Waarom moderne natuurwetenschap onze kijk op de realiteit niet fundamenteel verandert

Hans Custers schreef een gastblog in reactie op de serie artikelen van Klokwerk over filosofie in de oudheid.

De afgelopen tijd had ik een paar stevige discussies met Klokwerk, die vooral uitliepen op spraakverwarring. De blogs van Klokwerk gingen over de oertijd van de filosofie, maar de onbedwingbare neiging om in discussie te gaan werd bij mij getriggerd door paralellen die erin werden getrokken met het heden. Volgens Klokwerk zou de moderne natuurwetenschap onze huidige kijk op de realiteit, of onderdelen daarvan, op losse schroeven zetten. Ik denk dat daar op dit moment geen aanleiding voor is en dat het voorlopig dan ook niet zal gebeuren.

Paralellen met het verleden kunnen best nuttig zijn. Daarom ga ik eerst ook ver terug in de tijd, naar een verhaal uit de tijd dat er nog niet of nauwelijks wetenschap bestond: het Bijbelse scheppingsverhaal. Het begint met de vrij achteloze melding dat God de hemel en aarde schiep. De hemel is dan nog leeg: een canvas waar de schepper later licht en donker en hemellichamen op schildert. En voor de aarde lijkt hetzelfde te gelden. De vaste, dode materie van rotsen, klei en zand heeft geen verdere aandacht nodig. Het is een vanzelfsprekendheid, die blijkbaar niet tot de verbeelding sprak van de schrijver van het verhaal. In vaste, levenloze materie zit geen mysterie. Zo hebben we het vrijwel altijd en overal in onze geschiedenis ervaren. Nu nog steeds. Metaforen over rotsen, of klei, of aarde gaan nooit over iets dat ongrijpbaar of onbegrijpbaar is; het tegendeel is eerder het geval.

Het mysterie ophelderen

Het mysterie zit in wat beweegt en verandert. Dat begint al bij water, dat soms uit de hemel valt, dat dagelijks stijgt en daalt aan de kust, en dat soms kan verdwijnen uit een rivier, of juist het land overspoelt. Lucht heeft weer wat meer mysterie: dat onzichtbare spul kan kou brengen, en verschroeiende hitte, en soms heeft het een vernietigende kracht. Andere fenomenen zijn nog mysterieuzer, zoals vuur en bliksem. En het grootste mysterie is het leven zelf, dat zich manifesteert in de vorm van materie, maar op een bepaald moment dat materiële omhulsel weer verlaat. Omdat de evolutie ons heeft opgezadeld met de neiging om dingen te willen begrijpen, gingen we proberen om al die mysteries op te helderen. Die pogingen leverden verhalen op. Verhalen die een korte route vormden naar een verklaring van iets dat niet werd begrepen. Dat soort verhalen rekenen we tegenwoordig tot de metafysica.

Niet iedereen nam daar genoegen mee. Er waren zonderlingen die probeerden om de wereld te begrijpen via logica en bewijs uit waarnemingen of experimenten. En dat lukte soms ook nog. Het ging niet snel, maar er kwam een moment dat zo’n zonderling een metafysisch verhaal omver wist te kegelen met argumenten waar niks tegen in te brengen was. En later was er nog zo een. En nog een. Begin twintigste eeuw waren we zover dat geen enkel metafysisch verhaal nog stevig op zijn fundamenten stond. De wetenschappelijke methode was superieur gebleken aan al het andere dat was geprobeerd om de werkelijkheid te begrijpen. Onze kijk op de realiteit was ondertussen ingrijpend veranderd. Vooral de kijk op onszelf. Van de kroon op de schepping waren we gereduceerd tot een toevalligheidje op een minuscuul planeetje in het gigantische universum. Die deuk in ons collectieve ego werd gecompenseerd door alle goeds dat de wetenschap bracht. Het besef hoe intelligent we zijn als soort, bijvoorbeeld. En natuurlijk alle luxe waarin we leven.

De diepere waarheid en Schrödingers kat

Ondanks alle kennis die we nu hebben, blijkt er nog steeds behoefte te zijn aan andere verhalen. Over een diepere waarheid die mogelijk achter al die kennis zou kunnen liggen. Blijkbaar zit die behoefte ergens diep in ons. Het zijn vaak ook best mooie verhalen natuurlijk, die spannender en aansprekender zijn dan de droge en ingewikkelde wetenschap. Bovendien hebben ze het voordeel dat ze minder gebonden zijn aan logica en bewijs, waardoor het makkelijker is om er wat wensdenken in te stoppen. Al zou het ook best kunnen dat vooral het mysterie ons aan blijft trekken. Dat zou bijvoorbeeld verklaren waarom het verhaal van Schrödingers kat zo bekend is geworden. Een kat die tegelijk dood en levend is; veel mysterieuzer kun je het niet krijgen. Dat Schrödinger dat verhaal niet bedacht als wetenschappelijk mysterie, maar juist als demystificatie is dan weer veel minder bekend. Natuurlijk is die kat niet in twee toestanden tegelijk. Schrödinger toonde de absurditeit aan van een te letterlijke interpretatie van een ‘meting’ of ‘waarneming’ in de kwantummechanica. Een overgrote meerderheid van de kwantumfysici is het daar tegenwoordig mee eens. Wat traditioneel een meting wordt genoemd, is een feite niet meer dan een interactie met iets dat groter is dan de kwantumschaal. Het is dus zeker niet zo dat vaag kwantumgedrag pas verdwijnt op het moment dat iemand dat bewust waarneemt.

Wie naar mysterie zoekt als aanknopingspunt voor een verhaal, kan dat altijd wel ergens vinden in de buurt van de grens van wat we nog weten. Ergens voorbij die grens moet dan de diepere waarheid achter alle wetenschappelijke kennis liggen. En natuurlijk is er voorbij die grens ook alle ruimte voor speculaties en mystificaties. De natuurkunde van de afgelopen eeuw biedt de nodige aanknopingspunten: ruimte en tijd die flexibel zijn, deeltjes die ook golven zijn en omgekeerd, fundamentele onzekerheid en onvoorspelbaarheid. Je kan er alle kanten mee op en dat gebeurt dan ook. Er zijn zelfs nogal wat theoretisch natuurkundigen die daaraan meedoen. Ze denken dat de realiteit niet bestaat, maar een simulatie is. Of een holografische projectie. Dat een experiment bewijst dat informatie op kwantumniveau terug kan reizen in de tijd. Of dat kwantummechanica kan bewijzen dat de mens een vrije wil heeft. In het beste geval zijn zulke beweringen wilde speculaties en in het slechtste geval aantoonbare nonsens.

Technologie

De ontnuchterende realiteit is vooral dat die mysterieuze verschijnselen helemaal geen betekenis hebben voor hoe wij de realiteit beleven. De meeste mensen zullen wel weten dat GPS-satellieten hun klok af en toe een beetje bij moeten stellen vanwege de flexibele ruimtetijd, maar dichterbij onze belevingswereld komt de relativiteitstheorie niet. En de rare kwantumverschijnselen bestaan, een enkele uitzondering daargelaten, alleen op subatomair niveau. Er is geen enkele reden waarom ik mezelf, of mijn soortgenoten, of de wereld om me heen anders zou moeten zien als ik weet dat de deeltjes in de atomen in de moleculen in de cellen van mijn lichaam ook een golfkarakter hebben. Of dat het onzekerheidsprincipe van Heisenberg van toepassing is op die deeltjes. En dat een individueel deeltje onvoorspelbaar is heeft ook helemaal geen betekenis, omdat er miljarden van die deeltjes in elke kubieke millimeter van ons lichaam zitten. En van onze omgeving. Het gedrag van die deeltjes samen is prima voorspelbaar. Via de wetten van de klassieke natuurkunde.

De wetenschap heeft in de loop van de eeuwen zeker veel invloed gehad op hoe we naar onszelf en onze omgeving kijken. Maar wel vooral via inzichten die heel eenvoudig te begrijpen zijn en die eerdere intuïties of (vaak religieus geïnspireerde) overtuigingen onderuit haalden. Over de evolutie bijvoorbeeld, of de leeftijd van de aarde, of onze plaats in het universum. Andere tegenintuïtieve inzichten – hoe licht en andere straling als golven door een lege ruimte bewegen bijvoorbeeld, of hoe de uitdijing van het heelal niet vertraagt maar versnelt – hadden niet of nauwelijks zo’n effect. Natuurlijk is onze blik op de realiteit de afgelopen eeuw flink veranderd en heeft natuurwetenschap daar alles mee te maken. Maar dan gaat het om toepassing van die wetenschap in technologie: radio, telefoon, tv, internet, satellieten, vliegtuigen, ruimtevaart. Het effect daarvan op onze belevingswereld is oneindig veel groter dan dat van de wetenschappelijke kennis zelf.

Wie weet zorgt de kwantummechanica ooit voor een volgende technologische revolutie, die ons wereldbeeld op zijn kop zet. Of voor een spectaculaire doorbraak. Een bevestiging van theorieën over het multiversum bijvoorbeeld, waardoor we na het geo- en heliocentrisme ook het universiocentrisme overboord zouden moeten zetten. Maar zover is het zeker nog niet. En mocht het ooit wel gebeuren dan zal er nog steeds niks veranderen aan de aantrekkingskracht van mysterie, en onze neiging om daarover te filosoferen, te speculeren en te fantaseren. Niets zo onveranderlijk als de menselijke natuur.

Reacties (4)

#1 George

Dag Hans,

Ik begrijp even niet wat je precies in dit artikel wilt zeggen mbt kwantummechanica (=QM – KM kan ook ‘klassieke mechanica’ betekenen :-)).

Je zegt (citaat):
En de rare kwantumverschijnselen bestaan, een enkele uitzondering daargelaten, alleen op subatomair niveau. Er is geen enkele reden waarom ik mezelf, of mijn soortgenoten, of de wereld om me heen anders zou moeten zien als ik weet dat de deeltjes in de atomen in de moleculen in de cellen van mijn lichaam ook een golfkarakter hebben. Of dat het onzekerheidsprincipe van Heisenberg van toepassing is op die deeltjes. En dat een individueel deeltje onvoorspelbaar is heeft ook helemaal geen betekenis, omdat er miljarden van die deeltjes in elke kubieke millimeter van ons lichaam zitten. En van onze omgeving. Het gedrag van die deeltjes samen is prima voorspelbaar. Via de wetten van de klassieke natuurkunde.
(einde citaat)

Dit suggereert dat QM vanwege haar kleinschaligheid niet manifest is en dat de allerdagse wereld die je ziet met klassieke natuurkunde voorspelbaar is. Dit is historisch al niet juist: het waren juist macroscopisch waargenomen verschijnselen die niet klassiek verklaard konden worden (zgn. zwarte straler, foto-electrisch effect) die de ontwikkeling van QM hebben gestart.

Volgens de klassieke natuurkunde zou alles met een temperatuur een oneindige hoeveelheid energie uitstralen
(vanwege zgn. ‘ultraviolet catastrofe’). Atomen zouden niet kunnen bestaan (en daarmee geen chemie en
dus uiteindelijk geen leven). Onze zon zou niet kunnen stralen (daar is kernfusie voor nodig, dit vereist QM).

Dat we de wereld om ons heen ueberhaupt kunnen zien hebben we dus aan QM te danken.

En dan zijn er een heleboel toepassingen die juist expliciet gebruik maken van QM, een paar voorbeelden:
-electronenmicroscoop (gebruikt het feit dat electronen ook golfeigenschappen hebben)
-MRI-scan (gebaseerd op magnetische resonantie, een echt QM effect)
-laser (gebruikt ondermeer, maar zeker niet uitsluitend in CD, DVD en blue ray spelers)
-electronica: QM speelt een cruciale rol bij begrijpen (en toepassen) van halfgeleiders. Sowieso schijnen de
circuits op microprocessoren tegenwoordig zo klein te zijn dat je rekening moet houden met QM.
Wij zouden deze discussie op internet niet zonder electronica (en dus QM) kunnen voeren.

QM is juist door haar veelomvattende aanwezigheid in alles om ons heen onzichtbaar. Dat wij ons dat niet beseffen zegt vooral iets over ons, maar dan komen we op het terrein van meningen. Misschien iets voor een latere bijdrage.

Misschien reageer ik voor jou op een detail in je betoog, en mis ik een bredere boodschap die je (ook) wilt uitdragen. Corrigeer me desgewenst gerust op dat laatste!

Met vriendelijke groeten,

George

  • Volgende discussie
#1.1 Hans Custers - Reactie op #1

George,

Het was zeker niet mijn bedoeling om te zeggen dat kwantumgedrag zich niet manifesteert in de waarneembare werkelijkheid. Ik ben opgeleid als scheikundig technoloog en weet dus heel goed dat zo’n beetje de hele scheikundige kennis leunt op kennis van kwantumgedrag. Kwantumgedrag manifesteert zich om macroniveau vaak als zogenaamde emergente fenomenen. Voorbeeld: individuele moleculen in de lucht hebben geen druk of temperatuur, die eigenschap ontstaat uit het geheel.

Waar ik heb over heb zijn de verschijnselen uit de moderne fysica die niet meer goed te vatten zijn in visualisaties of metaforen en de mystificaties en metafysische speculaties die daaruit voortvloeien. Daar wordt de grens tussen wetenschap en pseudo-wetenschap nogal eens overschreden. In de alinea boven het tussenkopje ‘Technologie’ heb ik wat voorbeelden genoemd.

#2 George

Dag Hans,

Dank voor je snelle antwoord. Dan heb ik jouw stuk niet goed gelezen. Mijn excuses daarvoor.
Prettig om op deze manier even ‘kennis te maken’. Ik ben van oorsprong overigens
sterrenkundige.

Voor wat betreft het punt dat je wel wilt maken: mee eens. Volgens mij zijn veel van de
zaken die je noemt afkomstig van string theorie (ST). Dat is de dominante stroming binnen
kwantumzwaartekracht die in 40-50 jaar echter nog geen correcte voorspelling heeft opgeleverd.
Wat wel voorspeld was (supersymmetrie) is in elk geval niet gevonden. Sommige string theoretici
vinden dat je geen falsificatie zou moeten eisen bij ST: volgens mij stop je dan inderdaad met
het doen van wetenschap. Overigens heeft ST wel zaken opgeleverd die binnen wiskunde bruikbaar
bleken.
ST speculaties vind je vaak terug in gepopulariseerde docu’s op bv. Discovery channel. Ik vind niet
dat je op die manier wetenschap een goede dienst bewijst.

Maar ik moet bekennen dat ik frequent sites as ‘not even wrong’ (Peter Woit) en ‘backreaction’
(Sabine Hossenfelder) bezoek, en die zijn (beargumenteerd!) vrij kritisch over ST.

  • Volgende discussie
  • Vorige discussie
#2.1 Hans Custers - Reactie op #2

All models are wrong, but some are useful. Ik denk dat dat wel opgaat voor de snaartheorie. En het lastige is natuurlijk dat de theoretische natuurkunde ook niet zoveel overtuigende alternatieven heeft. Het zit nogal vast allemaal. Niet de eerste, overigens, dat zoiets gebeurt in een of ander wetenschapsgebied. Doormodderen met wat er is is dan de enige optie, denk ik. Vroeg of laat vallen er dan waarschijnlijk wel weer wat puzzelstukjes in elkaar en ontstaat er ineens een nieuw inzicht.

En ik ben het met je eens over Discovery. Het beeld dat daar wordt geschetst van wetenschap is niet realistisch. Dat geldt niet alleen voor die documentaires over vergezochte interpretaties van zoiets als snaartheorie, maar ook voor programma’s waarin met een enkel proefje (meestal een spectaculaire explosie of zo) iets ofwel bewezen wordt geacht, ofwel weerlegd. (Ik moet bekennen dat ik er soms wel naar kijk en me er dan ook wel mee amuseer.)