Rekenen en begrip

Prof.dr. Simon Portegies Zwart
Professor computationele astrofysica
Universiteit Leiden

Op 5 juli 1687 publiceerde Sir Isaac Newton de Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, een boek waarin hij een beschrijving gaf van zwaartekracht. Vanaf die dag zag de wereld er anders uit; de aarde was niet meer het middelpunt van het heelal en werd veroordeeld tot een eeuwig durende vrije val om de zon, zonder haar ooit te raken. De zon en aarde trekken elkaar volgens deze theorie precies even hard aan, met de getijden tot gevolg. Eb en vloed, zo realiseerde Newton zich, zijn het gevolg van de aantrekking tussen zon, aarde en maan.

Driehonderd vijfentwintig jaar later komen we nog steeds niet verder dan het geven van een kwantitatieve beschrijving van de zwaartekracht. De ontwikkeling van supersnelle computers en gespecialiseerde software hebben er echter wel voor gezorgd dat we tegenwoordig een goed begrip hebben van de gevolgen van de zwaartekracht. Waar Newton niet veel verder kwam dan het beschrijven van de beweging van zon, aarde en maan, kunnen we tegenwoordig de banen van miljoenen en zelfs miljarden sterren nauwkeurig berekenen. Hierdoor kunnen we begrijpen hoe planeten ontstaan, sterrenhopen evolueren, galaxien op elkaar botsen en kometen een eind kunnen maken aan het leven op aarde.

De belangrijkste ontwikkelingen hiervoor waren de digitale computer en de compiler. In de berekeningswetenschappen gaan hardware en software tegenwoordig hand in hand. Maar dat is niet altijd zo geweest. In de vroege beginjaren van de computer waren er nog geen compilers. De eerste digitale computer werd in 1941 door Konrad Zuse gebouwd. Het principe van de door hem gebouwde machine zit ergens diep in het zand van iedere zaktelefoon.

De eerste compiler werd 16 jaar later gebouwd door John Backus. Als gevolg hiervan nam het gebruik van de computer exponentieel toe. Momenteel rijdt er bijna geen auto meer zonder software en hardware, en zelfs Harley Davidson motorfietsen, zo ongeveer het minst innovatieve apparaten op de weg, zijn standaard uitgerust met computers.

De triomftocht van deze ontdekkingen heeft ook zijn keerzijde; zoals maar al te duidelijk wordt in de verregaande controle van bedrijven en overheid op de burger en de regelrechte terreur van de OV chipkaart. Ongeacht de geweldige ontwikkeling van computer en programmatuur begrijpen we nog steeds niet veel van de zwaartekracht. We kunnen bijna een triljoen keer sneller rekenen dan 70 jaar geleden, en toch zal dat noeste rekenen ons nooit het diepere inzicht kunnen verschaffen van zwaartekracht; razendsnel kunnen rekenen is geheel iets anders dan echt begrip. Het zal een grote investering in excellente onderzoekers vergen om dat begrip te ontwikkelen. Breinen zijn niet te programmeren maar wel te trainen, en excellent onderzoek kan worden gestimuleerd door fors te investeren in jong talent. Misschien dat we dan toch nog eens echt gaan begrijpen hoe zwaartekracht werkt.


Andere bijdragen in Het heelal, Natuur- en Sterrenkunde