Blog: Informatie (Frans van Lunteren)

Door Frans van Lunteren

Een goed kunstwerk combineert twee zaken: het geeft uitdrukking aan de tijd waarin het is ontstaan en voegt daar iets tijdloos aan toe. Goede wetenschap streeft nog nadrukkelijker naar tijdloosheid. De waarheid is immers niet tijdgebonden. Toch weerspiegelen ook wetenschappelijke theorieën vaak aspecten van de tijd waarin zij tot stand kwamen. Een oud en een recent voorbeeld.

De belangrijkste innovatie in de negentiende-eeuwse natuurkunde is de introductie van het nieuwe begrip ‘energie’ of, zoals het in Nederland werd genoemd, ‘arbeidsvermogen’. Het dankte zijn ontstaan deels aan de analyse van het werkpaard van de industriële revolutie: de stoommachine. Het begrip ontstond tegelijkertijd met de daarmee verbonden behoudswet en vond een vroege toepassing in een vernieuwde visie op het leven. Niet toevallig waren er enkele medici onder de pioniers, zoals Mayer en Helmholtz. Net als een stoommachine zet een organisme chemische energie, opgeslagen in respectievelijk de steenkool of het voedsel, om in warmte en arbeid. Vergelijking van input en output leert dat er geen ruimte resteert voor andere vormen van energie, en dus evenmin voor de ‘levenskrachten’ die tot dan toe het leven definieerden. Om de eliminatie van die levenskrachten was het deze vernieuwers veelal te doen.

Energie

Ook de levenloze natuur bleek een reservoir van verschillende vormen van arbeidsvermogen. Energie werd hèt centrale begrip in de fysica en daarop volgend in de fysische chemie. Aan het einde van de negentiende eeuw meenden sommigen zelfs dat niet materie, maar energie de ultieme grondstof vormde van de werkelijkheid. Was de natuur ooit een klok, inmiddels was zij veranderd in een stoommachine. Die metafoor had al eerder goede diensten bewezen in de opkomende geologie. James Hutton vergeleek de op-en-neergaande beweging van de continenten onder invloed van onderaardse hitte met die van de zuiger van de stoommachine. Vulkanen fungeerden daarbij als veiligheidskleppen, die de druk enigszins reguleerden. Veel later zag Freud in de stoommachine een bruikbare metafoor voor verschillende aspecten van de menselijke psyche. Een klein deel daarvan is gemeengoed geworden. Wij hebben een uitlaatklep nodig en moeten af en toe stoom afblazen.

De laatste decennia heeft het industriële tijdperk bij ons plaatsgemaakt voor wat nu het informatietijdperk wordt genoemd. De nieuwe werkpaarden zijn informatieverwerkende systemen, oftewel computers. Dit tijdperk vindt zijn wortels in de in de uiteenlopende manieren om tijdens de oorlog informatie over te zenden, te versleutelen en te decoderen. De naoorlogse informatietheorie schoof ‘informatie’ naar voren als een uiterst fundamenteel begrip, van vergelijkbare orde als materie en energie. Niet lang daarna vond het begrip zijn weg binnen de verschillende natuurwetenschappen. Sinds enkele decennia horen we biologen roepen dat de essentie van het leven gelegen is in informatie, ‘gecodeerd’ in de basenvolgorde in het DNA in onze celkernen en ‘vertaald’ in de aminozuren waaruit de eiwitten worden opgebouwd. Neurowetenschappers zoeken de essentie van ons bewustzijn in in de informatienetwerken in onze hersenen.

De sleutel

Iets recenter hebben ook natuurkundigen informatie ontdekt als sleutel tot een dieper begrip van de werkelijkheid. Onze eigen Gerard ’t Hooft is één van de pioniers op dit gebied. Zo suggereerde hij eind vorige eeuw dat de natuur niets anders is dan een informatieverwerkend systeem en dat, op de Planckschaal bezien, informatie wellicht de ultieme bouwsteen van onze werkelijkheid vormt. De stoommachine is veranderd in een computer. Een fascinerende uitwerking van deze gedachte is ‘t Hoofts holografisch principe. Het komt er ruwweg op neer dat de volledige beschrijving een fysisch systeem binnen een bepaalde ruimte gezien kan worden als zijnde vastgelegd – gecodeerd – in de informatie in het grensvlak dat die ruimte omgeeft. Het doet een beetje denken aan Plato’s grot.

De nieuwste loot aan deze stam is Erik Verlinde’s nieuwe zwaartekrachttheorie, waarin de zwaartekracht tevoorschijn treedt als een entropische kracht, voortkomend uit de verdeling van informatie. Het is nog te vroeg om dat te beoordelen, maar mocht deze weg uiteindelijk vruchtbaar blijken dan hebben we hier een mooi voorbeeld van tijdgebonden tijdloosheid. En hetzelfde geldt voor het begrip energie.

De stoommachine mag dan goeddeels verdwenen zijn, energie is zo’n gangbaar begrip geworden dat we ons nauwelijks meer kunnen voorstellen hoe we het ooit zonder hebben afgekund.