Chaos

In de twintigste eeuw zijn tot nu toe twee theorieën ontwikkeld die een revolutie in het wetenschappelijk denken hebben veroorzaakt: de relativiteitstheorie en de quantummechanica. Nu is er een derde: chaos. Het onderzoeksgebied is het toeval, de onvoorspelbaarheid, het raadselachtige; diepgaande bestuderìng leidt tot het inzicht dat ook in de chaos orde schuilt. De wetenschap van de chaos overschrijdt de traditionele grenzen van verschillende disciplines en verbindt diverse soorten onregelmatigheid die op het eerste gezicht niets met elkaar te maken hebben: de turbulentie van het weer met de ingewikkelde ritmes van het hart, de patronen van sneeuwvlokken met de structuren in woestijnzand.

De aard van de wetenschap van de chaos is wiskundig, maar de vragen die gesteld worden zijn die waarover elk kind nadenkt: over de vorm van de wolk, over het opkringelen van rook en over het kolken van het water.

De wetenschapsjournalist James Gleick beschrijft in Chaos de ontwikkeling van deze nieuwe wetenschap aan de hand

van de persoonlijke ervaringen en ontdekkingen van drie geleerden. Het gaat om Edward Lorenz, die het zogenaamde vlindereffect ontdekte, dat ten grondslag ligt aan de onvoorspelbaarheid van het weer. Om Mitchell Feigenbaum, die een universele constante berekende. En om Benoit Mandelbrot met zijn ‘fractals’, die de willekeur van de vormen in de natuur geometrisch bepalen.

‘Zonder in technisch jargon te vervallen, weet Gleick de essentie van de wetenschappelijke ontwikkeling ook voor de leek duidelijk te maken. (…) Voor specialist en niet-specialist is Chaos van James Gleick een boek om in één ruk uit te lezen?

De politie van het stadje Los Alamos in New Mexico maakte zich in 1074 korte tijd zorgen over een man die men elke nacht in het donker zag rondlopen, de rode gloed van zijn sigaret oplichtend in de achterafsteegjes. Hij stapte uren door op weg naar nergens bij het licht van de sterren dat fel door de dunne lucht van het tafelland schijnt. De politie was niet de enige die verbaasd was. Bij het nationale laboratorium waren een paar natuurkundigen erachter gekomen dat hun nieuwste collega aan het experimenteren was met dagen van zesentwintig uur, wat betekende dat zijn waak-en-slaapperiode langzaam in en uit fase met die van hen liep. Dat begon toch wel een beetje vreemd te worden, zelfs voor de theoretische afdeling.

In de dertig jaar nadat J. Robert Oppenheimer dit onaardse landschap van New Mexico voor het atoombomproject had uitgekozen, had het nationale laboratorium van Los Alamos zich uitgebreid over het oppervlak van het troosteloze tafelland door er deeltjesversnellers, gaslasers en chemische fabrieken neer te zetten, duizenden wetenschappers, administratieve krachten en technici, en bovendien een van de grootste concentraties supercomputers ter wereld. Een paar van de oudere wetenschappers herinnerden zich de houten gebouwen die in de jaren veertig razendsnel in het landschap opschoten, maar voor het grootste deel van de staf van Los Alamos, jonge mannen en vrouwen met corduroy broeken in collegestijl en werkhemden, waren de eerste bommenmakers alleen maar geesten uit het verleden. De plaats in het laboratorium voor het zuiverste denkwerk was de theoretische afdeling, die bekendstond als de T-afdeling, zoals de computerafdeling de C-afdeling was en de afdeling wapens de Xafdeling. Bij de T-afdeling werkten meer dan honderd wisen natuurkundigen, goed betaald en zonder de academische verplichting om les te geven en te publiceren. Deze wetenschappers wisten wat briljant-zijn en excentriciteit waren. Er moest heel wat gebeuren, voordat ze zich over lets verbaasden.

Maar Mitchell Feigenbaum was een geval apart. Er stond precies één gepubliceerd artikel op zijn naam en hij werkte aan niets dat ook maar veelbelovend leek. Zijn haar bestond uit ruige manen die van zijn brede voorhoofd achterover waren gekamd zoals bij de borstbeeldjes van Duitse componisten. Zijn ogen waren beweeglijk en geestdriftig. Wanneer hij sprak, altijd snel, had hij de neiging lid- en voornaamwoorden weg te laten op een lichtelijk Middeneuropees aandoende manier, hoewel hij m Brooklyn was geboren. Als hij werkte, werkte hij geobsedeerd. Als hij uiet kon werken, wandelde hij en dacht na, of het nu dag of nacht was, maar de nacht was het beste. Een dag van vierentwintig uur leek te heperkend. Niettemin kwam er een cind aan zijn experiment met persoon: lijke pseudo-periodieiteit, toen hij besloot dat hij er niet meer tegen kon om bij zonsondergang wakker te worden, wat om de paar dagen moest gebeuren.

Op negenentwintigjarigce leeftijd was hij al de geleerde onder de geleerden geworden, een ad hoc adviseur, naar wie wetenschappers toestapten met willekeurig welk extra onhandelbaar vraagstuk, als ze hem konden vinden tenminste. Op een avond kwam hij op zijn werk, toen de directeur van het laboratorium, Harold Agnew, net weg zou gaan. Agnew was een krachtige figuur, een van de oorspronkelijke leerlingen van Oppenheimer. Hij had boven Hiroshima gevlogen in het vliegtuig met instrumenten dat de Enola Gay begeleidde, en de aflevering van het eerste produkt van het laboratorium gefotografeerd.

‘Ik heb begrepen dat jij werkelijk slim bent,’ zet Agnew tegen Feigenbaum. ‘Als je dan zo slim bent, waarom los je dan de laserfusie niet op?’

Zelfs Feigenbaums vrienden vroegen zich af of hij ooit enig eigen werk zou produceren. Hoe graag hij ook bereid was om voor de vuist weg wat toverwerk te verrichten met hun vragen, hij leek er niet in geïnteresseerd zijn eigen onderzoek te wijden aan een vraagstuk dat iets op zou leveren. Hij dacht na over turbulentie in vloeistoffen en gassen. Hij dacht na over tijd — verstrijkt hij gelijkmatig of met sprongetjes als een serie kosmische filmbeeldjes? Hij dacht na over het vermogen van het oog om samenhangende kleuren en vormen te zien in een heelal waarvan natuurkundigen weten dat het een bewegende quantumcaleidoscoop is. Hij dacht na over wolken en bekeek ze vanuit het raam van een vliegtuig (totdat in 1975 zijn wetenschappelijke reisvoorrechten officieel werden ingetrokken wegens overdadig gebruik) of vanaf de wandelpaden boven het laboratorium.

In de bergsteden van het westen lijken wolken nauwelijks op de roetige, onbestemde, laaghangende nevels die de oostelijke hemel vullen. In Los Alamos, aan de lijzijde van een grote vulkanische krater, verspreiden de wolken zich over de hemel in willekeurige vormen, maar toch ook weer niet willekeurig. Ze staan stil in eenvormige pieken of rollen voort in regelmatige rimpelingen als hersenen. Op een stormachtige namiddag, als de hemel zindert en trilt van de op handen zijnde elektriciteit, zijn wolken op een afstand van vijfenveertig kilometer duidelijk te zien. Ze filteren het licht en weerkaatsen het, tot de hele hemel begint te lijken op een schouwspel dat als een subtiel verwijt aan natuurkundigen is opgezet. Wolken symboliseerden een kant van de natuur waaraan het merendeel van de natuurkunde voorbij was gegaan, een kant die tegelijkertijd vaag en gedetailleerd was, gestructureerd en onvoorspelbaar. Feigenbaurn dacht over dergelijke dingen na, tustig en improduktief.

Voor een natuurkundige was het tot stand brengen van laserfusie een aanvaardbaar vraagstuk; het uitzoeken van de spin, kleur en smaak van deeltjes was een aanvaardbaar vraagstuk; het dateren van de oorsprong van het heelal was een aanvaardbaar vraagstuk. Maar het doorgronden van wolken was een vraagstuk voor cen meteoroloog. Evenals andere na tuurkundigen had Feigenbaum een onderkoelde, stoere manier van spreken om dergelijke vraagstukken te kwalificeren. Dat ligt voor de hand, kon hij zeggen, wanneer hij bedoelde dat iedere capabele natuurkundige een bepaald resultaat kon begrijpen na de benodigde hoeveelheid denken rekenwerk. Niet voor de hand lag werk dat respect en Nobelprijzen verdiende. Voor de moeilijkste vraagstukken, de vraagstukken die niet op te lossen waren zonder lange blikken in de ingewanden van het heelal, reserveerden natuurkundigen woorden als diep. In 1974. werkte Feigenbaum, al wisten maar weinig van zijn collega’s het, aan een vraagstuk dat diep was: chaos. Waar chaos begint, houdt de klassieke natuurwetenschap op. Zolang de wereld natuurkundigen heeft gehad die de natuurwetten onderzochten, heeft ze geleden aan een speciale onwetendheid over de wanorde in de atmosfeer, de turbulente zee, fluctuaties in wildpopulaties en oscillaties van het hart en de hersenen. De onregelmatige kant van de natuur, de discontìnue en grillige kant, dat waren raadsels voor de natuurwetenschap of, erger nog, wanprodukten.

Maar in de jaren zeventig begonnen een paar wetenschappers in de Verenigde Staten en Europa een weg te vinden in de wanorde. Het waren wisen natuurkundigen, biologen en scheikundigen, die allemaal op zoek waren naar een verband tussen verschillende soorten onregelmatigheid. Fysiologen ontdekten een verbazende orde in de chaos die zich in het menselijke hart kan ontwikkelen, de hoofdoorzaak van een plotselinge, onverklaarbare dood. Ecologen onderzochten het wel en wee van populaties stamuiltjes. Economen dolven gegevens op over oude voorraadprijzen en probeerden daarop een nieuw soort analyse uit. Het inzicht dat daaruit voortkwam had direct met de gewone wereld te maken: de vorm van wolken, de route van bliksems, de microscopische vervlechting van bloedvaten en de groepering van sterren in een melkweg.

Toen Mitchell Feigenbaum in Los Alamos begon na te denken over chaos, behoorde hij tot een handvol her en der werkende wetenschappers, die elkaar doorgaans niet kenden. Een wiskundige uit Berkeley in Californië had een kleine groep samengesteld die zich wijdde aan het opzetten van nieuw onderzoek naar ‘dynamische systemen’. ...