Kosmoloog Thomas Hertog zocht samen met Steven Hawking naar de oorsprong van het heelal

Vijf jaar na het overlijden van de theoretisch fysicus Stephen Hawking verschijnt er een boek van de Belgische kosmoloog Thomas Hertog over Hawkings laatste theorie over de oorsprong van het heelal, die ze samen ontwikkelden. „Zijn laatste woorden tegen mij waren dat het tijd was voor een nieuw boek.”

Als jonge student trok Thomas Hertog in de jaren negentig naar Cambridge, om de kosmologie in te duiken. „Ik was in de ban van de grote filosofische vragen en van de idee dat je die zou kunnen bestuderen vanuit de fysica”, vertelt hij. „De meeste van mijn professoren destijds hielden zich daarmee niet bezig, die zaten veilig in hun labo of hielden het bij hun technische berekeningen, maar Hawking was compleet anders. We hadden meteen een klik en hebben elkaar nooit meer losgelaten.”

De grote vraag waar ze zich in vastbeten was: hoe kan het dat er uit de oerknal een heelal ontstaan is waarin leven mogelijk is? Voor die vraag spande Hawking zich zelfs tijdens zijn laatste jaren in, toen hij door de ziekte ALS nauwelijks nog kon communiceren, vertelt Hertog.

Hoe begon uw onderzoek naar de oorsprong van ons heelal?

„Eind jaren negentig heerste het idee dat we in een multiversum leven. Volgens die theorie is ons heelal niet het enige. Er zouden daarnaast nog veel andere universums zijn. En ons universum heeft toevallig de juiste eigenschappen voor leven. Stephen was waarschijnlijk een van de eersten die doorhadden dat je met het multiversum-denken verstrikt zou raken in paradoxen en onvoorspelbaarheid en dat het uiteindelijk niet op degelijke wetenschappelijke grondvesten zou kunnen rusten. Maar ook hij had niet meteen een alternatief.”

Dat veranderde in de jaren na 2002. Terwijl Hertog die zomer met zijn vrouw langs een van de zijderoutes naar Centraal-Azië reisde kreeg hij plots een mail van Hawking die hem dringend vroeg naar Cambridge te komen. Hertog vertrok direct. „Toen ik terug was zei Stephen bijna meteen: ‘Ik ben van gedachten veranderd. A Brief History of Time [Hawking’s bestseller uit 1988] is vanuit het verkeerde perspectief geschreven.’”

Fysici kijken vanuit een godenperspectief, van buitenaf

Een verkeerd perspectief?

„Wat alle fysica karakteriseert, waaronder het multiversum, is dat fysici zich proberen te plaatsen buiten het systeem dat ze onderzoeken. Ze kijken vanuit een godenperspectief, van buitenaf. Dat is prima voor een laboratoriumexperiment. Maar het klopt natuurlijk niet als je het heelal bestudeert, want daar zitten we binnenin. Maar hoe laat je die blik van buitenaf los, die we al eeuwen gebruiken? Hoe bouw je kosmologie op van binnenuit? Stephen en ik vonden onze inspiratie in de quantumtheorie, die het gedrag van de kleinste deeltjes beschrijft. In de quantummechanica is het bekend dat je een systeem beïnvloedt als je het observeert. De waarnemer zit dus verweven in de theorie. We leerden met die quantumblik naar het heelal kijken en dan krijg je een perspectief op de kosmologie van binnenuit. Dit is een enorme shift.”

Liet Hawking zijn oude perspectief makkelijk los?

„Hij wel. Daar moeten we hem om bewonderen. Zijn passie voor kosmologie en zijn nieuwsgierigheid waren groter dan zijn ego – en zijn ego was al groot. Ik had er maanden voor nodig. Onder meer doordat we terechtkwamen in een soort wiskundig niemandsland. Het perspectief moest ingebed worden in een nieuw wiskundig model, zodat je ermee aan de slag kon. Dat lukte pas na jaren, dankzij de ontdekking van de zogenoemde holografie, die een brug slaat tussen de quantumtheorie en de relativiteitstheorie van Einstein. Daardoor kregen we ook andere fysici mee.”

De natuurwetten zijn stap voor stap ontstaan vlak na de oerknal

Wat is holografie?

„Bij een normaal hologram verschijnt er een driedimensionaal beeld uit een tweedimensionaal scherm. Dat scherm bevat alle informatie voor het driedimensionale object. In de theoretische natuurkunde werkt de link tussen quantum en relativiteit op een gelijkaardige manier: de quantumtheorie zit als het ware op een scherm. De quantumkijk is als een hologram waaruit onze vertrouwde werkelijkheid met tijd, ruimte en zwaartekracht verschijnt. In extreme omstandigheden, bijvoorbeeld in zwarte gaten, waar de relativiteitstheorie niet meer opgaat, treedt de holografische quantumbeschrijving op de voorgrond. Hawking en ik hebben holografie gebruikt om onze quantumkijk op de oerknal te verdiepen.”

Wat betekent dat voor uw theorie?

„Wij zeggen: de oerknal was een hologram. De dimensie die daarbij verdwijnt op het ‘scherm’, is de tijdsdimensie. Bij de oerknal moet je notie van causaliteit eraan geloven. Daarmee verdampt ook de vraag naar wat er voor de oerknal was en zelfs of er daarvoor überhaupt natuurwetten waren.”

Waar komen de natuurwetten dan vandaan?

„Die zijn stap voor stap ontstaan vlak na de oerknal, zoals de biologische evolutie die Charles Darwin beschreef. Net als de stamboom van het leven is ook de boom van natuurwetten het resultaat van een soort darwiniaanse evolutie die gepaard ging met tal van toevalligheden. Een ‘evolutietheorie van de fysica’ zeg maar, waarin de quantumobservaties voor de selectie zorgden in het prille heelal. Het heelal observeerde zichzelf en boetseerde zo haar eigen geschiedenis met bijhorende wetmatigheden.”

Stephen vond al dat ik onze theorie in dat laatste paper te voorzichtig opschreef

In het laatste paper dat u met Hawking hierover schreef, dat vlak na zijn dood verscheen, gaat het over meerdere universums. Was het doel niet wegkomen van het multiversum?

„Stephen vond al dat ik onze theorie in dat laatste paper te voorzichtig opschreef. Nu ik het beter overdacht heb, kom ik tot de conclusie dat volgens de theorie andere heelallen opgaan in de quantumonzekerheid. Daarmee verdwijnt het multiversum. Dat is precies wat Hawking me zei vlak voor zijn dood: ik was nooit een fan van het multiversum.”

„De bredere implicaties van de theorie voor ons wereldbeeld kristalliseerden tijdens het schrijven van dit boek. Het is dus niet puur een vertaling van ons theoretische werk. Het legt een andere dimensie ervan bloot. Die bredere boodschap, dat ook vanuit de kosmologie het darwiniaanse evolutiedenken naar voren komt, kon ik in natuurkundige papers niet kwijt. De Engelse boektitel On the Origin of Time is een knipoog naar Darwin’s On the Origin of Species.”

Zijn er nog grote vragen waarop u een antwoord zoekt?

„Ik zou me nu graag wat minder bezighouden met grote vragen en meer met de grote lijnen die we uitgezet hebben verfijnen. Ik sta te popelen om de holografische vertaalslag in de kosmologie verder uit te werken. Daarnaast moeten we waarnemingen vinden om dit idee te testen – fossielen van die prille beginfase. Er is werk aan de winkel.”