Richard Feynman wordt gezien als een
van de meest briljante en inspirerende fysici van de twintigste eeuw.
Hij groeide op in een buitenwijk van
New York en was de slimheid zelve. Studeerde aan het Massachussets
Institute of Technology (MIT) en promoveerde onder Wheeler aan
Princeton University. Feynman trouwde in het geniep met een
jeugdvriendin die ongeneeslijk ziek was. Bij wijze van alternatieve
dienstplicht om zich te onttrekken aan het oorlogsfront in
Europa raakte hij al op jonge leeftijd betrokken bij het
beruchte Manhattan Project in Los Alamos, waaruit de
eerste atoombom voortkwam.
Na de oorlog was hij als docent
achtereenvolgens verbonden aan Cornell University en Caltech. Hij
kreeg een Nobelprijs voor de ontwikkeling van de quantumtheorie van
de elektromagnetische verschijnselen (de Quantum electrodynamica:
QED). Hij verwierf grote faam als docent: vele generaties fysici zijn
grootgebracht met de Feynman Lectures, waarin het natuurkundige
basiscurriculum op een zeer originele en inspirerende wijze vorm is
gegeven. Zijn zeer ongedwongen stijl van schrijven en uitleggen was
een eye-opener voor leken, studenten, maar ook voor collegas.
Aan formaliteiten, gewichtigdoenerij en bureaucratie had hij maling.
Ook in zijn werk schuwde hij nodeloos formalisme. Fysische, vaak
heuristische argumenten genoten de voorkeur. Een echte performer en
science communicator: Science is great fun. Imagine you are this poor
electron surfing along on this wave with almost the velocity of
light.... The all american whizzkid. Lets figure this out,
lets just do it.
MANHATTAN PROJECT
Iemand deelde donkere lasbrillen uit.
Edward Teller smeerde zich in met zonnebrandolie en deed handschoenen
aan. De makers van de bom moesten met hun gezicht naar de grond gaan
liggen, met hun voeten in de richting van ground zero, twintig mijl
verderop, waar het geval op een dertig meter hoge toren lag. Onderweg
hadden drie bussen vol wetenschappers moeten stoppen,
omdat één
van hen zo misselijk geworden was dat hij in de bosjes moest braken.
Een onweersbui hing dreigend boven de woestijn van Nieuw-Mexico.
In de verte tasten zoeklichten de lucht
af, heen en weer zwaaiend tussen de wolken en de plaats waar de toren
zich volgens Feynman moest bevinden. De glazen van zijn lasbril waren
zo donker dat hij niet eens zn zaklantaarn kon zien. Weg
met dat ding, besloot hij. De groep die daar verspreid over
Campania Hill stond, deed hem denken aan mensen in een bioscoop met
van die stereoscopische brillen op. Hij liep naar een jeep en ging op
de voorbank zitten, de voorruit zou genoeg bescherming bieden tegen
de gevaarlijke ultraviolette straling...
Op 16 juli 1945,
s morgens om
5:29:45 uur, vlak voor de dageraad zijn grijze licht over de Jornada
de Muerto (Reis van de dood) zou werpen, was er plotseling de
verblindende lichtflits van de eerste atoombom. Een fractie van een
seconde later lag Feynman op de bodem van de jeep en zag een paarse
vlek voor zijn ogen. Maar de wetenschapper in hem dwong hem weer op
te kijken. De aarde was wit als een vel papier: een vormloze
tweedimensionale wereld. De lucht verkleurde van zilver naar oranje,
het licht weerkaatste in de wolken die ontstonden achter de
schokgolf. Iets moet die wolken maken!, dacht hij. Hier
was een fantastisch experiment gaande. Hij zag het onverwachte
schijnsel van de geïoniseerde lucht, waar moleculen door de
enorme hitte van hun elektronen waren ontdaan. Hier lag de kiem van
een herinnering die de getuigen een leven lang zou bijblijven. En
toen scheen plotseling de zon, althans zo leek het. Otto Frisch
beschreef het later als een soort licht dat je niet met
menselijke zintuigen of wetenschappelijke instrumenten kon bevatten.
En I.I. Rabi dacht ook niet aan kaarslicht toen hij
schreef: It blasted , it pounced, it bored its way into you. It
was a vision, which was seen with more then the eye. Het licht
steeg op en viel in stilte over de woestijnkom, en het bleef doodstil
totdat de schokgolf zon honderd seconden na de ontsteking
arriveerde. Een oorverdovende klap, alsof iemand vlakbij een schot
loste. Wat is dat?, riep een geschrokken journalist van
de NY Times die links van Feynman stond. Dat is de bom!
riep Feynman terug. Hij was 27 jaar, maar zag eruit als een jonge
knul.
Zware donderslagen weerklonken door de
heuvels. Ze werden gehoord, maar meer nog gevoeld, zo leek het. Het
kabaal gaf aan de explosie weer iets werkelijks. Enrico Fermi, die
dichterbij de explosie stond, luisterde er amper naar, hij
verscheurde een vel papier om de druk te bepalen die de explosie
veroorzaakte, dit door de snippers één voor één
door de plotseling opgestoken wind te laten meevoeren.
Aan het slot barstte de feestvreugde
los, kreten werden geslaakt en men danste als bij een grote
overwinning. Op de terugweg leek het alsof Feynman door het dak van
de bus zweefde. De bommakers stortten zich in een onstuimig feest en
bedronken zich. Alles ter ere van het ding, het
toestel, het speeltje. Waren ze niet superslim,
deze jongens die dit alles voor elkaar konden brengen? Na twee jaar
ploeteren in een bruine woestijn waren ze erin geslaagd om als
eersten massa direct in energie om te zetten! Met name de theoretici
hadden hun abstracte schoolbord-wijsheden als nimmer tevoren aan de
ultieme werkelijkheid getoetst. Ontstaan als een zuivere gedachte was
het nu geworden tot een dodelijke vlam. Dit was omgekeerde alchemie,
een alchemie waarbij elementen zeldzamer dan goud veranderden in
alledaagse elementen, zoals lood.
Tot zover een vrije vertaling van een
passage uit Gleicks Feynman-biografie getiteld: Genius.
Het duurde niet lang of vele van de
betrokkenen werden door een naijlende maar onontkoombare mentale
schokgolf getroffen.Bob Wilson zei tegen Feynman; Its a
terrible thing we made. Waarop deze reageerde met: And
you got me in to this!. Oppenheimer, de leider van het
Manhattan Project, die tien jaar later ten prooi zou vallen aan de
anticommunistische heksensenjacht van Mc Carthy, citeerde uit de
Bhagavad Gita: Now I am become Death, the destroyer of worlds.
Het hoofd van de testdivisie, Kenneth Bainbridge zei: We are
all sons of a bitch now.
De kwajongen Feynman kwam in een brief
aan zijn moeder niet verder dan: Its a wonderful sight
from the air to see the green area with the crater at the center in
the brown desert.
De relatie tussen samenleving en
wetenschap was ingrijpend veranderd. Nadat de bommen op Hiroshima en
Nagasaki meer dan honderdduizend doden tot gevolg had gehad, rustte
er een collectieve last op de schouders van deze wetenschappers
ondanks het feit dat met hun ding de oorlog in een klap
kon worden beëindigd. Het credo Kennis is Macht leek
meer dan ooit van toepassing, ook al ging het hier om de macabere
macht van de zelfvernietiging. Zoals Oppenheimer zei:
The only mildly godfearing people now have something real to
fear...
De tijd dat wetenschap alleen uit
nieuwsgierigheid en honger naar inzicht bedreven werd, leek voorgoed
voorbij. De romantiek van de zuiver intellectuele uitdaging had
plaatsgemaakt voor een militair wetenschappelijk complex. Een moderne
versie van Fausts verbond met de duivel, dat in de ideologie van de
koude oorlog een ideale voedingsbodem vond waarop het nog lange tijd
zou voortwoekeren.
Anderzijds deed zich paradoxaal
genoeg ook het tegenovergestelde effect voor, dat meer deed
denken aan de Griekse mythe van Prometheus, die het vuur uit de hemel
stal en het aan de mensen gaf. Prometheus stond daarom in hoog
aanzien, als weldoener van de mensheid en als beschermheilige van
onderwijs en wetenschap.
De bom vormde echter ook de
verpletterende bevestiging van de nieuwe natuurkunde, de
relativiteitstheorie en de quantummechanica. Gebaseerd op beginselen
die zoals Oppenheimer zei: forced the recognition that human
language has its limits, that people had to accept concepts that
correspond only faintly to things in the real world, like the shadow
of ghosts.
(AUTO)BIOGRAFIEËN
Ik zal hier niet uitvoerig stilstaan bij
Feynmans joodse jeugd in Far Rockaway nabij New York. Zijn vader
een handelaar in legeruniformen was wel de man die hem de
motivatie voor, en de eerste beginselen van de natuurwetenschap
bijbracht, alsook een gezonde argwaan jegens opgelegde autoriteit.
Zijn vader zou ook voor zijn geboorte hebben gezegd: If its
a boy, hell be a scientist.
Evenmin wil ik ingaan op zijn
rijkgeschakeerde liefdesleven, dat behalve ruimte voor drie
uiteenlopende huwelijken ook nog ruimte bood voor legio vrijblijvende
relaties, met alle saillante verwikkelingen van dien.
Wel wil ik in het kort wil ik iets zeggen over de
opzienbarende rol die hij aan het eind van zijn leven speelde
hij leed toen al lang aan een ongeneeslijke vorm van kanker in
het onderzoek van de catastrofe met het ruimteveer de Challenger. Bij
die gelegenheid maakte hij furore door voor de televisie, voor het
aangezicht van de hele wereld, de oorzaak van het ongeluk genadeloos
aan de kaak te stellen. Met een eenvoudig proefje met een rubberen
afsluitring en een bakje ijswater dwong hij het hele
NASA-establishment op de knieën.
Naast zijn wetenschappelijke oeuvre
schreef hij enige vermakelijke boeken met anekdotes Very funny,
Mr Feynman en What do you care what they say. Het
is interessant om dit eenzijdige autobiografische materiaal te
vergelijken met het evenwichtigere beeld dat in de biografie Genius
van James Gleick wordt neergezet.
Het probleem van het genre
wetenschappelijke biografie is dat het dikwijls tot
spanning leidt: de historicus of literator is geen fysicus en de
fysicus geen historicus. Er zijn uitzonderingen gelukkig. Men kan
denken aan de Einstein-biografie Subtle is the Lord van Abraham Pais.
Gleicks boek over Feynman behoort niet tot deze categorie, hoewel het
uitstekend en levendig geschreven is. Het probleem is gewoon dat hij
de wetenschappelijke kant niet voldoende begrijpt en dus veroordeeld
is tot een eindeloos van horen zeggen. Beter in dat
opzicht is het boek The Beat of a Different Drum van Jogdash Mehra,
die zelfs niet schroomt om zijn betoog te verlevendigen met de nodige
formules. Het probleem is dat wie een biografie van een belangrijk
wetenschapper schrijft ook een biografie van de wetenschap moet
kunnen schrijven.
Verder heb ik voor deze bijdrage over
Feynman flankerend materiaal gevist uit boeken van Schweber, Dyson,
Davies en andere tijdgenoten.
Ik wil me hier beperken tot vier
onderwerpen: de bom, waarover ik al uitweidde, Feynmans
wetenschappelijke erfenis, zijn rol als leermeester en science
communicator en zijn visie op wetenschap als sublieme
menselijke activiteit.
CALTECH
Na de oorlog werd Feynman hoogleraar in
de theoretische natuurkunde aan Cornell University in Ithaca, in de
staat New York, en keerde hij terug naar de fundamentele problemen
waar de fysica toen mee kampte. In 1951 vertrok hij naar Caltech in
Pasadena nabij Los Angeles, waaraan hij tot zijn dood verbonden
bleef. Ik volsta met een samenvatting van de meest belangwekkende
inhoudelijke bijdragen die hij aan de natuurkunde heeft geleverd.
Bij zijn terugkeer in de academische
wereld werd de natuurkunde nog steeds in beslag genomen door de
ontwikkelingen die aan het begin van de eeuw het hele vakgebied op
hun kop hadden gezet: de relativiteitstheorie en de quantummechanica.
Deze stonden een radicale breuk voor met de klassieke natuurkunde van
Newton ( waarbij we denken aan de mechanica en diens
gravitatietheorie) en Maxwell (de theorie van de elektromagnetische
verschijnselen).
De relativiteitstheorie betekende een
belangwekkende generalisatie van Newtons theorieën die als een
schier onverwoestbaar monument reeds tweeënhalve eeuw hadden
getrotseerd, onaangetast door de tand des tijds. Ze was van
toepassing in situaties waarbij deeltjes snelheden hebben die in de
buurt van de lichtsnelheid (300.000 km/sec.) komen. Niet alleen legde
de relativiteitstheorie het bekende verband tussen massa en energie
middels de beroemde formule E = mc2, die het ook op T-shirts en in
advertenties voor intelligente adviesbureaus zo aardig doet, nee, de
theorie dwong ons ook het gangbare concept van ruimte en tijd te
herzien. In de algemene theorie van Einstein, zijn ruimte en tijd
niet langer het absolute, rigide kader dat nodig is om fysische
verschijnselen wiskundig te beschrijven, maar was ruimte-tijd een
dynamisch fysisch vierdimensionaal continuüm dat voortdurend
verandert in wisselwerking met de processen die zich erin afspelen.
De quantummechanica was het radicale
antwoord op het falen van de eerder genoemde klassieke fysische
theorieën op het submicroscopische niveau van atomen en
moleculen. Het verschafte ons een totaal andere kijk op de
fundamentele aspecten van alle materie, met alle technologische maar
ook filosofische consequenties van dien. Zo vindt de beschrijving van
fysische toestanden en processen in dit kader plaats in termen van
een zogenaamde golffunctie, een tamelijk abstracte
entiteit die zelf niet direct meetbaar is, hetgeen met zich meebrengt
dat er wezenlijke onzekerheden bestaan in de uitkomst van bepaalde
meetprocessen. Deze onzekerheid, die tot uitdrukking komt in
Heisenbergs onzekerheidsrelaties, is niet het gevolg van een gebrek
aan nauwkeurigheid in de metingen zelf, maar van een niet te
elimineren, fundamenteel aspect van de quantum-werkelijkheid.
Deze theorieën toonden op
dramatische wijze aan dat onze intuïtie, gebaseerd op onze
alledaagse zintuiglijke waarnemingen, ernstig tekortschoot, in
gebieden van de werkelijkheid die gemarkeerd werden door de
universele constanten c (de lichtsnelheid) en h (de constante van
Planck). Het was dan ook dankzij de steeds verbluffendere nieuwe
zintuigen die de experimentele natuurkunde ons verschafte (van
verrekijker tot infrarood telescoop, van microscoop tot
deeltjesversneller) dat we steeds nauwkeurigere maar ook abstractere
theorieën konden opstellen en toetsen.
QUANTUMELEKTRODYNAMICA
Feynman leverde hieraan twee
fantastische bijdragen, die elk verregaande consequenties hadden. De
eerste betreft zijn werk waarbij hij de speciale relativiteitstheorie
en de quantummechanica met elkaar in overeenstemming bracht. Dit was
een probleem dat vele grote fysici die aan de wieg van de
quantummechanica hadden gestaan had beziggehouden. De primitieve
notie van een deeltje moest hiertoe steeds verder worden
uitgekleed, en herleid tot de manifestatie van een quantumveld. Het
probleem was vervolgens om een consistente beschrijving van de
wisselwerking tussen deze quantumvelden te geven. De eis is dat je
met zon theorie de eventuele veranderingen in de
deeltjeseigenschappen, zoals bijvoorbeeld zijn massa of lading, kunt
berekenen. Het bleek echter dat in de naïeve formulering van de
theorie dat deze correcties oneindig groot zouden worden.
Om aan deze onzinnige situatie te ontkomen was het nodig de
parameters en velden in de theorie volgens een welgedefinieerde
procedure te renormaliseren. Dit concept van
renormalisatie heeft zich sindsdien enorm ontwikkeld en is op tal van
gebieden in de natuurkunde een eigen leven gaan leiden. Hoewel de
fysische betekenis van renormalisatie duidelijk is, vereiste de
wiskundige uitvoering ervan een tamelijk subtiel gegoochel met
oneindigheden. Oneindig is een weerbarstig object om mee
te manipuleren. Wat te denken van de volgende beweringen: het is
natuurlijk zo dat Oneindig + Oneindig =
Oneindig; trekken we echter aan beide kanten Oneindig
af, dan verkrijgen we de uitspraak dat Oneindig = 0. Hoe
dan ook, het bleek mogelijk om een sluitende quantumtheorie te
formuleren van de elektromagnetische wisselwerking; de
quantumelektrodynamica of QED. Feynman zelf noemde deze theorie bij
latere gelegenheden de the jewel of physics - our proudest
possession. Hij maakte de onovertroffen relatieve
nauwkeurigheid waarmee deze theorie door het experiment bevestigd is
aanschouwelijk door deze te vergelijken met de dikte van een haar op
de afstand Los Angeles New York!
Voor het zojuist beschreven werk
ontving Feynman de Nobelprijs in 1965 samen met Schwinger en
Tomonaga, die onafhankelijk dit probleem hadden opgelost. Er kwam een
vierde geniale fysicus, Freeman Dyson, aan te pas om de equivalentie
van beide oplossingen aan te tonen. De Japanner Tomonaga had de klus
in zijn eentje in grote afzondering geklaard. Schwingers en Feynmans
wegen hadden elkaar al vele malen gekruist en er bestond een
levenslange rivaliteit tussen hen beiden. Ze groeiden beiden op in
het joodse milieu rond New York, ze waren beide absolute uitblinkers.
Waar Feynman hoogleraar werd aan Cornell, ging Schwinger naar
Harvard. Waar Feynman naar Caltech ging, vertrok Schwinger
uiteindelijk naar UCLA. Qua persoon en stijl van werken kon het
verschil tussen beiden echter niet groter zijn. Schwinger was een
perfectionist in vele opzichten, zijn geschriften maar ook zijn
voordrachten getuigden van absolute controle en beheersing. Hij zette
zijn fysische ideeën om in gaaf geformuleerde complexe
wiskundige structuren. Hierdoor werd zijn werk door vele tijdgenoten
als moeilijk en ontoegankelijk ervaren. Feynman was intellectueel
gezien zijn tegenpool; hij schuwde mathematisch formalisme en
gewichtigdoenerij. Fysische intuïtie stond ten alle tijde
voorop, waarna zijn wiskundige virtuositeit en vaardigheden (Calculus
for the Practical Man was als jongeling reeds zijn favoriete
leerboek) hem in staat stelden problemen in een eenvoudige,
aanschouwelijke vorm te gieten.
DIAGRAMMEN EN PADINTEGRALEN
Een beroemd voorbeeld zijn de naar hem
genoemde diagrammen, een machtig instrument voor de praktiserende
fysicus dat de ingewikkelde berekeningen in de relativistische
quantumtheorie van een simpele systematiek voorziet.
Typisch voor Feynman is de manier
waarop hij in de appendices van een artikel uit 1951 een aantal
nieuwe wiskundige vindingen beschrijft die betrekking hebben op het
verband tussen operatormethoden en functionele integralen in de
veldentheorie:
Almost certainly many of the
equations will be incorrect in their general form. This is especially
true of those involving the Fourier transform in function space.
However, it is expected that they are correct in special cases in
which the formulas have been applied in the main part of the paper.
Therefore, at least at first, when new results using these methods
are derived, care should be taken to check the final result in some
independent way. It is analogous to using power series expansions, or
Fourier transforms in a calculation in a situation in which the
conditions for the validity of the power expansions or of the
transform have not been checked, or are not known to be satisfied.
The physicist is very familiar with such a situation and usually
satisfied with it, especially since he is confident that he can tell
if the answer is physically reasonable. But mathematicians may be
completely repelled by the liberties taken here. The liberties are
not taken because the mathematical problems are considered
unimportant. On the contrary, this appendix is written to encourage
the study of these forms from a mathematical standpoint. In the
meantime, just as a poet has license from the rules of grammar and
pronunciation, we should like to ask physicists license
from the rules of mathematics in orden to express what we wish to say
in as simple a manner as possible.
Ook bij wetenschappers bestaat een
natuurlijke neiging van mensen om helden te creëren: het
geheugen wordt overwoekerd door onze behoefte aan bewondering,
waardoor ons beeld van het verleden maar al te vaak in simplistische
extremen ontaardt. Met betrekking tot Feynmans vermogens als
theoreticus is het daarom interessant te horen wat Dyson op het
moment van de doorbraak in het werk aan QED daarover opmerkte in een
in die tijd geschreven brief aan zijn ouders.
The next day we spent in conclave
discussing physics. Feynman gave a masterly account of his theory,
which kept Cecile [Morette] in fits of laughter and made my talk at
Princeton a pale shadow by comparison
I know that he is the one person
in the world who has nothing to learn from what I have written: and
he doesnt mind telling me so. That afternoon, Feynman produced
more brilliant ideas per square minute than I have ever seen anywhere
before
In the evening I mentioned that
there were just two problems for which the finiteness remained to be
established: both problems are well-known and feared by physicists,
since many long and difficult papers running to 50 pages and more
have been written about them, trying unsuccessfully to make the older
theories give sensible answers to them. Amongst others, Kemmer and
the great Heisenberg had been baffled by these problems.
When I mentioned this fact. Feynman
said: Well see about this, and proceeded to sit
down and in two hours, before our eyes, abtain finite and sensible
answers to both problems. It was the most amazing piece of lightning
calculation i have ever witnessed, and the results prove, prove,
apart from some unforseen complication, the consistency of the whole
theory.
Een andere monumentale bijdrage aan de
theoretische fysica van Feynmans hand is zijn alternatieve
formulering van de quantummmechanica, de zogenaamde padintegraal
of functionele integraal formulering. Deze methode is
conceptueel maar ook praktisch gezien complementair aan de
oorspronkelijke op operatormethoden gebaseerde formulering van
Schrödinger, Heisenberg en Dirac. In deze voorstelling van de
quantummechanica staat het lineaire superpositiebeginsel voor
waarschijnlijkheidsamplituden centraal. Feynman gaf de precieze
uitdrukking voor de waarschijnlijkheidsamplitude om van een toestand
a naar een toestand b te gaan als een som over alle mogelijke paden
van a naar b waarbij de bijdrage van elk afzondelijk pad bepaald
wordt door de klassieke actie van het gegeven systeem voor dat pad.
Het voordeel van een geheel andere voorstelling van zoiets
ongrijpbaars als de quantummechanica is natuurlijk, dat wat er in de
ene formulering onappetijtelijk en ondoorgrondelijk uitziet in de
andere soms elegant is en voor de hand lijkt te liggen. De
padintegraal methode is de laatste dertig jaar
uitgegroeid tot een van de machtigste instrumenten van de
theoretische fysica als geheel. Vanuit de wiskunde is het gebruik van
de padintegraal niet geheel onterecht als een tamelijk verdachte en
ongefundeerde bezigheid beschouwt. Er bestaat nu echter een groeiende
belangstelling om een passend wiskundig kader te scheppen waarbinnen
de padintegraal een respectabele plaats inneemt. De motivatie
hiervoor is niet in de laatste plaats ontstaan omdat met de
vooralsnog als heuristisch bestempelde methode wel degelijk
belangrijke nieuwe resultaten in de zuivere wiskunde zijn verkregen.
FYSISCHE INTUÏTIE
Ik noem nog enkele andere
belangwekkende bijdragen van Feynman aan de fysica. De eerste is zijn
theorie van de superfluïditeit, de spectaculaire toestand
waarbij bepaalde vloeistoffen zich vlakbij het absolute nulpunt
zonder wrijving en dissipatie kunnen bewegen. Belangrijk in de
elementaire deeltjesfysica is zijn zogenaamd parton model,
een methode om verstrooiingsprocessen van kerndeeltjes die zelf weer
opgebouwd zijn uit een aantal onderdeeltjes(partonen) te
beschrijven, waarbij we kunnen denken aan botsingsprocessen van
protonen of neutronen die zelf weer een
gebonden toestand zijn van drie elementaire quarks.
Een speciale plaats in zijn
wetenschappelijke oeuvre wordt ingenomen door zijn bijdrage aan de
theorie van de zwakke wisselwerking, waarbij hij noch de enige, noch
de eerste was. Zelf zegt hij er echter het volgende over:
As I thought about it, as I
beheld it in my minds eye, the goddamn thing was sparkling, it
was shining brightly! As I looked at it, I felt that it was the first
time, and the only time , in my scientific career that I knew of a
law of nature that no one else knew. Now, it wasnt as beautiful
a law as Diracs [relativistic equation for the electron] or
Maxwells [equations for the electromagnetic field], but my
equation for beta decay was a bit like that. It was the first time
that I discovered a new law, rather than a more efficient method of
calculating from someone elses theory (as I had done with the
path integral method for Schrödingers equation and the
diagram technique in quantum electrodynamics) or a little solution to
a problem (as in the case of the polaron or even the superfluid
helium)
I was happy to sign it. I
thought, now I have completed myself.
Feynmans bijdragen aan de wetenschap
schitteren door zijn ongekende vermogen om problemen direct
conceptueel uit te kleden dankzij zijn hoog ontwikkelde fysische
intuïtie.
LECTURES
Feynman verwierf grote faam als docent.
Vele generaties fysici zijn grootgebracht met de Feynman Lectures, de
drie rode banden waarin het hele natuurkundige basiscurriculum op een
zeer oorspronkelijke en inspirerende wijze uit de doeken wordt
gedaan. Ook hier bleek zijn liefde voor simpele fysische argumenten
en een minimum aan wiskundig formalisme. Zijn ongedwongen stijl van
schrijven en uitleggen was een eye-opener voor studenten, maar zeker
ook voor zijn collegas. In de loop van zijn carrière
heeft hij ook een aantal klassiek geworden populariserende
voordrachten gegeven, over zijn QED, maar ook over The
charactar of physical law en de Astronomie in de Maya cultuur. Later
kom ik nog terug op zijn lezing getiteld Room at the bottom.
Een performer en science
communicator bij uitstek, die de boodschap science is
great fun altijd weer met veel overtuigingskracht over het
voetlicht bracht. Hij vergeleek het doen van onderzoek met de opgave
aan iemand die niets van schaken weet, om op de é é n
of andere manier achter de spelregels te komen, en daarbij alleen mag
kijken naar hoe het spel door anderen gespeeld wordt. Als deze
persoon dan eindelijk denkt de regels van het spel te doorgronden,
komt de frustrerende confrontatie met de mogelijkheid te rokeren, en
passant te slaan of het promoveren van een pion tot koningin!
Bij een andere gelegenheid vergeleek
hij het doen van elementaire deeltjesfysica in versnellers op
sprekende wijze met het gooien van een horloges tegen een muur om
erachter te komen hoe een uurwerk in elkaar steekt.
In 1959 gaf Feynman de beroemde lezing
getiteld Room at the bottom op Caltech. Hij maakte de kleinheid van
de atomaire afmetingen aanschouwelijk door deze te vertalen naar de
enorme hoeveelheid informatie die je in principe in
materie zou kunnen opslaan. De wetten van de fysica staan
geenszins in de weg, dat computerelementen veel kleiner kunnen worden
gemaakt dan ze nu zijn, zo betoogde hij. Vooral met ruimtelijke
opslag zijn de mogelijkheden duizelingwekkend. Hij ging er vanuit dat
een letter is te coderen met een rijtje van zes enen of nullen, en
dat deze enen en nullen op hun beurt gerealiseerd kunnen worden als
kleine kubusjes met een hoogte van vijf atomen van twee verschillende
metalen. Vervolgens vroeg hij zich af hoeveel van die blokjes je
nodig zou hebben als je alle informatie zou willen opslaan die tot
het jaar 1959 op schrift gesteld was. Hij schatte het totaal aan door
de mensheid gewrochte tekst op zon 24 miljoen Encyclopaedias
Britannica. Stapelen we de daarvoor benodigde atomaire legoblokjes
keurig op elkaar, dan krijgen we een kubus van maar liefst een halve
millimeter (!) hoog. Inderdaad: There is Plenty of Room at the
Bottom. Vandaag de dag weet natuurlijk iedereen dat de natuur
zelf zijn eigen erfelijke geheimen op een vergelijkbare manier
wegschrijft in het DNA. Maar de elektronica-industrie is nog niet
klaar: het huidige paradepaardje van de voorlopers is de
gigabit-chip, dat wil zeggen: de tekst van zon 160 boeken op
een chip die de grootte heeft van een vingernagel.
Feynman loofde bij die gelegenheid twee
beloningen van $1000,- uit. Eén voor de eerste die hem een in
beide richtingen 25.000 maal verkleinde bladzijde tekst zou leveren
(natuurlijk alleen leesbaar door een microscoop). En één
voor een werkende elektromotor die in een vierkant doosje van een
halve millimeter hoog zou passen.
Verrassend genoeg moest Feynman zijn
eerste cheque al datzelfde jaar uitschrijven. Een ingenieur uit de
omgeving was er met horlogemakersgereedschap in geslaagd een
machientje in elkaar te priegelen met een vermogen van één
miljoenste paardenkracht! De tweede beloning werd in 1985 uitbetaald
aan een graduate student van Stanford University, die zes maanden
doende was geweest met het overschrijven van de eerste
bladzijde van A Tale of Two Cities op een plakje silicium.
In 1976 volgde ik colleges van Feynman
over ijktheorieen in het zomerinstituut in Les Houches in de Franse
Alpen. Na anderhalf uur liepen de colleges altijd uit op een
vragenuurtje, waarbij de participanten de kans grepen om hem over van
alles en nog wat in de fysica uit te horen. Hij strooide dan kwistig
met aardige onopgeloste problemen waar je het een en ander van zou
kunnen leren en met uitdagende gezichtspunten die discussiestof voor
de rest van de dag zorgden.
Het was in diezelfde zomer dat hij
flauwviel in de téléférique die hem en zijn
(derde) vrouw Gweneth naar de top van de Aiguille du Midi zou voeren.
Artsen kwamen dat jaar niet verder dan de diagnose koorts,
oorzaak onbekend. Het zou tot oktober van het jaar daarna duren
voordat duidelijk werd dat hij aan een zeldzame maar fatale vorm van
kanker leed. Hij dook zelf de bibliotheek in om erachter te komen wat
het onderzoek naar de ziekte had opgeleverd en wat zijn levenskansen
zouden zijn. De indicatie was een kans variërend van 0 tot 11
procent om nog langer te leven dan 5 jaar, Feynman was uiteindelijk
nog 10 jaar gegund.
PSEUDOWETENSCHAP
De omslag die na de oorlog plaatsvond
in de stijl van natuurkunde bedrijven had te maken met het succes van
de wetenschap in zijn technologische toepassingen. De pragmatische
attitude, waar Feynman de personificatie van was, begon te prevaleren
boven de wat formele en filosofisch getinte Germaanse traditie. Een
radicale ontmythologisering zowel van het wereldbeeld als van het
wetenschapsbedrijf zelf. Een naïef positivisme waarin de
waardevrijheid van de zuivere wetenschap eigenlijk amper ter
discussie stond omdat het om fundamentele problemen ging waarvan de
toepassingen, zo zij al bestonden, zeer ver weg zouden liggen. Het
doel is gewoon om beter te begrijpen hoe de wereld in elkaar steekt,
hoe het precies werkt, en daarmee basta. Zorgen dat je je niet
verliest in allerlei vage waarom-vragen. Foute beweringen kunnen
nuttig zijn, maar vage beweringen zijn desastreus; ze blokkeren de
vooruitgang omdat zij niet te weerleggen zijn.
Bij een verplichte werkgroep over het
boek Process and Reality van Whitehead gebruikte Feynman als student
al een zeer effectief wapen tegen de vaagheid. Hij probeerde bij elke
abstracte voorstelling van zaken vast te houden aan een enkel
concreet voorbeeld en stelde dan op het goede moment een naïeve
vraag, zoals: Is een steen een wezenlijk object? Een
lawine van kretologie en spraakverwarring brak los, en dat was weer
dat.
Fysici stelden menigmaal met enige
zelfgenoegzaamheid vast, dat waar de invloed van de filosofie op de
natuurkunde minimaal was, de conceptuele ontwikkelingen van de
twintigste-eeuwse natuurkunde op de filosofie enorm waren.
Relativiteit en quantummechanica betekenden een keerpunt in ons
wereldbeeld (de micro- en macrokosmos), maar ook in ons denken over
kennis en kennisverwerving op zichzelf (de onscheidbaarheid van
object en subject in het meetproces).
Er zijn legio gelegenheden waarbij
Feynman, met zijn afkeer van religie en ander dogmatisme, zijn aan
minachting grenzende opvattingen over zachte en pseudowetenschappen
ten beste gaf. Toch verschanste hij zich bij deze gelegenheden
allerminst achter zijn status. Hij gaf iedereen een kans. Zo was hij
een tijd lang een regelmatige gast op het centrum Esalen
in Big Sur aan de Californische kust, de bakermat van vele
alternatieve geestesstromingen, variërend van Gestalt
tot New Age. Hij was uitermate geïnteresseerd in de
werking van ons geheugen en bewustzijn. Zo experimenteerde hij samen
met niet-fysische vrienden met psychische verschijnselen
(buitenzintuiglijke waarneming en uittreding door lange tijd in een
isoleertank te verblijven. In een van zijn boeken vertelt
hij ook hoe hij er hoogst persoonlijk getuige van was hoe het Uri
Geller niet lukte om met bovennatuurlijke krachten een lepel om te
buigen).
Feynman onderstreepte het vitale belang
van integriteit (volledige openheid van zaken) en kritische toetsing
(onafhankelijkheid). Successen en impact van pseudowetenschap waren
zijns inziens vaak gebaseerd op misleiding door onvolledigheid van
informatie:
Mijn bedoeling kan ik het beste
illustreren met een contrast. Neem reclame. Gisteravond hoorde ik dat
Wesson-slaolie het voedsel niet doordrenkt. Nou dat klopt. Het is
niet onwaar. Maar het is niet alleen een kwestie van onwaarheid. Bij
wetenschappelijke integriteit gaat het ook nog om iets anders. Wat
eigenlijk bij de advertentie vermeld had moeten worden is dat geen
enkele slaolie voedsel doordrenkt, tenminste tot een bepaalde
temperatuur. Boven die temperatuur doen ze het allemaal wel,
Wesson-olie incluis. In dit geval was dus niet het feit, maar de
suggestie de boodschap van de reclame.
En hij vervolgt met:
In de wetenschap weten we uit
ervaring dat de waarheid uiteindelijk aan het licht komt. Andere
experimentatoren zullen jouw experiment overdoen of ontdekken dat je
goed of fout zat. Natuurverschijnselen zullen wel of niet kloppen met
jouw theorie. Ook al kun je tijdelijk roem vergaren, je krijgt een
slechte reputatie als je als wetenschapper niet zorgvuldig te werk
gaat. Integriteit, nodig om jezelf niet voor de gek te houden,
ontbreekt bij cargo-cult wetenschap in hoge mate.
Zo was Feynman deelnemer aan een
conferentie over de ethiek van de gelijkheid, een poging
om op eigen kracht aan te tonen dat het mogelijk is een dialoog
te voeren tussen mensen uit verschillende vakgebieden. Vele
jaren later sprak hij er nog met afgrijzen over:
Er waren heel wat gekken op die
conferentie, blufferige gekken wel te verstaan en daar word ik razend
van. Gewone gekken zijn OK, je praat met hen en probeert hen te
helpen. Maar van die lui die èn gek zijn èn met
gewichtigdoenerij en fantasierijke hocus-pocus indruk proberen te
maken, die kan ik niet uitstaan! Een gewone gek is geen blaaskaak,
dat gaat nog wel. Maar een ingebeelde gek is afschuwelijk! En dat
soort bevolkte die conferentie... Die conferentie was erger dan een
Rohrschach-test.
DIDACTIEK
Feynman was van mening dat er massaal
in talloze absurditeiten wordt geloofd.
Neem nu die didactische methoden.
We hebben uitgebreide theorieën over methoden om te leren lezen
en schrijven en rekenen. Maar toch zie je de resultaten niet bepaald
beter worden. Typisch een voorbeeld van een medicijnmannenpraktijk.
Waarom wordt dit niet aangepakt.
Een lerares die op een prima manier
haar kinderen leert lezen wordt door de scholleiding gedwongen om een
of andere methode te gebruiken; of ze praten haar aan dat
haar eigen methode eigenlijk niet deugt. De moeder van een lastig
kind voelt zich voor de rest van haar leven schuldig omdat ze volgens
deskundigen haar kind niet op de juiste manier heeft
aangepakt. Volgens mij is het belangrijk dit soort theorieën
en wetenschappen aan de tand te voelen!
Hier legt hij reeds een vinger op de
zere plek, zoals dat later op grondiger wijze zou gebeuren in het
rapport A nation at Risk, over de ernstige tekortkomingen van het
Amerikaanse onderwijs. Wij mogen ons afvragen of wij in Nederland met
de invoering van de basisschool (door sommigen als kleutermoord
getypeerd) en basisvorming in het voortgezet onderwijs (waar de
bestudering van het bedieningspaneel van een wasmachine tot de
verplichte leerstof van het vak Verzorging behoort) ook
niet bezig zijn met een even fatale uitholling van ons
onderwijssysteem.
Feynman troostte zich met de gedachte
dat het mensdom nog maar net op gang gekomen was, dat we nog in een
voorwetenschappelijk tijdperk leven. Als é é
n van de belangrijkste positieve verworvenheden van de wetenschap
beschouwde hij het recht op en de ervaring met onwetendheid, twijfel
en onzekerheid. Zo besloot hij zijn voordracht De betekenis van de
wetenschap voor de National Academy of Sciences in 1955 met de
volgende woorden, waaruit blijkt dat hij duidelijk bekomen was van de
depressie die de nucleaire dreiging bij hem als direct betrokkenen
had teweeggebracht. Het zijn trouwens woorden die mijns inziens
weinig aan actualiteit hebben ingeboet.
We staan aan het begin van het
menselijk ras. Het is niet onredelijk dat we met problemen worstelen.
Maar er liggen tienduizenden jaren in het verschiet. Onze
verantwoordelijkheid is te doen wat we kunnen, te leren wat we
kunnen, de oplossingen te verbeteren en deze door te geven. het is
onze verantwoordelijkheid de mens van de toekomst de vrije hand te
laten. In de onstuimige jeugd van het mensdom kunnen we ernstige
fouten maken, die onze groei voor lange tijd kunnen belemmeren. Dit
zal gebeuren wanneer we beweren de wijsheid in pacht te hebben, zo
jong en onwetend als we zijn. Als we alle discussie en kritiek
onderdrukken en roepen: `Dit is het antwoord, vrienden; de mens is
gered!, dan zullen we het mensdom voor een lange periode
veroordelen tot de ketens van de autoriteit, ingeperkt worden binnen
de grenzen van ons huidige voorstellingsvermogen. En dat is al zo
vaak gebeurd in het verleden. Omdat wij van de grote vooruitgang
hebben mogen proeven, die gebaseerd is op een bevredigende filosofie
van onwetendheid, is het de verantwoordelijkheid van een
wetenschapper die grote vooruitgang, vrucht van de vrijheid van
denken, te verkondigen en te onderwijzen op welke wijze twijfel niet
wordt gevreesd, maar verwelkomd en bediscussieerd, en deze vrijheid
op te eisen als onze verplichting aan alle komende generaties.
Voorzover ik kan nagaan zijn dit de
gewichtigste woorden die Feynman ooit gesproken heeft, een oprecht
pleidooi voor de kans die de rede aan de mensheid biedt, waaruit een
diep wantrouwen jegens alle vormen van dogmatisme doorklinkt.
BOEKEN
Wie meer over of van Feynman wil lezen
heeft volop keus. Van de min of meer autobiografische R. Feynman,
Very funny, Mr Feynman en What do you care what they say
zijn Nederlandse vertalingen verschenen
(resp. Heel geestig, Meneer Feynman en Laat ze maar praten, beide bij
Uitgeverij Aramith, 1990). Omvangrijker zijn de genoemde biografieën
van de hand van James Gleick, Genius. The Life and Science of
Richard Feynman (Vintage Books, reprint 1993, 531 blz.) en Jagdish
Mehra, The Beat of a Different Drum (Oxford UP, 1994, 630 blz.). De
Feynman Lectures on Physics vormen zoals gezegd de kern van zijn
didactische oeuvre, drie delen, samen meer dan 1500 paginas.
Wie een eerste indruk wil krijgen van Feynmans wetenschappelijke werk
kan beter bij de meer afzonderlijke publicaties te rade gaan,
bijvoorbeeld The Character of Physical Law of QED, een boekje over de
quantumelektrodynamica, de theorie waarvoor hij samen met Schwinger
en Tomonaga de Nobelprijs heeft gekregen (ook op video verkrijgbaar
en in een Nederlandse vertaling.) Goed toegankelijk is ook het Six
Easy Pieces. Zes inleidende lezingen van ongeveer een uur over de
fysica eveneens op cassette of cd verkrijgbaar. Wie de smaak
dan te pakken heeft, kan doorgaan met het net iets moeilijker Six Not
So Easy Pieces, een verzameling van zes hoofdstukken over
relativiteitstheorie en symmetrie in de natuurkunde. De meest recente
uitgave hiervan, met een voorwoord van Roger Penrose, is van Penguin
Books (1999, 150 blz). Aanbevelenswaardig zijn ook de, na enig
juridisch geharrewar over de rechten, in 1995 verschenen Feynman
Lectures on Computation en voor de meer gevorderde lezer de Feynman
Lectures on Gravity (1996). Ook van deze laatste twee boeken zijn
door Penguin Books in 1999 nieuwe edities (resp. 303 en 230 blz.) op
de markt gebracht. Al deze publicaties zijn gebaseerd op bewerkingen
van delen van zijn befaamde Caltech Lectures. Wie echt meer over de
man wil weten, kan verder op internet zijn gang. De zoekopdracht
Feynman in een redelijke zoekmachine levert (in november
1999) al snel veel meer dan 20.000 links op, uiteraard ook naar de
lezing Room at the bottom.