Filosofie magazine .nl (11 juli 2012)
"Het Higgsdeeltje is een menselijke constructie"
Het Higgsdeeltje is gespot, juichten wetenschappers afgelopen week. Nu weten we eindelijk dat het standaardmodel van de deeltjesfysica echt klopt! Maar wat houdt dat in, 'kloppen'? Volgens een Belgische filosoof is het hele deeltje een wiskundige constructie.
- Lees ook: Het spook van het kapitaal (Filosofie magazine)
Er zijn miljarden euro's en jaren werk in gestoken, maar deze week kwam eindelijk het verlossende woord uit Genève. Wetenschappers hebben sporen gezien van wat waarschijnlijk het Higgsdeeltje is.
In de Large Hadron Collider (LHC), de grote deeltjesversneller van het CERN in Genève, worden subatomaire deeltjes, nadat ze over een ring van 27 kilometer zijn opgevoerd tot bijna de lichtsnelheid, tegen elkaar aan geknald. De brokstukken van de botsingen worden geanalyseerd door honderden universiteiten over de hele wereld. Tussen die brokstukken is nu een deeltje gevonden met de kenmerken van het zogenaamde "Higgsboson", dat door de theorie werd voorspeld - en wat sommigen het "Godsdeeltje" noemen omdat het het bestaan van de rest mogelijk maakt. Deeltjesfysici zien de ontdekking als cruciaal bewijs voor hun "standaardmodel".
Dat model proberen ze altijd heel beeldend te vertalen. Enerzijds zijn er deeltjes, zoals quarks, die bouwstenen zijn van alle materie die we kennen. Anderzijds zijn er deeltjes, zoals fotonen, die krachten overbrengen. Die horen bij een zogenaamd krachtenveld, zoals elektromagnetisch veld. Bij die kracht kunnen we ons allemaal wel iets voorstellen. Als onze telefoon gaat, zoemt de speaker van de computer. Er gebeurt dus iets tastbaars doordat de telefoon een elektromagnetisch veld creëert.
Bak stroop
Maar er zijn ook velden waarvan we niet goed weten hoe ze in elkaar zitten, zoals het zogenaamde Higgsveld. Dat is een krachtenveld dat massa geeft aan deeltjes. Net als alle andere krachten wordt ook deze kracht gecommuniceerd door een deeltje, in dit geval: het Higgsboson. Sommige fysici vergelijken het veld met een bak stroop, dat een zwaar gevoel geeft als je erdoorheen zwemt - afhankelijk van hoe gestroomlijnd je lichaam is.
Dit is de simpele uitleg. Maar het is niet zo dat natuurkundigen op een dag ontdekten dat er zo'n bak stroop bestond. Nee, het was een formule waar nog een irritant gaatje in zat. Die formule heet de Lagrangiaan, en voor de fijnproevers volgt hier een uitleg van deeltjesfysicus Ivo van Vulpen, die namens het Nationaal Instituut voor Atoomfysica in Amsterdam, het Nikhef, meedoet aan het experiment.
"De Lagrangiaan is een formule van een paar A4'tjes, die alle krachten beschrijft die er op willekeurig welk deeltje worden uitgeoefend", aldus Van Vulpen. "Hij is gebaseerd op een heel mooie symmetrie. Ieder onderdeel van de formule blijkt precies te corresponderen met een bepaalde kracht - en het bijbehorende krachtdeeltje. Het probleem was dat deeltjes in deze formule geen massa mochten hebben. Dat paste er niet in. Terwijl we natuurlijk weten dat die massa er wel is. Er is een wiskundige oplossing: nog een extra krachtenveld aan de formule toevoegen, een veld dat alle andere deeltjes in het universum massa geeft. Maar dat veld mogen we niet ongestraft invoegen. Dan moet er wel een bijbehorend deeltje bestaan, met bepaalde eigenschappen die we kunnen voorspellen." Dit deeltje is nu gevonden.
Adhoc-theorie
Sommige mensen zien dat anders. "Dit is nu typisch een adhoc-theorie, die meer zegt over onze modellen dan over de werkelijkheid", zegt Gustaaf Cornelis, wetenschapsfilosoof aan de Vrije Universiteit Brussel. Cornelis is geen realist, maar een constructivist. "Natuurwetten zijn menselijke constructies. Galilei zei dat het boek dat hij las, het universum, de taal der wiskunde spreekt. Maar het is anders. Dat boek lezen we niet, we schrijven het. Telkens als er nieuwe feiten bekend worden, passen we het boek aan."
Dat is precies de reden dat we ons vaak helemaal niets kunnen voorstellen bij de theorie, zegt Cornelis. "We kunnen met onze zintuigen die deeltjes niet waarnemen. We stellen ze voor als bolletjes, of als een golf, en in diagrammen moeten we ze soms zelfs in de tijd terug laten reizen om een interactie te verklaren, maar dat zijn vergelijkingen die uiteindelijk mank gaan. We moeten de wens loslaten dat ze beschrijven hoe de wereld is. Ze beschrijven alleen wat we zien gebeuren."
"Tot mijn stomme verbazing las ik dat onderzoekers willen weten of giraffen kunnen zwemmen. Daar hebben ze een computermodel voor gemaakt. Maar in de realiteit gaat zo'n beest natuurlijk nooit zwemmen. Zo is de zoektocht naar het Higgsboson eigenlijk ook. Het hele onderzoek is zo opgezet dat ze het Higgsboson wel moeten vinden. Maar wie zegt dat het in de realiteit buiten de LHC ook 'natuurlijk' bestaat?"
Van Vulpen is het daar zeker niet mee eens. "Je doet het experiment, en als je het waarneemt, dan bestaat het. Moeilijker is het niet."
Schoonheid
De theoretici zijn te verdelen in een realistisch en een constructivistisch kamp. De gerenommeerde Engelse mathematicus Roger Penrose voelt zich meer thuis bij de eerste. "Ik ben onder de indruk van de bijzondere precisie, kracht en schoonheid van onze theorieën", zegt hij desgevraagd. "Althans, de theorieën die empirisch gestaafd zijn. De ongelooflijke nauwkeurigheid van de voorspellingen is veel groter dan wat de opstellers van die theorieën konden weten. Dat geldt bijvoorbeeld voor Newtons zwaartekrachttheorie, maar ook voor Einsteins relativiteitstheorie. Daaruit blijkt dat ze dus wel degelijk iets zeggen over de realiteit buiten ons."
Of het standaardmodel voor Penrose deze status zal bereiken, valt nog te bezien. Het is een theorie die heel wat zaken juist weet te berekenen. Met de velletjes Langrangiaan in de hand kunnen natuurkundigen met exacte precisie voorspellen welke exotische deeltjes bij welke botsingen zouden ontstaan. Maar het model geeft ook problemen, zegt Van Vulpen. Die worden vooral zichtbaar in de kosmologie. "Het grootste raadsel is dat we te weinig materie in het heelal zien om bepaalde fenomenen te verklaren. Er moet dus iets bestaan wat we 'donkere materie en donkere energie' noemen, veel meer dan de materie die we nu kennen."
Ook daar wordt in de LHC naar gezocht. "We hopen aanwijzingen te vinden voor nieuwe, onbekende deeltjes, en hopelijk passen ze in het standaardmodel."
Zwaartekracht
Veel natuurkundigen hopen dat dit allemaal de opstap is voor een Theorie van Alles, die ook de zwaartekracht beschrijft, al is die volgens Van Vulpen nog heel ver weg. "De zwaartekracht kan niet worden beschreven op dezelfde quantummechanische, wiskundige manier als de andere krachten. Op subatomair niveau is die kracht is vele malen zwakker (een duizendste van een triljoenste van een triljoenste) als de andere krachten die we kennen. We kunnen hem alleen beschrijven, zoals Einstein heeft gedaan, als kromming van ruimte in drie dimensies. Dat werkt alleen op kosmologische schaal."
Er zijn wel mogelijke uitwegen bedacht, maar daar zijn meer ruimtedimensies voor nodig dan de drie dimensies (hoogte, breedte, diepte) die wij kennen. "Volgens sommigen is de zwaartekracht vooral werkzaam in een vierde of zelfs vijfde ruimtedimensie. We zouden dan vastgeplakt zitten op een driedimensionale 'schijf' waardoor we maar een fractie voelen van de zwaartekracht die in die andere dimensies wel werkzaam is."
Voor te stellen is het intussen niet meer. "Ook hierbij moeten we niet denken dat het overeenstemt met de werkelijkheid," zegt Cornelis, "hoezeer het mathematisch ook kloppend te krijgen is." Het doet hem denken aan Philaos van Croton uit de vijfde eeuw voor Christus. Die wist zeker dat er tien kosmische sferen waren, maar hij zag er maar negen (zon, maan, aarde, de sterren, en de vijf toen zichtbare planeten). Volgens hem moest er dus een 'tegenaarde' zijn, onzichtbaar voor mensen. "Nooit te falsificeren."
Zo is ook het bestaan van het Higgsdeeltje, of het bestaan van onzichtbare dimensies waar ze in het LHC aanwijzingen voor willen vinden, nooit te falsificeren. Maar deeltjesonderzoek kost enorm veel geld, en daarom hebben de pr-medewerkers van het CERN voor dit soort nuances niet zo veel ruimte. Deeltjes zijn gewoon deeltjes, en het Higgsveld is gewoon een bak stroop. En dat dat bestaat, is nu bewezen.
Gerelateerde artikelen
- Theo Maassen en Thomas Hertog over de kosmos (De Groene Amsterdammer)
- ‘Materie? Die bestaat alleen in onze geest’ (De Groene Amsterdammer)
- Carl Folke: ‘We krijgen een compleet andere planeet’ (De Groene Amsterdammer)
- Deze ex-activist vindt de milieubeweging te oppervlakkig (Trouw)
- De nieuwe geest van het kapitalisme (De Groene Amsterdammer)
Gebruikte Tags: filosofie, wetenschap