De mens ontleed
“Een atoom in je linkerhand, komt waarschijnlijk heel ergens anders vandaan, dan een atoom in je rechter”, aldus theoretisch fysicus prof. Stefan Vandoren (UU). Om te verklaren hoe de natuurkunde de mens ziet, moet hij bijna letterlijk ons lichaam ontleden. Zou je onze organen, ons huidweefsel, DNA en zenuwcellen steeds verder uit elkaar halen, dan zie je dat de mens voor 95% opgebouwd is uit slechts vier verschillende deeltjes: de atomen koolstof (C), zuurstof (O), waterstof (H) en stikstof (N). Waar komen die atomen vandaan?
Een knallende start
Alles begon bij de oerknal, legt Vandoren uit. Daarbij ontstond het heelal en vervolgens ook de eerste atomen. Tijdens die oerknal kwam er namelijk in één klap een enorme hoeveelheid energie vrij. Vlak na de oerknal werd die energie omgezet in materie. Met als resultaat dat de eerste elementen, waterstof en helium, het heelal in werden geslingerd.
Inmiddels kent de natuur veel meer elementen dan alleen het lichte waterstof en helium: een heel periodiek systeem vol. Hoe hebben die allemaal kunnen ontstaan? Niet dankzij een tweede oerknal, maar onder invloed van de zwaartekracht. Waterstof en helium worden door elkaar aangetrokken. Ze klonteren samen tot sterren. Hierbinnen vindt kernfusie plaats: de zwaartekracht perst de lichtere elementen zodanig op elkaar, dat ze niets anders kunnen dan samensmelten tot een zwaarder element. Sterren zijn dus als het ware atoomfabrieken. Van kleine elementen worden steeds grotere atomen gemaakt. Waaronder ook de bouwstenen van de mens: koolstof, zuurstof en stikstof.
Fabrieken hebben brandstof nodig. Maar de brandstoftoevoer van sterren is niet oneindig. Naarmate er meer zwaardere elementen worden gemaakt in de ster, raakt het aantal lichte atomen op. Zwaartekracht is er echter nog steeds. De druk wordt opgevoerd, maar er worden geen nieuwe elementen meer gemaakt. De ster is nu instabiel: waar moet al die ongebruikte kracht naartoe? Als enige uitweg, als laatste krachtuitspatting, explodeert de ster uit elkaar. Alle gemaakte elementen worden met grote kracht het heelal in geslingerd. Ook onze kant op, richting de aarde. Tevens precies die elementen, die nodig zijn om hier leven te brengen: C, H, N en O.
Meer dan een hoopje atomen
Alle materie op aarde hebben we dus in beginsel te danken aan de explosieve kracht van stervende sterren. De atomen uit het heelal zijn de bouwstenen van ons lichaam. Stapel ze bij elkaar op, en je hebt een mens. Is een mens dan niet meer dan een hoopje sterrenstof? Op atoomniveau wellicht wel. Maar zo simpel als het klinkt, zo ingewikkeld is de uitvoering van het bouwpakket. Eén van de uitdagingen van de natuurkunde is namelijk om zowel de processen op atoomniveau als op hogere niveaus te verklaren. Atomen vormen samen de grotere onderdelen van het lichaam zoals huidcellen, bloedvaten en organen. Maar als we begrijpen hoe atomen werken, betekent dat nog niet dat we ook direct snappen hoe een orgaan functioneert. Hoe verklaart de natuurkunde het verband tussen het gedrag van atomen en de werking van grotere structuren?
Die verklaring vind je niet door te kijken naar atomen alleen. Om grip te krijgen op hoe de kleinste en grotere processen met elkaar samenhangen, heeft een natuurkundige ten minste twee perspectieven nodig, vertelt Vandoren. Wil hij een proces leren begrijpen, dan is het enerzijds nuttig om dat proces in kleine stukjes op te knippen en die in isolatie te doorgronden: reductie. Maar even belangrijk is om ook weer uit te zoomen. Voor volledig begrip moet de fysicus niet vergeten ook te bestuderen hoe die losse onderdelen zich gedragen als collectief: emergentie.
Ter verduidelijking verwijst Vandoren naar golfbewegingen op zee. Kijk je naar één watermolecuul in het water, dan zie je enkel dat deze op en neer beweegt. Maar kijk je naar het grotere geheel van watermoleculen, dan zie je een golfbeweging van links naar rechts. Beide perspectieven zijn nodig om te doorgronden hoe water zich gedraagt. En beide perspectieven zijn nodig om de mens te begrijpen. We zijn sterrenstof, maar ook meer dan dat.
Is natuurkunde genoeg?
Maar wat is de mens dan nog meer? Is natuurkunde alleen wel in staat om zowel het kleine als het grote verhaal te vertellen? Kunnen atomen en natuurkundige wetten volledig omvatten hoe het menselijk lichaam werkt en wat het betekent om mens te zijn? Vandoren denkt van niet. Andere disciplines zoals de biologie, scheikunde en filosofie moeten met elkaar samenwerken om het verhaal over de mens rond te krijgen.
Desondanks geeft een natuurkundige blik op de mens een waardevol inzicht. Wij zijn een onlosmakelijk deel van een groter geheel. De mens opgebouwd uit sterrenstof heeft een logisch verklaarbare plek in het universum. Een bijna poëtisch idee, dat oproept tot respect en bewondering voor de mens, de aarde en het heelal. De natuurkunde kan nog niet alles verklaren. Maar, concludeert Vandoren, het is de moeite waard om te proberen hoever we kunnen komen. “Door het heelal proberen te begrijpen, begrijpen wij ook een beetje van onszelf.”
