De Gids. Jaargang 165

[p. 953]

Broer Scholtens
Fysicagenen springen van generatie op generatie

Op de fiets gingen ze de Veluwe over, de latere Nobelprijswinnaar Frits Zernike en zijn elfjarige neefje Nico. Daar hadden ze in die tijd vaak een vakantiehuisje. Begin jaren dertig was het van de vorige eeuw, tijdens een zomervakantie. Langs de fietspaden en naar de huizen hingen de elektriciteitsdraden, drie dikke draden en een dunne. Al fietsend onderwees prof. dr. Zernike zijn neefje de principes van de driefasenstroom.

‘Dat is me altijd bijgebleven. Niet dat ik toen zijn technische uitleg geheel snapte, maar het feit dat precies is uit te leggen hoe iets werkt, greep me. Dat is het kenmerkende en tevens het fascinerende van fysica,’ zegt de inmiddels eenentachtigjarige prof. dr. Nico van Kampen, emeritus hoogleraar theoretische kernfysica aan de Universiteit Utrecht.

Ook Van Kampen heeft een neef, prof. dr. Gerard 't Hooft, inmiddels ook hoogleraar theoretische natuurkunde, eveneens in Utrecht. Zijn werkkamer in het Spinoza Instituut op het universiteitscentrum De Uithof is slechts een paar gangen verwijderd van de werkruimte van zijn oom. 't Hooft kreeg in december 1999 in Stockholm de Nobelprijs voor de fysica uitgereikt, bijna vijftig jaar na de toekenning van die prestigieuze prijs aan zijn illustere oudoom Frits Zernike, naar wie inmiddels in menige Nederlandse stad een laan, een weg, een straat of een hof is genoemd, en zelfs, in navolging van enkele andere Nederlandse fysici, een krater op de maan. Een asteroïde is recentelijk naar 't Hooft vernoemd: asteroïde 9491 tHooft, zonder apostrof: de internationale astronomische unie kent die niet.

De parallellen tussen de leergierige neefjes en ooms, ook al zit daar meer dan een halve eeuw tussen, zijn opmerkelijk. In een omgeving waar wetenschap goed gedijde, was de oom die het leergierige neefje de weg wees richting fysica, de gemeenschappelijke factor. Het is het vak van het ontrafelen van mathematische formules voor het beschrijven van wetmatigheden in de natuur.

[p. 954]

Zernike, van oorsprong chemicus, specialiseerde zich in het begin van de twintigste eeuw aan de universiteit in Groningen in de mathematische fysica. De theoreticus was een begenadigd experimentator. Hij bouwde centrifuges om stoffen te scheiden. Daarvoor sloopte hij motoren uit oude stofzuigers; hij was op de penning.

In zijn jeugd knutselde hij al fototoestellen en astronomische kijkers in elkaar, en hij synthetiseerde zonodig zelf de benodigde fotochemicaliën. Met die handigheid legde hij de basis voor de ontwikkeling en de bouw van de fasecontrastmicroscoop waarmee minuscule onzichtbare deeltjes zichtbaar te maken zijn, een vinding waarvoor hij de Nobelprijs kreeg en waarvoor de optische fabriek Zeiss

[p. 955]

in Jena in eerste instantie weinig belangstelling toonde: ‘Als het een belangwekkende uitvinding zou zijn, dan hadden we die toch zelf wel uitgevonden.’

Neef Van Kampen en achterneef 't Hooft hebben het bij de theorie gehouden, bij het formuleren van mathematische beschrijvingen van de natuur op het niveau van elementaire deeltjes, van neutronen en quarks tot basale krachten als de zwakke wisselwerking en de zwaartekracht. Fysica, maar eigenlijk vooral veel wiskunde.

Beiden kiezen daarin een eigen benadering, en ze leven in twee werelden. Van Kampen is een wetenschapper van de wat klassiekere benadering, 't Hooft kiest voor een vaak bekritiseerde aanpak die uitgaat van de gequantiseerde veldentheorie. En zo kan het gebeuren dat Van Kampen de wetenschappelijke publicaties van zijn neef nog nauwelijks leest, en andersom.

Van Kampen en 't Hooft, op zeer jeugdige leeftijd kozen ze voor de natuurkunde. De omschrijving kiezen is eigenlijk te zwaar aangezet, het zit ze in de genen, er lijkt geen ontkomen aan. Diezelfde grillige natuur heeft dat voor hen beslist. En dat effect wordt nog eens versterkt door die stimulerende ooms, met dezelfde natuurkundegenen. ‘Een afwijking die genetisch alleen in mannelijke familieleden tot expressie komt,’ formuleerde Van Kampen eens.

Praten over complexe theoretische beschouwingen over de samenhang van elementaire deeltjes en over oerkrachten in de natuur kost beide fysici weinig moeite. Komt het gesprek echter te dicht bij de persoon, dan antwoorden beiden ontwijkend. 't Hooft: ‘Dat kunt u beter aan mijn oom vragen, die weet dat veel beter.’

Zijn omtrekkende bewegingen zijn ingegeven door bescheidenheid, en misschien ook wel enigszins door gêne. Het zijn per slot van rekening soms persoonlijke ontboezemingen, die niet direct bestemd zijn voor buitenstaanders. Komen familiale achtergronden aan bod, basale verbanden in de familie, dan verloopt het gesprek moeizaam, niet uit onwil, het is ongemak.

't Hooft had er bij het maken van de afspraak al voor gewaarschuwd. Net als zijn oom. ‘Ik ben bereid mee te werken aan een artikel over de familie, al bevangt me wel een licht gevoel van exhibitionisme,’ schrijft Van Kampen in een e-mail, een paar weken voor het gesprek. ‘Er is een onuitputtelijke bron van familieverhalen, maar of die voor de buitenstaander interessant zijn?’ Waarna overigens een intrigerend gesprek volgt, niet altijd over de familie, maar toch.

Emeritus Van Kampen kan op eenentachtigjarige leeftijd de fysica nog steeds niet loslaten. Er zijn zoveel fysische problemen niet opgelost, zegt hij. Op dit moment is hij bezig met de kwantumme-

[p. 956]

chanica van ‘open systemen in wisselwerking met de buitenwereld’, zo beschrijft hij zijn huidige theoretische activiteiten in een jargon dat alleen liefhebbers zullen begrijpen. ‘Dat is nog steeds niet goed uit te rekenen,’ zegt hij, gebogen over enkele handbeschreven A4'tjes met complexe integralen.

Hij heeft nog altijd een werkruimte op de universiteit in Utrecht, achter de bibliotheek van het fysica-instituut. Studenten en medewerkers hebben het met enig ontzag over de emerituskamer. Daar werkt hij met enige regelmaat, daar componeert hij met groot gemak complexe integraalvergelijkingen voor het beschrijven van de elementaire wereld, met de pen, in een keurig handschrift, ten behoeve van een nieuw wetenschappelijk artikel.

In de familie heeft altijd een sfeer gehangen van intellectuele activiteiten, is de basale omschrijving van Van Kampen. ‘Die sfeer voelde je als je bij mijn oom Frits Zernike op bezoek was. We waren er al wel mee bekend. De kennissenkring van mijn ouders was per slot van rekening het Leidse universitaire professorencircuit. Er hing bij ons een exacte sfeer; het zoeken naar exacte beschrijvingen.’

‘Er bestond bij ons niet direct de neiging een gedicht te maken bij het zien van palen met stroomdraden, uitzoeken hoe iets werkte stond bij ons voorop. Vermeerdering van kennis was daarbij de drijfveer. Nadenken over zaken, zo'n houding, dat was bij ons belangrijk. Over dingen nadenken, en je er niet met een jantje-van-leiden van afmaken,’ zegt Van Kampen, wiens vader, Pieter-Nicolaas van Kampen, een beroemd zoöloog was, eveneens aan de Leidse universiteit, zeker in die tijd een universiteit met grote wetenschappelijke status.

Hij las zijn vaders biologieboeken, kasten vol, en hij ging vaak mee naar diens laboratorium. Toen hij zeven was, werd zijn vader ernstig ziek: een hersenbloeding. Schaken ging nog uitstekend, maar praten kon hij niet meer. Acht jaar duurde het ziekbed. Met oom Frits, veel jonger dan vader Van Kampen, werden daarom de wetenschappelijke gesprekken gevoerd, niet over biologie, dat was een wat te vaag vak, maar over natuurkunde. Dat was het ultieme vak, vanwege het exacte karakter, de precieze beschrijvingen.

Bovendien, oom Frits was een gezellige man, vol grappen. Wanneer die kwam logeren was het feest, zegt Van Kampen. Zijn familie ging ook met grote regelmaat vanuit Leiden naar Groningen, waar Zernike werkte. Neef Nico ging dan mee naar zijn laboratorium, naar zijn experimenteerruimte op de universiteit.

Ook moeder Van Kampen, de zus van Frits Zernike, speelde een cruciale rol. Zij, op jonge leeftijd getrouwd met de wat oudere Van

[p. 957]

Kampen, haar biologiehoogleraar, stimuleerde die intellectuele sfeer in huis, ze was daar zeer op gesteld. Dat had ze van thuis meegekregen.

In het gezin van Frits Zernike - vader en moeder waren onderwijzers op een lagere school in Amsterdam en hadden een grote affectie voor wiskunde en fysica - domineerde aan de eettafel de wetenschap; daar werden tijdens het eten wiskundige problemen besproken, leert de overlevering. Na het verstelwerk moest vader Zernike 's avonds op verzoek van moeder moeilijke hoofdrekensommetjes opgeven, ter verpozing.

Frits Zernike was de tweede in een gezin met zes kinderen. Er circuleren liefdesbrieven in de familie, geschreven door de ouders van Zernike, waarin niet alleen de mooie blauwe ogen worden beschreven, maar waarin ook en passant wiskundeproblemen aan de orde komen.

Die zus van Frits Zernike, Lise Zernike, de oma van Gerard 't Hooft, stimuleerde haar kleinzoon wetenschap te gaan doen. Daar had ze wat mee, en ook met mensen die bereid waren daar hun energie in te steken. Kleinzoon Gerard en zoon Nico konden geen kwaad bij haar doen. Zij hadden in haar ogen de juiste instelling, gericht op de wetenschap, zij haalden goede cijfers in de harde vakken, in de vakken die er volgens haar toe deden.

Zo ging een van de kinderen tot grote teleurstelling van moeder Frans studeren. En dat een andere dochter, Margaretha Agnes, de moeder van Gerard 't Hooft, niet wilde studeren, en - in haar ogen slechts - kunstnijverheidsonderwijs volgde, vond ze niet bepaald leuk. Kinderen en kleinkinderen die er niet direct blijk van gaven gefascineerd te zijn door de wetenschap, hadden het moeilijk. ‘Ze was een lief mens, maar haar voorkeur kon ze niet verbergen. Toch enigszins oneerlijk, die vele aandacht toen voor mij,’ zegt 't Hooft. Oma, ze is ver in de negentig geworden, heeft de toekenning van de Nobelprijs aan haar oogappel kleinzoon Gerard niet meer meegemaakt. ‘Ze zou het schitterend hebben gevonden,’ zegt hij.

En dan was er oom Nico die Gerard 't Hooft leerde ‘net zo lang na te denken totdat je echt begreep hoe iets werkte’. 't Hooft viel op jeugdige leeftijd voor de fysica, na inspirerende en intrigerende gesprekken met zijn ongetrouwde lievelingsoom, Nico van Kampen. Nou ja, ongetrouwd. ‘Getrouwd met de fysica,’ zegt 't Hooft wiens oom vaak vanuit zijn toenmalige woon- en werkplaats Leiden bij de familie in Den Haag op bezoek kwam.

‘Ik wilde al vroeg de geheimen van de natuur ontrafelen,’ zegt 't Hooft, die zich kan herinneren dat hij al op zijn derde gefascineerd

[p. 958]

raakte door de draaiende wielen van twee op hun kop staande kinderfietsjes. De wielen raakten elkaar. Door het ene wiel te draaien, kon het andere ook in beweging worden gezet. Fascinerend. En dus speelde hij ook met meccano. Hij had er talloze dozen van. Om en om bouwde hij: eerst volgens de tekening uit het bijbehorende boek, en dan een fantasiemachine, een eigen idee.

Intrigerende natuurkundige principes, het beschrijven van de natuur, dat hield hem toen al bezig. Andere kinderen in zijn omgeving hadden daar geen belangstelling voor. ‘Ik was daar best een beetje alleen in.’

Oom Nico kwam regelmatig bij hen eten, en dan hadden ze het over de wetmatigheden in de fysica, en over Zernike, de trots van de familie. Die had toen net de Nobelprijs gekregen. ‘Ik keek tegen mijn oom op, en kon gefascineerd naar hem kijken als hij in een hoek van de kamer aan het werk was, achter zijn papieren, aan het schrijven, vellen met formules. Een gewetensvol wetenschapper, hem wilde ik volgen.’

Op het gymnasium in Den Haag, waar Gerard 't Hooft voor de meeste bètavakken tienen haalde, had hij een goede natuurkundeleraar, maar zijn oom was er voor de echte, diepere antwoorden, zegt 't Hooft, die zichzelf omschrijft als een ‘braaf jongetje, dat keurig zijn huiswerk maakte’.

‘Dat waren gezellige bezoeken,’ herinnert ook Van Kampen zich. Aan de ene kant voelt hij zich gevleid door die herinneringen van zijn neef. Aan de andere kant is zijn reactie terughoudend, mogelijk uit bescheidenheid. ‘Ja, ik hoor van hem dat ik een zekere invloed heb gehad op zijn latere carrière, ikzelf kan dat niet goed beoordelen. Bovendien, de vader van Gerard, scheepsbouwkundig ingenieur, was ook niet de minste, vlak die niet uit. In dat gezin hing een intellectuele sfeer.’

Van Kampen, hoogleraar in Utrecht, adviseerde zijn neef Gerard daar ook heen te komen omdat het wetenschappelijke niveau daar net even iets hoger was dan aan de meer voor de hand liggende Leidse universiteit. De fysica was daar een beetje ingedut, zegt 't Hooft. ‘Op dat moment althans,’ haast Van Kampen zich daaraan toe te voegen.

En dus ging Gerard 't Hooft in Utrecht natuurkunde studeren en volgde hij college bij zijn oom. 's Avonds zocht hij die vaak op in zijn werkkamer van het fysica-instituut, toen nog in de binnenstad van Utrecht. Van Kampen maakte lange dagen, in dienst van de wetenschap. Een belezen man, zegt neef Gerard, die zijn aandacht echter wat te zwaar concentreert op de theoretische natuurkunde.

[p. 959]

‘Om te voorkomen dat ik net zo'n nerd zou worden als mijn oom, en me te eenzijdig zou richten op de natuurkunde, ben ik toen op aanwijzing van mijn vader bij een studentenvereniging gegaan, het Utrechtse corps,’ zegt 't Hooft. ‘Mijn vader had het idee dat ik daar wat socialer zou worden. Ik denk dat dat deels is gelukt.’

Gerard 't Hooft schildert af en toe (op zijn website staan enkele fraaie tekeningen, die voor een deel zijn gemaakt met de computer: www.phys.uu.nl/~thooft). Tekenen en schilderen, het gevoel voor de muze, heeft hij van zijn moeder. Die studeerde vlak voor de oorlog af aan de kunstnijverheidsschool. Zij, de zus van oom Nico, heeft niet veel met wetenschap.

't Hooft herinnert zich nog dat hij op zijn twaalfde samen met zijn oudste zus het huis van oma (de zus van Zernike), een groot huis aan een van de singels in Leiden waar ze als kinderen regelmatig op bezoek kwamen, heeft opgefleurd met een grote muurschildering. Een zonnig eiland gesitueerd aan de Franse Rivièra.

Nobelprijswinnaar 't Hooft speelt, met een wat grotere regelmaat, piano, klassiek uiteraard, de moeilijke stukken. De laatste jaren doet hij dat overigens veel minder dan hij zou willen. Bovendien zijn de vingers niet zo snel meer. Hij streeft naar perfectie, ook hierin. De noten moeten perfect klinken, volgens schema.

Op de vraag een kenmerk te geven van de familie antwoordt Gerard 't Hooft beslist: ‘We zijn individualisten, elk met een eigen bijzonderheid, of zo u wilt, eigenaardigheid, het is maar hoe je ertegenaan kijkt.’ Daar zijn bijvoorbeeld die twee zussen van oudoom Zernike: de een (Elisabeth) was romanschrijfster, en de ander (Annie) de eerste vrouwelijke dominee in Nederland; zij was getrouwd met de Friese kunstschilder Jan Menkes. Een door hem geschilderd portret hangt in het Fries Museum in Leeuwarden.

Nobelprijswinnaar 't Hooft kenmerkt zich door die ogenschijnlijk monomane, fanatieke en vastbijterige, inmiddels succesvolle pogingen om de complexe natuur vast te leggen in wiskundige beschrijvingen. ‘In het begin vond men mijn benadering vaak eigenaardig, later werd dat bijzonder, zeker na de publicatie van enkele belangwekkende artikelen, en nu na de toekenning van de Nobelprijs.’