Voor veel mensen is materie het fundament van ons bestaan. De mens is opgebouwd uit atomen en moleculen. Al het gedrag dat wij vertonen, onze gedachten, gevoelens, ideeën en manieren van handelen komen voort uit de molecuulprocessen in onze hersenen. Wij zijn ons brein. Onze aanleg, zowel fysiek als geestelijk, ligt verankerd in onze genen, in ons DNA-materiaal aldaar. Zo denkt de wetenschap van tegenwoordig.

Kijken we naar waar die atomen en moleculen uit bestaan, dan kunnen we eerst het atoom zelf ontleden. Het woord atoom komt van a-toom, wat ondeelbaar betekent. De Griek Democritus kwam als eerste met dit begrip aanzetten. Pas zo’n 100 jaar geleden ontdekte men dat een atoom een kern van (positief geladen) protonen en neutronen heeft, met daar omheen zwervend (negatief geladen) elektronen. Ernest Rutherford toonde in 1908 met zijn beroemd experiment van het schieten van alfadeeltjes op goudatomen aan dat het atoom zelf wonderlijk genoeg voornamelijk leeg is; tussen kern en elektronen bevindt zich een grote lege ruimte.

Het woord atoom hield zijn definitie van ondeelbaar zijn niet langer stand. Het atoom blijkt, zoals gezegd, op te splitsen te zijn uit drie andere deeltjes. Lange tijd dacht men dat protonen, neutronen en elektronen de nieuwe elementaire deeltjes waren, ondeelbaar dus. Tot de natuurkundige Gell-Mann in 1964 stelde dat zowel protonen als neutronen uit weer kleinere deeltjes bestaan, de zogenaamde quarks. Ik heb hier eerder over geschreven, zie hier. Er bestaan zes soorten quarks en dus ook zes antideeltjes hiervan. Het proton is opgebouwd uit twee up-quarks en één down-quark. Het neutron uit één up-quark en twee down-quarks. Het elektron bleef wel overeind als elementair deeltje.

Deze nieuwe inzichten ontstonden doordat men vanaf de jaren zestig van de vorige eeuw in deeltjesversnellers elektronen met hoge snelheid op protonen kon laten botsen. In de jaren zeventig en tachtig ging men verder met dit soort experimenten. Men ontdekte toen dat het nog veel ingewikkelder in elkaar zat. Behalve de eerder aangetoonde quarks bevonden zich ook bepaalde antiquarks in de protonen. Deze antiquarks konden weggestreept worden tegen de vele andere quarks, waardoor er netto drie quarks in het proton overbleven.
Men voerde de snelheid van de botsende deeltjes steeds meer op. Er kwamen nieuwe vragen naar boven. Waarom bevat het proton een zee aan quark-antiquark paren? Bij elk experiment kwamen er weer andere uitkomsten uit. De conclusie was dat het proton lijkt op een ingewikkelde verzameling van talloze rondkrioelende quarks en antiquarks. De wetenschap voerde nieuwe deeltjes in, want de quarks en antiquarks moesten door bepaalde krachten bijeen gehouden worden. Men noemde ze gluonen; lijmachtige krachtdeeltjes die niet afzonderlijk zijn waar te nemen. Die gluonen zouden tijdelijk op te splitsen zijn in een quark en een antiquark. Omdat ze perfect elkaars tegenhanger zijn, heffen ze elkaar op en verdwijnen weer.

Hoe een proton er vervolgens uitziet is volstrekt onduidelijk. We belanden hier namelijk in het gebied van de quantummechanica. Hier gelden speciale regels. Of beter gezegd, geen enkele ons bekende regel gaat hier nog op. Het proton wordt om die reden tegenwoordig beschouwd als een wazige quantumwolk die meerdere gedaantes tegelijk kan aannemen. Het kan ook op verschillende plekken tegelijk zijn. Hoe het eruit ziet en zich gedraagt, hangt af van hoe men waarneemt, van de meting die men doet. Onze intuïtie en gevoel voor logica haken hier af. Zeker als uit experimenten blijkt dat het proton op sommige ogenblikken uit verschillende soorten quarks bestaat die bij elkaar een grotere massa hebben dan het proton zelf. De massa van het proton blijkt dus te fluctueren. Stijgt heel af en toe boven zichzelf uit. Een krankzinnig idee natuurlijk. Maar wel bevestigd in verschillende onderzoeken met deeltjesversnellers.

Van wat materie in werkelijkheid is, blijft steeds minder duidelijkheid over. Des te dieper de wetenschap erin duikt, des te vager het wordt met alleen maar waarschijnlijkheden. Wel weten we nu dat materie voornamelijk lege ruimte is. En wat we aan 'vastigheid' zien is afhankelijk van wie er waarneemt en hoe we waarnemen. Met een gedrag van het waargenomene waar we in feite niets van begrijpen. Niet echt een stevig fundament om ons bestaan op te baseren.