Onderscheid tussen empirisch equivalente theorieën

Wederom een essay voor het vak “Filosofie van de Natuurwetenschap” of “Grondslagen van de natuurkunde” of hoe heet dat vak eigenlijk? In ieder geval. Ik vond dit een heel leuk onderwerp, en ik hoop nog eens in de boeken vol die er over geschreven zijn te kunnen duiken.

In de (natuur)wetenschap kan het voorkomen dat twee verschillende modellen beiden alle beschikbare data verklaren. Men kan zich afvragen of deze “empirisch equivalente theoriën” in wezen gelijk zijn. En mocht dit niet zo zijn, bestaan er dan niet-empirische argumenten op basis waarvan beslist kan worden welke theorie waar is? In dit essay zal ik beargumenteren dat er wel degelijk een wezenlijk onderscheid kan bestaan, maar we niet kunnen aantonen welk model in dat geval de waarheid is.

Om te kunnen spreken over het al dan niet gelijk zijn van empirisch equivalente theoriën moeten we eerst definiëren wanneer we twee theoriën als empirisch equivalent beschouwen. In dit essay denk ik bij “empirisch equivalent” aan twee theoriën, of modellen, die niet alleen volgens onze huidige experimentele mogelijkheden volledig gelijke resultaten opleveren, maar waarvoor we ook geen toekomstig uit te voeren test kunnen bedenken waar een onderscheid uit voortkomt.

Een voorbeeld van zo’n geval is het verschil tussen Newtons en Einsteins relativiteitsprincipes. Beiden gebruiken inertiale referentiekaders. Bij Newton bewegen deze eenparig ten opzichte van de absolute, stationaire ruimte. Bij Einstein zijn al deze kaders equivalent en is dus niet te zeggen of er één stationair is.

We kunnen op empirische basis geen onderscheid tussen deze modellen maken: door de relativiteit van de natuurwetten kunnen we niet vaststellen welk referentiekader nou die absolute ruimte zou zijn. Toch is er conceptueel een groot verschil tussen het idee van bewegende kaders ten opzichte van een vast coördinaatsysteem versus complete relativiteit waarin geen enkel kader te prefereren is.

Wat resteert is de vraag of we op basis van andere argumenten onderscheid kunnen maken tussen een meervoud aan equivalente theoriën. Kandidaten hiervoor zijn bijvoorbeeld wiskundige eenvoud of “elegantie”, overeenkomsten met een religieuze overtuiging, symmetrie met al bestaande modellen, of eenvoudig persoonlijke voorkeur dan wel “gut feeling” van de theoreet. Deze argumenten hebben allemaal waarde, maar niet als het gaat om het vaststellen van de waarheid van een theorie.

Om te beginnen met wiskundige elegantie: deze is doorgaans te prefereren, al is het maar vanwege de praktische werkbaarheid. Maar zoals de formulering van de differentiaalrekening voor een revolutie in de mechanica zorgde en tensoren noodzakelijk bleken voor de algemene relativiteitstheorie, is het niet uit te sluiten dat er een nieuwe notatie wordt uitgevonden waardoor een net op elegantie afgewezen theorie ineens een stuk “eenvoudiger” dan zijn tegenhanger blijkt te zijn.

Religieuze overtuiging en andere vormen van persoonlijke voorkeur kunnen nuttig zijn om nieuwe ideën of inspiratie op te doen. Maar dit is een tweesnijdend zwaard: vergelijk Einstein’s “God dobbelt niet” door zijn afkeer van niet-deterministische modellen kon hij (de Kopenhaagse interpretatie van de) quantummechanica niet accepteren. Persoonlijke voorkeuren zijn dus niet betrouwbaar als argument in de waarheidsvinding. Bovendien verschillen ze per definitie van mens tot mens, en zorgen ze dus niet zozeer voor een oplossing, maar eerder voor een nieuw probleem: wiens voorkeur krijgt de voorkeur?

Symmetrie met al bestaande modellen heeft ook meermalen zijn nut in de theorievorming bewezen. Een oud voorbeeld is dat van William Harvey die de grote bloedsomloop ontdekte als analogie met de kleine, omdat hij geen verschillen in de werking van de hartkamers zag. Symmetrieoverwegingen zijn dominant in de moderne deeltjesfysica. Maar net als in het geval van persoonlijke voorkeur zijn ook hier tegenvoorbeelden aan te geven – zo zag Maxwell overeenkomsten tussen vloeistofdynamica en het gedrag van elektrische velden, wat als argument voor de ether werd beschouwd. Een niet-empirische inspiratie leidde dus tot een onderbouwing van een concept dat later volkomen afgewezen werd.

Ik concludeer dan ook dat niet-empirische argumenten voor onderscheid tussen empirisch equivalente modellen waarde hebben en waar kunnen zijn, maar voor de waarheidsvinding niet betrouwbaar zijn. Op hetzelfde moment bestaat er soms wel degelijk een conceptueel verschil tussen de modellen. Er bestaan dus wezenlijk verschillende theoriën, waarvan we nooit zullen kunnen onderscheiden welke de “waarheid” het dichtst benadert.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.