In een invloedrijk artikel uit 1903 suggereerden de Franse sociologen Durkheim en Mauss dat de kosmologie van ‘primitieve’ culturen een afspiegeling vormt van hun sociale orde.1 Dergelijke culturen zouden de structuur van hun samenleving projecteren op de hen omringende wereld. Zoals vaker bij antropologische bevindingen loont het ook in dit geval om deze toe te passen op onze eigen samenleving. Bij nadere beschouwing blijkt ook onze visie op de wereld – zelfs in haar meest geacheveerde vorm, namelijk die van de moderne wetenschap – sterk ingekleurd door de maatschappijvorm die haar heeft voortgebracht.

Veel sleutelbegrippen in onze moderne natuurwetenschap zijn ontleend aan maatschappelijke instituties. Een heel algemeen voorbeeld is het begrip ‘natuurwet’. De vroegmoderne introductie van dit begrip kwam voort uit de gedachte dat, evenals de maatschappelijke orde, ook de natuurlijke orde gewaarborgd werd door van boven opgelegde gedragsregels, in dit geval door een goddelijke wetgever. Andere voorbeelden zijn meer specifiek van aard. Zo dankte Darwin de centrale principes van zijn afstammingstheorie, natuurlijke selectie en divergentie, aan analyses van de moderne, industriële samenleving. Robert Malthus attendeerde hem op de rol van gedwongen concurrentie om schaarse middelen en Adam Smith op de mogelijkheid van productieverhoging door arbeidsdeling.

Maar lang niet altijd is het verband tussen natuurbeeld en samenleving zo rechtstreeks als in bovenstaande voorbeelden. Veelal verloopt de koppeling indirect, doordat niet de maatschappij zelf, maar een door die maatschappij voortgebracht artefact model komt te staan voor de natuur. Doorgaans gaat het daarbij om apparaten die een bepalende rol spelen in de veranderende westerse samenlevingen. De analyse van deze apparaten levert de wetenschapper de centrale begrippen voor het interpreteren van de natuur.

In de hier volgende beschouwing wordt de ontwikkeling van de natuurwetenschappen bezien vanuit laatstgenoemd perspectief. We zullen zien hoe vier technische artefacten wetenschappers nieuwe visies aanreikten op fundamentele zaken als de bouwstenen van de werkelijkheid, de werkzame principes in de natuur en de aard van het leven. De vier apparaten die achtereenvolgens deze overdrachtelijke en betekenisgevende functie toebedeeld kregen, zijn respectievelijk het mechanisch uurwerk, de balans, de stoommachine en de computer. Hun sturende rol in de vorming van het natuurbeeld vervulden zij in de afgelopen vier eeuwen.


De zeventiende-eeuwse klok: materie in beweging

We zullen beginnen met de wetenschappelijke revolutie van de zeventiende eeuw. De meest ingrijpende karakteristiek van deze omwenteling was ongetwijfeld de mechanisering van het wereldbeeld. Tijdens de Renaissance werd de wereld nog gezien als een organisme, dat wil zeggen als een samenhangend, levend en doelmatig functionerend geheel. Maar tijdens het tweede kwart van de zeventiende eeuw onderging het wereldbeeld een opmerkelijke verandering. De natuur veranderde in een levenloze, mechanische constructie. Twee begrippen vormden de sleutel tot een dieper inzicht in de natuur: materie en beweging. Zoals Descartes liet zien volstond de vorm, grootte en beweging van verder eigenschaploze materiedeeltjes voor de verklaring van de meest uiteenlopende verschijnselen.

Het mechanische uurwerk werd de gangbare metafoor voor de natuur. Terwijl de meeste nieuwe technische snufjes in vroegmodern Europa waren ontleend aan de Arabieren en de Chinezen, was het mechanisch uurwerk een eigen vinding. Mechanische klokken zoals de torenuurwerken van Straatsburg en Praag vormden hoogtepunten van laatmiddeleeuws technisch vernuft. In de Renaissance werden deze klokken verder ontwikkeld tot astronomische klokken die tevens informatie gaven over de standen van zon, maan en sterrenbeelden. Waar de klok de kosmos zo voortreffelijk weerspiegelde, was het niet zo vreemd om omgekeerd de wereld te zien als een kosmisch uurwerk.

De mechanische klok vertegenwoordigde niet alleen de meest geavanceerde technologie waarover het Westen beschikte, het instrument had ook grote invloed op het dagelijks leven, doordat het dit leven in toenemende mate reguleerde. Niet langer waren het de natuurlijke cycli die de tijdsindeling bepaalden, maar een meetbare grootheid. Afkomstig uit de middeleeuwse kloosters vond het uurwerk al spoedig zijn weg naar de opkomende nieuwe handelssteden, die ook centra van bestuur en rechtspraak waren. Daar maakten ze het mogelijk de verschillende werkzaamheden op elkaar af te stemmen. Tijd werd geld. Dit verklaart mede waarom de klok zo’n krachtige symboolwaarde kreeg.

De mechanisering van het wereldbeeld ging hand in hand met de groeiende betekenis van de wiskunde. Die wiskunde was altijd al nuttig geweest voor de analyse van werktuigen als katrol en hefboom, maar voor het inzicht in de natuur gold ze als van ondergeschikt belang. De essentiële eigenschappen van natuurlijke objecten waren volgens Aristoteles niet te vangen in maat of getal. In de handel en nijverheid was dat uiteraard anders en hun toenemende betekenis droeg bij aan de statusverhoging van de wiskunde. Dat werd goed zichtbaar in de sociale stijging van hogere ambachtslieden als ingenieurs, architecten en andere vertegenwoordigers van de mechanische kunsten die zich van wiskunde bedienden.

Zoals de historicus Otto Mayr liet zien, werd de klok tevens gebruikt als metafoor voor de absolutistische regeringsvorm die in de zeventiende eeuw een hoogtepunt bereikte.2 In een klok werd vanuit een enkele eerste beweger, bijvoorbeeld een gewicht of een veer, het gehele passieve raderwerk in beweging gezet. Op eenzelfde manier regeerde de absolute vorst over zijn al even passieve onderdanen. Of, zoals ook werd opgemerkt, de almachtige God over Zijn schepping. Het is geen toeval dat Britse deïsten, doorgaans leden van de lagere adel die aan de almacht van de vorst wilden tornen, Gods rol in hun wereldbeeld beperkten tot de scheppingsdaad en de materie zelf actieve eigenschappen meegaven, zoals het vermogen tot beweging en organisatie. Actieve materiedeeltjes vonden hun weerspiegeling in politiek actieve onderdanen.


De achttiende-eeuwse balans: krachten in evenwicht

Europa was in de eerste helft van de zeventiende eeuw door een van de zwaarste crises in zijn bestaan gegaan. Politieke en religieuze tegenstellingen leidden tot verschroeiende oorlogen op het Europese continent en een met koningsmoord gepaard gaande burgeroorlog in het Britse eilandenrijk. In de tweede helft van de eeuw ontstond uit deze voormalige brandhaard het Europa der soevereine staten. Om die soevereiniteit te bewaren ontwikkelden diverse staten een politiek van (internationaal) machtsevenwicht. Deze politiek bestond erin zodanige coalities te vormen dat niet een enkele staat – lees: het Frankrijk van Lodewijk xiv – onbelemmerd kon expanderen ten koste van kleinere staten.

Die eerdere Europese conflicten hadden ook invloed op de natuurwetenschap. Zij vormden een belangrijke reden waarom de nieuwe wetenschappelijke genootschappen zich afwendden van filosofische debatten met al hun politieke en religieuze connotaties en zich concentreerden op het vaststellen van experimentele feiten. Zo probeerde men de nieuwe wetenschap te veranderen van een potentieel gevaarlijke activiteit in een productieve en vooral veilige vorm van samenwerking. Binnen de genootschappen golden dan ook strenge regels voor de onderlinge omgangsvormen en voor te vermijden onderwerpen, zoals religie en politiek. Ook de mechanische filosofie was niet ongevaarlijk. Radicale denkers als Spinoza en Hobbes hadden maar al te duidelijk aangetoond welke gevaren deze leer in zich droeg: materialisme, pantheïsme en, uiteindelijk, atheïsme.

In de achttiende eeuw werd de mechanische filosofie ontdaan van haar scherpe kantjes. Materie en beweging verklaarden weliswaar veel, maar niet alles. Zoals Newton nadrukkelijk opmerkte, heeft beweging de neiging af te nemen door weerstand en wrijving. Er zijn dus actieve principes nodig om de natuur in gang te houden. Een dergelijk principe vond hij in de universele zwaartekracht die de planeten gevangenhoudt in hun banen rond de zon. Continentale geleerden verwierpen Newtons kosmische aantrekking aanvankelijk als onbegrijpelijk. Passieve, levenloze materiedeeltjes kunnen elkaar onmogelijk door een lege ruimte aantrekken. De Britten beaamden dit en omhelsden de theorie juist als een bewijs voor een voortdurende goddelijke inwerking in de schepping.

In de loop van de achttiende eeuw nam het aantal onverklaarbare krachten geleidelijk toe. Naast de elektrische en magnetische krachten die zich op zichtbare afstanden manifesteren, introduceerden geleerden ook krachten die enkel op microscopische afstanden werkzaam zijn, zoals cohesiekrachten, de chemische krachten, de expansieve krachten van de warmtestof, en de aantrekkende krachten die het licht ondergaat op het grensvlak van verschillende media. Zoals de mechanische filosofie sommige geleerden ertoe bracht alles te verklaren in termen van materie, zo meenden anderen aan het eind van de eeuw dat alles in de natuur was opgebouwd uit krachten. In navolging van Kant zagen sommigen materie zelfs als een evenwichtstoestand van aantrekkende en afstotende krachten.

Ook in de levenswetenschappen deden niet-mechanische principes hun intrede. De cartesiaanse opvatting dat het menselijk lichaam en elk ander organisme een puur mechanische constructie vormden werd geheel verlaten. Het leven werd gekenmerkt door allerlei vitalistische principes als ‘irritabiliteit’, inherent aan elk levend weefsel. Ook hier waren de diepere oorzaken onbekend, maar de effecten waren proefondervindelijk aantoonbaar. Anderen zagen een rol voor een immateriële kracht of ziel, die als het ware van buiten op het weefsel inwerkte en daarmee het leven in stand hield.

De achttiende-eeuwse visie op de natuur werd boven alles gekenmerkt door harmonie en evenwicht. Elk organisme was niet alleen zelf een wonder van vernuft, het was bovendien in alle opzichten haarfijn afgestemd op de leefomgeving. Gods wijsheid en goedheid manifesteerden zich overal in Zijn schepping. Met al haar ogenschijnlijke problemen was dit de beste van alle mogelijke werelden. Dit paradijs behoefde alleen nog zijn Adam en kreeg die in de persoon van Linnaeus. Net als zijn voorganger voorzag hij alle planten en dieren van een naam, zij het ditmaal een wetenschappelijke. Zijn voornaamste doel was het doorgronden van het goddelijk scheppingsplan, oftewel het natuurlijke systeem dat de grondslag kon vormen voor een natuurlijke classificatie van de verschillende natuurrijken.

Harmonie heerste niet alleen op aarde, maar ook in de hemel, zoals de Franse wiskundige Laplace aantoonde. Newtons zwaartekrachtstheorie had twijfels opgeroepen over de stabiliteit van het zonnestelsel. De zon trekt immers niet alleen aan de planeten, de planeten trekken ook aan elkaar. Wanneer zware planeten als Jupiter en Saturnus dicht in elkaars buurt komen, zullen zij elkaars banen ingrijpend verstoren. Kunnen die verstoringen leiden tot het uiteenvallen van het zonnestelsel? Newton achtte het mogelijk dat God af en toe een komeet gebruikte om de boel weer in het gelid te krijgen. Laplace had die hypothese niet nodig. Zijn indrukwekkende wiskundige berekeningen lieten zien dat genoemde onderlinge verstoringen een periodiek karakter bezitten. De wereld is en blijft in evenwicht.

In deze periode van evenwicht werd de balans of weegschaal, traditioneel een rechtssymbool en een symbool voor de handel, tevens het symbool voor de natuur. Het begrip ‘natuurlijk evenwicht’ werd in deze eeuw in het taalgebruik verankerd. Daarnaast werd de balans het voornaamste instrument van de achttiende-eeuwse natuurwetenschap. De Fransman Coulomb bepaalde de elektrische en magnetische krachtwetten met behulp van een nieuw en geavanceerd soort balans: de torsiebalans. De Engelsman Cavendish gebruikte nog wat later eenzelfde balans voor het wegen van niets minder dan de gehele aarde. Maar de belangrijkste rol speelde de weegschaal in de scheikunde, waar het instrument bijdroeg aan de grote revolutie aan het einde van de achttiende eeuw.

Lavoisiers precisieweegschalen leerden hem dat metalen en fosfor door verbranding zwaarder worden, in strijd met de bestaande theorie. Dit inzicht leidde een reeks onderzoekingen in, culminerend in het doodvonnis voor de laatste twee van de vier klassieke elementen: lucht en water. Het eerste bleek allerminst elementair, maar een samenstelling van verschillende gassen, waaronder zuurstof en stikstof. Volgens Lavoisier was water al evenmin elementair maar een verbinding van zuurstof en waterstof. Hij demonstreerde deze claim met publieke vertoningen, waarbij indrukwekkende apparaten water scheidden in zijn bestanddelen en de gewichten van begin- en eindproducten met elkaar werden vergeleken.

Lissa Roberts heeft gewezen op een interessante analogie tussen de chemische en de vrijwel gelijktijdige Franse revolutie, die een hardhandig einde maakte aan de absolutistische regering van de Bourbons.3 Zoals Lavoisier met behulp van moderne precisie-instrumenten publiekelijk aantoonde dat het aloude element water een doodgewone substantie was door het op te splitsen in zijn bestanddelen, zo bewees het revolutionaire bewind met een ander modern precisie-instrument, de guillotine, dat de absolute vorst een doodgewoon mens was en wel door hem publiekelijk op te splitsen in kop en romp. Beide ingrijpende transformaties zetten een reeks andere transformaties in werking. Het evenwicht was verbroken.


De negentiende-eeuwse stoommachine: transformatie van arbeidsvermogen

In de periode 1789-1848, de ‘eeuw der revoluties’, maakten de Franse, de industriële en de liberale revolutie van 1848 een einde aan de statische en hiërarchische samenleving van het ancien régime. Deze maatschappelijke transformaties vonden al spoedig hun weerslag in een nieuwe visie op de natuur. Het al even statische en hiërarchische natuurbeeld van de achttiende eeuw maakte plaats voor een dynamisch beeld, waarin de natuur het product werd van een historische ontwikkeling, gekenmerkt door voortdurende transformatie. Het mechanische uurwerk en de balans werden, als symbool voor de natuur, ingeruild voor de voornaamste technologie van de industrialisering: de stoommachine. Deze machine transformeerde enerzijds de chemische krachten in de steenkool in zowel warmte als beweging en anderzijds de aloude standenmaatschappij in een moderne burgerlijke samenleving, waarin de aristocratie haar oude machtsmonopolie verloor.

Een grondige analyse van de werking van de stoommachine resulteerde in de belangrijkste innovatie in de negentiende-eeuwse natuurwetenschap: de introductie van het begrip energie, oftewel arbeidsvermogen. De wortels van dit begrip moeten we zoeken bij Franse ingenieurs die in het begin van de eeuw de achterstand op de Britten wilden inlopen door middel van een rationele studie van de principes van machines, in het bijzonder de stoommachine. Zij introduceerden nieuwe concepten als ‘mechanische arbeid’ en ‘arbeidsvermogen’.

Halverwege de eeuw gaven Duitse en Britse wetenschappers dergelijke begrippen een centrale plaats in het natuuronderzoek. Arbeidsvermogen werd niet meer louter gezien als een eigenschap van machines, maar ook als een karakteristiek van de verschillende natuurkrachten, geassocieerd met bijvoorbeeld warmte, elektriciteit en magnetisme. Recent ontdekte verbanden tussen de uiteenlopende natuurkrachten werden geïnterpreteerd als omzettingen van de ene kracht in een andere, waarbij steeds het daarmee gepaard gaande arbeidsvermogen in kwantitatieve zin behouden bleef. Het rond 1850 geïntroduceerde energiebegrip kreeg al spoedig een fundamentele rol binnen de fysica en functioneerde in deze discipline als het voornaamste conceptuele bindmiddel. Natuurkunde werd de wetenschap van de transformaties van energie.

In het laatste kwart van de eeuw kreeg het energiebegrip ook een belangrijke plaats binnen de scheikunde, vooral door de snelle opkomst van de fysische chemie. En zoals sommigen eind achttiende eeuw meenden dat de natuur kon worden gezien als louter een spel van krachten, zo kwam nu de gedachte op dat energie, in al haar verschillende verschijningsvormen, de enige werkelijk bestaande substantie was. Natuurkunde en scheikunde zouden volgens de chemicus Ostwald samensmelten tot de leer van de verschillende energiesoorten en de wetten die de overgang tussen die vormen bepaalden.

Maar de invloedssfeer van het nieuwe energiebegrip bleef niet beperkt tot de natuur- en scheikunde. Duitse fysiologen als Helmholtz en Du Bois Reymond gebruikten het nieuwe begrip van begin af aan voor een radicale herziening van opvattingen over de aard van het leven. Dat leven diende volgens hen enkel begrepen te worden in termen van fysische en chemische processen. Dit impliceerde dat elke verwijzing naar levenskrachten of vitale principes uit de geneeskunde geweerd diende te worden. De wet van behoud van energie kon hier goede diensten bewijzen en de stoommachine wees de weg.

De energiehuishouding in een organisme verschilt goed beschouwd niet of nauwelijks van die in een stoommachine. Ook hier wordt chemische energie, aanwezig in het geconsumeerde voedsel, omgezet in (lichaams)warmte en (spier)beweging. De boekhoudkundige vergelijking van input en output laat geen ruimte voor andere krachten. Het duurde niet lang of ook de menselijke geest werd in die boekhouding betrokken. Een onafhankelijke en autonome geest die het lichaam als het ware van buiten activeert lijkt in strijd met energiebehoud. Het aloude cartesiaanse dualisme kwam daardoor onder vuur te liggen, evenals het idee van wilsvrijheid.
De stoommachine leerde de natuurwetenschappers nog een andere les: die van de onomkeerbaarheid van natuurkundige processen. Beweging kan volledig worden omgezet in warmte, maar het omgekeerde is slechts gedeeltelijk mogelijk. Warmteprocessen hebben de neiging temperatuurverschillen te nivelleren en daarmee gaat bruikbaar arbeidsvermogen verloren. Dergelijke asymmetrieën gaven een richting aan de tijd. Ook resulteerden zij in een tweede conceptuele innovatie, namelijk de introductie van het entropiebegrip en de daarmee verbonden tweede hoofdwet van de thermodynamica, die stelt dat de entropie van een systeem enkel toe kan nemen in de tijd.

De dynamisering van de samenleving, die haar weerslag vond in het typisch negentiende-eeuwse vooruitgangsgeloof, vond aldus een pendant in de historisering van de natuur. Die manifesteerde zich het krachtigst in de aard- en levenswetenschappen. In de eerste decennia van de negentiende eeuw zagen twee nieuwe disciplines het licht, namelijk de geologie en de biologie. De geologie had haar wortels in de ahistorische mineralogie en in de meer praktische mijnbouw. Haar centrale opgave werd de reconstructie van de geschiedenis van het aardoppervlak, oftewel de correlatie van aardlagen en historische perioden. Die taak werd voortvarend ter hand genomen. Halverwege de eeuw was de geologische kolom in grote lijnen vastgelegd. Sleutel tot de identificatie van perioden werden resten van oude, uitgestorven levensvormen, oftewel fossielen. Hier was het inzicht in de onomkeerbaarheid van de geschiedenis al eerder doorgebroken.

Het onderzoek van fossielen leidde in het begin van de negentiende eeuw in Frankrijk tot speculaties over soorttransformatie. Een eenvoudige verklaring voor de onmiskenbare verschillen tussen vroegere en huidige levensvormen was dat de laatste getransformeerde nazaten waren van de eerste. Directe aanwijzingen voor zo’n proces van soorttransformatie bestonden echter niet en op veel bijval konden dergelijke speculaties dan ook niet rekenen. Niet alleen botste het idee op de uiterst precieze onderlinge afstemming van de organen die een organisme tot een functionele eenheid maakten (een delicaat evenwicht), ook streed het met het aloude beeld van een eenmalige schepping en vormde het een bedreiging voor de unieke positie van de mens daarbinnen.

Het idee van soorttransformatie bezat bovendien een onmiskenbare politieke lading. De gedachte dat het leven kon transformeren langs de ladder der verschillende levensvormen, bezat een maatschappelijk analogon in de gedachte dat mensen zich aan hun stand konden ontworstelen door de maatschappelijke ladder te beklimmen. Het is opmerkelijk dat de Franse speculaties over soorttransformatie in Londen vooral gehoor vonden onder radicale denkers met Malthusiaanse sympathieën, terwijl ze verder in het antirevolutionaire Engeland doorgaans krachtig verworpen werden. Darwins broer was een van deze radicale Whigs. Het was in de tijd dat Darwin bij deze broer in Londen woonde dat hij zijn theorie van de natuurlijke selectie ontwikkelde, de grondslag voor zijn later gepubliceerde evolutietheorie.


De twintigste-eeuwse computer: verwerking van informatie

In de laatste halve eeuw zijn de westerse samenlevingen een nieuwe fase binnengetreden, die wel is omschreven als de postindustriële samenleving of kennismaatschappij. Het zijn niet langer erfelijke titels of kapitaalgoederen die iemands maatschappelijke positie bepalen, maar bovenal kennis en de beheersing van informatiestromen. De toonaangevende technologie is die van informatieverwerkende systemen als de computer, of liever het wereldwijde netwerk van computers en opslagsystemen. Beheersing van de informatiesystemen genereert economische en politieke macht. De snelst groeiende bedrijven verdienen hun geld met informatienetwerken. Diezelfde netwerken hebben onaantastbaar geachte regimes aan het wankelen gebracht. Ze hebben ook onze wetenschap radicaal veranderd.

De vermoedelijk meest ingrijpende gebeurtenissen en processen in de twintigste eeuw waren de beide wereldoorlogen en de genoemde informatierevolutie. Vooral de Tweede Wereldoorlog heeft enorme invloed gehad op de wetenschapsontwikkeling. Die invloed bestond vooral in schaalvergroting en militarisering. Tijdens de Koude Oorlog werd de vereenzelviging van kennis en macht sterker dan ooit en dat resulteerde in een spectaculaire stijging van de onderzoeksbudgetten, grootschalige en internationale onderzoeksfaciliteiten en complexe bureaucratische structuren.

Een ander effect van de oorlog was een toenemende belangstelling voor het verzenden, versleutelen, onderscheppen en decoderen van informatie. Dit leidde tot technologische doorbraken op het gebied van radar, rekenmachines en elektronische componenten. Ook resulteerde dit in nieuwe theoretische ontwikkelingen zoals Shannons informatietheorie en Wieners cybernetica. Volgens Wiener diende informatie op één lijn te worden geplaatst met materie en energie als een derde fundamentele component van het universum. In zijn beknopte formulering: ‘information is information, not matter or energy’.4

De doorbraak van het informatietijdperk vond plaats in de jaren zeventig met de introductie van de ‘personal computer’ en de opkomst van de informatica als nieuwe bètadiscipline. Nog belangrijker was wellicht de uitvinding en introductie van het wereldwijde web rond 1990, resulterend in de doorbraak van het al langer bestaande internet. Het is niet toevallig dat deze uitvinding op naam kwam van deeltjesfysici. Naoorlogse grootschalige projecten in deeltjesfysica en (radio)astronomie vroegen om verwerking van ongekende hoeveelheden data en om verbeterde mogelijkheden voor onderlinge communicatie. Maar ook in andere vakgebieden speelde informatie een steeds belangrijker rol.

Dit heeft er zelfs toe geleid dat de natuur zelf tegenwoordig begrepen wordt in termen van informatie. Dit is het duidelijkst zichtbaar in de levenswetenschappen. Al veertig jaar lang horen we dat de essentie van het leven niets anders is dan informatie. Die informatie is gecodeerd in de basenvolgorde in het dna in onze celkernen. Via een aantal tussenstappen (boodschapper-rna) wordt die informatie vertaald in de aminozuren die samen eiwitten vormen. Codes, boodschappers, vertalingen, informatie; deze termen zoeken we vergeefs in vroegere beschouwingen over het leven. De belangrijke rol van informatie en informatieverwerking in de biologie blijkt ook uit het ontstaan van een nieuwe subdiscipline binnen de levenswetenschappen: de bio-informatica.

Informatie speelt eveneens een primaire rol binnen de huidige neurowetenschappen. Ook daar verplaatst het onderzoek zich in de richting van cellen en moleculen. Begrijpelijkerwijs vormde de computer aanvankelijk dé metafoor voor de werking van het brein. De grote uitdaging waarvoor de onderzoekers staan is de verklaring van emergente verschijnselen als bewustzijn en individualiteit uit de informatiestromen door netwerken van neuronen en synapsen. Tot nog toe zijn we nog ver van dit inzicht verwijderd en stellen we ons tevreden met het lokaliseren van vaardigheden, gedachten en emoties in de hersenen met hulp van medische informatietechnieken als mri-scans.

Inmiddels hebben ook de natuurkundigen informatie ontdekt als sleutel tot een dieper inzicht in de natuur. Een belangrijke stap in die richting was het zogenaamde holografisch principe, eerst voorgesteld door onze eigen Gerard ’t Hooft. Hij ontleende zijn theorie aan de overtuiging dat de natuur een informatieverwerkende machine is.5 Zijn inspiratie vond hij in de cellulaire automaten, zoals John Conways ‘game of life’ uit 1970. Dit is een tweedimensionaal rooster van ‘levende’ en ‘dode’ cellen, waarbij na iedere tijdstap de toestand van een cel wordt bepaald door die van de omringende cellen. Het resultaat is een structuur die overeenkomsten vertoont met echte levende wezens. Ook hier lijkt sprake van emergentie en zelforganisatie. ’t Hooft ziet in deze benadering een mogelijke oplossing voor de raadselen waarvoor de quantumtheorie ons stelt. In laatste instantie, zo meent hij, bestaat de werkelijkheid niet uit materie, krachten of energie, maar uit informatie.

Het holografisch principe is een bijzondere uitwerking van deze informatietheoretische benadering van de natuur. Zoals bij holografie een driedimensionaal beeld volledig gecodeerd is op een tweedimensionaal vlak, zo stelt het holografisch principe dat de beschrijving van een fysische ruimte volledig gecodeerd is in informatie op het oppervlak dat die ruimte omgeeft. Het idee komt uit de studie van de thermodynamica van zwarte gaten. De theorie suggereert dat onze driedimensionale wereld op macroscopische schaal en bij lage energieën effectief tevoorschijn treedt uit een onderliggende tweedimensionale structuur.

Volgens Erik Verlinde, Spinoza-laureaat en leerling van ’t Hooft, zou dit laatste ook gelden voor de zwaartekracht en de andere drie fundamentele natuurkrachten. De zwaartekracht ontstaat als een ‘entropische’ kracht uit de verdeling van informatie rond materie. De kracht is aldus een uitdrukking van de neiging van fysische systemen om te evolueren naar een toestand met hogere entropie. Werkelijk fundamenteel zijn die krachten dus niet langer. Entropie is hier het sleutelwoord, want dit begrip wordt vandaag de dag steeds meer begrepen in termen van informatie.

Het is te vroeg om te voorspellen of deze nieuwe en nog prille richting in de theoretische fysica succesvol zal blijken. Het is nog meer een programma dan een uitgewerkte theorie. Maar dat informatie een toenemende rol zal gaan spelen binnen de natuurkunde lijkt een veilige voorspelling. Dat geldt ook voor de verwachting dat nieuwe maatschappelijke en technologische omwentelingen gepaard zullen gaan met nieuwe, daarmee samenhangende visies op de werkelijkheid. Creatieve wetenschappers maken succesvol gebruik van alle hulpbronnen die ze tot hun beschikking hebben. Daarbij tonen zij zich onvermijdelijk een kind van hun tijd. In de natuur zien wij uiteindelijk onszelf.



noten

1. É. Durkheim & M. Mauss, ‘De quelques formes primitives de classification’, Année sociologique 6 (1903) 1-72.

2. O. Mayr, Authority, Liberty and Automatic Machinery in Early Modern Europe (Johns Hopkins University Press: Baltimore 1986).

3. L. Roberts, ‘At the Cutting Edge: A Cultural History of Chemistry and the Guillotine in Revolutionary France’ (1992, ongepubliceerd manuscript).

4. N. Wiener, Cybernetics: Or Control and Communication in the Animal and the Machine (mit Press: Cambridge, Mass. 19612) p. 132.

5. G. ’t Hooft, De bouwstenen van de schepping: een zoektocht naar het allerkleinste (Prometheus: Amsterdam 20026) p. 250; zie ook zijn bijdrage aan het decembernummer van De Gids van 2010.