Thema
Buitenaards

Over het muurtje

 

Ook deze keer dagen we twee wetenschappers uit om elkaars onderzoeksuniversum te verkennen. Postdoctoraal onderzoeker Stephen Howard (KU Leuven) kruist zijn studie naar 18de-eeuwse kosmologie met het toekomstgerichte onderzoek naar kosmische straling van fysicus Stijn Buitink (VUB).

Wie is wie?

Fysicus Stijn Buitink is professor binnen de onderzoeksgroep Astronomy and Astrophysics van de Vrije Universiteit Brussel. Hij ontvangt steun van het FWO voor zijn onderzoek naar manieren waarop we kosmische straling kunnen detecteren door de korte radioflitsen te meten die bij de botsing van deeltjes ontstaan.

Stephen Howard werkt als postdoctoraal onderzoeker aan het Centrum voor Metafysica, Godsdienst- en Cultuurfilosofie van de KU Leuven. Het FWO ondersteunt hem sinds oktober 2018 in zijn onderzoek naar de kritiek op de rationele kosmologie van Verlichtingsfilosoof Immanuel Kant. 

Stephen: “Aangename kennismaking, Stijn! We zijn allebei geïnteresseerd in de kosmos, maar dan wel elk op onze eigen manier. Ik moet toegeven dat mijn interesse in de astrofysica die van een complete amateur is. Jouw onderzoek gaat in op ultra-energetische kosmische straling. Wat moet ik me daar precies bij voorstellen?”

Stijn: “Het basisonderwerp van mijn onderzoek is inderdaad kosmische straling. We weten dat die bestaat uit elementaire deeltjes, zoals protonen. Die hebben een gigantische hoeveelheid energie: de hoogste energie die we ooit maten, ligt rond de 15 joule. Ter vergelijking: een tennisbal die enkel uit dit soort deeltjes zou bestaan, zou bij een inslag heel Europa in een krater veranderen.”

“We vragen ons al lang af waar die deeltjes ontstaan. Waarschijnlijk worden ze gemaakt door ontploffende sterren en superzware zwarte gaten, maar hoe dat precies werkt is nog niet zeker. Ik onderzoek in het bijzonder waar ultra-energetische kosmische stralen vandaan komen. Daarvoor werk ik met de radioantennes van de LOFAR-telescoop in Nederland. Met die telescoop maak ik erg nauwkeurige metingen: zo kunnen we bijvoorbeeld observeren wanneer een deeltje in de atmosfeer op een luchtmolecule botst. Dan ontstaat er een kettingreactie waarin miljoenen nieuwe deeltjes worden geproduceerd.”

Stephen: “Is je onderzoek dan puur experimenteel, of is er ook een theoretisch luik?”

Stijn: “We hebben inderdaad een combinatie nodig van theorie en experiment om, hopelijk, tot antwoorden te komen. Mijn eigen onderzoek is experimenteel: ik werk aan nieuwe technieken om de chemische samenstelling van kosmische deeltjes te meten. Mijn theoretische collega’s willen dan weer voorspellen welk soort deeltjes je van welke bronnen mag verwachten. Door de waarnemingen en de theorie naast elkaar te leggen, proberen we een compleet beeld te krijgen van de bronnen van kosmische straling.”

Stephen: “Is er daarbij een bron die momenteel het meest waarschijnlijk lijkt?” 

Stijn: “De deeltjes worden waarschijnlijk versneld door magneetvelden in de schokgolven van ontploffende sterren en andere fenomenen. De meest energetische deeltjes komen van ver buiten onze eigen Melkweg. We veronderstellen daarom dat actieve zwarte gaten de belangrijkste bronnen kunnen zijn. Die liggen in de centra van sterrenstelsels, en slurpen constant materie op.”

“Een deel van die materie kan ontsnappen via jets, een soort langgerekte fonteinen die bijna met de snelheid van het licht bewegen. Onlangs hebben we neutrino’s waargenomen uit de richting van zo’n jet. Dat zijn heel lichte deeltjes die dwars door de aarde kunnen vliegen. We vermoeden dat neutrino’s en kosmische deeltjes tegelijk gemaakt worden, dus misschien ligt hier wel een antwoord verscholen. Er is sowieso nog veel dat we niet weten, ik vermoed dat dat in de filosofie niet anders is?”

Stephen: “Dat is in elk geval het startpunt van veel van Immanuel Kants werk! Ik focus me met mijn onderzoek op Kants kritiek van de rationele kosmologie in de 18de eeuw. De rationele kosmologie was een soort ‘armchair philosophy’: ze ging ervan uit dat we, enkel op basis van logische argumenten, kennis kunnen verkrijgen over het hele universum.”

“Daar was Kant het niet mee eens: er was volgens hem een groot verschil tussen wat we kunnen weten en wat we kunnen denken. Rationele filosofen maakten volgens hem te vaak gebruik van argumenten die allemaal apart wel correct lijken, maar elkaar toch tegenspreken. Hij noemde dit soort paradoxen ‘antinomieën’. Die komen naar boven als we vragen willen beantwoorden zoals: ‘Wanneer is het universum ontstaan?’, ‘Is het universum oneindig groot?’ en ‘Is materie oneindig deelbaar?’.”

Volgens Kant was er een groot verschil tussen wat we kunnen denken en wat we kunnen weten
Stephen Howard
KU Leuven

Stijn: “Als je nadenkt over begrippen als ruimte, tijd en het heelal, is filosofie nooit ver weg. Een filosofische benadering kan helpen om de juiste vragen te stellen. Het werk van Einstein is daar een prachtig voorbeeld van. Door kritisch na te denken over de gevolgen van een constante lichtsnelheid, kwam hij tot de relativiteitstheorie.”

“Scherpe vragen stellen is trouwens niet altijd noodzakelijk voor grote doorbraken. Mijn eigen vakgebied, de radioastronomie, is ontstaan toen de technicus Karl Jansky wilde achterhalen wat de oorzaak was van ruis op radioberichten die over de Atlantische Oceaan werden verstuurd. Die ruis bleek uit de Melkweg te komen. Wat de volgende doorbraak in de fysica zal veroorzaken - nauwgezette observaties, zuiver denken, of een beetje gelukkig toeval - kunnen we van tevoren niet voorspellen.”

Stephen: “Dat is in de filosofie niet anders. Al leefde Kant wel in een heel interessante periode: het Copernicaanse model van het universum, waarbij de zon het centrum vormt, de prestaties van Galilei, Kepler en Newton … De manier waarop Europeanen naar het universum keken en de plaats die ze zichzelf erin gaven, hebben drastische veranderingen ondergaan. De astronomie en de empirische kosmologie bepaalden het wereldbeeld van veel filosofen uit die tijd.”

“Ook in Kants werk kom je trouwens subtiele invloeden tegen van bijvoorbeeld de wiskundige astronomie. In een van zijn bekendste werken, ‘Kritik der reinen Vernunft’, schrijft Kant dat de astronomie ons leert dat sommige vragen theoretisch niet te beatwoorden zijn. Voor hem zijn ze daarom het onderwerp van de praktische filosofie. Dat is een van Kants belangrijkste filosofische stellingen, en hij schrijft het hier toe aan de astronomen!”

Wat de volgende doorbraak zal veroorzaken – nauwgezette observaties, zuiver denken, of gelukkig toeval – weten we niet
Stijn Buitink
VUB

Stijn: “Als ik me niet vergis was Kant echt van alle markten thuis. Hoe vertaalt zich dat naar jouw onderzoek?”

Stephen: “Het zorgt er in elk geval voor dat er genoeg bronmateriaal is. (lacht) In Kants grootste werken bestudeert hij de fundamenten van de theoretische filosofie, de ethiek, het concept van een ‘oordeel’ in de esthetica en de wetenschap. Daarnaast heeft hij geschreven over religie, politiek, onderwijs, aardrijkskunde, antropologie … Om Kants werk volledig te begrijpen, moet je vat krijgen op alle takken die hij in zijn systeem met elkaar verbindt. En dan zijn er nog zijn voorgangers: velen van hen worden vandaag niet meer gelezen, maar ook hun werk moet je meenemen.”

“Het blijft wel nuttig om Kants filosofie te bestuderen: de concepten en theoretische structuur die hij uitdacht, zijn ook in de hedendaagse filosofie belangrijk. Zelfs wie het niet met zijn oplossingen eens is, gebruikt de filosofische terminologie en de onderscheiden die hij voor het eerst introduceerde.. Dat is misschien wel een zijn grootste erfenissen voor de hedendaagse wereld.”

Stijn: “Het is vaak moeilijk om je voor te stellen dat een beter begrip van sterren of zwarte gaten iets in ons dagelijks leven gaat veranderen. Ik weet dus niet of er een directe invloed zal zijn van mijn onderzoek op onze wereld. Maar ontwikkelingen in de deeltjesfysica en sterrenkunde hebben wel een grote indirecte impact op ons dagelijks leven. Daarbij gaat het vooral om technologische ontwikkelingen: we gebruiken die voor het eerst in bijvoorbeeld satellieten of deeltjesversnellers en later vinden ze hun weg naar onze broekzak. Een leuk voorbeeld is de touchscreen: in de jaren 1970 werd die ontwikkeld in het internationale onderzoekscentrum CERN, en inmiddels is hij niet meer weg te denken uit ons leven.”

"Er is nog veel dat we niet weten, ik vermoed dat dat in de filosofie niet anders is?"
"Dat is in elk geval het startpunt van veel van Immanuel Kants werk!"