Column | Quantumsprongen en quantumhobbels

Erg feestelijk begon 2025 niet met die eindeloos grijze luchten achter beregende ruiten. Maar dit jaar brak op 1 januari wel een kroonjaar in de natuurkunde aan. Precies honderd jaar geleden werd de quantummechanica ontwikkeld: de theorie die beschrijft hoe springerig en lichtelijk ongrijpbaar de natuur zich op de kleinste schalen gedraagt.

Een kwart eeuw daarvoor, in 1900, had de Duitse fysicus Max Planck ‘energie quanta’ geïntroduceerd. Planck wilde het mengsel van warmte en licht beschrijven dat wordt uitgestraald door objecten met een constante temperatuur. Bijna tegen zijn zin kreeg hij die beschrijving vervolgens alleen kloppend als hij deed alsof de atomen en moleculen in zo’n object warmte en licht uitzenden (of absorberen) via uitwisseling van kleine brokjes energie.

Vijf jaar later opperde Einstein dat die brokjes geen wiskundig foefje waren, maar dat warmte en licht en andere elektromagnetische straling werkelijk (ook) als een stroom energiepakketjes kunnen worden opgevat. Daarna, in 1913, liet Niels Bohr zien hoe atomen en moleculen die zo’n energiequantum absorberen of afgeven met een sprongetje van de ene in een andere (quantum)toestand belanden. Maar de echte overkoepelende beschrijving van zulk springerig gedrag op de kleinste schalen kreeg pas in 1925 gestalte, met de ‘matrixmechanica’ van Max Born en Pascual Jordan en de golfvergelijking van Erwin Schrödinger – de pijlers onder de quantummechanica.

Kleine puzzelstukjes

Het klinkt als de geschiedenis van reuzen die op de schouders van reuzen staan en die van Planck tot en met Schrödinger – en verder – een menselijke ladder vormen. Maar eigenlijk gaat het hier om de toppen van een bergmassief waaraan tallozen bijdroegen. Mensen die kennis overdroegen als docent, die precisiemetingen uitvoerden om de theorie te verifiëren, die de apparatuur daarvoor bouwden, het geld daarvoor bijeenbrachten of die met noest rekenwerk kleine puzzelstukjes aandroegen die de overkoepelende theorie op zijn plek lieten vallen.

Neem de metingen aan het spectrum (de reeks uitgezonden of geabsorbeerde kleuren licht) van helium. Ze waren cruciaal voor het toetsen van dat atoommodel van Bohr en het maken van aanpassingen daaraan. Maar wie weet dat Williamina Fleming – onbezoldigd ‘calculator’ bij de sterrenwacht van Harvard – die cruciale metingen al aan het eind van de negentiende eeuw had uitgevoerd? En wie weet dat de Duitse Hertha Sponer die techniek van zulke ‘spectrografische metingen’, juist ook aan atomen en moleculen in het lab, daarna verfijnde en tot grote hoogte bracht? Of neem in Nederland Jo van Leeuwen, die in 1919 net als en onafhankelijk van Bohr, liet zien dat magnetisme niet te verklaren valt met klassieke mechanica – een sterke aanwijzing voor ander en dus allicht quantumgedrag op de kleinste schalen.

Makkelijk vergeten

Niet toevallig staan hier vrouwennamen. Hun werk werd niet alleen makkelijker vergeten, maar zij bleven ook meestal op de flanken van het bergmassief hangen. We zagen het in de internationale werkgroep waarin we de afgelopen jaren de bijdragen van vrouwen aan quantum-ontwikkelingen bekeken. Van Leeuwen is er een voorbeeld van. Terwijl zij als hoofd van een lab aan de TU Delft (toen nog Hoogeschool) honderden studenten door hun eerste experimenteer-ervaringen navigeerde, schoot er weinig tijd over voor eigen onderzoek. Veel meer vrouwen haakten simpelweg af en gingen wat anders doen.

Maatschappelijke en politieke ontwikkelingen speelden hen natuurlijk parten – denk in Nederland aan het gedwongen ontslag van gehuwde vrouwen uit overheidsfuncties tussen 1924 en 1956. Er was de druk van sociale conventies en van – vaak geïnternaliseerde – verwachtingen. En je kunt je verder afvragen in hoeverre de quantumrevolutie zelf de vrouwen op achterstand heeft gezet. Want: die revolutie ontketende zich toen de eerste generaties ‘gestudeerde’ vrouwen nog maar nauwelijks in onderzoeksnetwerken en systemen waren opgenomen. Kieperden ze zo, bij alle stormachtige ontwikkelingen, des te makkelijker weer overboord? Kelderde mede daarom, in Nederland vanaf de jaren 1930, het aandeel vrouwen in de natuurkunde nog harder dan het eerder was opgelopen?

Bevlogen betrokkenen

Hoe is dat nu? In de vorige eeuw bracht het quantumonderzoek computerchips voort, lasers en MRI-scanners. Nu wordt naarstig gewerkt aan ‘quantumtechnologie 2.0’: aan quantumcomputers, -sensoren en -internet. Daar zijn opnieuw bevlogen docenten, instrumentmakers, onderzoekers en investeerders voor nodig. En in dat hele ‘quantumberglandschap’ zijn nu geleidelijk aan weer steeds meer vrouwen te vinden. Zal een vrouw de eerste werkende quantumcomputer op de markt brengen?

Voorlopig valt lastig te voorspellen wanneer en hoe de hooggespannen verwachtingen van quantumtechnologie zullen worden ingelost. Maar wat zou het verrijkend zijn als het speelveld om mee te denken en praten over nieuwe technologie nog verder gelijk getrokken werd. Tegelijk illustreert honderd jaar quantummechanica dat de deelname van vrouwen aan onderzoek en technologieontwikkeling nooit vanzelfsprekend was, en zelfs meer hobbels en tegenslagen lijkt te kennen dan de quantumontwikkelingen zelf. Misschien iets om in dit quantumjaar – dat óók het jaar is van Trump, Musk en oorlogen – niet te vergeten.

Margriet van der Heijden is natuurkundige en hoogleraar wetenschapscommunicatie aan de TU Eindhoven.

Delen





Mail de redactie