Klaas Landsman

over investeren in de fundamentele wetenschap

Als het water stijgt

Wat heeft een samenleving aan nieuwsgierigheid? Wat rechtvaardigt publieke uitgaven aan onderzoek? Klaas Landsman, hoogleraar mathematische fysica in Nijmegen, ziet een parallel tussen investeringen in stormvloedkeringen en die in fundamentele wetenschap. Ter gelegenheid van de Ammodo KNAW Award 2017 schreef hij deze beschouwing.

FLB_20170118-_MG_3113_Ph

In 1969 hield de Amerikaanse Senaatscommissie voor kernenergie een hoorzitting over de besteding van 250 miljoen dollar belastinggeld voor de bouw van Fermilab, een centrum voor deeltjesversnellers vergelijkbaar met CERN in Genève. De hoorzitting leverde een legendarisch geworden dialoog op tussen senator John Pastore en fysicus Robert R. Wilson, de eerste directeur van Fermilab. Vrij vertaald:

ASTORE: Is er enige hoop dat deze deeltjesversneller op de een of andere manier kan bijdragen aan onze nationale veiligheid?

WILSON: Nee, ik denk het niet.

PASTORE: Helemaal niets?

WILSON: Helemaal niets.

PASTORE: Het heeft geen waarde in dat opzicht?

WILSON: Het heeft te maken met het respect waarmee we tegen elkaar aankijken, met de waardigheid van de mens, met onze liefde voor cultuur. Met zulke dingen heeft het te maken. Het heeft niets te maken met het leger, het spijt me.

PASTORE: Kan het ons dan op enige manier helpen in onze wapenwedloop met de Russen?

WILSON: Alleen in de zin van technologische vooruitgang op lange termijn. Voor de rest heeft het te maken met: zijn we goede schilders? Goede beeldhouwers? Grote dichters? Dan heb ik het over al die dingen die we in ons land hoog achten en in ere houden, waaraan we onze nationale trots ontlenen. In die zin heeft deze nieuwe kennis alles te maken met eer en vaderland. De versneller houdt echter geen direct verband met onze landsverdediging, behalve dat hij ons land het verdedigen waard maakt.

Het Congres stelde het geld voor Fermilab inderdaad beschikbaar — ongetwijfeld ook dankzij de voortdurende invloed van het rapport Science: The Endless Frontier van Vannevar Bush uit 1945, dat een lans brak voor genereuze publieke financiering van fundamenteel onderzoek.

Detectoren gebruikt in een deeltjesversneller van de Europese Organisatie voor kernonderzoek (CERN). Foto: CERN
Botsende kerndeeltjes in een versneller van de Europese organisatie voor kernonderzoek (CERN). Foto: CERN

De Gouden Eeuw bracht ons niet alleen Spinoza, Huygens en Rembrandt, maar ook de kooplieden die zich de schilderijen van de laatste konden veroorloven. Ze bracht ook de politiek van Johan de Witt, die erop neerkwam dat Nederland zich volledig moest richten op het voeren van handel en het vergaren van welvaart.

En dat doet Nederland nog steeds: had de leus: ‘kennis, kunde, kassa’ ergens anders vandaan kunnen komen? Aan de andere kant: draagt fundamentele wetenschap dan niet fors bij aan handel en welvaart? Natuurlijk doet het dat. De succesverhalen liegen er niet om.

HET SUCCES VAN FUNDAMENTELE WETENSCHAP
De computer danken we niet aan zakenlieden zoals Bill Gates en Steve Jobs, maar uiteindelijk aan de zuiver wiskundigen en filosofen die rond 1900 wilden weten wat een wiskundig bewijs precies was. Dit onderzoek naar de grondslagen van de wiskunde leidde in de handen van Alan Turing en John von Neumann linea recta tot de moderne computer. Als er ooit een kwantumcomputer komt, dan zal die te danken zijn aan natuurkundigen als Niels Bohr en Albert Einstein, die in de context van de kwantummechanica rond 1930 fundamentele vragen stelden over het al dan niet bestaan van zuiver toeval of zelfs van de werkelijkheid.

Niels_Bohr_Albert_Einstein3_by_Paul EhrenfestNiels Bohr (l.) en Albert Einstein, in 1925 op bezoek bij de Leidse kwantumfysicus Paul Ehrenfest.
Hun fundamentele debat over toeval en werkelijkheid lag aan de basis van de kwantumwetenschappen. Foto: Paul Ehrenfest

Het World Wide Web werd niet geboren in Silicon Valley maar op CERN, waar de fysici op jacht waren naar het Higgs-deeltje, niet naar economisch voordeel voor de lidstaten.

Wifi, nu de onmisbare standaard voor draadloze computernetwerken, vloeide voort uit fundamentele vragen van radioastronomen. Ik beperk me hier tot voorbeelden uit de exacte wetenschappen, maar de lijst kan over de hele linie eindeloos worden uitgebreid.

VOORBIJ DE HORIZON
Dit eclatante succes van door nieuwsgierigheid gedreven fundamenteel onderzoek overtuigt onze politici en managers echter niet om er ruimhartig in te investeren. Daar lijken drie redenen voor te zijn. De eerste is de lange periode tussen het leggen van het fundament en het profiteren van de vaak onverwachte toepassing; afhankelijk van hoe de begin- en eindpunten precies worden gekozen, beslaat dat twintig tot vijftig jaar. Dat is ver voorbij de horizon van een politicus
die de volgende verkiezing wil winnen of die van een CEO die optiebonussen wil incasseren.

KLEINSCHALIGE ANARCHIE
De tweede reden drong tot me door toen ik eens bij een overleg met ambtenaren van het ministerie van OCW zat. Plotseling leefde één van hen op. Vol vuur riep hij uit: “Daar kunnen we op sturen!” De rest van de vergadering werd besteed aan ‘subsidie-instrumenten’ waarmee dan gestuurd kon worden. Allen waren blij. Politici en hun gevolg willen sturen. “Sturen, niet roeien” is zelfs de leus van het zogenaamde New Public Management. Maar het is al vaak gezegd: wetenschap laat zich niet sturen. Ja, de deeltjesversneller LHC (Large Hadron Collider) op CERN en de detectoren daarbinnen werden in twintig jaar zorgvuldig gepland en opgebouwd. Maar zelfs daar schreden onderweg inzichten voort en was het vallen, aanpassen en weer opstaan.

De meeste fundamentele wetenschap is onvoorspelbaar en is gebaat bij kleinschalige anarchie. De toepassing, als beloning in de toekomst, laat zich al helemaal niet plannen. Niemand drukte dit zo mooi uit als Wilhelm van Humboldt ruim twee eeuwen geleden. Vrij vertaald: “De wetenschap strooit haar zegenrijke effecten op de maatschappij vaak uit als ze die laatste tot op zekere hoogte juist lijkt te zijn vergeten. (…) Haar werkelijke waarde ligt erin de menselijke geest zodanig te vormen dat die het moeilijk te ontdekken punt waar gedachte en realiteit elkaar tegenkomen en vrijwillig in elkaar over gaan, niet mist.”

PIEPKLEIN EFFECT
De derde reden is dat fundamentele wetenschap (net als biologische evolutie) ontegenzeggelijk een verspillend proces is. De meeste fundamentele wetenschap zal uiteindelijk nergens toe leiden. Zelfs van het beste zuivere onderzoek is maar een fractie toepasbaar, en slechts een fractie van die fractie zal ooit onze welvaart vergroten. En toch komt vrijwel alle moderne welvaart voort uit dit piepkleine effect: de grote vernieuwing in de toekomst zal de vele doodlopende paden van vandaag volkomen overschaduwen.

Radiosterrenwacht Westerbork. Foto: Raimond Spekking

 

De experimenten in de LHC van CERN, één van de meest succesvolle experimenten ooit, zijn hiervan een fraaie metafoor. Veruit de meeste kerndeeltjes die worden afgeschoten, botsen niet op hun tegenliggers. De botsingen die wél plaatsvinden genereren hoofdzakelijk ruis. Slechts een piepkleine fractie van die botsingen leidt tot interessante waarnemingen in de reusachtige detectoren. Toch werd in 2012 uit zulke uiterst zeldzame signalen het bestaan van het Higgs-deeltje afgeleid.

STORMVLOEDKERING
Voor politici, kiezers en media is dit begrijpelijkerwijs lastig: zij zien graag dat al het belastinggeld aantoonbaar nuttig, verantwoord en navolgbaar wordt besteed, zoals aan zorg, veiligheid, of infrastructuur. Deze diagnose suggereert echter een richting voor de oplossing van het probleem.

Misschien moet Nederland leren fundamentele wetenschap te zien als een soort stormvloedkering. Nadat in 1953 Zeeland overstroomde, werd veertig jaar lang aan de Deltawerken gebouwd. Vele miljarden werden besteed. Niemand wist zeker of en wanneer we er iets aan zouden hebben, want je weet niet waar en
wanneer het hoogwater komt. Toch begreep vrijwel iedereen de zin van deze investering.

De Deltawerken bewezen dat Nederland lange tijdschalen en grote investeringen best aankan. En vandaag zijn die Deltawerken de trots van het land.

Deltawerken: Stormvloedkering in de Oosterschelde. Foto: Rens Jacobs