Gebroederlijk Theoretici

‘Als ik mijn broer kan overtuigen, lukt het met de rest van de wereld ook wel’

Erik en Herman Verlinde over emergente zwaartekracht, de cycli van de theoretische natuurkunde, het toenemende aantal verbanden met andere vakgebieden en de stortvloed aan nieuwe waarnemingen. ‘Toen we begonnen, waren zwarte gaten iets heel abstracts. Nu zijn er echte observaties.’

Tekst: Bruno van Wayenburg

De tweelingbroers Verlinde zijn een begrip in de Nederlandse natuurkunde. Erik en Herman werden op 21 januari 1962 geboren in Woudenberg en deelden al vroeg hun interesse in het vak. Als studenten en later promovendi bij de Utrechtse hoogleraar Gerard ’t Hooft vormden ze een hecht clubje met Robbert Dijkgraaf – nu minister van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap – dat zich al discussiërend op de snaartheorie stortte.

Herman Verlinde is inmiddels hoogleraar aan de Princeton-universiteit in de Verenigde Staten. Erik Verlinde is hoogleraar aan de Universiteit van Amsterdam en voorzitter van de Raad van Bestuur van Delta ITP. In 2009 lanceerde hij een theorie over de zwaartekracht waarin thermodynamica, quantummechanica en zwaartekracht op een fundamentele manier verweven zijn: ‘emergente zwaartekracht’, gebaseerd op hun beider ideeën.

Jullie sparringpartner Robbert Dijkgraaf is als minister van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap toegetreden tot het kabinet.

Herman Verlinde: ‘Het ging heel snel natuurlijk, maar eigenlijk vond ik het wel een natuurlijke stap. Hij is iemand die de zaken waar het over gaat al van alle kanten gezien heeft. Ook was hij bijna klaar als directeur van het Institute for Advanced Study, hier in Princeton. En hij is altijd erg betrokken gebleven bij Nederland.’ Erik Verlinde: ‘Eigenlijk was ik niet verrast. Ik denk dat hij een enorm sterke kandidaat is voor zo’n positie en dat hij veel kan bijdragen. Ik had hem kort ervoor nog gemaild. Ik ben bezig met een onderzoek dat heel direct gerelateerd is aan matrixmodellen waar Robbert aan gewerkt heeft. Het zal nu wel lastig voor hem worden om daar nog een reactie op te geven.’ Herman: ‘Veel van de dingen die we met z’n drieën destijds hebben gedaan, staan nu weer centraal in het onderzoek naar de vraag hoe je quantummechanica moet combineren met de zwaartekracht. Dus ik denk dat het hem best zou interesseren.’ Erik: ‘Die matrixmodellen zijn een model voor wat we emergente zwaartekracht noemen. Sinds een eeuw wordt de zwaartekracht door Einstein ongeveer zo beschreven: massa’s vervormen de ruimtetijd, waardoor objecten richting zware objecten bewegen. Dat nemen we waar als zwaartekracht. Emergente zwaartekracht houdt in dat die kromme ruimtetijd op zijn beurt weer wordt verklaard door een diepere, microscopische quantumwereld. Daarin speelt quantumverstrengeling een rol, de bijzondere koppeling op afstand die quantummechanische deeltjes met elkaar verbindt, en die ook een hoofdrol speelt in quantumcomputers.’

De emergente zwaartekrachttheorie die Erik in 2009 naar buiten bracht, deed nogal wat stof opwaaien, en haalde zelfs de New York Times. Hoe is het daarmee?

Erik: ‘Die theorie borduurde voort op eerdere ideeën van Stephen Hawking en Gerard ’t Hooft, die toen een beetje op de achtergrond aan het raken waren. Zij zagen verbanden tussen zwarte gaten en thermodynamica. Zwarte gaten hebben een temperatuur en entropie, een soort maat voor wanorde. Ik heb toen als het ware een pijl omgedraaid:

Herman Verlinde

niet de zwaartekracht is het fundamentele verschijnsel, die komt juist voort uit de microscopische quantumwereld. Hij is, zoals dat heet, emergent. Daarmee heb ik de ontwikkeling eigenlijk een duw willen geven. Je ziet nu dat andere mensen uiteindelijk ook overtuigd zijn en diezelfde kant op denken.’ Herman: ‘Dit veld doorloopt vaak cycli, van zoeken naar nieuwe invalshoeken naar het uitwerken van bepaalde vraagstukken die daaruit voorkomen.’ Erik: ‘Dit idee is ook al vier keer rond geweest, in verschillende vormen. Maar elke keer dat we het rondje maken, hebben we weer meer geleerd.’

Hoe zijn jullie in de natuurkunde terechtgekomen?

Erik: ‘Herman en ik raakten als middelbare scholieren in de jaren zeventig enorm ge-

Erik Verlinde

BOB BRONSHOFF motiveerd door de televisie-uitzending Sleutel tot het heelal, van wetenschapsschrijver Nigel Calder. We leenden boeken uit de bibliotheek, waar we heel veel over gediscussieerd hebben, ook met onze oudere broer. Die is helaas vijf jaar geleden overleden. Hij was meer geïnteresseerd in sterrenkunde, terwijl wij tweeën dit soort fundamentele vragen heel boeiend vonden om over te discussiëren.’

En daarmee zijn jullie ook nooit echt opgehouden.

Herman: ‘Ja, we gaan straks ook weer verder, na dit interview. Dan zien we wel hoelang we het met elkaar eens blijven, haha.’ Erik: ‘Vaak denk ik: als ik Herman kan overtuigen, lukt het met de rest van de wereld ook wel. Maar serieus: We hebben best geluk gehad met de mensen met wie we destijds in Utrecht promoveerden, zoals Robbert. We discussieerden eindeloos en publiceerden daar ook zelf over, wat heel ongebruikelijk was.’ Herman: ‘Vaak kwam één van ons met het oorspronkelijke idee en dan gingen de andere twee ermee aan de slag.’ Erik: ‘Het idee stond een beetje tussen ons in en we werkten het in een soort estafette met elkaar uit.’

Na jullie promotie vertrokken jullie naar de Princeton-universiteit, naar een van de topgroepen op het gebied van snaartheorie. Erik, wat bracht je in 2003 terug naar Nederland?

Erik: ‘Dat had persoonlijke redenen, maar er was ook de visie dat wij in Nederland een goede snaartheoriegroep op konden zetten. Natuurkundige Sander Bais had de oorspronkelijke visie, maar ik heb me daar ook op gestort, met Robbert en Jan de Boer. Inmiddels is de groep enorm gegroeid, met veel bezoek en instroom van buitenlandse gasten. Ik denk dat de groep na Harvard en Princeton ergens in de top vijf zit op dit gebied.’ Herman: ‘In Europa is Amsterdam denk ik de bekendste snaartheoriegroep.’ Erik: ‘Het opzetten van Delta ITP was daarop eigenlijk een logisch vervolg. We zagen

RENÉ CLEMENT/ANP

destijds dat wij samen met Amsterdam, Leiden en Utrecht een soort kern konden vormen om onderzoekslijnen te laten groeien en talent aan te trekken. Een ontwikkeling van de afgelopen tien jaar is verder dat er steeds meer verbanden zijn met andere vakgebieden, zoals quantuminformatie, kosmologie, maar ook bijvoorbeeld de levenswetenschappen. Tegelijkertijd hebben we voor het eerst echte waarnemingen van zwarte gaten: de detectie van zwaartekrachtgolven door LIGO en de foto van het zwarte gat in het sterrenstelsel M87. Toen wij begonnen, waren zwarte gaten iets heel abstracts; nu zijn er echte observaties.

De vraag is natuurlijk altijd of de theorieen waar wij aan werken ook iets meetbaars kunnen voorspellen. Daarom zijn deze ontwikkelingen heel interessant: kunnen we verbanden leggen met mogelijke waarnemingen? Er komt nu zo veel informatie vrij, ook met allerlei nieuwe satellieten, zoals recent de James Webb-telescoop... Daar moeten we als theoretici op inspelen. Ik hoop en verwacht dat dat een enorme ommezwaai gaat geven.’