Gerard 't Hooft

Prof. dr. Gerardus (Gerard) 't Hooft (Den Helder, 5 juli 1946) is een Nederlandse natuurkundige. Hij wordt beschouwd als toonaangevend in de theoretische natuurkunde en won in 1999 de Nobelprijs. 't Hooft is hoogleraar aan de Universiteit Utrecht.

[bewerk] Biografie

Gerard 't Hooft werd in Den Helder geboren als tweede van drie kinderen en bracht zijn jeugd door in Den Haag. Zijn vader was maritiem ingenieur, zijn moeder kwam uit een geslacht van natuurkundigen. Zo was zijn oudoom Nobelprijswinnaar Frits Zernike, de uitvinder van de fasecontrastmicroscoop. Zijn oom Nico van Kampen, hoogleraar in Utrecht, zette hem op het pad van de natuurkunde en begeleidde hem in het begin van zijn carrière. Na het gymnasium studeerde 't Hooft wis- en natuurkunde aan de Universiteit Utrecht en promoveerde daar in 1972. Al voor de promotie publiceerde hij met zijn promotor Martin Veltman baanbrekende artikelen over deeltjesfysica, waardoor hij in één klap beroemd werd binnen het vakgebied.

Ondanks verlokkelijke aanbiedingen is 't Hooft niet naar een Amerikaanse universiteit vertrokken. Zijn binding met Nederland heeft hem in Utrecht gehouden. Sinds 1977 is hij er hoogleraar theoretische natuurkunde, verbonden aan het Spinoza-instituut sinds de oprichting in 1998. Hij heeft er op zijn beurt een aantal talenten opgeleid. Zo promoveerden Herman Verlinde, Erik Verlinde en Robbert Dijkgraaf bij hem.

In 1999 kreeg hij met Veltman de Nobelprijs Natuurkunde "voor het ophelderen van de quantumstructuur van elektro-zwakke interacties in de natuurkunde". Veltman was in 1981 uit Utrecht vertrokken met onenigheid over de eer van hun ontdekkingen, maar na de toekenning van de prijs is het conflict bijgelegd.

Sinds 1999 besteedt 't Hooft veel tijd aan lezingen in binnen- en buitenland. Eerder ontving hij ook al velerlei eerbewijzen, zoals de Wolf Prize van de staat Israël, de Franklin Medal uit de VS, de Spinozapremie en een aantal eredoctoraten. De planetoïde 9491 Thooft is naar hem genoemd. Sinds 1982 is hij lid van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen. Tevens is hij (buiten)lid van de wetenschapsacademies van België, Frankrijk en de Verenigde Staten. 't Hooft is Commandeur in de Orde van de Nederlandse Leeuw en Officier de la Légion d'Honneur.

[bewerk] Werk

Binnen de theoretische natuurkunde beschouwen velen Gerard 't Hooft als een van de grootsten van het moment en de belangrijkste Nederlander sinds H.A. Lorentz (1853-1928). Hier volgt een lijst van zijn belangrijkste wapenfeiten.

Dimensionele renormalisatie (1972)

Zijn promotie-onderzoek was de laatste stap die nodig was voor het toepassen van een bepaald soort wiskundig model, Yang-Mills-theorie, bij het beschrijven van het gedrag van de natuur op kleine schaal. De elektromagnetische en de zwakke kracht werden hiermee verenigd in één beschrijving. Dat model gaf aanvankelijk vaak 'oneindig' als uitkomst, maar door de renormalisatie-methode van 't Hooft en zijn promotor, Martin Veltman, werd het bruikbaar. Zo voorspelde het model de massa van het top-quark en de eigenschappen van de W-bosonen en het Z-boson, die later bleken te kloppen. Het voorspelde Higgs-boson is overigens nog niet waargenomen. Voor dit werk kregen 't Hooft en Veltman de Nobelprijs.

Quark confinement (1972)

De hadronen (deeltjes die onderhevig zijn aan de sterke kernkracht), zoals pionen, protonen en neutronen, bestaan uit twee of meer quarks. Opmerkelijk genoeg worden zulke quarks nooit los aangetroffen. 't Hooft gaf een verklaring voor die confinement (opsluiting), namelijk dat de aantrekking tussen de quarks sterker wordt naarmate ze meer uit elkaar worden getrokken, zodat je ze nooit los krijgt. Dit werd een ingrediënt van de quantumchromodynamica (QCD) waarvoor in 2004 nog een Nobelprijs werd toegekend (maar 't Hooft werd deze keer overgeslagen).

Large-N_c limit in de quantumchromodynamica (1974)

Voorspellingen (oplossingen) van de QCD, de theorie van de sterke kernkracht, zijn in de meeste gevallen niet exact te berekenen. 't Hooft bedacht een originele methode om de oplossingen te benaderen. De quarks uit de theorie komen voor in drie varianten, 'kleuren'. 't Hooft vatte die 3 op als een parameter N_c (het aantal kleuren), bekeek QCD met zeer grote N_c, en schatte het verschil tussen deze 'Large-N_c limit' en de werkelijkheid. Zo bereikte hij een redelijke benadering.

Holografisch principe (1993)

De hoeveelheid informatie die in een bepaalde ruimte past, is evenredig met het volume (de hoeveelheid ruimte). Althans, dat zou je denken. In werkelijkheid is ze evenredig met de oppervlakte (het grensvlak) van die ruimte. De informatie in de ruimte is op een bepaalde manier af te lezen aan de buitengrens – de inhoud is in zekere zin afgebeeld op de oppervlakte, zoals bij een hologram. Dit opmerkelijke idee, dat het holografisch principe wordt genoemd, is afkomstig van 't Hooft.

Verscheidene andere bijdragen aan de natuurkunde

De bijdragen van 't Hooft liggen vooral in de deeltjesfysica en zijn soms vrij technisch van aard. Zo loste hij in 1986 het U(1)-probleem op, een mysterie uit de deeltjesfysica. Eerder toonde hij aan dat in bepaalde modellen bijzondere oplossingen mogelijk zijn, de zogeheten 't Hooft-Polyakov-monopolen. Nog zo'n bijzondere situatie is het instanton, een andere vinding van 't Hooft.

[bewerk] Huidige onderzoeksrichting

Tegenwoordig houdt 't Hooft zich bezig met de zoektocht naar een theorie van quantumgravitatie, die de vier fundamentele natuurkrachten (elektromagnetische kracht, sterke kernkracht, zwakke kernkracht en zwaartekracht) in één model samenvat, oftewel de kwantummechanica verenigt met de algemene relativiteitstheorie. Een van de wegen waarlangs men dit probeert is de snaartheorie.

Over de snaartheorie had 't Hooft aanvankelijk bedenkingen. Hij vond dat de aanhangers van deze modieuze theorie te rooskleurige verhalen verspreidden over hun resultaten. "Loaded with overstatements" (vol overdrijvingen), zo beschreef hij de berichten uit het snaren-kamp in 1996 tegenover Scientific American, "in werkelijkheid begrijpen ze het instorten van sterren niet beter dan anderen" [1]. In latere jaren is hij zich toch met de snaartheorie bezig gaan houden. Zo geeft hij er college in en heeft hij er een aantal wetenschappelijke artikelen over geschreven.

[bewerk] Filosofische visie

't Hooft heeft in 1997 in een televisieprogramma [2] verklaard, dat hij in zijn hart determinist is: aan al het toeval in de kwantummechanica moet een helemaal door oorzaak en gevolg bepaalde detailwereld ten grondslag liggen. Daarmee schaart hij zich achter Albert Einstein, die dezelfde mening had ("God dobbelt niet"). Binnen het deterministische wereldbeeld is weinig ruimte voor een vrije wil of een persoonlijke god.

In het verlengde van dat determinisme ligt de positie die 't Hooft innam in het debat over de informatieparadox bij zwarte gaten. Terwijl Stephen Hawking en anderen zeiden dat informatie verloren kan gaan in een zwart gat, hield 't Hooft c.s. vol dat de informatie er op de een of ander manier weer uitkomt. In 2004 gaf Hawking zijn ongelijk toe [3].

Over de vraag of de natuurkunde ooit de "theorie van alles" zal weten te vinden, is hij iets minder optimistisch dan veel van zijn collega's. "Hopelijk zal de tijd het uitwijzen" en "Wie zal het zeggen?" schreef hij over diepgaande onopgeloste kwesties. In januari 2005 betoogde hij in Nature dat het aanlokkelijke idee van een natuur die maar op één manier in elkaar kan zitten en beschreven wordt door een eenvoudig wiskundig basisprincipe, niet strookt met de waarnemingen. Daarmee zet hij een nuchtere kanttekening bij het enthousiasme waarmee veel fysici op zoek zijn naar de ultieme theorie.

[bewerk] Publicaties

Voor het grote publiek schreef Gerard 't Hooft:

• De bouwstenen van de schepping. Een zoektocht naar het allerkleinste (zesde editie, Prometheus, Amsterdam, 2002). Vertaald in het Engels, Italiaans, Japans en Chinees.
• Planetenbiljart. Sciencefiction en echte natuurkunde (Bert Bakker, Amsterdam, 2006).

Enkele wetenschappelijke publicaties zijn:

• (red.) 50 Years of Yang-Mills Theory (World Scientific, Singapore, 2005)
• Renormalization of massless Yang-Mills fields Nucl. Phys. B33 (1971) 173-199
• Renormalizable Lagrangians for massive Yang-Mills fields Nucl. Phys. B35 (1971) 167-188
• (met M. Veltman) Regularization and renormalization of gauge fields Nucl. Phys. B44 (1972) 189-213
• (met M. Veltman) Combinatorics of gauge fields Nucl. Phys. B50 (1972) 318-353
• A planar diagram theory for strong interactions Nucl. Phys. B72 (1974) 461-473
• Magnetic monopoles in unified gauge theories Nucl. Phys. B79 (1974) 276-284
• How instantons solve the U(1) problem Phys. Reports 142 (1986) 357-387

[bewerk] Externe links

Meer afbeeldingen die bij dit onderwerp horen kunt u vinden op de pagina Gerardus 't Hooft op Wikimedia Commons.

• Paradisolezing 22 mei 2005 over zwarte gaten (Windows Mediaplayer)
• Tv-programma over 't Hoofts determinisme en de informatieparadox (RealPlayer)
• Lezing over kwantummechanica (RealPlayer/Quicktime) (Engels)
• Homepage Gerard 't Hooft (Engels)
• Autobiografie (Engels)
• Nobelprijs Natuurkunde 1999 (Engels)
• Artikel over de informatieparadox en het holografisch principe (Engels)