De Spinozaprijs is de belangrijkste wetenschappelijke prijs in Nederland. De prijs wordt ook wel de Nederlandse Nobelprijs genoemd.
In een serie interviews onderzoeken Ramy El-Dardiry en Roderick Knuiman wat de drijfveren zijn van de vooraanstaande wetenschappers aan wie deze prijs is toegekend.
Voor de overige interviews uit deze reeks kun je op de namen klikken, links in de kantlijn bij dit artikel.
Uw onderzoeksgebied is behoorlijk spannend en ver weg. Het gaat over extremen in het heelal. Zou u kunnen uitleggen wat u en uw onderzoeksgroep precies onderzoeken?
Ons onderzoek gaat over neutronensterren en zwarte gaten. Neutronensterren zijn ineengestorte sterkernen. In een dergelijke neutronenster is de massa van een sterkern samengeperst tot een bol met een diameter van ongeveer twintig kilometer. Het materiaal waar een neutronenster uit is opgebouwd heeft dus een heel hoge dichtheid. De zwarte gaten die ik bestudeer zijn op eenzelfde manier ontstaan, alleen is een zwart gat nog net wat verder ineengestort.
Bij een zwart gat is de ineenstorting zelfs zo extreem dat de materie van de sterkern in theorie tot een punt wordt teruggebracht. Om zo’n zwart gat vormt zich dan volgens de algemene relativiteitstheorie een vreemde kromming van ruimte-tijd. Er ontstaat een zogeheten horizon rondom het centrale punt van het zwarte gat: een denkbeeldig bolvormig oppervlak. Deze horizon wekt als een soort eenrichtingsmembraan. Je kunt er wel in, maar niet uit.
Astrofysisch gezien zijn neutronensterren en zwarte gaten erg vergelijkbaar. Als je een neutronenster met een factor twee of drie meer in elkaar zou persen, dan zou het ook een zwart gat worden. De massa van de neutronenster zou dan binnen zijn eigen horizon vallen.
Als een neutronenster of een zwart gat om een gewone ster heen draait vinden er interessante fysische verschijnselen plaats. Die verschijnselen onderzoeken wij. Door de sterke zwaartekracht wordt er materiaal van de gewone ster naar de neutronenster of zwart gat gezogen. Met een heel hoge snelheid (in de orde van de lichtsnelheid) spiraalt deze materie in een plat vlak om de neutronenster heen, totdat het uiteindelijk op het oppervlak van de neutronenster valt. Hier komt röntgenstraling bij vrij. De hoge snelheden zorgen ervoor dat de materie meer dan duizend omwentelingen per seconden om de neutronenster heen maakt. Het behoud van impulsmoment leidt ertoe dat de neutronenster zelf uiteindelijk ook heel snel om zijn as gaat draaien. De spinperiode wordt dan in de orde van milliseconden!
In de toekomst willen we ons onder andere bezighouden met het detecteren van gravitatiegolven, dat zijn voortplantende verstoringen in de ruimte en tijd. We willen dat doen door gebruik te maken van objecten in het heelal zelf. Snelronddraaiende neutronensterren, radiopulsars, die we net beschreven hebben, zouden de gevolgen van heel lange gravitatiegolven moet ondervinden. Dit soort lange gravitatiegolven zouden zijn overgebleven van de Big Bang. De resultaten van het onderzoek zullen ons dus misschien iets vertellen over het begin en de oorsprong van het heelal.
Waarom is dit onderzoek voor u zo uitdagend?
Een basisreden voor mij om dit soort onderzoek te doen is dat de relativiteitstheorie een heel exotische beschrijving van de werkelijkheid oplevert. Ruimte en tijd vormen een continuüm, iets dat ons intuïtief helemaal niet aanspreekt. Ruimte en tijd kunnen krommingen vormen, en deze krommingen zijn de zwaartekracht. Wij kunnen ons dat moeilijk voorstellen, want wij denken alleen in Euclidische (driedimensionale, niet-gekromde) ruimten. Ik vind het erg fascinerend dat de werkelijkheid niet zo is zoals je op het eerste gezicht zou denken, maar dat je er door wetenschappelijk onderzoek achter kan komen hoe de natuur eigenlijk wel in elkaar zit.
Er zijn andere gebieden in de natuurkunde, zoals de quantummechanica, die ook gaan over dat contra-intuitieve karakter van de werkelijkheid. Ik ben echter een astrofysicus en ik probeer zwarte gaten, plekken waar ruimte en tijd sterk vervormd zijn, rechtstreeks te bestuderen. Dit doen we door waarnemingen te doen met behulp van astrofysische methoden. We kunnen zwarte gaten en neutronensterren alleen van de buitenkant bekijken. In de astrofysica doen we waarnemingen met elektromagnetische straling. Ikzelf gebruik dus röntgenstraling om de omgeving van neutronensterren en zwarte gaten te bestuderen. Om deze röntgenstraling te detecteren gebruiken we satellieten.
Het zou natuurlijk nog leuker zijn om een zwart gat in een lab te hebben en er dan met allerlei lasers op te schijnen, er een touwtje in te laten zakken en te kijken wat er gebeurt. Helaas is dat geen mogelijkheid. Doordat we zowel zwarte gaten als neutronensterren onderzoeken kunnen we ook bestuderen wat nu exclusief is voor zwarte gaten en wat je ook al kunt zien bij de heel sterke zwaartekracht van neutronensterren. Vergelijken is een heel mooie methode om achter dingen te komen.
Hoe krijgen wetenschappers de gegevens van satellieten?
Iedere astrofysicus wil metingen doen met de beste satellieten en telescopen, bijvoorbeeld de satellieten van de NASA. Dat kan natuurlijk niet, daarvoor is er niet genoeg meettijd. Daarom schrijft iedere wetenschapper een voorstel voor een bepaald soort waarnemingen op het niveau van de ‘cutting edge’ (topniveau), waarin je laat zien dat je weet waar je het over hebt. Je legt uit hoe je de metingen wilt doen en je bewijst dat je jouw uitgezochte voorstellingen daadwerkelijk kunt meten. Kwantitatief moet je uitwerken dat je metingen kunt doen en wat je daaruit zou kunnen afleiden. Dit soort voorstellen schrijven is een belangrijk deel van mijn werk.
De voorstellen stuur je vervolgens naar de uitbater van het observatorium. Vaak gebeurt dat vijf minuten voor de deadline en meestal zijn er ongeveer tien keer zoveel voorstellen als dat er aan meettijd beschikbaar is. Een jury van vakbroeders beoordeelt dan de inzendingen. Alleen de allerbesten winnen. Wil je dus succesvol zijn dan moet je goede ideeën hebben en het ook goed kunnen opschrijven.
Wat doet een sterrenkundige als zijn voorstel voor waarneming is goedgekeurd?
Het jaar daarna krijg je op een gegeven moment je waarneming binnen. Dan wordt het spannend! Bij sommige satellieten kun je online zien hoe de waarneming verloopt. Zeker in het begin ga je zitten kijken of alles goed gaat, als er iets niet goed gaat bel je snel naar het observatorium. Wellicht kan er dan nog wat veranderd worden. Als het eenmaal routine is geworden dan doe je dat allemaal niet meer. Redelijk snel erna zijn je gegevens beschikbaar. Vroeger kreeg je allemaal magneetbanden toegestuurd, maar tegenwoordig kun je het downloaden via internet. De data is voor een jaar lang exclusief voor jezelf beschikbaar, daarna wordt het openbaar. Uiteindelijk krijg je dus grote files, met de metingen van jouw ster erin.
Wij zijn echt observationeel bezig: de natuur doet alles en wij kijken er alleen maar naar. Vervolgens analyseer je de meetgegevens en publiceer je het in een wetenschappelijk tijdschrift. Het zijn vaak kleine stapjes vooruitgang die je maakt. Voor studenten die beginnen met onderzoek doen is dat echt wennen. Je doet heel veel werk, en op het eind is er een heel kleine kiezelsteentje toegevoegd aan de muur van kennis. Sommige studenten zijn er op het begin van overtuigd dat ze gaan ontdekken dat Einstein wel of geen gelijk had, of dat ze een zwart gat gaan vinden. Wetenschappelijk onderzoekers werken echter vaak alleen maar detail op detail uit. Daar zit al heel veel werk in.
Sommige mensen kunnen daar niet tegen, anderen wel. Je moet in staat zijn om je motivatie te ontlenen aan het basisidee en dan bereid zijn heel veel werk te steken in iets wat daar aan bijdraagt. Jouw eerste bijdrage zal niet meteen de doorbraak zijn, die maak je misschien pas tien jaar later.
Heeft u zelf wel eens een euforisch gevoel gehad bij het bekijken van uw data?
Af en toe heb ik zo een dergelijk moment. Dat is de kick van het onderzoek doen. Als je gegevens binnenkrijgt zijn dat verse gegevens. De gegevens komen van een zwart gat op vijftigduizend lichtjaren afstand. Niemand heeft dat ooit gezien! Jij bent de eerste die naar de meetgegevens kijkt en het kan van alles zijn: het is helemaal vers. Het is een beetje de emotie van een ontdekkingsreiziger. Dat gevoel staat helemaal los van de natuurkunde, maar ik moet bekennen dat dit facet van mijn werk mij enorm aantrekt.
Als je vervolgens uit je meetgegevens inhoudelijk iets ontdekt dat nog nooit iemand gezien heeft, geeft dat een enorm lekker gevoel. Mijn ontdekking! Er ontstaat dan een enorme opwinding. In mijn carrière heb ik dat een paar keer meegemaakt. Op dat moment weet je ook dat als je er een artikel over publiceert, er een enorme toestand zal ontstaan binnen het vakgebied. Dat is natuurlijk buitengewoon leuk. Je krijgt waardering van mensen waarvan je het ook op prijs stelt dat ze je waarderen, omdat ze weten wat belangrijk is binnen je vakgebied.
Soms zit je te kijken naar dingen die je allang weet en waar je misschien al eerder over geschreven hebt. Opeens kunnen er dan puzzelstukjes in elkaar vallen. Je snapt hoe dingen met elkaar samen zouden kunnen hangen en wat dat dan betekent in termen van het fysische systeem dat je probeert te begrijpen. De kern van sterrenkundig onderzoek is het begrijpen van een systeem in het heelal in termen van natuurwetten. In de sterrenkunde is het een puzzel met veel ontbrekende stukjes, omdat je informatie van het systeem nogal beperkt is. Van een zwart gat op vijftigduizend lichtjaar afstand zijn er een heleboel dingen die je niet weet en maar een paar dingen die je wel weet. Je kunt er ook niet eens eventjes om heen lopen en kijken hoe het zwarte gat er vanuit een ander perspectief uitziet. Je hebt geen geometrische informatie, enkel de intensiteit van de elektromagnetische straling als functie van de energie en de tijd. Het is schaarse informatie en je probeert het allemaal aan elkaar te puzzelen.
Was u in uw jeugd ook al gefascineerd door de sterren en het heelal?
Ja, maar niet alleen door sterren. Er zijn wel meer wetenschappelijke onderwerpen waar ik een carrière aan had willen wijden, zoals bijvoorbeeld de moleculaire biologie. Dat is ook interessant. Maar sterrenkunde is ook schitterend. Je moet keuzes maken, ik had wel tien levens willen hebben, maar die heb ik niet.
Ik was echt een jongetje dat boekjes zat te lezen over het heelal. Ik was enorm gefascineerd over hoe het heelal in elkaar zat, waar komt dat dan allemaal vandaan: de Big Bang, de vorming van de elementen. Toen ik eenmaal achter het bestaan van zwarte gaten kwam en ruimte-tijd krommingen, ik was acht of elf jaar, was ik daar al enorm aan verslingerd. Maar ook aan andere natuurwetenschappelijke onderwerpen. Ik lees nog steeds veel over evolutiebiologie en moleculaire biologie. Dat is ook fascinerend. De werking en de psychologie van de mens is iets wat mij buitengewoon interesseert. De natuurwetenschappelijke benadering daar dan van, niet al dat vage geklets. Uiteindelijk is de mens een machine, en ik ben wel heel benieuwd hoe de machine in elkaar zit en wat dat betekent voor wat we zelf zijn.
Mijn moeder vertelde me een verhaal dat ik als klein jongetje op het strand was en dat er allemaal stenen op het strand lagen. Ik vroeg mijn moeder: hoe kan het nou dat die stenen hier op het strand liggen, terwijl stenen normaal gesproken zinken? Hoe kunnen de stenen dan aanspoelen? Mijn moeder wist daar natuurlijk ook het antwoord niet op. Ze probeerde me te overtuigen dat de zee zó zout is dat daardoor de stenen gaan stijgen. Thuis probeerde ik het meteen uit: ik nam een steen en een bak water en gooide er net zolang zout bij totdat die steen ging drijven! Dat gebeurde natuurlijk niet. Het zat er al vroeg in. Een wetenschappelijk soort benadering van de natuur heb ik kennelijk altijd gehad.
Zijn er mensen die u in uw loopbaan hebben geïnspireerd of gestimuleerd?
In de tijd dat ik aan Universiteit van Amsterdam studeerde kwam Ed van den Heuvel ook naar de UvA. Een zeer inspirerende leraar. Ik denk dat hij ook wel een rol heeft gespeeld bij mijn uiteindelijke keuze voor sterrenkunde. Ik twijfelde sterk tussen theoretische natuurkunde en sterrenkunde. Ik heb altijd het idee dat ik alles zelf bedenk, maar ik denk dat ik onbewust sterk door hem beïnvloed ben. Ik ben ook bij hem gepromoveerd. Hij heeft er op een gegeven moment voor gezorgd dat ik een afstudeeronderzoek ging doen, niet hier maar op een instituut voor ruimteonderzoek in Leiden (het tegenwoordige SRON). Dankzij hem kwam ik in contact met werk van satellieten.
Is Nederland een goed land om sterrenkunde te studeren?
Nederland is echt een centrum voor sterrenkunde in de wereld. In absolute zin worden we alleen geklopt door de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk. Belangrijke posities in de sterrenkunde, directeuren van sterrenwachten bijvoorbeeld, worden vaak door Nederlanders bekleed. Nederland speelt een voorhoederol in de sterrenkunde en dat betekent dat je dus ook te maken hebt met de beste sterrenkundigen ter wereld.
Wat ook leuk is aan de sterrenkunde is dat het een heel internationale wetenschap is. Ik word vaak gevraagd een lezing te houden op een groot congres of om samen te werken met iemand op een andere universiteit. In januari was ik in Washington DC, om een lezing te houden bij het jaarlijkse congres van de American Astronomical Society ter gelegenheid van het tienjarig bestaan van een NASA satelliet. Een birthday party. In juli ga ik naar Beijing, in december naar Melbourne. Je komt overal.
Heeft u een verklaring waarom Nederlanders zo goed zijn in de sterrenkunde?
Ik denk dat het te maken heeft met een toevalsfluctuatie, die er toe leidt dat er een traditie ontstaat. Goede onderzoekers brengen weer goede onderzoekers voort. Je kan denken dat deze goede onderzoekers heel erg goed onderwijs geven en hun leerlingen goed instrueren. Misschien is dat soms ook wel zo, maar mijn hypothese is dat goede onderzoekers goede studenten aantrekken. Mensen die talent hebben, die er gewoon plezier in hebben. Wij hebben Oort en Pannekoek nog niet zo lang geleden gehad. Zij hebben baanbrekend onderzoek gedaan naar sterren en het melkwegstelsel. Het waren hele goede onderzoekers en je kan dus generaties op generaties zien hoe daar weer goede onderzoekers uit voortkomen. Je kunt stambomen maken. Dan krijg je een soort traditie van excellentie.
Wat voor eigenschappen maakt iemand tot een goede natuur -of sterrenkundige?
Je moet een snelle geest en een wiskundetalent hebben. Een soort fysisch gevoel voor wat getallen zijn. Sommige getallen moet je gewoon vermenigvuldigen en anderen bij elkaar optellen. Je kunt formeel uitleggen waarom dat zo zit, maar het helpt toch wel heel erg als je voor dat soort dingen intuïtie hebt. Als ik heel eerlijk ben lijkt me dat iets wat in je genen zit. Wiskunde is ons van nature niet op het lijf geschreven, het is duidelijk dat onze hersenen zijn geëvolueerd om te roddelen en om een aantal andere sociale activiteiten te ontplooien. Het is een bijeffect dat we ook wiskunde kunnen. Het is helemaal niet vanzelfsprekend dat iedereen dat kan, dat hoeft niet zo te zijn. Het helpt wel heel erg veel bij het beoefenen van de natuurwetenschappen.
Je hoeft geen genie te zijn. Zeker niet in de sterrenkunde, in de theoretische natuurkunde is het een klein beetje anders. Daar ligt de lat vrij hoog voor je mee kan doen. In de sterrenkunde en ook in de experimentele natuurkunde zijn er allemaal verschillende abstractieniveaus waarop je kunt functioneren en een heel belangrijke bijdragen kunt leveren. Je kunt iets heel grondstoffelijks doen en daar een heel belangrijke doorbraak mee bereiken. Als je een genie bent dan moet je ook zorgen dat je daar gebruik van maakt. Het is een beetje stom om een genie te zijn en te gaan zitten kniezen, dat gebeurt in werkelijkheid weleens en dat vind ik heel jammer.
Naast die talenten moet je de drive hebben en bereid zijn om een belangrijk deel van je leven aan de natuurwetenschappen te wijden. Zoals het verhaal gaat: een fysicus moet eigenlijk een maîtresse hebben, want dan kan hij tegen zijn vrouw zeggen dat hij bij zijn maîtresse is, en bij zijn maîtresse dat hij bij zijn vrouw is, terwijl hij in werkelijkheid in het lab zit te experimenteren.
Je moet bereid zijn je volle energie er tegenaan te gooien. Je kunt niet zeggen dat je bent aangenomen om twee-en-een-half artikel per jaar te schrijven en dat als ze af zijn je lekker lui achterover kan leunen. Met zo’n mentaliteit wordt het helemaal niks. Dat heeft geen zin, dan moet je bij een bank werken of zoiets.
Het is niet zo dat je alleen maar met je werk bezig bent. Al amuseer ik mij wel voornamelijk met mijn geest. Als ik te moe ben om te denken, dan verveel ik me ook ontzettend. Maar dat hoeft dus niet sterrenkunde of natuurkunde te zijn. Het voornaamste soort ontspanning voor mij is om eens over iets heel anders na te denken. Ik ben nou niet zo iemand die een enorme drang krijgt om te gaan basketballen. Ik denk dat ik daar een beetje uitzonderlijk in ben, het is geen vereiste dat je zo bent om in de natuurwetenschappen te slagen. Ik ken een heleboel studenten die allerlei andere dingen doen. Als ze weer eens op krukken binnen komen lopen vraag ik altijd waarom ze toch sporten. Maar wat dat betreft zijn mensen dus verschillend.
De Spinozarede van Professor Michiel van der Klis is hier te vinden.
Het juryrapport van het NWO is hier te vinden.
