Logo DBNL
De Gids. Jaargang 152 (1989)

De Gids. Jaargang 152

(1989)– [tijdschrift] Gids, De–rechtenstatus Auteursrechtelijk beschermd

Vorige Volgende

A. Sarlemijn
Zuivere natuurkunde en techniek ontmoeten elkaar
Historische beschouwingen naar aanleiding van Prof. Dr. H.B.G. Casimirs tachtigste verjaardag

Een revolutie in de natuurkunde

De microfysische wereld wordt doorgaans opgevat als een gecompliceerd samenspel van deeltjes. Deze zijn zo klein dat ze alleen indirect en dankzij geavanceerde apparatuur kunnen worden waargenomen. Ze konden voor de laatste eeuwwisseling dan ook niet bestudeerd worden. Hun ontdekking betekende voor de fysica een ingrijpende revolutie.

Voordien hadden vooral de successen van de mechanica geïmponeerd. Galileï had ze voorbereid door in de zeventiende eeuw te pleiten voor de opname van de mechanica in de fysica. Dat was toen niet vanzelfsprekend. De natuurverklaring viel immers buiten haar opzet. De antieke mechanica was weliswaar exact, maar zij was uit op het vinden van handige trucs vergelijkbaar met die van de boekhoudkunde. Beide disciplines werden dan ook tot de kunsten (‘artes’) gerekend en niet tot de wetenschappen. Een μηχανη was een handig hulpmiddel zoals bijvoorbeeld een katrol; daarmee kon de ‘natuurlijke’ beweging van zware dingen gemanipuleerd worden overeenkomstig het technische doel van de gebruiker. Het resultaat was echter onnatuurlijk. Zo dacht men toen. Hiertegenover stelde Galileï dat machines weliswaar slimme constructies konden zijn, maar dat hun werking toch berustte op natuurlijke effecten en belemmeringen. Hierop baseerde hij de conclusie dat het functioneren van machines een object van de fysica moest zijn, zoals dat het geval was met de val- en worpbewegingen van projectielen. Voor deze bewegingen vond Galileï bovendien exact geformuleerde wetten. Hierdoor liet hij zien dat de wiskundige aanpak van de mechanica ook op de gebieden van de fysica toepasbaar was. Voorbereidend werk deed ook Kepler. Diens wetten leverden een nauwkeurige beschrijving voor de beweging van planeten. Galileï en Kepler droegen als het ware het materiaal aan voor het later in 1687 opgerichte bouwwerk: de mechanica van Newton. Van hem stamden de grondbegrippen en basisvergelijkingen. Later bleken empirische preciseringen en wiskundige herformuleringen nodig. Maar toch formuleerde Newton als eerste het ideaal van één wiskundige theorie voor uiteenlopende bewegingen: van machineonderdelen, van projectielen en van hemellichamen.1.

Anderhalve eeuw later streefde Sadi Carnot een soortgelijk ideaal na. Hij herkende een algemeen natuurverschijnsel in een tweede werking van machines: de omzetting van warmte in arbeid bleek niet alleen de werking van stoommachines te funderen, maar ook de natuurlijke meteorologische verschijnselen zoals de luchtbewegingen als het gevolg van afkoeling en verwarming. Vergelijkbaar met Newton gaf Carnot de aanzet tot het formuleren van de basisvergelijkingen voor een nieuwe fundamentele discipline: de thermodynamica als de leer over de machinale en natuurlijke warmteverschijnselen.2.

De negentiende eeuw ging nog veel verder. Men kwam tot de overtuiging dat een derde soort machinale werking opgevat kon worden als het meest universele natuurverschijnsel. Die overtuiging groeide stapsgewijze. Eerst

bleken de elektrische en magnetische instrumenten op hetzelfde soort verschijnselen te berusten: op elektromagnetische. Hiervoor stelde Maxwell de vergelijkingen op. Maar tevens gaf hij de aanzet tot een verder gaande generalisatie: hij sprak het vermoeden uit dat die elektromagnetische verschijnselen ook aan optische processen ten grondslag zouden liggen. Konden optica, mechanica, thermodynamica en elektromagnetisme zo tot één overzichtelijke theorie gereduceerd worden? Lag het inzicht in de eenheid van de gehele fysische natuur voor het grijpen? Men wilde Newtons ideaal overtreffen en het werk aan de fysica beëindigen met één theorie voor de gehele natuur. De concrete uitwerkingen en toepassingen zouden de taak van ingenieurs worden. Zo dachten toen velen.

J.J. Thomson verstoorde de illusie. Hij slaagde erin een invloed uit te oefenen met een magnetisch veld op (kathode)stralen in een glazen buis met een goed vacuüm. Die magnetische invloed was van dien aard dat het bestaan van negatief geladen deeltjes in de stralen aangenomen moest worden: elektronen. Uit de berekening van de massa bleek dat die deeltjes ongekend klein moesten zijn en tot een voordien ontoegankelijk bereik moesten behoren. Opeens bleek de reductie van de gehele natuur tot één basisverschijnsel een ver verwijderd ideaal, want een geheel nieuwe wereld was ontsloten: de jacht op nieuwe deeltjes met nog meer geavanceerde apparatuur begon. Dit bleef kenmerkend voor de moderne fysica tot in onze tijd.

Ook Max Planck ondermijnde het geloof in de bereikte eenheid der natuur door geheel nieuwe eigenschappen te ontdekken. Zoekend naar overeenkomsten tussen thermodynamische en stralingsverschijnselen bedacht hij in 1900 het begrip energiequantum. Hij had dit nodig voor zijn hypothese dat energie alleen in ondeelbare hoeveelheden (quanta) afgegeven of opgenomen kon worden.

De Deen Niels Bohr legde een verband tussen de inzichten van de Engelsman Thomson en van de Duitser Planck.3. In zijn proefschrift paste hij de elektronentheorie toe op de materiaalkunde. Met het resultaat nog ontevreden ging hij naar Cambridge om er zich onder Thomsons leiding verder te bekwamen. Maar het klikte niet. Bohr dacht zich verdienstelijk te maken door in zijn nogal gebrekkige Engels op fouten in de berekeningen van Thomson te wijzen. Die was echter niet in terechtwijzingen geïnteresseerd. Vanwege de verstoorde verhouding zocht Bohr een andere leerschool; die vond hij in Manchester, waar Rutherford werkte aan zijn bekende atoommodel over een positief geladen kern en daaromheen negatief geladen elektronen die zich bewegen langs cirkelbanen. Bohr onderzocht de implicaties van dit model en zette dat werk nog voort na zijn benoeming tot hoogleraar in Kopenhagen. Uitgaande van waarnemingen (‘atoomspectra’) voegde hij drie hypotheses toe aan het model: elk elektron verkeert in een vaste energietoestand; de overgang naar een andere gebeurt niet geleidelijk, maar sprongsgewijze; bij een sprong naar een lagere toestand wordt een lichtquantum geëmitteerd. Bohr legde zo een verband tussen Plancks quantumbegrip en Thomsons ontdekking. Zijn resultaten imponeerden. Hem werden middelen ter beschikking gesteld voor een eigen instituut. Meer dan 444 fysici - onder wie Landau, Gamow, Von Weizsäcker en ook Casimir - zouden er hun carrière beginnen.4.

Naast Kopenhagen was Göttingen een centrum voor de studie van de nieuwe verschijnselen. Stimulerend werkte daar Hilbert, die al bekend was vanwege zijn logische analyses van zuiver wiskundige bewijsstructuren. Hij zette zich ook in voor de toepassingsgerichte wiskunde en hield zich daarom bezig met de fysica van zijn tijd. Hij zette zijn stempel op de benadering van Born. Deze werkte met zijn assistent Jordan aan de herleiding van de nieuwe inzichten tot enkele basisvergelijkingen, opdat de quantummechanica zou ontstaan die met Newtons klassieke mechanica kon concurreren. Hiertoe moesten bereikte resultaten zoals die van Heisenberg en Pauli omgeformuleerd worden, opdat ze pasten in het forma-

lisme van die nieuwe mechanica.5. Aanvankelijk begreep Heisenberg niets van die opzet. Ook Pauli stond er afwijzend tegenover; hij beschuldigde Born van bezoedeling van fysische inzichten met wiskundige futiliteiten. Pauli en Heisenberg zetten zich anderzijds ook af tegen Bohrs zoeken naar een analogie tussen atoomstructuur en zonnestelsel en tegen de plastische voorstelling van elektronen die cirkel- of ellipsbanen zouden volgen. Alsof het planeten waren! In tegenstelling tot Born en Bohr wilden ze zich uitsluitend concentreren op exact wiskundige representaties van waarnemingen. Over de te volgen weg waren de meningen dan ook verdeeld; door een wonder in de fysicageschiedenis leidden die uiteenlopende benaderingen in de periode 1920-30 toch tot het ene bouwwerk van de quantummechanica, die voor de microdeeltjes Newtons mechanica verving. Ondanks de kritische houding in Göttingen ten opzichte van Bohr werd hij er gerespecteerd en vaak uitgenodigd. Een optreden van hem stond bekend als een ‘Bohr Festival’. Het betekende telkens een ontmoeting van de groten van die tijd om heftig met elkaar te discussiëren.

De nieuwe natuurkunde in Leiden

Dat alles was gaande, toen de zeventienjarige Casimir in 1926 zijn natuurkundestudie begon aan de universiteit van Leiden. Hij kwam net op tijd om nog deel te nemen aan enkele fundamentele discussies van de jaren 1920-30. Twee omstandigheden waren hem gunstig. Met gemak maakte hij zich vertrouwd met de wiskundige kwesties van de fysica van zijn tijd. Over zichzelf schreef hij onlangs: ‘Als ik enigerlei bijzondere begaafdheid heb, dan ligt die in het combineren van natuurkundige verschijnselen met wiskundige formules.’6. Deze begaafdheid was nodig om snel Heisenbergs en Pauli's resultaten te doorzien, om Borns voornoemde streven naar een quantummechanisch formalisme te volgen en om met de groepentheorie nieuwe mogelijkheden voor dat formalisme te overwegen.

Een andere gelukkige omstandigheid was dat dankzij Paul Ehrenfest niet alleen Kopenhagen en Göttingen, maar ook Leiden de aandacht trok. Ehrenfest had in Wenen gestudeerd en er onder leiding van Boltzmann zijn proefschrift geschreven. Na een verblijf te Göttingen en Petersburg was hij in 1916 Lorentz opgevolgd. Hij bleef in contact met de groten en hij schreef belangrijke publikaties met sommige van hen, onder andere met Einstein. Hij nodigde hen uit om in Leiden voordrachten te houden. Hierdoor kon Casimir al als student discussiëren met Planck, Einstein, Pauli, Dirac en ook met de Nederlander Kramers, die sinds 1916 samen met Bohr in Kopenhagen succesvol werk verrichte. Vanaf het begin van zijn studie ontmoette Casimir ook regelmatig twee promovendi van Ehrenfest: Uhlenbeck en Goudsmit. Deze hadden al een internationaal gevestigde reputatie vanwege hun elektronenspinhypothese over het draaien van de elektronen om hun eigen as (‘to spin’ is: in de rondte draaien). ‘Voor mij was universitaire studie deelnemen aan onderzoek onder leiding van een leermeester,’ zo karakteriseerde Casimir onlangs zijn ervaring met Ehrenfest als docent.7. Deze legde een verband tussen zijn onderzoek en onderwijs door studenten te dwingen mee te denken over de kwesties waar hij zelf nog mee worstelde; hij doceerde niet over vraagstukken die al een duidelijke oplossing gevonden hadden.

Over Casimirs succesvolle studie sprak Ehrenfest in zijn brief van 7 februari 1929 aan Bohr, waarin hij deze adviseerde Casimir tot zijn assistent te benoemen. Drie maanden later schreef ook Goudsmit naar Amerika. ‘We hebben hier in Leiden een zeer jonge en erg slimme jongen, die de gehele quantummechanica beheerst.’ Evenzo lovend oordeelde Oskar Klein in zijn brief van 20 juni 1929.8. Casimir was toen negentien jaar oud en had zijn derde studiejaar nog niet afgesloten. In Kopenhagen kon hij inderdaad twee jaar aan zijn proefschrift werken. Bohr gebruikte hem ook als praatpaal bij het zoeken naar de juiste for-

mulering van zijn denkbeelden. Toen Casimir op 3 november 1931 in Leiden zijn proefschrift verdedigde, waren Bohr en Pauli aanwezig. Ehrenfest had dit geregeld door enkele afspraken te combineren.

Ehrenfest gedroeg zich tweeslachtig ten aanzien van Casimirs verblijf in het buitenland: enerzijds wenste hij zijn briljante pupil in zijn omgeving, anderzijds wilde hij deze laten deelnemen aan het onderzoek in andere centra. Met moeite had hij toestemming gegeven voor de verlenging van het verblijf in Kopenhagen tot twee jaar, ofschoon het eerste initiatief van hem was uitgegaan. In 1932 beval hij zijn leerling weer aan als assistent van het Berlijnse Lise-Meitner-instituut, waar later de eerste kernsplitsing werd waargenomen. In datzelfde jaar reageerde hij ook nog enthousiast op Pauli's aanbod om Casimir bij zich in Zürich te laten werken. Maar een jaar later drong hij weer aan op terugkeer, terwijl Pauli en Casimir nog een semester wilden samenwerken. Ehrenfest pleegde zelfmoord in september 1933 na zijn mongoloïde zoon doodgeschoten te hebben. Casimir voelde zich verplicht het onderwijs in Leiden gaande te houden. Daarom ging hij niet in op Heisenbergs uitnodiging tot een samenwerking in diens instituut. Drie jaar later werd hij conservator van het Kamerlingh-Onnes-Laboratorium. Weer drie jaar later volgde hij Holst, de toenmalige directeur van het Philips NatLab, op als hoogleraar in Leiden. Wederom drie jaar later ging Casimir naar het NatLab: het werken aan de Leidse universiteit was door de bezetting onmogelijk geworden. Na de oorlog bleef Casimir verbonden aan het NatLab; hij werd er directeur van en later ook lid van de Raad van Bestuur van Philips. Een tijd lang bekleedde hij beide functies. Weliswaar werd hij ook president van de Koninklijke Academie van de Wetenschappen en dit veronderstelt een verdienstelijke status op zuiver wetenschappelijk gebied. Toch ergerde Pauli zich. Hoe kon een zo briljant theoretisch fysicus zich ‘verlagen’ tot de technische natuurkunde van de elektrotechnische industrie? Enkele aspecten van deze vraag komen hier nog aan de orde.

Hoe zijn naam in de zakenregisters terechtkwam...

De wetenschappelijke taal bevat uitdrukkingen die samengesteld zijn uit namen van personen en aanduidingen voor objecten. ‘Russellparadox’ is een voorbeeld uit de verzamelingenleer. Voor deze combinatie bestaan twee redenen. Aan Russell wordt herinnerd vanwege diens bijdragen tot de ontwikkeling. De uitdrukking vormt als het ware een taalkundig standbeeld. Daarnaast verwijst de uitdrukking naar de zaak, de paradox, die het ontstaan van de verzamelingenleer sterk heeft beïnvloed. Ook de taal van de fysici bevat uitdrukkingen als ‘Newtons ringen’, ‘Zeemaneffect’ en ‘Bohrmodel’. Die combinaties hebben in de vakliteratuur gevolgen voor de registers: de namen van geciteerde auteurs worden vermeld in personenregisters, uitdrukkingen als ‘Bohrmodel’ daarentegen in zakenregisters. Als nu zo'n combinatie tot stand komt en een naam naar het zakenregister verhuist, welke conclusie mogen we dan daaraan verbinden? Het antwoord is een tweevoudige erkenning: het belang van de persoon en dat van de zaak. Welnu, op drie vakgebieden verhuisde Casimirs naam naar de zakenregisters: de deeltjesfysica, de thermodynamica en de veldentheorie.9.

In de deeltjesfysica worden tegenwoordig de Casimiroperatoren gebruikt om eigenschappen van groepen deeltjes vast te stellen. Zij berusten op de wiskundige studies die ten grondslag liggen aan het genoemde proefschrift van 1931. Na een samenvatting van de analyses van de klassieke objecten, zoals draaiende tollen, wordt er in dat proefschrift aangetoond dat de quantummechanica anderssoortige berekeningen vereist, die dankzij speciale operatoren mogelijk zijn. In de jaren zestig concentreert men zich op de sterke wisselwerking tussen elementaire deeltjes; dan blijkt het belang van de operatoren. Sindsdien vindt men ze in de handboeken van de groepen-theorie.

Bij studies van de omkeerbaarheid of onomkeerbaarheid van thermodynamische verschijnselen spelen de Onsager-Casimir-relaties een rol. Opvallend zijn de omstandigheden, waarin Casimir aan dit onderwerp gewerkt heeft. In 1944 presenteert hij zijn inzichten in een voordracht op uitnodiging van de Nederlandse Natuurkundige Vereniging; hij werkt ze uit tot een artikel, dat verschijnt in de Review of Modern Physics van april-mei 1945. Dat wil zeggen dat hij ondanks woelige tijden belangrijk theoretisch werk verricht heeft. Voor hem zijn die tijden woelig geweest vanwege de bevrijding van Eindhoven door de geallieerden; in aansluiting daarop heeft hij zich ingezet als oprichter, directeur en docent van de zogenoemde Tijdelijke Academie. Deze heeft na de bevrijding voorzien in de eerste behoeften van het Zuiden aan hoger onderwijs.

Het Casimir-effect berust op de niet voor de hand liggende aantrekkingskracht tussen twee elektrisch neutrale plaatjes, die in een vacuüm ongeveer een duizendste millimeter van elkaar verwijderd zijn. Casimir is al directeur van het NatLab, wanneer hij in een artikel van 1948 dit effect voorspelt. Sparnaay en Overbeek vinden de proefopstelling voor de experimentele bevestiging. Jaren later houdt Casimir een voordracht over dit effect in de Verenigde Staten tijdens een zitting aan de Duke University ter nagedachtenis van Fritz London. Onder de toehoorders bevindt zich Bryce DeWitt die nu nog (zoals in een brief van 18 september 1987 aan mij) vol enthousiasme kan vertellen over zijn belevenis: ‘I still remember my excitement on going home after the lecture, working out Casimir's sketchy statements on paper, and seeing that the crazy thing really worked.’ Sindsdien werken DeWitt en anderen aan de theoretische achtergronden; het effect is hierdoor niet alleen voor de experimentele, maar ook voor de theoretische fysici (veldentheoretici) een bekend verschijnsel geworden.

Casimirs vakpublikaties behoren tot de ‘zuivere’ fysica. Zelfs wanneer hij over antenneproblemen schrijft, begint zijn uiteenzetting met de waarschuwing dat het onderwerp weinig te maken heeft met het instrument waarmee we op ons dak de signalen opvangen. Hoe kan zo'n op de theorie geconcentreerde fysicus directeur van het NatLab en lid van de Raad van Bestuur van een multinational worden? Dit is niet bevredigend te verklaren met de bezetting die in de Tweede Wereldoorlog Casimir zoals menig ander fysicus naar het NatLab heeft gedreven. Een verklaring is veeleer de nieuwe relatie tussen fundamenteel onderzoek en industriële praktijk: deze extremen raken elkaar gedurende de eerste decennia van onze eeuw sterker dan voordien. Achteraf is de reden duidelijk: de bereikte elektrotechnische en elektronische apparatuur blijkt ondenkbaar te zijn zonder grondige kennis van de microfysica.

Hoe fysica en techniek in het begin van onze eeuw verstrengeld raakten

De verbetering van de elektrische lamp vereist fundamenteel fysische kennis. Dat heeft Edison al in de vorige eeuw ingezien. Dit verklaart ook het ontstaan van het NatLab. Maar de taken groeien voortdurend. Tijdens de Eerste Wereldoorlog worden de grenzen tussen Nederland en Duitsland gesloten. De medici weten zich dan geen raad met hun kapotte Röntgenapparatuur van Duitse makelij; voor Philips betekenen ze een nieuwe markt; het werk aan die apparatuur veronderstelt microfysische kennis. Daarna komen de gelijkrichters en versterkers, die in de volksmond nog ‘radiolampen’ worden genoemd, ofschoon ze ook voor telefoonnetten even onmisbaar zijn geweest. De werking van die ‘lampen’ berust op het gedrag van elektronen. Studies van het gedrag van deze microdeeltjes in bijzondere gassen hebben geleid tot de ontwikkeling van de buislampen, zoals de tl-lamp. In de jaren dertig is het NatLab ver op de concurrentie vooruit met de plumbicum-tv-buisuitvinding; ook hiervoor is kennis van de elektronen nodig geweest. De resultaten van de quantummechanica hebben de managers van het BellLab en de Perdue University op het spoor gezet

van het succesvolle transistoronderzoek, waarmee het tijdperk van de micro-elektronica begonnen is.10. In Eindhoven wijdt men zich in de jaren dertig en veertig minder van harte aan dit onderzoek. Een reden is misschien geweest dat men de radiolampenfabricage van Philips geen concurrentie heeft willen aandoen. Maar in de jaren vijftig is de achterstand ingehaald op het gebied van de halfgeleiders, die nodig zijn voor transistoren en gelijkrichters. Deze opsomming is wat te hooi en te gras; voor de ontwikkelingen van de markt en die van researchprojecten in het NatLab bestaat er nog geen vergelijkende historische studie, ofschoon die nodig is voor gefundeerde reflexies over de maatschappelijke betekenis van de fundamentele fysica in onze eeuw. Toch verduidelijkt de opsomming voldoende hoe de elektrotechnische en elektronische industrie in de eerste helft van onze eeuw afhankelijk is van inzichten in de microfysica. Beleidstechnisch impliceert deze afhankelijkheid twee eisen. Kennis in de vorm van personeel moet in huis gehaald worden. En een Fingerspitzengefühl van een hoog niveau is nodig om mogelijke marktontwikkelingen te vergelijken met mogelijke kennisontwikkelingen. Gedurende decennia heeft Gilles Holst voor Philips aan die tweede eis voldaan.

Researchmanagers worden geconfronteerd met tegengestelde verdenkingen. Bij collega's van de industriegroepen hebben ze het imago van abstracte wetenschappers die zich niet voldoende realiseren dat winst alleen het voortbestaan garandeert. Universitaire vakgenoten daarentegen verwachten van hen een rechtlijnig op een produktie gefixeerd denkpatroon dat in de academische wereld niet past. Maar de kloof tussen academie en industrie is niet altijd zo groot als deze er op het eerste gezicht uit ziet. Groot lijkt bijvoorbeeld de tegenstelling tussen de ‘zuivere’ fysicus Pauli en de manager Holst, en toch hebben hun werkterreinen in de jaren twintig en dertig raakvlakken. Pauli's afkeer van de technische fysica is notoir. Holst wordt daarentegen een succesvol manager genoemd, ofschoon sommige van zijn voorstellingen later vanuit de markt gezien onjuist zijn gebleken. Hij heeft gemeend dat de mensen een huisbioscoop zouden prefereren boven de televisie en liever naar de radio zouden luisteren dan naar een grammofoonplaat. Succesvol management impliceert blijkbaar niet altijd exacte prognoses. Bij de industriële research staan slechts globaal produkten voor ogen die bij de markt van het bedrijf passen. Het denkpatroon loopt niet rechtlijnig van researchidee naar verkoopprodukt. Omgekeerd blijkt uit de boven genoemde opsomming dat de bijdragen tot de quantummechanica veel voor de industriële research hebben betekend, zodat ook Pauli meer tot de praktijk heeft bijgedragen dan hij zelf heeft vermoed. In overeenstemming met de gang van zaken in het BellLab heeft ook Holst gezorgd voor een intensief contact van het NatLab met de groten, die in de universiteiten aan de elektronen- en de quantumtheorie en de quantummechanica werken. Uit de lijsten van het Philipsarchief blijkt dat Ehrenfest in de jaren twintig vele cursussen heeft verzorgd voor de NatLab-medewerkers. Referaten hebben ook Frank en Einstein gehouden, en Hertz heeft een researchopdracht vervuld. Holsts en Pauli's werkterreinen blijken zo in elkaars verlengde gelegen te hebben.

Casimirs voordrachtencyclus over de quantummechanica voor het NatLab in de jaren dertig en zijn aanstelling in 1942 passen dan ook in een lange traditie. Zijn bevordering tot research-manager correspondeert met de genoemde eis van het Fingerspitzengefühl voor het inschatten van de praktisch relevante aspecten van de fundamentele ontwikkelingen.

Lessen uit de geschiedenis als grondslag voor research-management

Casimirs researchmanagement zou men kunnen kenschetsen met drie beginselen. Het eerste beginsel over de prioriteit van het zuiver wetenschappelijke onderzoek zegt dat de moderne technologie te danken is aan de denkkaders die geschapen zijn onafhankelijk van praktische

doeleinden en in de context van universitair onderzoek. Hij fundeert dit als volgt:

‘Men zou zich kunnen afvragen of de elektrische energie en de elektrische overbrenging van kracht niet gevonden had kunnen worden door fabrikanten van stoommachines, die vonden dat steeds langere drijfriemen een onaangename manier waren om het vermogen van de stoommachine over te brengen op weefgetouwen en andere toestellen. Wel, dit is niet op die manier gebeurd en ik kan me moeilijk voorstellen dat het zo gebeurd zou zijn. Hoogstens zouden zij in plaats van platte drijfriemen de Vsnaar hebben uitgevonden en uiteindelijk hebben ze dat ook. De elektriciteit daarentegen kwam voort uit onderzoek van natuurverschijnselen. Onderzoekers als Faraday en Maxwell vonden de wetten van de elektromagnetische inductie, daarna kwamen de dynamo en de elektromotor. (...) Men zou zich kunnen afvragen of de radiogolven niet zouden kunnen zijn uitgevonden door directeuren van postkantoren, die meenden dat de snelheid van de postkoetsen moest worden opgevoerd en dat het kreupel worden van paarden ernstige bezwaren aan het transport van brieven in de weg legde. Het is niet de weg waarlangs de elektromagnetische golven zijn ontdekt (...). Dat ging via de theoretische inzichten van Maxwell, via speculaties dat licht een trilling zou kunnen zijn in elektrische en magnetische velden. Daaruit ontstond het denkbeeld dat dergelijke trillingen ook wel bij lagere frequenties zouden kunnen plaatsvinden en Hertz heeft dit door proeven aangetoond. Tien, twintig jaar later gingen deze elektromagnetische golven een rol spelen in de transmissie van gegevens, eerst van morsesignalen, later ook van taal, beelden (televisie) en wat dies meer zij.’11.

Volgens het tweede beginsel over het onafhankelijke laboratorium kunnen in een concern als Philips de kosten van researchprojecten niet geschreven worden op het conto van een industriegroep. Die zijn door het laboratorium vast te stellen in een autonoom opgemaakte begroting. Met een geoefend Fingerspitzengefühl zou vermoed kunnen worden dat een onderzoek van nut is, zonder precies te weten welke industriegroep het resultaat zal gaan gebruiken. Voorbeelden uit het verleden tonen dit aan:

‘Het werk aan de ferromagnetische ferrieten werd [in het NatLab] aangepakt voor een bepaalde toepassing in de draaggolftelefonie; jaren later bleek het leeuwedeel van [Philips'] ferrietenproduktie opgeëist te worden door de televisieontvangers. Op de lange termijn is het werk van [het NatLab] over het ferromagnetisme succesvol en rendabel gebleken, maar indien [de industriegroep] voor de draaggolftelefonie, die toen in opbouw was, de initiële kosten had moeten dragen, zou dit onderzoek in de kiem gesmoord zijn.’12.

Het derde beginsel over de paradox van het succesvolle management berust op de risico's bij het inschatten van de toekomst. Deze risico's moeten beperkt blijven. Maar was het BellLab in de jaren dertig niet begonnen met een gewaagd onderzoek, dan had het in 1947 de transistor niet gevonden. Research verliest zijn grensverleggende karakter en wordt development als er geen speculatief element meer toelaatbaar is: dan beperkt men zich tot correcties binnen bestaande denkkaders. Een paradox is dan ook essentieel voor het researchmanagement:

‘Vooral in tijden waarin de budgetten telkens meer beperkt worden, moeten we de fundamentele paradox van het researchmanagement niet vergeten: we moeten naar succes streven, maar als al onze plannen succesvol zijn, zijn we armzalige researchmanagers.’13.

De tijden zijn veranderd sinds Casimir met pensioen ging. Men is het erover eens dat de huidige deeltjesfysica minder praktische relevantie heeft dan de elektronen- en quantumtheorie van de eerste helft van deze eeuw. De concurrentie met Japan leidt tot de ondergang van menig concern. De ontwikkelingen wor-

den complexer. De kosten voor projecten als het Megachip-project hebben een extreme hoogte aangenomen. Nieuwe maatregelen leiden tot afhankelijkheden van de industriegroepen. Deze wijzigingen weerleggen echter nog niet de genoemde beginselen. Uit het succes in de toekomst of uit het uitblijven ervan zal misschien blijken, of die drie beginselen of de nieuwe maatregelen verstandig zijn geweest.

Zijn functies hebben geleid tot reflexies...

Gedurende zijn Philips-periode bleef Casimir - zoals gezegd - hoogleraar in Leiden. Daarnaast was hij president van de Koninklijke Academie, oprichter en voorzitter van een vereniging van researchmanagers en ook voorzitter van de European Physical Society. Deze functies hebben geleid tot voordrachten en redes. Vele zijn er gepubliceerd. Ze berusten soms op diepgaande reflexies over verschillende onderwerpen. Twee van die onderwerpen zijn het demarcatieprobleem en het spiraalmodel.

1. Het demarcatieprobleem14.

Wetenschapsfilosofen hielden zich in de jaren vijftig bezig met de vraag hoe wetenschappelijke kennis afgebakend (gedemarceerd) kon worden van anderssoortige inzichten. De oplossing moest leiden tot de omschrijving van hun eigen vakgebied en ook tot het instrument om snel en efficiënt het pseudo-wetenschappelijke in uiteenzettingen te ontdekken. Die oplossing werd gezocht met de klassieke logica; daarom werd het probleem omgevormd tot de vraag hoe wetenschappelijke en niet-wetenschappelijke uitspraken te onderscheiden zijn. Een eensluidend antwoord is niet gevonden. Zonder op de hoogte te zijn van die filosofische literatuur heeft Casimir zich op een zeer originele manier met dit onderwerp beziggehouden. Hier volgt een schets van zijn oplossing.

Om te beginnen realisere men zich de specifieke connotaties van ‘science’ en ‘wetenschap’. Zoals bij vele andere germaanse woorden (‘Vernunft’, ‘Geist’, ‘Idee’) leidt een letterlijke vertaling tot een verandering van betekenis. De sociologie wordt op het Europese vasteland voor een wetenschap gehouden, in Engeland daarentegen voor een art. Om science van andere activiteiten te onderscheiden moet niet een scherpe demarcatie gezocht worden. Men stelle zich veeleer een schaal voor, waarop uiterst links stricte science is uitgezet en uiterst rechts artistieke en religieuze bezigheden. De gamma-wetenschappen staan in het midden. Hier is sprake van een glijdende schaal, waarbij onderscheidingen vergelijkbaar zijn met die tussen de kleuren bij een spectrum: scherp afbakenende lijnen ontbreken en toch zijn de verschillen tussen de kleuren onmiskenbaar.

De schaal berust op het verschil in het gebruik van technieken. De wis- en natuurkunde behoren tot de strikte science. Ofschoon ze met fantasie beoefend moeten worden, is hun doel toch het bereiken van intersubjectieve technieken. Dat wil zeggen dat de gebruiker in beginsel door een ander subject vervangen kan worden zonder invloed op het resultaat. Dat geldt voor de berekening van de snelheid van een projectiel met de klassieke mechanica. Dat geldt zelfs ook voor de quantummechanische waarnemingen, ofschoon daarbij de invloed van de waarnemer een rol speelt. Is dat niet het geval, dan is de techniek verkeerd gebruikt of onvoldoende ontwikkeld en in dit tweede geval moet er aan de techniek nog gesleuteld worden.

Laten we overgaan naar het andere uiteinde van de schaal: de artistieke en religieuze bezigheden. Zegt de recensie van een concert dat de solist door iedere willekeurige andere vervangen had kunnen worden, dan is dit geen lovende kritiek. Persoonsgebonden impressies en expressies zijn in de muziek belangrijk. Ook voor het beoefenen van de religie zijn individuele beleving en persoonlijke betrokkenheid essentieel, ook al zouden dezelfde meditatietechnieken worden toegepast. Hierin staan kunst en religie lijnrecht tegenover de exacte

wetenschap, waarin het persoonlijke element geëlimineerd moet kunnen worden.

In het midden staan de gamma-wetenschappen; de toepassing van hun technieken leidt tot een resultaat dat voor een deel afhankelijk is van de manier waarop de gebruiker zich heeft weten in te leven in de situatie, waarin de te meten eigenschappen voorkomen. Benamingen als ‘verstehende Methode’ en ‘participerende observatie’ brengen dit aspect expliciet tot uitdrukking. Zelfs het resultaat van een psychotechnische test is afhankelijk van de gebruiker. Moet de geschiktheid van een persoon voor een functie gemeten worden, dan kiest men een bestaande test en past deze aan om aan die toevallige omstandigheden en eisen te voldoen. Deze aanpassing heeft een ad-hoc-karakter en is afhankelijk van de gebruiker. Ook doen er zich storende factoren voor (de persoon kan slecht geslapen hebben), die moeilijker dan in de context van de strikte science onderkend en geëlimineerd kunnen worden. Zo kan men zich een schaal voorstellen. In tegenstelling tot de eerst genoemde filosofische demarcatie tussen wetenschap en pseudo-wetenschap impliceert deze schaal geen waardeoordeel. Ze wijst alleen op het verschil in de vereiste vaardigheden bij het gebruik van technieken.

Het demarcatieprobleem lijkt geen relatie te bezitten met het spiraalproces; toch wordt dit proces bevorderd - zoals hier verduidelijkt zal worden - door het streven naar technieken die geen verbinding met plastische fantasieën toestaan.

2. Spiraalproces en geïsoleerde aspecten van de samenleving

De deeltjesfysica streeft naar ontdekkingen van nieuwe deeltjes. Deze funderen nieuwe theorieën. Die ontdekkingen zijn echter niet mogelijk zonder versnellers. Deze vormen de technische apparatuur van de deeltjesfysica. Deze techniek heeft weinig gemeen met de ‘alledaagse’ technieken die in de industrie worden toegepast. De technische onderwerpen van versnellers zijn immers tevens wetenschappelijke prestaties van het niveau van de Nobelprijzen. Inderdaad is aan Simon van der Meer die prijs in 1984 toegekend vanwege zijn bijzonder knappe versneller. In de huidige fundamentele deeltjesfysica zijn wetenschap en techniek dan ook onafscheidelijk met elkaar verstrengeld. Bovendien stroken de onderwerpen van dit onderzoek niet meer met onze gebruikelijke voorstellingen. Alleen enkelingen kunnen zich toegang verschaffen tot de vereiste wiskunde. Casimirs spiraalmodel berust op een reflexie over deze verwijdering van het alledaagse leven. De samenleving heeft nagenoeg geen begrip van en nagenoeg geen grip op de fundamentele ontwikkelingen.

Het woord ‘spiraal’ berust op de vergelijking met de loon-prijs-spiraal en op de veronderstelling dat de samenleving dit spiraalproces niet kan beïnvloeden. Misschien is deze vergelijking wat ongelukkig gekozen, omdat het mechanisme van de lonen en prijzen niet zo moeilijk te begrijpen is en omdat de lonen en prijzen soms wel ‘in de hand gehouden’ worden. De vraag naar de oorsprong van het woord ‘spiraal’ is misschien niet erg belangrijk. Essentieel voor Casimir is de waarneming van de steeds sterker wordende verzelfstandiging van aspecten van het maatschappelijk leven. Hiervoor gebruikt hij vaak het woord ‘kloof’, voor de verzelfstandigde eenheid van wetenschap en techniek het woord ‘draaikolk’.15.

Godsdienst, kunst, politiek, wetenschap en techniek lagen vroeger in elkaars verlengde. Tycho Brahe en Kepler bijvoorbeeld werden in Praag betaald door Keizer Rudolf 11 en deze begreep wat hun werk inhield. Heel Italië bediscussieerde Galilei's resultaten. Newtons opzet was voor de geschoolde burger te bevatten. Schilders en beeldhouwers maakten plastische voorstellingen van de discussies over het heliocentrisme. Dichters bezongen de resultaten van de natuurkunde. Ze ontleenden ook vergelijkingen aan de techniek van hun tijd. Zo bedacht Vondel de beeldspraak van het gloeiend aaneensmeden van de zielen van huwelijkspartners. Stel dat we Vondels beeldspraak moesten aanpassen, opdat ze zou overeen-

stemmen met de huidige techniek. Zouden autogenisch aan elkaar gelaste zielen nog een goede beeldspraak vormen? Deze eigentijdse formulering spreekt ons minder aan. Dit is een symptoom van de kloof tussen de huidige techniek en de kunst. Het is volgens Casimir duidelijk,

‘dat de technisch-wetenschappelijke wereld die zo vele aspecten van ons bestaan beheerst vreemd is aan ons gevoelsleven (...). In vroeger tijden stond de technicus dicht bij de handwerksman en bij de kunstenaar. (...) Ook tussen de vioolbouwer, de orgelbouwer en de componist bestond er vroeger een nauwer verband dan er op het ogenblik bestaat tussen de scheppende musici en de technici die bijvoorbeeld elektronische geluidsinstallaties ontwerpen en fabriceren. (...) Er is een kloof ontstaan (...); dat is een van de dingen waar we over moeten nadenken (...)’16.

De eerste aanzet tot de kloof is in de negentiende eeuw ontstaan. De thermodynamica hield zich nog bezig met voorstelbare machines, ofschoon haar begrippen spoedig de normale voorstellingen in de steek lieten. De elektriciteitsleer introduceerde nieuwe instrumenten en apparaten die aanvankelijk ver van de produktie stonden. Maar de elektromotoren en de eerste beginselen van de elektriciteitsleer bleven toch ‘dicht bij huis’ in vergelijking met de deeltjesfysica met haar versnellers. De zorg vanwege de kloof berust niet op de veronderstelling dat alles - zoals Laplace droomde - voor één intelligentie te bevatten en te beheersen moet zijn. Daarvoor verschillen de waarden die in het geding zijn te sterk. Zorgwekkend is veeleer de onderlinge vervreemding en de moeilijke communicatie over de technische en wetenschappelijke ontwikkelingen. Een zakelijke discussie wordt hierdoor bijna onmogelijk gemaakt; en toch zijn die ontwikkelingen voor de samenleving onontbeerlijk geworden.

Literatuur

Vijf boeken zijn gewijd aan Casimirs leven, aan zijn wetenschappelijke prestaties of aan zijn inzichten in de technologische ontwikkelingen.

Haphazard Reality, Half a Century of Science (Harper, New York 1983) is zijn autobiografie; zij is geschreven op uitnodiging van de Amerikaanse Sloan Foundation. Van de Nederlandse vertaling (Het toeval van de werkelijkheid, Meulenhoff, Amsterdam 1984) zijn verschillende oplagen verschenen. Het boek bevat vele anekdotes over belangrijke fysici alsmede beschouwingen over algemene onderwerpen; zo behandelt hoofdstuk ii de ontwikkelingsstadia van fysische theorieën, hoofdstuk ix het researchmanagement van Holst en hoofdstuk x het spiraalmodel.

Waarneming en visie, over wetenschap en maatschappij (Meulenhoff, Amsterdam 1987) bestaat uit een aantal van Casimirs redes en voordrachten. Sommige zijn voordien niet gepubliceerd. Andere zouden zonder deze bundel moeilijk bereikbaar zijn.

Tussen academie en industrie, Casimirs visie op wetenschap en researchmanagement (red. A. Sarlemijn, Meulenhoff, Amsterdam 1984) heeft dezelfde structuur als de delen van de serie Library of Living Philosophers, waarvan onder andere een deel aan Einstein gewijd is: eerst zet de ‘nog levende filosoof’ zijn belangrijkste ideeën uiteen; dan volgen kritische artikelen waarvan de auteurs tot vruchtbare inzichten gekomen zijn dankzij die ideeën; daarna reageert de hoofdauteur op de kritische punten in de artikelen; het geheel wordt afgesloten met een lijst van al diens publikaties.

Physics in the Making, Essays on Developments in 20th Century Physics in Honor of H.B.G. Casimir on the Occasion of His 80th Birthday (eds. A. Sarlemijn & M.J. Sparnaay, North Holland Physics Publishing Devision, Amsterdam 1989) is het hier voortaan zo genoemde Festschrift. Het bestaat uit vier delen. Eerst analyseren drie bekende wetenschapshistorici (Martin Klein, Abraham Pais en Karl von Meyenn) het Leiden van Ehrenfest, het Kopenhagen van Bohr en het Zürich van Pauli. Daarna berichten zes fysici over de recente ontwikkelingen op hun vakgebied en over de bijdragen die professor Casimir hieraan geleverd heeft. Er wordt onder andere ingegaan op de huidige betekenis van de Casimir-operatoren, het Casimir-effect en de Onsager-Casimir-relaties. De daarop volgende historische analyses behandelen ontwikkelingen in industriële researchlaboratoria: in het NatLab (door Hans Hutter) en in het ibm-laboratorium in Zürich (door de Nobelprijswinnaar Alex Müller). Een artikel van C.F. von Weizsäcker is opgenomen in het vierde en laatste deel, gewijd aan filosofische reflexies over de exacte wetenschap en haar technische toepassingen.

Between Science and Technology (eds. A. Sarlemijn & P.A. Kroes, North Holland Physics Publishing Devision, Amsterdam 1989) bevat de voordrachten van het congres op 29 en 30 juni, georganiseerd om Casimirs tachtigste verjaardag in het openbaar te vieren. Men vindt erin algemene beschouwingen over het thema (o.a. door Léon van Hove van de cern in Genève), referaten over de huidige fysische inzichten in eigenschappen van materialen (van John Demuth van het ibm-Lab te New York en Martin Schuurmans van het NatLab), fundamenteel fysische uiteenzettingen (van Gerardus 't Hooft uit Utrecht en John

Bell van de cern in Genève), verhandelingen over nieuwe wegen van de fysica onder andere bij de studie van informatietheoretische vraagstukken (door Hermann Haken uit Stuttgart en de Nobelprijswinnaar Manfred Eigen uit Göttingen) en een historische analyse van de wijze waarop het BellLab gekomen is tot de uitvinding van de repeater en de transistor (door Lillian Hoddeson uit Illinois).

 

Dit artikel is een bewerkte versie van mijn rede uitsproken bij de overhandiging van het Festschrift (zie literatuuropgave) aan professor Casimir. Ik dank dr. ir. P.A. Kroes voor het doorlezen en zijn commentaar op een kladversie hiervan.


Vorige Volgende

Over dit hoofdstuk/artikel

auteurs