Hij is een wereldwijd gevierd fysicus. Maar toch vindt de uit Rusland afkomstige wetenschapper dat zijn vak degenereert. Een geanimeerd gesprek over grafeen, poëzie en Poetin. ‘Er hangt nog geen nieuw IJzeren Gordijn, maar de seinen staan op oranje.’
‘Magneetsteen vond je als jochie gewoon op straat. Je kon er echt spijkers mee aantrekken, dat was opwindend.’ Mikhail Katsnelson, geboren in 1957, heeft het over zijn geboorteplek Magnitogorsk, een stad in de Oeral. Honderd rokende schoorstenen aan de horizon, nog steeds, met zwarte, rode en zwavelgele pluimen. ‘Maar de magnetische berg waar Stalins staalstad naar is vernoemd, is al lang geleden afgegraven. Ze importeren nu ijzererts van heinde en verre.’ We zijn echter niet in Magnitogorsk, maar in Nijmegen, waar Katsnelson – ‘Zeg maar liever Misha’ – al bijna tien jaar hoogleraar theoretische natuurkunde is aan de Nederlandse Radboud Universiteit. Vorig jaar ontving hij de hoogste Nederlandse wetenschapsprijs, de Spinozapremie, voor z’n baanbrekend werk in de vastestoffenfysica. Hij is wereldwijd dé theoreticus van grafeen, het nieuwe wondermateriaal van één laag koolstofatomen met ongekende eigenschappen, waarin elektronen kunnen reizen met nagenoeg de snelheid van het licht, het dunste en sterkste materiaal dat ooit is gemaakt – tweehonderdmaal sterker dan staal – en dat zal leiden tot oprolbare televisies, superlichte vliegtuigen en nanorobots, voor geneeskunde van binnenuit.
MIKHAIL KATSNELSON: ‘Magnitogorsk is een wonderlijke plaats om geboren te zijn. Een brutale, proletarische industriestad op de grens van Europa en Azië. Mijn ouders woonden destijds aan de Aziatische kant van de rivier de Oeral, maar het ziekenhuis waar ik ter wereld kwam, lag op de Europese oever, op zo’n twintig meter van Azië. Ik ben dus de meest oostelijke Oost-Europeaan die er bestaat. De gigantische hoogovens werden uit de grond gestampt in 1929, tijdens Stalins Eerste Vijfjarenplan, en de nederzetting Magnitogorsk kreeg spoedig de status van Gesloten Stad. Het was gek: op een gegeven moment ontdekten wij, schoolkinderen, tot onze grote verbazing dat bijna iedereen in onze klas ouders of grootouders had die verbannen waren. Velen waren kinderen van koelakken, rijke boeren, gestuurd naar de goelags hier, of kinderen van de intelligentsia. Ook mijn grootvader was naar deze uithoek verbannen. Wat Stalin deed, was verschrikkelijk, maar een onverwacht neveneffect was een herverdeling van slimme mensen naar hier.
Mijn beide ouders waren arts: mijn vader dermatoloog en mijn moeder chirurg. Ze werkten zich een slag in de rondte, waren dag en nacht in het ziekenhuis, dus niemand lette op me. We hadden thuis veel boeken, dus ik leerde mezelf lezen toen ik een jaar of vier was. De Kinderencyclopedie, tien enorme delen! Deel III over natuur- en scheikunde verslond ik op m’n zevende. Dat was opwindend en – dat was dan het voordeel van Magnitogorsk – zo begon ik mineralen te verzamelen.’
Een logische stap!
KATSNELSON: ‘Inderdaad. Maar wat geweldig was aan de Sovjet-Unie, en tot op zekere hoogte in Rusland nog steeds bestaat, is het fantastische systeem van extra klassen voor jonge kinderen in wis- en natuurkunde. De exacte wetenschappen bloeiden in die tijd. We hadden eigenlijk ook geen keuze. Als je geïnteresseerd was in menswetenschappen, geschiedenis, literatuur of filosofie, botste je meteen op een boel beperkingen. Je mocht niet lezen wat als anti-Sovjet werd beschouwd. Je zou moeten knokken hebben, of dissident worden. Maar als je in wis- en natuurkunde geïnteresseerd was, was je meer dan welkom. Literatuur was nauwelijks te krijgen, maar wiskundeboeken waren bijna te geef. Toen ik naar de universiteit ging, had ik al een uitstekende eigen bibliotheek. Toch vind ik dat onderwijs niet nauw en bekrompen moet zijn, maar dat kinderen een brede en vrije keuze moeten hebben. Eerlijk gezegd, ik had veel liever filosofie of theologie gestudeerd dan natuurkunde.’
Forse mannen
Op zijn veertiende beëindigde hij zijn middelbare school en trok hij naar de universiteit. ‘Ik was een soort Wunderkind.’ De verre reis naar Moskou mondde echter uit in een debacle. ‘Ik besloot me aan te melden bij het Moscow Institute of Physics & Technology, een van de beste universiteiten ter wereld, nog steeds. Ik deed er mijn toelatingsexamen – en zakte.’
U zakte voor het toelatingsexamen?
KATSNELSON: ‘Ja. Het schriftelijke examen deed ik niet briljant, maar goed genoeg. Maar bij de mondelinge examens wis- en natuurkunde waren er die twee grote, forse mannen. Ze waren extreem onvriendelijk en ik was veertien, breekbaar en tenger, zoals zoveel getalenteerde kinderen zijn. Ze zetten me onder druk en intimideerden me. Ik kan het niet bewijzen, maar ik heb het gevoel dat het te maken had met mijn Joodse wortels. Ik had ons nooit als Joden gezien, want mijn ouders deden niet aan godsdienst en ik wist niets van de tradities, maar ik wist natuurlijk wél dat we speciaal waren, vanwege de problemen met jongens op straat die me uitscholden. Ik was heel naïef, ik kwam uit Magnitogorsk, maar toen ik weer thuiskwam en met m’n vriendjes praatte, bleek iedereen – behalve ik – te weten dat het kansloos was. Een Jood, op een instituut als dit? Een volkomen bezopen idee! Ik ben het nooit helemaal ver-geten, en ik ben nog steeds pissed-off! (lacht)’
****
Vermoedelijk, als het niet tot oorlog had geleid,
In de twintigste, al met al een pesteeuw,
droegen we kleren van een witheid,
als voor enig mens’lijk spoor in de sneeuw.
Vermoedelijk, als het niet tot oorlog had geleid,
dan zouden we als engelen zijn, gevleugeld dus,
de handen af van aardse zondigheid,
zoals bij Pontius Pilatus –
Gewassen, om zonder schuld te zijn,
zeer zelfingenomen en bovendien…
Vermoedelijk, als het niet tot oorlog had geleid,
hadden we grotere verschrikkingen gezien.
****
De pesteeuw eindigt met Gorbatsjov in vrijheid. In 1988 mag Katsnelson, die jaren eerder als jongste fysicus van de Sovjet-Unie was gepromoveerd, voor het eerst het land uit. Een internationale conferentie in Parijs en daarna een in Santa Fe.
KATSNELSON: ‘Fantastisch, ongelooflijk! Inmiddels heb ik de VS wel dertig, veertig keer bezocht, en nog steeds vind ik Santa Fe misschien wel de mooiste plek op aarde! Dat rondreizen werd in de late jaren 1990, toen Rusland economisch in zwaar weer verkeerde, in toenemende mate een belangrijke bron van inkomsten voor me. Als ik de VS een of twee maanden aandeed, verdiende ik meer geld dan mijn jaarsalaris.’
In 2004 biedt de Radboud Universiteit hem het hoogleraarschap aan. Katsnelson krijgt tijd en geld en veel waardering. Hij stort zich op de theorie van het magnetisme – uiteraard! – en op kwantummechanica, supergeleiding en een dozijn of wat andere specialismen. Schrijft vijfhonderd papers. Wordt de meest geciteerde auteur in z’n vakgebied. ‘Onze snelle vorderingen zouden onmogelijk zijn zonder Misha Katsnelson’, stelde vriend en collega Andre Geim in zijn dankrede voor de Nobelprijs die Geim samen met Kostya Novoselov in 2010 ontving voor de ontdekking van grafeen. Helaas voegde Katsnelson zich pas net na de ontdekking van het grafeen bij het team, en liep daardoor, zo denken collega’s, zelf de Nobelprijs mis.
KATSNELSON: ‘Dat is waarschijnlijk niet waar. Ik schetste slechts achteraf een theoretisch raamwerk. Er is een groot verschil tussen Columbus die een nieuwe wereld ontdekte, en de ijverige monnik die alles heeft opgetekend en beschreven. Ook heel opwindend, maar net iets minder opwindend dan om Columbus te zijn, nietwaar?’
De nieuwe Bijbel
Maar Graphene: Carbon in Two Dimensions, de eerste monografie over het nieuwe materiaal, die Katsnelson in 2012 publiceerde, biedt ‘de researchagenda voor de komende paar jaar’, aldus Novoselov. “Misha’s boek is zonder overdrijving de grafeenbijbel’, verklaarde Geim. Misschien doet hij ook te veel uiteenlopende dingen om ooit de Nobelprijs te winnen?
KATSNELSON: “Misha, je schrijft te veel’, zei Geim me weleens. ‘Al die honderden papers en publicaties!’ Volgens hem ben ik niet geconcentreerd genoeg, te weinig gefocust. Het is waar: ik werk altijd aan totaal uiteenlopende dingen. Voor de Nobelprijs moet je je focussen op één ding, en dat is niet mijn stijl.
Toen ik nog een piepjonge promovendus was, scande mijn leermeester, professor Sergej Vonsovsky, nachtenlang de buitenlandse tijdschriften op potentieel interessante publicaties. Ik kreeg een lijst van titels, over tal van uiteenlopende onderwerpen, rijp en groen, en die stukken moest ik dan lezen, schiften en samenvatten. Daardoor leerde ik de wis- en natuurkunde in de volle breedte kennen, iets wat jaren later als geroepen kwam, toen het grafeen werd ontdekt. Voor mij de ideale speelplaats. Natuurkundigen focussen zich gewoonlijk op een enkele methode, die ze op een reeks verschillende materialen loslaten. Grafeen heeft dat veranderd. Als je het materiaal bekijkt, dan zie je dat je van alle markten thuis moet zijn: het heeft mechanische eigenschappen, elektrische eigenschappen, optische eigenschappen enz. En het raakt in principe aan alle verschillende disciplines, van theoretische natuurkunde, tot de kwantummechanica aan toe.
Het punt dat ik wil maken, en dat voor mij essentieel is in deze tijd van enthousiasme voor de snaartheorie en de lonkende ‘Theorie van Alles’, is dat we de eenheid van de theoretische fysicaaan het kwijtraken zijn. Iedere discipline vindt nu haar eigen taal uit en we praten langs elkaar heen.’
Snaartheoretici zoals Edward Witten?
KATSNELSON: ‘Ik heb het écht geprobeerd, ik heb zijn boeken gelezen, ik ben naar seminars gegaan… Maar zijn theorie is ontzettend moeilijk voor me. Ik begrijp zelfs niet of het natuurkunde is of wiskunde, of iets anders. De belangrijkste karakteristiek van natuurkunde, dát wat de fysica onderscheidt van elke andere wetenschap, is z’n unieke balans tussen theorie en experiment. En in de wiskunde heb je het welhaast pure denken, de zuivere theorie. Maar wiskunde bewijst wel theorema’s. Snaartheorie is echter dramatisch anders. Ik zeg niet dat het nutteloos is – not at all! – maar het is een totaal nieuw soort intellectuele bezigheid, waarvan ik simpelweg niet weet wat ermee te doen. Mijn missie is bruggen slaan tussen de verschillende gebieden van de theoretische fysica.’
Op zoek naar de eenheid van de fysica. In een universum dat minstens zoveel vragen oproept als dat het beantwoordt?
KATSNELSON: ‘Alles is van water, vuur, aarde, kwantumvelden, tijdruimte, snaren… en de rest is jouw probleem. Maar waarom is zilver wit, koper rood en goud geel? Ik weet het niet. I am just scratching on the surface.Waarom is iridium broos en platina taai? Zeg het me, zonder de chemie en de biofysica erbij te halen! (schrijft ingewikkelde formules op het bord, komt met plaatjes van draaikolken en watervallen) Helpt dit? Turbulence is here! Kun je me dat verklaren? Bestaat er wel die ene, grote en thans nog versluierde Wet die alle natuurwetten verklaart? (herformuleert preciezer) Is fundamentele fysica wel fundamenteel?
De klassieke thermodynamica is de enige natuurkundige theorie waarvan ik overtuigd ben dat die nooit zal sneuvelen. De wetten die ons niveau van realiteit beschrijven, zijn in hun essentie onafhankelijk van de achterliggende wetten. Ik wens onze collega’s van de ‘ware theorie’ – snaren, kwantumzwaartekracht enzovoort – alle succes, maar ze zullen falen. Hoe kunnen we van de elementaire natuurwetten die we goed kennen, komen tot een goed begrip van alle verscheidenheid van de wereld om ons heen? Zelfs eenvoudige scheikundige elementen zijn al bijna té ingewikkeld.’
Dat is uw meest fundamentele uitspraak?
KATSNELSON: ‘Dat weet ik niet. Maar het is voor mij wel belangrijk. Eerder dit jaar publiceerde ik met mijn Belgische vrienden Hans de Raedt, professor in Groningen, en Kristel Michielsen, professor in Jülich, een stuk over de fundamenten van kwantummechanica. Een zeer ‘pessimistisch’ stuk, want ik heb steeds meer het gevoel dat elk niveau van kennis dat we hebben, vooral in de natuurkunde, in wezen onafhankelijk is van diepere kennis. Zoals Einstein stelde: we hebben de wetten van de thermodynamica en die wetten werken vanouds, maar we geloven dat thermodynamica geen fundamentele theorie is, dat alles gestoeld is op een achterliggende wet, waarvan we het complete plaatje nog niet hebben. En we geloven dat het diepste niveau kwantummechanica zal zijn of snaren of God weet wat.
Een ‘alternatieve’ kijk kan zijn dat je werkelijk onafhankelijke niveaus van realiteit hebt, dat elk niveau van beschrijving in essentie onafhankelijk is van onze kennis van het diepere niveau. Met Hans en Kristel probeer ik kwantummechanica te bedrijven zoals mensen vanouds de thermodynamica benaderen: als een beschrijving van waarneembare fenomenen, als een beschrijving van een fysiek experiment. Ik weet nog niet of het werkt, maar het kan een nieuw begin zijn.
Tegelijk heb ik gemengde gevoelens over ons programma. Enerzijds geloven we dat het mogelijk is om betrouwbare kennis te vergaren op basis van onze dagelijkse ervaring. Dat is goed, want de details ervan zullen ook over vijfhonderd jaar nog geldig zijn en de beschrijving is robuust. Maar anderzijds is het triest, want het betekent dat het succes van een theorie niet veel om het lijf heeft, omdat er dan duizenden geldige beschrijvingen van dezelfde realiteit naast elkaar bestaan. Dan ontbreekt een goede samenhang tussen de verschillende niveaus van waarneming en raak je niet aan het grote geheim van het bestaan. Dat is wat ik daarnet bedoelde. Hoe kan ik een kwantummechanica bouwen die onafhankelijk is van diepere beschrijving? Is dat mogelijk, of niet? En wat is de kennisleer van dat realiteitsniveau?’
Met andere woorden?
KATSNELSON: ‘Kan er een beschrijving van de wereld bestaan die consistent is én werkt, maar die ons niets vertelt over wat de wereld is? En kunnen we écht tot steeds diepere lagen van realiteit doordringen door alleen het pad van de wetenschap te volgen? Want dat is nu de overheersende gedachte, nietwaar? Op zoek naar een theorie van alles, op zoek naar de meest fundamentele natuurwetten, om daarvan weer toegepaste wetten af te leiden. Ik geloof niet dat dat werkt. Dus toch een fundamentele uitspraak: ik geloof dat de kennis van de dingen om ons heen in essentie onafhankelijk is van iedere toekomstige beschrijving van diepere niveaus van werkelijkheid. Ik geloof niet dat fundamentele natuurkunde in die zin fundamenteel is.
We hebben grote stappen gezet in de wetenschap, maar we zien ook een soort degradatie. De grote jongens van het eerste uur van de kwantummechanica – Einstein, Bohr, Pauli en Heisenberg – waren allemaal heel voorzichtig in zaken rond het kennen. Zeer zorgvuldig in het formuleren van de verhouding van de wetenschap tot onze cultuur. Niels Bohr startte een discussie over het probleem van de taal. Wittgenstein volgde eenzelfde lijn: de grenzen van onze kennis aftasten door te kijken naar wat we kunnen zeggen. Ik denk dat dat een belangrijke lijn is.
Iedereen is nu vol van kwantuminformatica, van kwantumteleportatie, noem maar op. Dat is zonder meer belangrijk, maar waar blijft de grote discussie die destijds de beste natuurkundigen en de beste denkers meetrok? Zijn golffuncties, het belangrijkste object van de kwantummechanica, echt of niet? Dan moet je nadenken over: wat is echt en wat is werkelijkheid? Niemand schijnt zich daarover druk te maken! Zoals mijn Belgische vriend Hans de Raedt het treffend uitdrukt: ‘Het is alsof golffuncties iets zijn wat je eenvoudig in de supermarkt koopt.”
****
Ons wacht de winter, van buitenaf en binnen.
En al het vergaarde door de eeuwen heen,
Perst zich samen in zuiver barnsteen.
En zal aan ieder vragen: herhaal.
****
Uw poëzie is dicht en soms duister.
KATSNELSON: ‘Fijn dat je dat opmerkt, want het is waar: dichtheid is iets wat ik waardeer. Voor mij moet poëzie compact zijn zoals een goede wetenschappelijke tekst. Dat betekent dat je nooit alles moet schrijven wat je weet van een onderwerp. Ik denk dat voor ieder woord dat je schrijft, er in principe duizend moeten zijn die je zou kunnen toevoegen wanneer dat nodig is.’
Waarom? Om als een soort sport zo veel mogelijk te zeggen in zo weinig mogelijk woorden?
KATSNELSON: ‘Er moet een uitzicht blijven. Als je werkelijk alles kunt beschrijven en in woorden kunt vangen van wat je van een onderwerp weet, dan betekent dat simpelweg dat je er niet genoeg van weet. Echt diepe kennis raakt altijd iets wat onuitspreekbaar is.’
Goeie ideeën
De telefoon gaat. Katsnelson spreekt Russisch met zijn vrouw. Zij wonen in Nederland, hun twee inmiddels volwassen kinderen in Rusland. Rusland is nooit ver weg. De taal spreekt hij vaak en gretig met vrienden via Skype. ‘In het Russisch ben ik een veel leuker en gevatter iemand’, vindt hij. Zijn Engels vindt hij maar zozo. ‘En in mijn primitieve Nederlands voel ik me een totale idioot.’
Wilt u ooit terug?
KATSNELSON: ‘Natuurlijk. Ooit, na mijn pensioen. Ik ben geen emigrant, denk ik. Ik ervaar sterk dat ik tot de Russischsprekende wereld behoor, ik heb de taal om me heen nodig, maar wie zal zeggen hoe de situatie over tien jaar zal zijn? Voor mij is het erg belangrijk dat je de vrijheid hebt om grenzen zo vaak te kunnen oversteken als je wilt. Wat ik van de recente situatie onder Poetin vind? Je vraagt het aan de verkeerde, ik begrijp er namelijk zelf niets van. Ik dácht dat ik Rusland min of meer kende, maar als ik naar al de gebeurtenissen van de laatste drie jaar kijk, heb ik mijn eigen land totaal niet begrepen. En ik moet, denk ik, geen publieke statements maken over iets wat ik niet begrijp.’
Ik vraag u niet om een politiek statement.
KATSNELSON: ‘Maar het gaat ook niet om politiek! Het gaat om de houding van de mensen. De vrienden, met wie je via Skype spreekt. De laatste twintig, dertig jaar was ik er écht van overtuigd dat Rusland meer en meer een open samenleving zou worden. Dat we langzaam maar zeker in de wereld zouden integreren. Maar nu blijkt dat het idee van isolatie, zelfmedelijden en xenofobie – iedereen is tegen ons! we moeten ons verweren! – de overhand heeft gekregen. Ook onder vrienden, ook onder mensen met een opleiding. Ik dacht dat we een deel waren van de Europese beschaving en cultuur, en dat niemand dat betwijfelde, en plotseling zetten mensen daar vraagtekens bij. Ik vind dat ronduit schokkend. Er hangt nog geen nieuw IJzeren Gordijn, maar de seinen staan op oranje.’
Voorlopig blijft Katsnelson hier. Zijn ster rijst snel. Eerst was er de Spinozapremie, Nederlands hoogste wetenschappelijke onderscheiding en een budget van 2,5 miljoen om research geheel naar eigen keuze te doen. ‘Maar ik heb geen geld nodig, maar goeie ideeën! En die dwing je niet af met geld.’ Daarna volgde onder meer het lidmaatschap van de Academia Europaea, een prestigieus genootschap met veel Nobelprijswinnaars. En het heeft Hare Majesteit behaagd – heel uitzonderlijk voor een niet-Nederlander – hem de hoge onderscheiding van Ridder Nederlandse Leeuw te geven.
KATSNELSON: (met zachte stem) ‘Ik ben en blijf natuurlijk Russisch, maar voel toch dat ik eindelijk ben opgenomen in de Europese samenleving. Weet je: het is best moeilijk om in een totaal nieuwe samenleving je weg te vinden. Toen ik hier voor het eerst aankwam, kende ik bijna niemand en ik voelde me echt een beetje verloren. Je hebt een nieuwe stijl van omgangsvormen en altijd bekruipt je het gevoel: doe ik het wel goed, pas ik hier wel in, doe ik misschien niet iets fout? Dat is nu voorbij.’
DOOR ROBERT DULMERS
‘Voor de Nobelprijs moet je je focussen op één ding, en dat is niet mijn stijl.’
‘Blijkt dat het idee van isolatie en zelfmedelijden in Rusland de overhand heeft gekregen, ook onder mijn vrienden.’
