Boeken

Wednesday, September 3, 2008

Brian Josephson - De verstoten Nobelprijswinnaar

Hij noemt zichzelf de enige Nobelprijswinnaar die een ‘resident heretic’ is: hoewel hij al dertig jaar een permanent hoogleraarschap in Cambridge bekleedt, is hij een afvallige, een verstotene van de fysicagemeenschap. De geheimen van de geest, dat is waar hij al ruim dertig jaar aan werkt, na zijn Nobelprijs van 1973. Hij neemt het op voor paranormale verschijnselen, koude kernfusie en het geheugeneffect van water. Meer dan genoeg voor de status van paria in de wereld van de fysica.

Gepubliceerd in BRES – tijdschrift voor wetenschap en verwondering, januari 2006



“Er zijn twee nog levende fysici die een natuurkundige constante naar zich hebben vernoemd”, zegt Klaus von Klitzing in zijn lezing tijdens de jaarlijkse Nobelprijswinnaars-meeting in het Duitse Lindau [juni 2005]. De Nobellaureaat voor de fysica in 1985 is één van die twee. Zevenhonderd studenten en jonge onderzoekers uit de hele wereld, en ruim veertig Nobelprijswinnaars, luisteren toe.

“De ander is Brian Josephson, die hier ook aanwezig is”, zegt de Duitse ontdekker van het kwantum-Hall-effect. Voor in de zaal knikt die andere Nobelprijswinnaar heftig instemmend. Ook zijn naam is aan een constante verbonden. Voor even maakt hij weer deel uit van de wereld die hem heeft verstoten. Hij, Brian Josephson, ontdekte als promovendus op zijn 22e het Josephson-effect. In een theoretisch artikel van niet meer dan twee pagina’s toonde hij in 1962 aan dat er een gelijkstroom kan lopen tussen twee supergeleiders die door een isolerende barrière van elkaar gescheiden zijn, zonder dat er een spanningsverschil wordt aangelegd. Als er wel een spanningsverschil wordt aangelegd, stopt de gelijkstroom en ontstaat een wisselstroom met een precies bepaalde frequentie, gekarakteriseerd door de Josephsonconstante (2e/h).

John Bardeen, de grote man van de vaste-stoffysica van die tijd – hij had al één Nobelprijs op zak had (1956, transistor) en zou er in 1972 (supergeleiding) nog een winnen – geloofde er niets van. “Dat effect kan niet bestaan”, schreef hij in Physics Review Letters. Negen maanden na Josephson’s voorspelling, werd het effect voor het eerst experimenteel gevonden. In die jaren publiceerde de jonge Britse fysicus meerdere baanbrekende artikelen. Een van zijn docenten in Cambridge herinnert zich dat hij extra nauwkeurig college moest geven als Josephson aanwezig was. Deed hij dat niet, dan kwam de student na afloop naar hem toe om de docent op zijn fouten te wijzen. Een briljant student die Josephson. Elf jaar na de ontdekking van het effect, in 1973, toog hij naar Stockholm om de Nobelprijs voor de natuurkunde in ontvangst te nemen. Maar de vaste-stoffysica boeide hem toen al jaren niet meer.

Paranormale verschijnselen
“Halverwege de jaren zestig had ik het gevoel dat er een tijdperk in de vaste-stoffysica was afgesloten”, zegt Josephson op een zonovergoten terras in Lindau. “De nieuwe aanpak kon me niet meer boeien.” Veel meer lijkt hij er ook niet over kwijt te willen. “Ik raakte geïnteresseerd in het brein. Ik ging naar India en maakte kennis met oosterse mystiek en hogere vormen van het bewustzijn. Ik bezocht een conferentie in Toronto waar ik werd geboeid door poltergeists en paranormale verschijnselen. In die periode begon ik ook overeenkomsten te zien tussen paranormale verschijnselen en kwantummechanica, vooral het feit dat eigenschappen in de kwantummechanica niet langer meer precies gelokaliseerd zijn, maar zich uitstrekken in de ruimte.” De kwantummechanica is hem tot op de dag van vandaag blijven interesseren, en net als de Nederlandse Nobellaureaat Gerard ’t Hooft denkt hij dat er een diepere, deterministische theorie onder moet liggen.

Hij lacht beminnelijk, onder een olijke strohoed vandaan. Hij spreekt vriendelijk, neemt ruim de tijd, maar antwoordt in de loop van het gesprek toch vooral vaag op exacte vragen. Zijn gedachten zijn moeilijk te volgen, soms springerig. Hij verwijst veel naar werk van anderen, naar conferentiepapers. Afdalen van zijn abstracte denkwereld naar de concrete wereld gaat hem lastig af.

Ja, begin jaren zeventig waren er hallucinaties in zijn hoofd en kon hij zich nauwelijks meer concentreren op de wetenschap. Maar dat is verleden tijd. Het is al te gemakkelijk om hem om die reden niet serieus te nemen. Meditatie schoot hem te hulp, en ook nu nog mediteert hij dagelijks. “Ik heb het gevoel dat meditatie me helpt om over wetenschappelijke vragen na te denken. Als mijn denken stokt, dan werk ik er een paar dagen niet meer aan, maar ik blijf mediteren, en na een paar dagen kan ik weer verder met nadenken. Ik kan niet bewijzen dat het echt helpt, maar ik heb het gevoel van wel.”

Al dertig jaar richt hij zijn aandacht vooral op het begrijpen van de menselijke geest. Hij noemt zijn project het Mind-Matter Unification Project. “Ik geloof niet dat we de geest kunnen begrijpen door haar te reduceren tot de werking van neuronen, zoals de moderne neurowetenschap probeert.” Maar hoe het dan wel moet, kan hij maar moeilijk onder woorden brengen. “Ik denk dat geest een veel algemener concept is dan hersenen, een concept dat al bestond voor de evolutie van het brein. Er zijn andere zaken die op een gelijksoortige manier zouden kunnen werken. Met hersenen alléén kunnen we telepathie niet verklaren. Ik denk dat geest en leven universele fenomenen zijn. De toekomst zal moeten uitwijzen hoe we die concepten in een wiskundige vorm kunnen vatten. Misschien zijn er geestachtige aspecten aan de vorming van melkwegstelsels. Misschien zijn er geestachtige aspecten op de allerkleinste lengte- en tijdschalen, de Planckschaal.”

Nee, hij wil zijn onderzoek geen filosofie van het brein noemen, geen metafysica. “Het is een essentieel begrip waarop je een gedetailleerde, uiteindelijk wiskundige theorie kunt baseren.” General Principles for Brain Design heet zijn dit jaar afgeronde, nog ongepubliceerde artikel. Josephson trekt een vergelijking met de werking van een computerprogramma. “Wat een computer precies doet, kun je moeilijk begrijpen uit de machinecode die het apparaat uitvoert. Je moet juist de programmastructuren op de hogere niveaus bestuderen.” En dus moeten we volgens hem het brein niet in termen van neuronen begrijpen, maar zuiver in beschrijvingen op een hoger niveau, gebruik makend van concepten en methodieken uit de computerprogrammeerwereld. Josephson denkt in algemene concepten. ‘Hiërarchisch ontwerp’ is één van die concepten: het definiëren van nieuwe functies in termen van reeds eerder gedefinieerde functies.

Radicale denkomslag
“Om het brein te begrijpen hebben we een totale denkomslag nodig”, zegt hij. “Veel fysici vinden dat verdacht, maar ze beseffen niet dat hun eigen vak vol zit met radicale denkomslagen. Niet alleen in het verleden, maar ook heden ten dage. Neem de snaartheorie, of de M-theorie, wat een soort overkoepelende snaartheorie is. Of neem de kosmologische constante die ooit van tafel werd geveegd en nu weer terugkeert. Het lijkt erop dat alles mag van de fysicagemeenschap – tijdreizen, wormgaten, opgerolde dimensies, parallelle universa – zolang het zich verre houdt van ook maar iets wat ruikt naar het mystieke. Daarvan weten de wetenschappers al van tevoren dat het gewoon niet kan kloppen. We denken dat we helder denken, maar dat komt alleen omdat we niet helder denken.”

Ter gelegenheid van het honderdjarig bestaan van de Nobelprijzen gaf de Royal Mail in Engeland in 2001 een speciale set postzegels uit. Josephson schreef een korte tekst in een begeleidend boekje: “Kwantumtheorie wordt tegenwoordig succesvol gecombineerd met theorieën over informatie en computatie. Deze ontwikkelingen kunnen leiden tot een verklaring van processen die we met de conventionele wetenschap nog steeds niet begrijpen, zoals telepathie, een veld waarin Groot-Brittannië aan het front van het onderzoek staat.”
Die tekst leidde tot grote commotie onder Britse wetenschappers. David Deutsch, kwantumfysicus van de Universiteit van Oxford, schreef in een ingezonden brief: “Dat is volslagen flauwekul. Telepathie bestaat gewoon niet.” Tegen het tijdschrift Physics World zei hij op de vraag of onderzoek naar het paranormale ooit een gewone tak van wetenschap zou kunnen worden: “Ooit kan ook de kerstman een respectabel wetenschappelijk onderzoeksgebied worden. Het enige wat we kunnen zeggen is dat er geen beter bewijs voor het een is dan voor het ander.”

Josephson op zijn beurt zegt dat Deutsch een van de vele wetenschappers is die als door een hond gebeten, volkomen reflexmatig, reageren op alles wat maar iets met paranormale zaken van doen kan hebben. “Deutsch heeft nooit gereageerd op vragen welke parapsychologische literatuur hij dan wel bestudeerd heeft om die conclusie te trekken.” Deutsch vindt parallelle universa een logische gevolg van de kwantumtheorie, maar dat gelooft Josephson nou weer niet.

Het feit dat wetenschappers reflexmatig controversiële theorieën verwerpen zonder goed naar de beschikbare literatuur te kijken, noemt Josephson de grootste teleurstelling uit zijn leven. “Als de meeste onderzoekers niet in een bepaald idee geloven, betekent dat nog niet dat het niet waar of absurd is.” Hij geeft als voorbeeld Alfred Wegeners theorie van de continentale drift (1915), die decennialang door de gevestigde wetenschap werd verworpen, maar uiteindelijk op basis van de feiten moest worden aanvaard.

Sweet and Sour Harmony
“Wil je mijn compositie horen”, zegt Josephson ineens uit het niets. Hij haalt zijn i-pod tevoorschijn en laat zijn muziekstuk horen. Zestien jaar werk. Vele versies. Steeds maar weer ging hij bijschaven, zoals hij ook steeds maar weer blijft schaven aan zijn theorie over de werking van het brein. “Maar ik heb nog niemand gevonden die het wil en kan uitvoeren. De structuren zijn erg ingewikkeld.” Daarom heeft hij de compositie met koorzang en al zelf maar samengesteld via een muziekprogramma op zijn computer. ‘Sweet and Sour Harmony’ heet het acht minuten durende stuk. Het klinkt als een soort combinatie van de minimal music van Philip Glass, de aardedonkere derde symfonie van Henryk Górecki (“die gebruik ik vaak voor meditatie”) en orthodoxe kerkmuziek. Boeiend, meditatief, verre van prutswerk.

Vier dagen later stuurt hij per e-mail de MP-3 versie van het stuk. “Wat zal ik ermee doen?”, vraagt hij. “Zomaar op het internet zetten voor liefhebbers, of zal ik proberen er rijk mee te worden?” Vier dagen daarvoor had hij nog met een soort intellectuele trots gezegd dat hij nooit een patent heeft gehad op de toepassing van het Josephson-effect. Helaas eigenlijk, want dan had hij veel geld verdiend en de afgelopen decennia veel meer onderzoek kunnen doen.
Want dat is toch zijn verhaal van de afgelopen dertig jaar. Veel abstracte ideeën, maar weinig afgerond, concreet werk. Alles moest hij in z’n eentje doen. Hij is een theoreticus pur sang. Theorieën in concrete experimenten omzetten is niet voor hem. Het moet wel gebeuren, maar door anderen. Hij noemt zichzelf de enige Nobelprijswinnaar die een ‘resident heretic’ is: een afvallige, een verstotene van de fysicagemeenschap.

Na zijn Nobelprijs verwierf hij een permanente positie aan het Cavendish Laboratory van de Universiteit van Cambridge. Hij is compleet vrij om te doen wat hij wil. Maar daar houdt alle steun op. Gelukkig heeft hij als theoreet weinig meer nodig dan een computer, schrijfgerei en papier. “In het algemeen nemen mensen Nobelprijswinnaars meer serieus, maar het heeft me niet geholpen om onderzoeksgeld te krijgen voor studenten, promovendi en stafleden. Cambridge doet geen enkele moeite om te begrijpen waar ik mee bezig ben. Ze belemmeren dat studenten bij mij onderzoek gaan doen. Dan wordt hun beurs ingetrokken.” De onderzoekers naar het paranormale, daarentegen, gebruiken zijn Nobelprijs maar al te graag als krediet.

Zijn fysica-artikelen in de jaren zestig waren altijd kort: twee of drie pagina’s, maar wel mokerslagen. Werk dat in één keer raak was. “Nu hoop ik op een kort artikel dat de essentie van de werking van de geest weergeeft.” Een nieuwe mokerslag, maar dan nog veel belangrijker dan zijn fysisch werk. Al decennialang heeft hij echter niet meer gepubliceerd in vaktijdschriften, noch over fysica, noch over het brein. De gevestigde wetenschappelijke tijdschriften vinden zijn theorieën over de werking van de geest te speculatief. Al zijn artikelen zijn op conferenties gepresenteerd. Of hij probeert ze te publiceren op het zogenaamd vrije preprintarchief arXiv.org, maar zelfs daar worden ze geregeld geweigerd, tot grote boosheid van Josephson. Vrijheid van publicatie vindt Josephson van groot belang: “Anders blokkeert de conservatieve fysicagemeenschap nieuwe ideeën.” Hebben extreme claims dan niet extreme bewijzen nodig? “Dat is vooral een mantra dat serieus onderzoek naar controversiële verschijnselen belemmert”, aldus de verstotene.

Waar hij zelf hoogabstracte theorieën opstelt over de werking van de menselijke geest, over het verband tussen materie en geest, en zelfs een platonisch model heeft bedacht dat inzicht geeft in wat muziek ons leert over de menselijke geest, is het de toepassing van zijn Josephson-effect dat dagelijks overal ter wereld wordt gebruikt om met MEG-apparaten (magneto-encefalografie) hersenfuncties in kaart te brengen. Dankzij het Josephson-effect kunnen MEG-apparaten ultrakleine magneetvelden meten die rechtstreeks worden gegenereerd door de elektrische activiteit van hersencellen. “Ja, daar ben ik zeer trots op”, glimt Josephson. Het zou niemand verbazen als het vooral zijn natuurkundige werk is dat indirect bijdraagt aan het in kaart brengen van het brein, en niet zijn abstracte Mind-Matter-Unificationwerk van de afgelopen dertig jaar.

Zelf ziet hij dat anders. “Ik hoop dat ik mijn werk over de werking van de menselijke het binnenkort in Nature kan publiceren”, zegt hij ietwat aarzelend. Drie jaar geleden zei hij tegen een Duitse journalist echter al hetzelfde.

Pathologisch ongeloof
Een paar uur na Klaus von Klitzings lezing, houdt Brian Josephson zijn verhaal over de relatie tussen fysica en biologie. Enkele minuten na het begin glipt Von Klitzing de zaal binnen. Josephson spreekt over wat hij ‘pathologisch ongeloof’ noemt: de ziekelijke onwil van het gros van de wetenschappers om onderzoek naar onconventionele verschijnselen als koude kernfusie, het geheugeneffect van water (zoals in homeopathie), en paranormale verschijnselen serieus te nemen op grond van wat hem betreft degelijke wetenschappelijke studies, die alleen vaak worden tegengehouden door de censuur van wetenschappelijke topbladen. Na tien minuten houdt Von Klitzing het voor gezien. Het is de nu al decennia durende tragiek van Brian Josephson. Hij wordt in wetenschappelijke kring niet meer serieus genomen. Maar dankzij dagelijkse meditatie heeft Josephson het gevoel dat hij ver boven die kritiek staat.

Internet
www.tcm.phy.cam.ac.uk/~bdj10/ De thuispagina van Brian Josephson