Dinsdag 12 februari 2008, 12:13
Moderne fysica (waaronder relativiteitstheorie en kwantummechanica) is een onderwerp dat tot de verbeelding spreekt, met exotische begrippen als quarks en wonderbaarlijke fenomenen als de tweelingenparadox. Veel populair-wetenschappelijke schrijvers zijn dan ook op de boot gesprongen, en honderden boeken proberen de moderne fysica op een leesbare wijze te presenteren. Die uiteenzettingen missen vaak overtuigingskracht, omdat door simplificatie een aantal belangrijke vragen genegeerd of toch geminimaliseerd worden: Waarom is de klassieke natuurkunde niet meer voldoende als we bepaalde grenzen overschrijden? Hoe kunnen de nauwelijks voorstelbare begrippen uit de moderne fysica overtuigendere verklaringen geven dan de intuïtieve begrippen uit de klassieke fysica? En hoe kunnen die contra-intuïtieve begrippen van de moderne fysica in een wetenschappelijk, consistent en werkbaar model gegoten worden?
Na een universitaire cursus Algemene Natuurkunde 3 begin ik een beetje zicht te krijgen op deze vragen, maar overtuigende antwoorden zijn nog ver weg. Dat populair-wetenschappelijke boeken over moderne fysica niet echt overtuigen, is dan ook te begrijpen. Als een boek dan boven de rest uit steekt, dan mag het wel eens in de bloemetjes gezet worden, zoals ik nu ga doen met The New World of Mr Tompkins van George Gamow.
George Gamow was een bekende Oekraïense fysicus, onder andere de gamma van de alpha-beta-gamma paper. Hij schreef vele verhalen over de heer Tompkins, waarin deze in een reeks dromen de concepten van de moderne fysica aan de lijve ondervindt. Hiervoor verlaagt Gamow bijvoorbeeld de lichtsnelheid tot 50km/h, zodat een fenomeen als lengtecontractie letterlijk zichtbaar wordt. In een ander verhaal is het universum gesloten, met een omtrek van slechts enkele kilometers. Bovendien wordt dat universum snel groter, om daarna al even snel terug te krimpen, met temperatuursverandering, roodverschuiving en al. Ook kwantumeffecten worden verkend, bijvoorbeeld door de constante van Planck groter te maken. Dit geeft dat biljartballen die in de driehoek gevangen worden, plots sneller gaan bewegen en zelfs door de wanden tunnelen, en dat herten die door twee smalle openingen lopen gediffracteerd worden, tot grote vreugde van de slimme leeuwen die strategisch staan opgesteld waar er constructieve interferentie is. Een ander bijzonder spitsvondig hoofdstuk portretteert het leven van de merry tribe of electrons is hun banen rond atoomkernen en met hun interacties.
De verhalen van Gamow werden in 1965 gebuldeld in het boek Mr Tompkins in Paperback. In 1999 verscheen een grondig herziene versie, getiteld The New World of Mr Tompkins. Hiervoor bracht Russell Stannard het boek in overeenstemming met meer recente ontwikkelingen in de natuurkunde, en kreeg ook het omlijstende verhaal een meer actuele klank. Een zeer waardevolle onderneming, al is het jammer dat er een kansrekeningsblunder is in blijven staan: Voor elk van de 1027 moleculen in een kamer is de (onafhankelijke) kans dat ze zich onder een tafel bevinden 1 op 100. Gamov en Stannard geven de kans dat alle moleculen zich onder de tafel bevinden als 1 op 1054, wat wel een kleine kans is, maar toch apocaliptisch veel groter dan de eigenlijke waarde. (Zie ook deze blog.)
Maar de wetenschappelijk rigueur is natuurlijk niet de grote waarde van de Mr Tompkins-boeken. Wel gaven ze mij een bijzonder inspirerende nieuwe zienswijze op de concepten die ik eerder meer wetenschappelijk had leren kennen bij prof. Huyse. Voor de natuurkunde-leken (het voornaamste doelpubliek) die The New World of Mr Tompkins lezen, is die wetenschappelijk context niet beschikbaar. Zij zullen veel meer moeite hebben om de gekke dromen van Mr Tompkins te verbinden met serieuze wetenschap. Maar ook voor hen zijn Gamows verhalen zeker een aanrader, want ze zijn ook voor het grote publiek bijzonder innemend en inspirerend.