De Gids. Jaargang 170

[p. 716]

Robbert Dijkgraaf
Over Democritus en Heraclitus

In de vaste collectie van het Rijksmuseum bevinden zich twee portretten van de zeventiende-eeuwse schilder Hendrick ter Brugghen. Op beide schilderijen staat een man met een toga afgebeeld. De eerste figuur, een jonge man, straalt ons tegemoet met zijn glimmende neus, vlassige baard, vettige piekharen en zwarte baret. Zijn vlezige armen heeft hij gespreid over een hemelglobe. Zijn linkerarm dekt nietsvermoedend de Grote Beer af. Het sterrenbeeld Kreeft spreidt tevergeefs zijn scharen. De man hangt over het universum alsof het een goedkope bar is. Over zijn schouder heeft hij nonchalant een gouddamasten mantel geslagen die straalt van sterrenstof. Dit is duidelijk iemand voor wie de kosmos geen geheimen heeft. Hij kijkt alsof hij zojuist een goeie grap over de oerknal heeft verteld en voor iedereen een rondje bestelt.

Op het andere portret zien we een oudere man, kaal met een stevige baard. Ook hij leunt op een globe, maar in dit geval is het de aarde en niet de kosmos. Zijn gezicht, nek en handen zijn verweerd en gebruind, als die van een tuinder die jarenlang met pet en overall op het land heeft gewerkt. Hij vertelt indringend, maar op een serieuze manier. Een zachte doek in warme aardetinten dekt een gedeelte van de globe toe. De man is ernstig, maar straalt ook vertrouwen uit. Geen briljante grappen dit keer, maar een mooi verhaal.

Beide portretten verbeelden Griekse filosofen, een klassiek duo. De vrolijke, licht beschonken jongeman is Democritus, bijgenaamd de lachende filosoof, bekend als de vader van de atoomtheorie. Volgens Montaigne vond hij ‘het menselijke bestaan onbeduidend en belachelijk: als hij zich in het openbaar vertoonde lag er altijd een spottende grijns op zijn gezicht.’ De oudere, wat stugge man is Heraclitus, bijgenaamd de huilende filosoof. U kent hem van zijn uitspraak ‘panta rhei’, alles stroomt. ‘Heraclitus voelde juist medelijden met ons mensen, en had uit mededogen altijd een bedroefd gelaat en tranen in zijn ogen.’

Met enige fantasie kunnen we deze twee filosofen symbool laten

[p. 717]

staan voor twee tegengestelde visies op de rol van de natuurwetenschappen. Waar vinden we de ultieme waarheid? Liggen de fundamentele inzichten op microscopische schaal, bij de allerkleinste deeltjes, en ontstaat uit die orde de wanorde om ons heen? Of ligt de ware schoonheid en begrip juist in de menselijke maat, de alledaagse wereld, en ontstaat de orde om ons heen uit de wanorde van de microscopische wereld? Is het sleutelbegrip reductionisme, het herleiden tot eenvoudige onderdelen op een lager niveau, of is het emergentie, het spontaan verschijnen van structuren op een hoger niveau? Simpel gezegd: ontstaat rotzooi uit schoonheid, of schoonheid uit rotzooi?

Het ligt voor de hand om het reductionisme en zijn vader Democritus als de natuurlijke winnaar van dit debat te zien. Is het atoom niet hét icoon van de moderne wetenschap geworden? Het boezemt nog steeds ontzag en vrees in. Reductionisme is de motor van de moderne wetenschap gebleken. De afgelopen eeuwen is onze kennis van de natuur geëxplodeerd door steeds dieper en dieper te graven. De alledaagse ervaring - wat we rechtstreeks kunnen zien, horen en voelen - is vervangen door de spectaculaire beelden van de enorme telescopen en microscopen waarmee we naar de kleinste details en de verste uithoeken van het heelal kijken.

De ultieme kampioenen van het reductionisme zijn natuurlijk de deeltjesfysici, die er in geslaagd zijn de eigenschappen van alle materie en straling te herleiden tot een handvol elementaire deeltjes en hun interacties. De formule van hun Standaardmodel kan met wat passen en meten op een enkele regel. Wie doet dat na? In deze natuurfilosofie is de werkelijke schoonheid slechts in de details te vinden. In de microwereld heersen structuur en regelmaat.

De ontdekkingen van die nieuwe werelden hebben de positie van de mens drastisch gerelativeerd. Van het centrum van het universum zijn wij verplaatst naar de verre periferie. Het antwoord op de grote vraag ‘waarom zijn we op aarde’ is in alle opzichten een enorme teleurstelling. De aarde is slechts een middelmatige planeet gebleken, die rond een middelmatige ster draait, gepositioneerd in een verre buitenwijk van een middelmatig sterrenstelsel, ergens in een middelmatig stukje van het heelal. Net zo min is de mens het hoogtepunt van de schepping, maar is ontmaskerd als een wat slimmere aap, niet meer dan de toevallige uitkomst van bijna vier miljard jaar evolutie.

De grote vragen die de wetenschap wél bevredigend heeft kunnen beantwoorden, zijn vragen waar niemand op wachtte: wat is een quark, hoe werkt een zwart gat, wat is de kromming van het heelal? Pas als we het allerkleinste en het allergrootste domein naderen krijgt de wereld het eenvoudige en overzichtelijke karakter waar de mens zo

[p. 718]

naar op zoek is. Alleen vanuit het absurde perspectief van een elektron, dat niet weet of het een deeltje of een golf moet zijn, is er een universele betekenis aan de werkelijkheid toe te kennen. Heisenbergs onzekerheid is de enige zekerheid. Of zoals Democritus het uitdrukte: ‘Volgens afspraak is er kleur, volgens afspraak zoet, volgens afspraak bitter, maar in werkelijkheid zijn er alleen atomen en ruimte.’ Inderdaad, om dit krankzinnige universum rest ons niets anders dan een bevrijdende lach.

Maar is dit wel het volledige verhaal? Er is een complementaire kijk, die ruwweg de andere helft van de wetenschap omarmt. Deze tegen-stroming vaart onder de vlag van de emergentie. Zij gaat uit van het omgekeerde credo ‘schoonheid uit rotzooi’. Elegante verschijnselen met een grote innerlijke schoonheid zijn niet het exclusieve domein van elementaire deeltjes, ze kunnen ook spontaan ontstaan uit de chaos die op het allerkleinste niveau heerst. Dit is de overheersende school van denken in het domein van het leven en de mens.

Een mooi voorbeeld zijn de elegante bewegingen van een school vissen, een vast onderdeel van natuurfilms. De kleine visjes lijken perfect synchroon een onderwaterballet uit te voeren. De scherpe bochten naar links en naar rechts, de precisie waarmee de manoeuvres worden gecoördineerd: de school lijkt geleid door een onzichtbare hand. Sterker nog, uiteindelijk verdwijnen de individuele visjes. Ze gaan volledig op in het collectief, dat daarmee een zelfstandig organisme wordt met een eigen persoonlijkheid. Toch volgt het complexe gedrag van de school uit het eenvoudige gedrag van de visjes, die niets anders doen dan zo goed mogelijk hun buurman kopiëren. Omdat die kopie nooit perfect is, worden kleine foutjes uitvergroot, wat leidt tot de grillige schijnbewegingen en de illusie van intelligent gedrag van de school.

Net zo is bewustzijn een eigenschap van het totale neurale systeem van onze hersenen en moeilijk toe te schrijven aan een enkele zenuwcel. Ook het zichzelf reproducerende leven is bij uitstek een emergent verschijnsel, dat uit de veelheid van chemische reacties in de cellen ontstaat. Maar emergentie is niet slechts voorbehouden aan de biologie. Ook in de harde fysica zijn vele voorbeelden te vinden. Neem de eigenschappen die we zo vanzelfsprekend aan materie toeschrijven: warm, koud, hard, glad, bevroren, vloeibaar. Dit alles wordt betekenis op het moleculaire niveau. Een atoom is niet hard of zacht, daar had Democritus groot gelijk in. Alleen het wonder is niet dat die eigenschappen verdwijnen als we materie tot atomen reduceren. Nee, het wonder is dat uit de simpele eigenschappen van atomen zulke rijke begrippen als kleur, zoet en bitter kunnen ontstaan.

[p. 719]

Ook emergente orde kan een grote wiskundige schoonheid hebben. Neem de thermodynamica, de leer van warmte en energie, een prachtig negentiende-eeuws bouwwerk van elegante wetten gevangen in bondige formules. Er komen geen atomen of moleculen aan te pas. Het beschrijft slechts de stroming van warmte. Het definitieve bewijs dat materie uit kleine bouwstenen bestaat, kwam historisch gezien pas later en is op dit niveau volstrekt irrelevant. Vanuit het atomaire standpunt is de eenvoud van de thermodynamische wetten een wonder. Het is een onverdiende bonus van het samenspel van ontelbaar vele moleculen.

Wij stoppen onze hand in het badwater en voelen direct of het water de goede temperatuur heeft of niet. Maar als we het badwater onder een enorme microscoop zouden bekijken, zien we slechts een grote verzameling watermoleculen, die chaotisch heen en weer schieten en tegen elkaar aan botsen. Is dit een aangenaam bad? Op dit individuele niveau bestaat geen temperatuur. Een watermolecuul heeft het niet warm of koud. Het kent slechts beweging.

Dus waar ligt het echte wonder? Bij de atomen van Democritus of het warme bad van Heraclitus? Bij het exotische of het alledaagse?

Misschien is het grootste wonder wel dat er zoveel overeenkomsten tussen deze twee schoonheidsidealen zijn, dat wij zowel de oude wereld als de nieuwe wereld kunnen begrijpen. De woorden ‘quark’ en ‘oerknal’ zijn ondertussen in Van Dale opgenomen, waar ze gebroederlijk staan naast ‘tafel’ en ‘stoel’. Ze zijn thuis gekomen. We begrijpen die vreemde deeltjes en dat onmetelijke heelal met hetzelfde verstand en dezelfde logica als waar we de alledaagse wereld mee duiden. Wij mensen vormen de verbindende schakel. Het universum mag dan uit onvoorstelbaar veel deeltjes bestaan, gevangen in een absurdistisch spel, het heeft toch de aarde en ons mensen voortgebracht die dat alles kunnen aanschouwen - met een lach en een traan.