In zijn knappe college gegeven op 16 november 2012, over de reis naar "het Allerkleinste" noemde Robbert Dijkgraaf meermalen de electronenmicroscoop, waarmee je naar het kleinste kan kijken. Hij bedoelde eigenlijk de rastertunnelmicroscoop (STM), waarmee je met een dunne naald het oppervlak van bijvoorbeeld een goudlaagje aftast: Je kan dan de afzonderlijke atomen zien!
Turen
naar beelden in de Philips electronenmicroscoop EM200 in 1966.
In 1966 legde de heer A.C. van Dorsten ons de werking
van het electronenmicroscoop uit. Hij besprak de stralengang vanaf het
electronenkanon via electromagnetische lenzen, door het dunne object tot op het
groene fluorescentiescherm. Daarop kon je door een dikke laag loodglas met een
binoculair naar het beeld turen. Het waren geheimzinnige afbeeldingen van
objecten die tien- tot wel honderdduizend maal vergroot waren. Groot genoeg om
bacteriën en DNA-moleculen te kunnen zien; maar niet de atomen!
Af en
toe kon de Philips-man filosofisch worden. Hij vertelde dan van het angstgevoel
dat hij kreeg als hij zich probeerde voor te stellen hoe je met de
electronenmicroscoop kan doordringen in moleculen en atomen, naar het
Allerkleinste, op weg naar het oneindig kleine, het "niets"....
De
"schaal der dingen". In een helium-atoom is de atoomstraal 10,000
keer groter dan de straal van de kern. De grijze cirkel of electronenwolk geeft
de waarschijnlijkheid aan waar de 2 electronen zich kunnen bevinden. "nm"
staat voor nanometer, een miljoenste van een milimeter; "fm" staat
voor femtometer, een miljoenste van een nanometer. Als de straal van de kern 1
cm zou zijn, dan is de straal van de grijze cirkel 100 meter!
Als ik toen de animatie van Robbert Dijkgraaf had
kunnen zien, had ik de beklemming van de heer van Dorsten beter kunnen
invoelen: Het filmpje toonde een atoom van wellicht helium, ter grootte van een
collegezaal of een bol met een straal van 100 meter (zie figuur). Vervolgens
reisde het filmpje vanaf de rand van het atoom naar binnen, naar de kern die op
deze schaal een straal heeft van 1 cm. Die afgelegde afstand van ~100 m (in
werkelijkheid 0.03 nm) door een lege atoom-ruimte, die moet van Dorsten zo'n
angst hebben ingeboezemd. Ik kan het me nu beter indenken; wie heeft dit in
Godsnaam allemaal zo bedacht?
Tijdens het beantwoorden van vragen na zijn college
probeerde Dijkgraaf uit te leggen dat de ruimte tussen electronen en kern
natuurlijk niet gevuld is met partikels, maar toch, op nog onbegrepen wijze,
niet echt "leeg" te noemen is. Ook probeerde hij duidelijk te maken
dat de quantumtheorie, één van de theorieën waarmee men deze zaken probeert te
begrijpen, alléén geldt op de schaal van elementaire deeltjes. Als
quantum-effecten ervoor kunnen zorgen dat deeltjes een kans hebben om óf hier
óf daar te zijn en als deeltjes op grote afstand met elkaar verbonden kunnen
zijn, dan geldt dat niet voor een grotere schaal zoals die voor mensen of
werelden. Niettemin geloven velen van ons dat deze quantumeffecten een
verklaring zijn voor mystieke gebeurtenissen zoals bijvoorbeeld dat "alles
met alles op een betekenisvolle manier verbonden is." Een andere uitspraak
van Dijkgraaf was dat het niet geheel begrijpen van de quantumtheorie tot
onzekerheid leidt en dat een wetenschapper met die onzekerheid moet leren
leven. Wil of kan hij dat niet dan valt er nog in van alles te geloven, waarin
de schaal der dingen kan worden overschreden. Maar de angst voor een reis naar
het oneindig grote of het oneindig kleine zal voor sommigen wel blijven
bestaan.
