Dirk van Delft

over het nut van 'nutteloos' onderzoek

Prof. dr. Dirk van Delft (1951) is directeur van Museum Boerhaave en bijzonder hoogleraar ‘Materieel erfgoed van de natuurwetenschappen’ aan de Universiteit Leiden. Na zijn studie natuurkunde aan de Universiteit Leiden was hij docent natuurkunde aan College Leeuwenhorst in Noordwijkerhout. In 1992 trad hij in dienst bij NRC Handelsblad, waar hij van 1994 tot 2005 chef redactie wetenschappen was. In 2005 promoveerde hij aan de Universiteit Leiden op het proefschrift ‘Heike Kamerlingh Onnes. Een biografie’. Hetzelfde jaar won hij de NWO-Eurekaprijs voor wetenschapscommunicatie. In dit essay gaat hij in op het belang van nutteloos onderzoek.

Het nut van nutteloos onderzoek

Op een vrolijk absurde fotomontage van Yves Klein uit 1960, getiteld Saut dans le vide (sprong in de leegte), vliegt de Franse kunstenaar in zomaar een Parijse straat op enkele meters boven het plaveisel, in een roekeloze poging de zwaartekracht aan zijn laars te lappen. Kleins gestrekte zweefduik is een rake metafoor voor de wereld van de wetenschap. Ook ongebonden fundamenteel onderzoek is een roekeloze sprong, in de leegte van het onbekende. Wie als nieuwsgierig en dwars onderzoeker het lef heeft om gevaarlijke paden in te slaan, en de creativiteit bezit om te breken met het alledaagse, kan ver komen – of te pletter slaan.

De bezetenheid, koppigheid en het doorzettingsvermogen die nodig zijn om de top te halen zijn van alle tijden

Fundamenteel onderzoek verlegt de grenzen van onze kennis. Mensen willen weten, zijn nieuwsgierig naar hoe de wereld in elkaar steekt. Zoals de bergbeklimmer de Mount Everest op moet omdat die berg er nu eenmaal is, kan de toponderzoeker niet anders dan zich vastbijten in de grote vragen uit zijn of haar vakgebied. Dat is niet zonder risico. Vaak geeft onderzoek aanleiding tot frustratie, stapelt zich tegenslag op tegenslag, zit de zaak muurvast. Dan weer is het enerverend en uitdagend, raakt het in een stroomversnelling, overheerst de euforie. En altijd loopt onderzoek anders dan gedacht, blijkt de kansrijke aanpak een dood spoor, dienen doorbraken zich aan in richtingen die de onderzoeker totaal niet had voorzien.

Wetenschap is mensenwerk. Onderzoekers willen fundamenten blootleggen, het raadsel ontsluieren, de eerste zijn, verder reiken dan een ander. De bezetenheid, koppigheid en het doorzettingsvermogen die nodig zijn om de top te halen zijn van alle tijden. Koudepionier Heike Kamerlingh Onnes verschilt in dit opzicht niet van sterrenkundige Ewine van Dishoeck of cognitief neurowetenschapper Peter Hagoort. Met de noodzaak tot integriteit, tot verantwoord handelen en transparantie, is het niet anders. Of hij of zij nu deel uitmaakt van de Republiek der Letteren dan wel opereert in digitale netwerken, de wetenschappelijk onderzoeker staat aan het front. Daar heerst per definitie verwarring, wat kansen schept. Wie talent heeft en vechtlust – en een portie geluk – forceert doorbraken naar nieuwe werelden en kijkt zijn ogen uit.

Fundamenteel onderzoek biedt grip op de wereld en leidt vroeg of laat tot economisch gewin

Wetenschap werkt. Van fundamenteel onderzoek worden we wijzer. Drijfveer is een onbedwingbare nieuwsgierigheid naar hoe de wereld in elkaar steekt. Begrijpen, daar draait het om. Toepassingen zijn welkom, maar de onderzoeker in kwestie vindt ze bijzaak. Daar was het niet om begonnen. Voor de maatschappij, die het onderzoek in veel gevallen financiert, ligt dat anders. Geen nood. Die weet zich verzekerd van dubbel profijt: fundamenteel onderzoek biedt grip op de wereld en leidt vroeg of laat tot economisch gewin.

Dat geldt voor wetenschap in de volle breedte. Er is meer dan science. Naast de natuurwetenschappen (met inbegrip van de wiskunde) en de biomedische wetenschappen zijn er de geesteswetenschappen en de sociale wetenschappen. Wanneer hoogleraar vergelijkende taalwetenschappen Alexander Lubotsky, gesteund door uitgeverij Brill, een Indo-Europees etymologisch woordenboek samenstelt van de proto-taal die ook het Nederlands heeft opgeleverd, dan is dat fundamenteel onderzoek. Lubotsky ontdekte dat tot de proto-woorden die alleen vanuit het Sanskriet en Iraans te reconstrueren waren, ‘kanaal’ of ‘waterput’ behoren, of andere termen met waterbeheer. Een resultaat dat ons inlicht over de route die de Indo-Europeaanse volkeren in het vierde millennium voor Christus op hun trektocht vanuit de Zuid-Russische steppen, hun Urheimat, hebben gevolgd.

Raken met het voortschrijden van onze kennis de grote vragen op?

Of neem pedagoog Rien van IJzendoorn. Die houdt zich bezig met ‘gehechtheid’, de onbedwingbare neiging van ieder kind om in tijden van angst, spanning, honger of verdriet de nabijheid te zoeken van een beschermende volwassene. Kinderen vertrouwen erop dat wanneer de nood aan de man komt, er een volwassene paraat staat die zorgt dat het goed komt. Dat kunnen vader of moeder zijn, maar het kind kan zich ook hechten aan een leidster uit de crèche of aan een grootouder. Via gestructureerde waarnemingen aan kinderen in zijn experimenteel laboratorium, toegerust met camera’s en sensoren voor hartslag, ademhaling en andere fysiologische parameters, komt Van IJzendoorn tot gefundeerde conclusies. Fundamenteel onderzoek dat zich laat vertalen tot streng-methodologisch onderbouwde adviezen waar de praktijk van opvoeding en onderwijs zijn voordeel mee kan doen. Bijzonder nuttig: kinderen zijn kwetsbaar materiaal.

Fundamenteel onderzoek is er dus in vele soorten. Laat duizend bloemen bloeien! Maar raken met het voortschrijden van onze kennis de grote vragen niet op? Zijn ze zo zoetjesaan niet beantwoord en is het einde van de wetenschap in zicht? Die vraag is niet nieuw. Aan het eind van de negentiende eeuw meenden veel fysici dat het vak af was en er weinig meer resteerde dan het vreugdeloos meten van extra cijfers achter de komma van de getalswaarden van natuurconstanten. De dood in de pot. William Thomson (Lord Kelvin) sprak in Edinburgh van nog twee wolkjes aan een strakblauwe natuurkundige hemel. De Schot zat er hopeloos naast. Rond de eeuwwisseling bleken Kelvins wolkjes de voorbodes van twee radicaal nieuwe, uiterst succesvolle theorieën: de kwantumtheorie, geldig in de wereld van het allerkleinste, en Einsteins relativiteitstheorie met zijn al even revolutionaire kijk op ruimte en tijd. Overigens is het met elkaar verzoenen van die twee mastodonten van de moderne natuurkunde een van de grote vragen die nog open staan.

In 1998 was het de Amerikaan John Horgan die met zijn boek The end of science opnieuw het einde van de wetenschap afkondigde. De echt grote ontdekkingen waren gedaan, de onderzoeker moest zich voortaan tevreden stellen met kleinere vragen. Waarop het tijdschrift Science bij zijn 125ste verjaardag onder de titel ‘What don’t we know?’ een lofzang met 125 onopgeloste kwesties bracht, variërend van ‘Zijn we alleen in het heelal?’ en ‘Hoe elementair zijn ruimte en tijd?’ via ‘Wat drijft de pubertijd?’ en ‘Waarom slapen we?’ tot ‘Is er een vaccin tegen aids?’ en ‘Wat zijn de evolutionaire wortels van taal en muziek?’

Wie toch volhoudt dat we met de wetenschap klaar zijn: neem de kwestie van de samenstelling van het heelal. De astronomie vertelt ons dat ‘normale’ materie, waaruit sterren, planeten en mensen zijn opgebouwd, slechts een paar procent van de vulling van het heelal dekt. De rest is donkere materie, waarvan we niet weten wat het is, en ‘donkere energie’, welke de oorzaak is van de versnelde uitdijing van het heelal en waarvan we geen flauw idee hebben van wat het voorstelt. Kortom, het overgrote deel van ons heelal is zoek! Wie dan nog durft te beweren dat de wetenschap op een oor na gevild is, is niet goed wijs. De fundamentele wetenschap kan voorlopig vooruit. Sterker, het houdt niet op. ‘Het belangrijkste resultaat van kennis is onwetendheid’, luidt een favoriete uitspraak van de Amerikaanse fysicus en Nobelprijswinnaar (2004) David Gross. ‘Hoe meer we weten, hoe meer we beseffen wat we niet weten, hoe meer vragen we kunnen opwerpen. De juiste vragen stellen is het halve werk, zo niet meer.’

Het overgrote deel van ons heelal is zoek!

Dat laatste is inderdaad de kunst. ‘Aan naakte rotsen ga ik voorbij’, zegt Hendrik Lenstra, hoogleraar getaltheorie aan de Universiteit Leiden. ‘Ik werk alleen aan problemen waar ik een toegang zie, met een kier om mijn breekijzer houvast te geven. Onbegrip is wat de wiskundige gaande houdt. Je hebt een intuïtief gevoel, ziet een platonische glimp van een oplossing en je moet het blootleggen. Zoals de dichter gedichten moet schrijven, moet de wiskundige zijn wiskunde doen. Hij kan niet anders. Zonder voel je je onbehaaglijk.’
Ooit was getaltheorie hét voorbeeld van zuivere wiskunde zonder enig nut. In zijn A Mathematician’s Apology uit 1940 kondigt de excentrieke Britse wiskundige G.H. Hardy aan zich in zijn graf te zullen omdraaien mocht zijn geliefde getaltheorie alsnog toepassing vinden. Hij moest eens weten! Driekwart eeuw na zijn dood is getaltheorie overal. Met zijn priemgetallen (getallen die alleen deelbaar zijn door 1 en door zichzelf, zoals 7, 23 of 387.096.133) vormt getaltheorie het kloppende hart van de moderne cryptografie. Versleutelde berichten versturen, militaire geheimen coderen, elektronisch bankieren – het drijft op getaltheorie.

Lenstra, fundamenteel onderzoeker in optima forma (zijn broer Arjen adviseerde over cryptografie bij City Bank in New York), ziet de verschuiving met gemengde gevoelens aan. ‘Sommigen vinden het prachtig dat al die cryptografische toepassingen geld opleveren’, zegt hij. ‘Maar persoonlijk vind ik het leuker als nieuwe getaltheorie die toepassingen weer om zeep helpt. Bij lezingen mag ik graag de bad guy spelen. Jongens, zeg ik dan, hier ligt een prachtkans. Jullie kunnen onze getaltheorie in haar oude zuivere glorie herstellen als je een manier vindt om ook de grootste getallen efficiënt in priemfactoren te ontbinden. Zijn we die banken eindelijk weer kwijt, heerlijk onder ons, weg met de varkens die in ons rozentuintje wroeten.’

Staan fundamenteel onderzoek en praktische toepassingen op gespannen voet met elkaar? Berichten als zouden fundamentele onderzoekers desinteresse tonen voor ‘valorisatie’ van hun resultaten missen iedere grond. G.H. Hardy is echt een uitzondering. Praktische toepassingen zijn bijzonder welkom: ze verhogen de kans dat het fundamentele onderzoek dat er aan ten grondslag ligt meer ruimte krijgt. Maar waarom zouden fundamentele onderzoekers zelf op zoek moeten naar praktisch nut? Alsof we te maken hebben met een stelletje bleekneuzen dat het liefst de hele dag tussen de boeken zit en dringend naar buiten moet, de echte wereld in. Fundamentele onderzoekers kunnen hun tijd wel beter besteden. Inderdaad: aan fundamenteel onderzoek. Intussen creëren ze wel de humuslaag waarop onderzoek naar toepassingen kan gedijen.

Toegepast onderzoek is pas effectief als het kan putten uit een vruchtbare, rijke ondergrond

Die humuslaag is essentieel. Toegepast onderzoek is pas effectief als het kan putten uit een vruchtbare, rijke ondergrond. Toegepast onderzoek bevoordelen ten koste van fundamenteel werk, tegenwoordig de trend, is contraproductief. Het is het slachten van de kip met de gouden eieren. Hier wreekt zich het misverstand dat praktische toepassingen van fundamenteel onderzoek op bestelling de laboratoria verlaten – eerder komen ze pardoes uit de lucht vallen. Het is prima om als samenleving prioriteiten te stellen op het gebied van toegepast onderzoek, en in die afweging economische motieven een rol te laten spelen. Met focus is niets mis. Agro, duurzame energie, creatieve industrie, leven in gezondheid en nog vijf andere sectoren: ze verdienen het om in het kader van het topsectorenbeleid extra middelen toegestopt te krijgen. Maar wees zuinig op het ongebonden fundamentele onderzoek, in het bijzonder op gebieden die buiten de topsectorenboot vallen.

Over nut gesproken: op de lange duur, soms heel snel, profiteert de samenleving enorm van de talloze resultaten die fundamenteel onderzoek oplevert. Daarvan bestaan talloze voorbeelden. Exenatide, een hormoon dat in 1992 werd aangetroffen in het speeksel van een Amerikaanse reuzenhagedis, blijkt in een synthetische variant een regulerende werking te hebben op de bloedsuikerspiegel. Computers en andere elektronica danken hun bestaan aan baanbrekend werk dat in 1947 in het researchlaboratorium van het Amerikaanse Bell Labs is uitgevoerd. Gentech is niet voor te stellen zonder de ontdekking in 1953 van de dubbele helix door DNA-onderzoekers Watson en Crick. We downloaden onze favoriete muziek op onze iPod via iTunes dankzij de ontwikkeling van het wereldwijde web op het CERN, de deeltjesversneller in Genève waar het Higgs-deeltje is ontdekt. Een lijst wapenfeiten die naar believen is uit te breiden.

Tussen fundamenteel en toegepast onderzoek bestaan de meest uiteenlopende, onvoorspelbare, bizarre en onvermoede relaties

Tussen fundamenteel en toegepast onderzoek bestaan de meest uiteenlopende, onvoorspelbare, bizarre en onvermoede relaties. Het is trouwens een treurig misverstand te denken dat het hier om tegenpolen gaat. Fundamenteel en toegepast onderzoek kunnen probleemloos in één project en in één en dezelfde persoon samenvallen. Een prachtig voorbeeld is de slingerklok van Christiaan Huygens. Huygens, een van de grootste genieën die Nederland heeft voortgebracht, deed in de Gouden Eeuw baanbrekend onderzoek naar de voortplanting van licht, introduceerde het 31-toonstelsel in de muziek, leidde de formule af voor de centrifugale kracht bij een cirkelbeweging, en nog veel meer. Tegelijk was hij een verwoed knutselaar die op een zelf ontworpen lenzenslijpmachine de lenzen sleep voor zijn telescopen en microscopen, instrumenten ontwierp (dieptemeters, luchtpompen), uitvindingen deed (rijtuigen) en altijd op zoek was naar technische verbeteringen.

Bij de slingerklok van 1659 paste Huygens zijn wiskundige ontdekking toe van een jaar eerder. Van Blaisse Pascal had hij toen een aantal vraagstukken toegestuurd gekregen over de cycloïde. Dat is de meetkundige figuur die het ventieldopje beschrijft van een rijdend fietswiel. Totaal onverwacht dook de cycloïde opnieuw op toen Huygens op zoek was naar een nauwkeurige slingerklok – een vereiste bij navigatie op zee. Bij een gewone slingerklok hangt de slingertijd een klein beetje af van de grootte van de uitwijking. Dat (cumulatieve) probleem viel te verhelpen door het slingergewicht geen stukje cirkelboog te laten beschrijven, maar een cycloïde. En dat kreeg je voor elkaar door bij het ophangpunt van de slinger twee cycloïde-vormige boogjes te bevestigen (wangetjes), waarmee het koord tijdens het heen en weer bewegen periodiek contact maakt. Een schitterende toepassing van fundamentele wiskunde en een onvoorziene ontmoeting tussen een meetkundige kromme en een uurwerk. Tegelijk toont de slingerklok van Huygens aan dat ook toegepast onderzoek geweldige creativiteit en diepgang vereist.

Praktische toepassingen van fundamentele ontdekkingen laten soms lang op zich wachten. In 1911 ontdekte Kamerlingh Onnes ‘supergeleiding’: elektrische stroom die bij zeer lage temperatuur geen weerstand meer ondervindt en dus geen warmte genereert. Niemand die er naar op zoek was, niemand die begreep wat er aan de hand was. Het duurde tot 1957 eer er een theoretische verklaring kwam en pas begin jaren zestig dienden zich supergeleidende metaallegeringen aan die toepassingen in beeld brachten. Zoals de MRI-scanner, waarmee we in detail in het lichaam kunnen kijken en bijvoorbeeld hersenactiviteiten tijdens werk in uitvoering, zoals spreken, kunnen volgen en in het brein lokaliseren. Allemaal dankzij de man van het absolute nulpunt.

Het gebeurt niet zelden dat werkzame kankerremmers het bijkomende resultaat zijn van onderzoek dat daar niet op was gericht

Naar medicijnen tegen kanker wordt uit alle macht gezocht maar het gebeurt niet zelden dat werkzame kankerremmers het bijkomende resultaat zijn van onderzoek dat daar niet op was gericht. Een treffend voorbeeld is cisplatine. Deze stof werd per ongeluk in de jaren zestig ontdekt tijdens onderzoek naar de invloed van elektrische velden op bacteriën. Het viel de onderzoeker op dat in bepaalde situaties de bacteriën zich abnormaal deelden. Boosdoeners bleken de platina elektroden. Nader onderzoek toonde aan dat platina sommige celfuncties blokkeerde en in dier en mens specifieke remmende effecten had op tumoren. Een halve eeuw later is cisplatine een beproefd medicijn tegen teelbalkanker, blaaskanker en eierstokkanker.

FLB_20160602_MG_1878-bewerkt

Tot slot twee voorbeelden uit de astronomie – een vakgebied waarin Nederland internationaal gezien excelleert maar dat bij het grote publiek (en beleidsmakers) niet bepaald geassocieerd wordt met nut. Begin jaren negentig speurde de Australische elektrotechnisch ingenieur John O’Sullivan de hemel af naar radiogolven afkomstig van exploderende zwarte gaten. Om verstoring door radiogolven die tegen nabijgelegen gebouwen kaatsten tegen te gaan, ontwikkelde (en patenteerde) hij een filtertechniek die nu een onmisbaar onderdeel vormt in wifi-netwerken. En in Boston past astronome Michelle Borkin dezelfde dataverwerkingstechnieken die ze loslaat op plaatjes van sterhopen als Adelaarsnevel M16, toe op CT-scans van het menselijk hart. Met als resultaat dat de hoeveelheid correct gediagnostiseerde hartziekten via die CT-scans toenam van 37 procent naar 91 procent. Astronomische geneeskunde als baanbrekende toepassing.

Prachtig, al dat nut, maar het is de fundamentele onderzoeker er niet om begonnen. Zonder zich te bekommeren om toepassingen gaat Hendrik Lenstra zijn getaltheorie te lijf, op zoek naar oplossingen. Rust is bij die worsteling het belangrijkste en zijn favoriete plek om wiskunde te doen is het zwembad: conceptueel nadenken zonder papier. ‘Ik onderga het’, zegt Lenstra. ‘De dingen wentelen rond in je geest, je schuift het probleem terzijde en in je dromen zie je spookbeelden waarbij begrippen uit de wiskunde en het dagelijks leven door elkaar lopen. Blijken er bij het ontwaken toch zaken van plaats veranderd. Opeens: klik! Dat geeft een extreem hevige reactie. Het zijn de mooiste momenten, de momenten waar je wiskunde voor doet.’

Dirk van Delft is directeur van Museum Boerhaave en bijzonder hoogleraar ‘Materieel erfgoed van de natuurwetenschappen’ aan de Universiteit Leiden.

Zie ook: Dirk van Delft, De toppen van het kunnen; Nederlandse wetenschappers over hun drijfveren en werk (Bert Bakker 2006).