, Amerikaanse uitgevers moeten inderdaad denken dat Amerikanen dom zijn.