Vuur in de vergelijkingen

Dit voorjaar overleed Stephen Hawking, de wetenschapper die vanuit zijn rolstoel en via zijn spraakcomputer de wetenschappelijke wereld steeds weer verraste met uiterst complexe ideeën over het heelal. Hoewel niet godsdienstig — Hawking was atheïst — werd hij vanuit de universteitskerk van Cambridge begraven en bijgezet in de Westminster Abbey, naast twee andere wetenschappelijke reuzen, Isaac Newton en Charles Darwin. Hawking verklaarde God overbodig met een beroep op de moderne kosmologie. Maar maakte hij daarmee niet juist een geloofssprong?

In 2001 ging ik natuurkunde studeren, daartoe gestimuleerd door boeken als ‘A brief history of time’ van Hawking. Deze bestseller uit 1988 verhaalt over de oerknal, zwarte gaten en kromming van de ruimtetijd en eindigt met een beschouwing over een Theorie van Alles. Want dan ‘kennen we de geest van God’, zo eindigt Hawking zijn boek op mystieke wijze.

Betekenisloosheid

Waar komen wij vandaan? Wat is onze plek in het universum? Waarom gedraagt zij zich zoals zij zich aan ons toont? Deze zoektocht naar de oorsprong en wetmatigheden van de werkelijkheid heeft een religieus karakter. Het is een honger naar begrip, naar inzicht in het fascinerende en steeds weer verrassende universum waarin wij ons kleine plekje hebben. De onmetelijke omvang van het universum is een angstaanjagend en tegelijk fascinerend geheim. “De eeuwige stilte van die oneindige ruimte beangstigt mij”, schreef Blaise Pascal in zijn Pensées. “Maar de mens verschrikt zij / en treft hem met het besef / een broodkruimel te zijn op de rok van het universum”, dichtte Lucebert. Tegelijkertijd heeft deze kleine mens iets heroïsch. Dat een zwaar gehandicapte wetenschapper met een briljante geest vanuit zijn rolstoel de uiterst complexe code van het heelal ontcijfert, is even fascinerend als de schijnbare betekenisloosheid van de mens vanuit het oogpunt van het universum deprimerend is.

Hawking in de film ‘The Theory of Everything’

Spontane creatie

Deze zoektocht heeft niet alleen een religieus karakter, maar in het wetenschappelijke bedrijf spelen onherroepelijk soms ook levensbeschouwelijke motieven een rol. Dat zien we ook in het werk van Hawking. Nee, in de wetenschappelijke methode is er terecht geen plek voor God als verklarende factor. De wetenschappelijke methode filtert juist deze ‘factor’ uit om zo de normale gang der dingen op het spoor te komen, die we vervolgens kunnen beschrijven en vangen in wiskundige vergelijkingen. Dat is haar kracht en daaraan heeft zij haar succes te danken.

In zijn boek ‘The Grand Design’ (2010) betoogt Hawking dat God niet nodig is om de oorsprong van het universum te verklaren. “Because there is a law such as gravity, the universe can and will create itself from nothing. Spontaneous creation is the reason there is something rather than nothing, why the universe exists, why we exist. It is not necessary to invoke God to light the blue touch paper and set the universe going.” Op de eeuwenoude vraag ‘waarom is er iets en niet niets?’ weet Hawking het antwoord: uit het niets kan toch iets voortkomen en daar is God niet bij nodig. Om deze conclusie beter te kunnen begrijpen, moeten we in vogelvlucht in de geschiedenis van de kosmologie duiken.

Het begin

Heeft ons universum een begin? Is zij ontstaan uit het niets? Toen Albert Einstein in 1915 zijn algemene relativiteitstheorie postuleerde, overzag hij niet meteen welke aardverschuiving deze zou veroorzaken in ons denken over het heelal. Het was Georges Lemaître, astronoom en priester, die in 1927 als een van de eersten de vergelijkingen van Einstein gebruikte om een nieuw model van een uitdijend heelal te publiceren. Hij bracht als eerste naar voren dat het heelal, de ruimte, de materie én de tijd een begin hadden, een kosmologische singulariteit: een punt met een oneindig klein volume en een oneindige grote dichtheid. Daarmee legde hij de basis van het oerknalmodel; een revolutie in het denken over ons heelal.
Voor sommige astronomen was deze wending moeilijk te verteren. Vooral de singulariteit van waaruit het heelal ontstond was ongemakkelijk. Het deed hen teveel denken aan de creatio ex nihilo, de schepping uit het niets, waarover in de christelijke theologie gesproken wordt. Want in de singulariteit ontstonden ruimte en tijd en daarvoor was er dus niets. Stuitte de kosmologie hier op een grens? Was alleen nog de metafysica geschikt om iets te zeggen over de oorzaak van deze singulariteit? Dat was lastig te accepteren.

Chaotische inflatie

Neem Fred Hoyle. Om het standaardmodel te omzeilen, bedacht hij het Steady State Model; een ingewikkeld model waarin het heelal wel uitdijde, maar een singulariteit als oorsprong niet nodig was. Hij had het ‘probleem’ van het begin op die manier opgelost. Het model vond echter weinig weerklank. Astronoom John Gribbin schreef in 1976 in Nature: “The biggest problem with the Big Bang theory of the origin of the universe is philosophical — perhaps even theological — what was there before the bang?”

We maken nu een sprong en komen aan bij de Russische kosmoloog Andrei Linde. De vraag die Linde in de jaren ’80 beetpakte, was: waarom ziet het universum als je verschillende kanten op kijkt er verrassend hetzelfde uit? Waarom is er slechts een minuscuul verschil in de kosmische achtergrondstraling in de verschillende delen van het heelal, terwijl die verschillende delen niet met elkaar in contact hebben kunnen staan? Alan Guth was reeds met een model van ‘kosmische inflatie’ op de proppen gekomen. Dat model zegt dat het heelal kort na de oerknal een periode van zeer snelle expansie doormaakte. Linde ging een stap verder en ontwikkelde het model van ‘chaotische inflatie’: de snelle expansie stopte niet, maar ging gewoon door. In het universum ontstaan regio’s met normale uitdijing, zoals ons universum. Alle deze universa bij elkaar vormen samen het multiversum. Aldus Linde.

Maar ook Linde voelde ongemak. Want het probleem van de singulariteit aan het begin had hij niet opgelost. Hij schreef: “The most difficult aspect of this problem is not the existence of the singularity itself, but the question of what was before the singularity. (…) This problem lies somewhere at the boundary between physics and metaphysics.”

Tijdloos

Maar toen kwam Hawking in 1983 met een ingenieuze vondst, samen met James Hartle. Hij introduceerde het idee dat de singulariteit aan het begin van het universum helemaal niet nodig is. In hun model stuit je, als je helemaal teruggaat naar het begin van het heelal, niet op een grens in de ruimtetijd, maar op een toestand waarin de ruimtetijd overgaat in alleen ruimte. Het is vergelijkbaar met reizen naar de Noordpool: als je er eenmaal bent, is er geen grens, maar kun je gewoon doorlopen. Spreken over een begin van het heelal in de tijd is betekenisloos, want er was geen tijd. Probleem opgelost?
Kort voor zijn dood publiceerde Hawking een artikel samen met Thomas Hertog, waarin zij terugkomen van dit idee. “Now we’re saying that there is a boundary in our past,” aldus Hertog.

Goedgelovig

De ideeën van Hawking zijn allerminst gemeengoed onder kosmologen. De vraag die veel kosmologen bezighoudt, is: wanneer stopt de kosmologie goede natuurwetenschap te zijn en gaat zij over in speculatie? Waar ligt het onderscheid tussen fysica en metafysica? Veel modellen in de moderne kosmologie hebben een speculatief karakter. In de natuurwetenschap is toetsbaarheid — direct of indirect — van modellen aan de werkelijkheid altijd een belangrijk criterium geweest. Maar neem de theorie van het multiversum. Is deze theorie toetsbaar? Daar lijkt het niet op. Maar als we nooit zullen kunnen weten of deze andere universa daadwerkelijk bestaan, is dit dan nog goede natuurwetenschap? Fysicus Paul Steinhardt schreef in 2014 een scherp commentaar in Nature: “The inflationary paradigm is fundamentally untestable, and hence scientifically meaningless.” En sir Roger Penrose, die ooit nauw samenwerkte met Hawking, waarschuwde dat de natuurkunde dreigt af te glijden naar een fantasiewereld. “Misschien ben ik iets te bruusk als ik zeg dat veel van de moderne theorieën modieus, goedgelovig en fantastisch zijn, maar zo is het wel.”

Briljante natuurwetenschappers zijn zelden goede filosofen. Sommige van haar beoefenaars lijken de grens van de natuurwetenschap te overschrijden en zich op het terrein van de metafysica te bewegen. Daartoe zijn zij zelden uitgerust. Ook Hawking bezondigde zich daaraan. Neem dat ene woordje ‘niets’ als voorbeeld. Het ‘niets’ van de natuurkundige is namelijk iets anders dan het ‘niets’ van de filosoof. Als Hawking zegt dat het universum uit het niets ontstond, dan heeft hij het niet over het absolute niets van de filosoof, maar over een ‘quantumtoestand’, over een lege ruimte met een bepaalde structuur, over natuurwetten waarbinnen het toekomstige universum zich kan ontvouwen. Dat is allerminst ‘niets’.

Stephen Hawking

Vuurblazen

Wanneer theologen spreken over ‘schepping uit het niets’, dan gaat dat niet over een begin van de dingen op een eerste moment in de tijd. Het gaat niet over een oorsprong in de tijd (temporeel), maar over een zijnsoorsprong (ontologisch). Want ook al zou Hawking gelijk hebben met zijn idee over het ontbreken van een duidelijk begin van de tijd, dan nog is dat “wetenschappelijk interessant, maar theologisch verwaarloosbaar” (John Polkinghorne). De vraag welke goede redenen er zijn om wel of niet in een Eerste Oorzaak, in een Schepper, te geloven, kan simpelweg niet op het terrein van de natuurwetenschap beantwoord worden. De Engelse astrofysicus Martin Rees zegt het zo: “Theorists may, some day, be able to write down fundamental equations governing physical reality. But physics can never explain what ‘breathes fire’ into the equations, and actualizes them in a real cosmos. The fundamental question of ‘Why is there something rather than nothing?’ remains the province of philosophers.”

Hawking suggereert met zijn idee over het ontstaan van het universum ten onrechte dat natuurwetten uit zichzelf iets kunnen veroorzaken. Natuurwetten zijn wiskundige vergelijkingen waarmee het gedrag van het kleinste deeltje tot het onmetelijke universum beschreven kan worden. Maar deze formules veroorzaken uit zichzelf niets. Ze zijn, in filosofische termen, ‘causaal inert’. Hawking’s bewering dat uit zijn wiskundige vergelijkingen blijkt dat het universum geen oorzaak heeft, houdt daarom geen stand.

Geloofssprong

Is er in de wetenschap ruimte voor religie? In de wetenschappelijke methode is daarvoor geen plaats, maar in de wetenschapspraktijk ligt dat anders. Grensverleggende kosmologische modellen zijn inderdaad vaak grensverleggend: ze steken nogal eens de grens over van fysica naar metafysica. Fysicus Paul Davies zegt het treffend in de context van de theorie van het multiversum: “The multiverse theory may be dressed up in scientific language, but in essence it requires the same leap of faith.” Sommige ideeën die Hawking naar voren brengen, zijn onmiskenbaar interessant, maar kunnen ze ook de toets van goede natuurwetenschap doorstaan? Of maakte Hawking soms een geloofssprong?

Hawking was een formidabel natuurkundige en kosmoloog, maar geen goede filosoof of theoloog. Hij trapte in de valkuil van het sciëntisme, het idee dat de natuurwetenschap een antwoord op alle vragen kan geven. Maar dat kan zij niet.
Uiteindelijk wist Hawking dat eigenlijk zelf ook wel. Want Hawking kunnen we — vreemd genoeg — het beste tegenspreken aan de hand van een citaat van hemzelf. In zijn ‘A brief history of time’ schrijft hij namelijk: “Even if there is only one possible unified theory, it is just a set of rules and equations. What is it that breathes fire into the equations and makes a universe for them to describe? The usual approach of science of constructing a mathematical model cannot answer the questions of why there should be a universe for the model to describe. Why does the universe go to all the bother of existing?” Wat of wie het vuur in de vergelijkingen blaast: daarover kan de natuurwetenschap uiteindelijk niets zeggen.