‘Ik probeer wetenschap in de Arabische wereld op de kaart te zetten’

Nobelprijswinnaar Ahmed Zewail pleit voor een betere dialoog tussen oost en west, en noord en zuid. ‘Vrees en onbegrip drijven ons als mensen uit elkaar.’ Van femtoseconden naar wereldpolitiek.

“Het einde zal nabij zijn als de zoekers van kennis tevreden zijn met hun eigen resultaten.” Met deze uitspraak van de Egyptische schrijver Taha Hussein besloot Ahmed Zewail zijn acceptatiespeech voor de Nobelprijs. Zewail (60) kreeg de Nobelprijs in 1999 voor het gebruik van femtospectroscopie en werkt nog op volle kracht. Vorig jaar publiceerde hij metingen in het tijdsdomein van enkele tientallen attoseconden. Voor het perspectief: 1 femtoseconde staat tot 1 seconde als 1 seconde staat tot 31.688.7645 jaar! Op deze heel kleine tijdschaal worden chemische bindingen gemaakt en verbroken, het is de tijdschaal waarop atoomkernen bewegen. Een attoseconde is nog duizendmaal kleiner en komt overeen met de tijdschaal waarop elektronen bewegen.

Zewail is geboren in Egypte en vertrok na zijn studie naar de VS. Sinds 1976 is hij verbonden aan het California Institute of Technology, waar hij sinds 1990 de prestigieuze Linus Pauling-leerstoel voor chemische fysica bezet. Zewail was, na Abdus Salam, de tweede moslim die ooit een Nobelprijs natuur- of scheikunde ontving.

Je bent hier in Groningen voor het afscheidssymposium van prof. Douwe Wiersma. Hoe omschrijf je zijn wetenschappelijke stijl?

“Ik ken Douwe al meer dan 35 jaar. Hij is altijd een creatief persoon geweest. Vaak bedenkt hij het essentiële experiment. Hij heeft echt een neus voor ‘goede’ problemen. Gedurende zijn hele carrière is Douwe daarin heel consistent geweest. Hij deed mee toen NMR opkwam, werkte aan optica en denkt nu na over biologie. Zijn belangrijkste bijdragen aan de wetenschap liggen voor mij op het terrein van de femtospectroscopie. In mijn optiek heeft hij de meest elegante experimenten in het veld gedaan.”

Het had niet veel gescheeld of je had zelf in Nederland gewerkt, is het niet?

“Ja, dat klopt. Jan van der Waals bood mij een postdoc aan, maar ik had vijf andere aanbiedingen. Ik weet niet waarom, hoe beslist men zoiets? Maar uiteindelijk besloot ik naar Berkeley te gaan.”

In zekere zin is femtochemie het einde van de weg. Op femtoschaal vinden chemische reacties plaats. Waarom wil iemand naar een nog hogere tijdsresolutie gaan?

“Het Nobelcomité sprak over het einde van de race tegen de klok. Wat het bedoelde was dat voor elke chemische reactie het uiteindelijk gaat om de beweging van de kernen en die vindt plaats op femtoschaal, de vibratietijdschaal.

Verschillende groepen kunnen nu meten in het subfemtodomein. Je wilt dan de beweging van de elektronen bekijken. Je stuit wel op een interessante fundamentele limiet als gevolg van het onzekerheidsprincipe. De energie die je in het systeem kunt stoppen met femtopulsen is typisch een paar elektronvolt, van dezelfde orde als de chemische energie. Terwijl met pulsen van een paar attoseconden je een onzekerheid van 20 of 30 eV in de energie hebt en je dus niet de dynamiek van chemische bindingen kunt bestuderen. Met attopulsen kun je wel elektronen bekijken die bijvoorbeeld uit een oppervlak komen, of van moleculen, plasma’s of ionen afkomstig zijn.”

Zal het ooit mogelijk zijn om één enkele reactie te bestuderen? Je kijkt weliswaar op een heel korte tijdschaal, maar nog wel naar een groot aantal deeltjes tegelijk.

“Er is iets interessants aan de hand hier. Omdat je het systeem zo vastpint in de tijd wordt de golffunctie ruimtelijk uitgesmeerd. Maar door de heel korte puls maak je feitelijk een golfpakketje, waarbij alle moleculen zich in dezelfde toestand bevinden, waardoor je in principe kijkt naar het pad van één enkel molecuul. Op dit moment proberen we enkele moleculen te visualiseren met behulp van microscopie op femtoschaal.”

Zal het werken met enkele moleculen dan wel extra informatie opleveren?

“Dat weet ik nog niet. Vaak herhaal je experimenten aan enkele moleculen vele malen om een idee van de statistische verdeling te krijgen. De vraag is inderdaad wat je daarvan kunt leren.”

Jouw onderzoek beweegt zich steeds meer richting de biologie met de bijbehorende complexere moleculen. Geloof je in de studie van complexiteit als nieuw wetenschappelijk veld?

“Het woord complexiteit krijgt erg veel media-aandacht, maar het wordt eigenlijk nooit goed gedefinieerd. Alles op aarde is in zekere zin complex. Maar, neem een biomotor met een specifieke functie, bijvoorbeeld polymerase of een groot ribosoom. De vraag is dan: kunnen we de functie begrijpen uit de som van de verschillende onderdelen of is het een emergent property die het gevolg is van een collectieve interactie? [zoals een orkaan dat is in een weersysteem, red.]. Ik ben niet noodzakelijk geïnteresseerd in het uiteenrafelen van iets, maar meer in de vraag: wat zijn de algemene wetten waardoor complexe systemen zulk complex ‘gedrag’ laten zien?”

En? Zijn enzymactiviteiten het gevolg van collectieve interacties?

“Ik denk dat systemen niet wanordelijk in elkaar zijn gestoken. Je hebt vijftig eiwitten nodig in polymerase om RNA te maken, als je er eentje weghaalt, dan werkt het enzym niet. Dus moet er iets in gezamenlijkheid gebeuren. In de hele natuur zie je op elk niveau complexe systemen die met elkaar verbonden zijn. Kan ik dat vanuit de kwantummechanica begrijpen? Of is er meer nodig?

Een mutatie in een enzym ver weg van het actieve centrum kan makkelijk de reactiesnelheid met een factor 100 veranderen. Er is dus op z’n minst een beïnvloeding.”

De Amerikaanse luchtmacht heeft jouw onderzoek op een, naar je zelf zegt, kritisch moment financieel gesteund. Wat was het belang daarbij?

“Dat weet je nooit. De VS hebben een lange traditie waarbij defensie fors investeert in fundamenteel onderzoek ten behoeve van het opbouwen van fundamentele kennis. Het Office of Naval Research heeft waarschijnlijk meer Nobelprijswinnaars financieel gesteund dan wie dan ook. Op de lange termijn was men waarschijnlijk geïnteresseerd in ultra-intense korte lichtpulsen. Dergelijke lasers kunnen materialen modificeren en zijn daarmee voor defensie van belang.

Ik beschouw mezelf gelukkig in die zin dat ik altijd heb gestreden voor fundamenteel onderzoek, en dat ik ook altijd financiële ondersteuning heb ontvangen voor fundamenteel onderzoek. Ik heb nooit mijn onderzoek hoeven te rechtvaardigen omdat het direct zou leiden tot een of andere toepassing. Ik ben heel gelukkig geweest dat ik heb kunnen doen wat ik leuk vind.”

Het grappige is dat op jouw, natuurlijk bijzonder imposante, cv er slechts één patent staat. Het lijkt erop alsof het een weddenschap betrof?

“Inmiddels heb ik er twee! Caltech stond erop dat mijn laatste idee werd vastgelegd in een patent. Ik ben er de persoon niet naar om bedrijven

op te zetten. Dat interesseert me niet.”

De Arabische wereld heeft een krachtige wetenschappelijke traditie gekend. Op dit moment lijkt men echter weinig belang te hechten aan wetenschap. Zelfs de rijke oliestaten investeren nauwelijks in kennis. Raakt dat je?

“Dat raakt me zeer zeker. De Arabische en ook de moslimwereld hebben een enorme wetenschappelijke traditie. Duizend jaar geleden liep men voor op Europa. Er zijn verschillende krachten – zonder op de details in te gaan – waarop dit in het slop is geraakt sinds het Ottomaanse rijk. Men heeft diverse keren geprobeerd om wetenschap nieuw leven in te blazen. Wat de Arabische wereld nú heeft is niet alleen geld, maar ook menselijk kapitaal. In Egypte alleen al wonen 70 miljoen mensen. De beste hartchirurg in Londen komt uit Egypte. Dat betekent dat je die mensen in de Arabische wereld niet de juiste kansen geeft om een dergelijke excellentie te bereiken.

Wat ik probeer uit te dragen als Nobelprijswinnaar is dat men moet investeren in jonge mensen en centers of excellence. Dat geldt voor Egypte. Wat betreft de Golfstaten: Koning Abdullah van Saoedi-Arabië wil een nieuwe universiteit opzetten. Ik zit in het bestuur. Qatar heeft een nieuwe universiteitsstad opgezet, daar zit ik ook in het bestuur; in Dubai ben ik betrokken bij eenzelfde soort initiatief. Ik probeer zo wetenschap in de Arabische wereld op de kaart te zetten. Maar niet alleen daar, ik was ook onder meer in China en Korea. Ik geloof namelijk sterk dat je jonge mensen enthousiast kunt maken voor wetenschap. Niet noodzakelijkerwijs omdat je kanker wilt genezen of een nanobuis kunt maken, maar omdat het gaat om fundamentele problemen. Het gaat om de intellectuele uitdagingen!”

FEITELIJK

Klein, kleiner kleinst

Atto: 10-18, afkomstig van het Deense ‘atten’ dat achttien betekent.

Femto: 10-15, afkomstig van het Deense of Noorse ‘femten’, het Oud-Noorse ‘fimmtān’, ofwel vijftien.

Pico: 10-12; afkomstig uit het Spaans. ‘Pico’ is in het Spaans bek, kleine hoeveelheid. Picar betekent prikken.Nano: 10-9; van het Griekse ‘nanos’, dat dwerg betekent.

Micro: 10-6; afgeleid van het Griekse ‘mikros’ (klein)

Bron: C2W 3, 16 februari 2008

Onderwerpen