Probeer het toeval niet te verklaren, anders blijf je bezig

Soms lijkt het of de mens de jackpot heeft gewonnen. Het is allemaal zo toevallig. Zoals het heelal vorm heeft gekregen, zoals het leven is ontstaan, de evolutie van de soorten. Het zijn zoveel onwaarschijnlijkheden achter elkaar, de natuur had maar een keer een andere keuze hoeven maken of wij waren er niet geweest. Al die natuurconstanten zijn precies wat ze wezen moeten. Dat kan toch geen toeval zijn?

Voor gelovigen is dat geen vraag. Hun lot is onderdeel van een hoger plan. Maar wetenschappers die op zoek zijn naar rationele verklaringen, nemen daar geen genoegen mee. En verzinnen theorieën die het probleem beheersbaar maken. Het multiversum bijvoorbeeld. Als er niet één universum is, maar talloos veel en elk heelal heeft weer andere specifieke eigenschappen, dan is het niet vreemd meer dat het 'onze' daar tussen zit.

Dat is helemaal geen verklaring, zegt Klaas Landsman. Het multiversum biedt geen uitkomst voor dit probleem. "Het is een cirkelredenering. Je neemt aan dat er iets bijzonders aan de hand is, namelijk dat er vele kosmossen zijn, om iets bijzonders te verklaren, namelijk de toevalligheid van ons heelal. Ik begrijp dat mensen zich afvragen waarom ons heelal zo ongelofelijk toevallig lijkt, maar dat maakt het nog geen goede vraag. We moeten ophouden daar een antwoord voor te zoeken."

Toeval is een centraal begrip in het vakgebied van Landsman, hoogleraar mathematische fysica aan de Radboud Universiteit in Nijmegen. Maar toeval speelt ook in andere disciplines een grote rol. In de evolutietheorie natuurlijk of in het kankeronderzoek. In de geschiedenis of de psychologie. Bij de vrije wil, maar ook in bijbelstudies.

Twee jaar geleden kwamen al die disciplines in Nijmegen bijeen voor de zogeheten 'Week van het toeval'. Er waren voordrachten, debatten, zelfs een heus toneelstuk en een boek dat alles bundelde. Landsman zat in de organisatie, kreeg daardoor een bredere interesse in het toeval, maar miste in het boek een bindende visie.

Toen besloot hij dat allesomvattende boek over toeval dan maar zelf te schrijven, vertelt hij in zijn ruime woning in Heilig Landstichting. De boomlange Landsman - in zijn jeugd speelde hij verdienstelijk volleybal - verwierf ruim tien jaar geleden enige bekendheid met een boek dat was opgehangen aan zijn grote held Isaac Newton en diens natuurkunde, maar tevens ging over zijn specialisme, de interpretatie van de quantumtheorie. Een pittig boek, dat hij weliswaar had verlevendigd met zijn eigen belevenissen aan de universiteit van Cambridge, maar waarin hij niet schroomde de diepte in te gaan.

Hij lijkt verrast als hij te horen krijgt dat ook dit nieuwe boek geen eenvoudige kost is. "Misschien is dat wel zo", reageert hij na een korte denkpauze. "Ik dacht dat het op het niveau was voor iemand met middelbare schoolkennis van de exacte vakken. Maar het is wel veel, elk hoofdstuk is een boek apart geworden. De lezer zou het na ieder hoofdstuk even apart moeten leggen om de inhoud tot zich door te laten dringen."

Het begint nog eenvoudig, met een verhandeling over toeval in het dagelijks leven. De vrouw die twee keer achter elkaar de loterij wint. De ex die je jaren niet gesproken hebt en die belt, juist op het moment dat jij de hoorn wil oppakken om haar te bellen. Het feit dat de beroemde kosmoloog Stephen Hawking op 8 januari 1942 geboren is, op de dag af driehonderd jaar na de dood van zijn illustere voorganger Galileo Galilei.

"Bij zo'n loterij kun je voorrekenen dat de kans op die dubbele winst helemaal niet zo klein is. Het gaat in die voorbeelden niet zozeer om toeval, maar om coïncidenties. Een samenloop van omstandigheden die wij opmerkelijk vinden en waar wij een betekenis aan geven. Soms is er gewoon een oorzakelijk verband. Dan kun je exact reconstrueren hoe twee auto's 's ochtends op twee verschillende plaatsen vertrokken om elkaar precies op dat ene kruispunt te treffen. Maar zo'n coïncidentie heeft daarom nog geen diepere betekenis."

In een andere zin wel, voegt hij toe. "Soms is die toevalligheid wel degelijk een verklarende factor. Die toevallige botsing verklaart wel waardoor iemand om het leven is gekomen. Dat is een inzicht dat ik tijdens het schrijven kreeg: dat het toeval een verklarende factor kan zijn, brengt ons op de verkeerde gedachte dat het toeval zelf een verklaring nodig heeft."

Hoewel de meeste mensen toeval met coïncidenties associëren, vindt hij het zelf het meest oppervlakkige hoofdstuk van het boek. Hooguit grappig. Hij heeft het hoofdstuk in het boek opgenomen als opmaat voor zijn eigenlijke thema: toeval in de wetenschap en de filosofie. "Over het algemeen zijn wetenschappers juist de heersers over het toeval. Neem de ontdekking van het Higgs-deeltje. Waar de leek alleen maar toevalligheden ziet, ruis, slagen zij erin dat allemaal weg te filteren tot dat ene deeltje komt bovendrijven. Maar soms trappen ook wetenschappers in de val dat ze achter een toevalligheid of coïncidentie een verklaring zoeken."

Zuiver

Hij heeft een toer door de academie gemaakt om te onderzoeken hoe zijn collega's het begrip toeval hanteren. In zijn eigen vak is het toeval nog zuiver, zegt hij. "Het is jammer dat het zelden zo wordt onderwezen, maar de reflectie in een raam is het mooiste voorbeeld. Je kijkt door een ruit heen, maar als het licht er goed op staat, zie je ook jezelf. Volgens de quantumtheorie is het zuiver toeval of een lichtdeeltje wordt weerkaatst of dat het door het glas heen gaat."

Hoe anders is het toeval in de evolutie. Daar kwam hij - bij toeval - achter. "Vorig jaar overleed mijn vader aan een zeer zeldzame vorm van kanker. Kanker is een uitwas van de evolutie. Hij is 91 geworden, heeft altijd heel gezond geleefd. Ik had hem nog graag uit willen leggen hoe dit kon gebeuren. Daarvoor moest ik eerst zelf uitzoeken hoe het zat. Ik wist er weinig van en het gaat om zeer recente inzichten. Die zoektocht was de tweede aanleiding om dit boek te schrijven."

Evolutie bestaat bij de gratie van overerving - het DNA geeft eigenschappen door aan het nageslacht. En van variatie - toevallige mutaties zorgen ervoor dat het ene organisme meer overlevingskansen heeft dan het andere. "Overerving en variatie zijn één en hetzelfde proces! Ik dacht altijd dat die mutaties ontstonden door invloeden van buitenaf. Door schadelijke stoffen of straling. Maar de meeste foutjes ontstaan toevallig bij de replicatie van het DNA. Dat proces is bijna perfect, maar eens in de miljard keren gaat het mis. En is dus, gezien de vele keren dat het DNA zichzelf vermeerdert, de dominante factor. Zo'n replicatiefoutje af en toe zit als het ware ingebakken in de structuur van het DNA, alleen de locatie is toevallig."

Zo zijn er vele soorten toeval. "Vaak gaat het om processen die wel een oorzakelijk verband hebben, maar dat je niet kent. Of het is zo complex dat je het beter als een toevalsproces kunt benaderen. We zouden eigenlijk voor al die verschillende soorten toeval een aparte term moeten hebben. Net zoals de inuit vele woorden voor sneeuw kennen."

Ondanks zijn uitgebreide zoektocht wijdt hij de meeste woorden aan de toevalligheden in zijn eigen natuurkunde. Niet het toeval van de lichtdeeltjes, maar de coïncidentie in de kosmos. Het raadsel dat alles zo precies lijkt te kloppen. Dat wordt ook wel het fine tuning-probleem genoemd. Het zogeheten Standaardmodel, dat het krachtenveld in de kosmos exact beschrijft, bevat negentien grootheden die volkomen willekeurig lijken. Zoals de massa's van de diverse quarks of andere deeltjes of de constanten die vastleggen hoe groot de krachten zijn.

De waardes van die grootheden luisteren heel nauw, het is een uiterst precieze afstemming. Als een massa of een kracht een fractie anders zou zijn geweest, waren er geen sterren of planeten ontstaan. Had de koolstofcyclus, waar het leven op is gebaseerd, geen kans gehad.

In het begrip constante zit al een denkfout, zegt Landsman. "Het suggereert dat die waarde, van de lichtsnelheid bijvoorbeeld of de massa van het elektron, variabel is. En dat de natuur de huidige waarde heeft gekozen. Maar je weet helemaal niet of dat zo is. Ik denk, en daarbij heb ik Einstein aan mijn zijde, dat de verklaring diep verborgen zit in de natuurwetten. Dat als we die wetten beter doorgronden, al die waardes van constanten er vanzelf uit rollen."

Cirkelredenering

Maar goed, stel dat Einsteins idee geen oplossing biedt, doen de twee populairste antwoorden, het multiversum en de schepper, dat dan wel? Landsman trekt in zijn boek allerlei vergelijkingen om te laten zien dat beide verklaringen op een cirkelredenering berusten. Neem bijvoorbeeld een spel kaarten, schud ze flink door elkaar en leg ze dan open op tafel. Als de kaarten op volgorde blijken te liggen - kleur bij kleur en van hoog naar laag, dan vindt eenieder dat te toevallig om geen verklaring te hebben. Zo zou ook het perfect afgestemde heelal te toevallig zijn.

Nee, schrijft Landsman, wij vinden die kaartvolgorde bijzonder omdat het inherent is aan het spel. Die volgorde is er door de traditie, of door de kaartenfabriek ingelegd. Die traditie en die fabriek zijn er in de kosmos niet, tenzij je het bestaan van een schepper al op voorhand aanneemt. Dat mag je van hem best doen, maar de fijnafstemming van de kosmos is er geen argument voor, integendeel. Zonder die aanname loopt de metafoor met het schudden spaak.

De bekende sterrenkundige Martin Rees gebruikt de metafoor van een winkel met herenkostuums. Het multiversum staat dan voor een rijke sortering: niet vreemd dat ons heelal het passende kostuum heeft gevonden. Landsman: "Hier ligt de circulariteit echter in de aanname dat de klant alle rekken in de winkel af gaat om zijn maat te vinden, terwijl je de metafoor evengoed zou kunnen opzetten door de man voor een bepaald rek neer te zetten, waar dan toevallig de maat hangt die hij zoekt. In dat geval is duidelijk dat de aanwezigheid van al die andere maten niets oplost."

Bovendien gaat Rees er impliciet vanuit dat de man op zoek is naar het passende pak. Dat hij een doel heeft. "Die fout wordt heel vaak gemaakt. Het idee dat wij de noodzakelijke uitkomst zijn. Het is net andersom. Het zonnestelsel, het leven op aarde, wijzelf; dat was niet het doel. Het heelal is niet op ons afgestemd, wij zijn afgestemd op het heelal. Ik geef toe, dit is het moeilijkste deel van het boek. Ik probeer te weerleggen wat ontegenzeggelijk waar lijkt te zijn."

Mathematische fysica

Klaas Landsman (1963) is hoogleraar mathematische fysica aan de Radboud Universiteit Nijmegen en was eerder verbonden aan de universiteiten van Amsterdam, Cambridge en Hamburg. In 2005 verscheen 'Requiem voor Newton', een semi-autobiografische boek over de geschiedenis van de natuurkunde. In zijn jonge jaren was Landsman een verdienstelijke volleyballer en een vermaard schaker.

Klaas Landsman, 'Naar alle onwaarschijnlijkheid: toeval in wetenschap en filosofie'. Uitgeverij: Prometheus Amsterdam, 304 pagina's. Prijs: € 22,99.