Waar zijn we nou helemaal mee bezig

Gister praatte ik een een koorgenoot bij over mijn studie (ik ben tijdelijk naar de andere kant van het koor verhuisd, zo spreek je nog eens mensen). Hij verbaasde zich erover dat er zoiets bestaat als filosofie van de natuurkunde, want natuurkunde, dat doe je toch gewoon? Nu heb ik tegenwoordig planken vol boeken die het tegendeel beweren, dus het was voor mij even terugschakelen naar het begin van mijn natuurkundestudie, toen ik er precies zo over dacht.

Ja, natuurkunde, dat doe je gewoon. En een redelijk deel van me is geneigd met Feynman te spreken in zijn uitroep dat wetenschapsfilosofie even nuttig is voor wetenschappers als ornithologie voor vogels (door ornithologen geleide conservatieprojecten daargelaten, neem ik aan). Maar misschien is een voor mijn jaargenoten en mij zeer actueel onderwerp een mooie illustratie van één van de vele vragen waar we ons mee bezig houden. En kan het ook dienen als handvat voor de voor ieder persoonlijke beslissing of wetenschapsfilosofie gezwam in de ruimte* is.

De vraag is… tromroffel… bestaan atomen?

Dus. Ik moest zelf ook nogal denken aan de 1-in-3-mini die, geloof ik, jaren is herhaald, met een tekst als “Atomen zijn ruimteschepen. Vraag het gratis boek via…” Het gaat om iets anders.

Laten we er even van uitgaan dat wat onze ogen zien betrouwbaar is. Jij bent echt, ik ben echt, mijn boterham met pindakaas is echt, we zitten niet in de Matrix, we bestaan.

Ik kan de uitspraak “er zitten balken in mijn kamer” op verschillende manieren testen. Ten eerste kan ik ze zelfs zonder bril of lenzen zien. Ten tweede kan ik mijn hand uitsteken en ze voelen. Ze zijn zogezegd toegankelijk voor mijn directe waarneming. Dat zou zelfs wel wat minder mogen want ik stoot er regelmatig mijn hoofd tegen. In ieder geval, we kunnen er goeddeels van uitgaan dat ze bestaan.

De Kanji-karakters voor het woord “atoom”, in ijzeratomen op koper. Elk bolletje representeert een atoom. De kleuren heeft de computer erbij bedacht. Image originally created by IBM Corporation.

Maar nu atomen. Iedereen kent het iconische plaatje van de atoomkern en de electronen. Er is een enorme hoeveelheid zeer succesvolle theorieën die onder andere zeggen dat atomen bestaan. We hebben er zelfs plaatjes van, die kun je maken met een “scanning tunneling microscoop”. Het idee dat atomen bestaan verklaart gi-gan-tisch veel dat anders onduidelijk zou blijven, en zoals hier rechts overduidelijk is, we kunnen ze tegenwoordig zelfs zien. Geen twijfel mogelijk. Atomen bestaan. Toch?

Hier komen we op het punt waar mensen filosofie gezwam in de ruimte gaan vinden, en ik denk dat het leuk wordt. Wat zien we op zo’n plaatje? Iets dat een computer heeft berekend op basis van een enorme hoop nullen en enen. Een STM werkt, heel kort door de bocht, door met een extreem dun naaldje over een oppervlak te gaan voelen of ‘ie electrische stroompjes meet. Die stroompjes, zeggen we er dan bij, die betekenen dat er een atoom zit. Maar dat er-bij-zeggen is dus wel essentieel. We kunnen er een mooi plaatje van maken dat er overtuigend uitziet, maar we zien eigenlijk niks.

Maar wat moet je anders? We zullen een atoom nooit “direct” kunnen zien. Om direct te zien heb je fotonen nodig en fotonen van een atoom laten botsen lijkt een beetje op braille lezen met brandweerhandschoenen aan. En door het idee “atomen” te gebruiken kunnen we computers maken, en blogs lezen, en kankerpatienten beter maken. Het is zogezegd een zeer nuttig idee.

Ja, zeggen best wel wat wetenschapsfilosofen dan, en laten we het daar dan ook op houden. Natuur- en scheikundigen hebben een label geplakt op een hele verzameling fenomenen. Iedereen weet wel wat je bedoelt als je dat label gebruikt. En dat is genoeg: atomen zijn een handig idee. Niet meer, niet minder. Vragen of ze “bestaan” heeft geen zin want we kunnen ze toch niet zien, voelen, horen…

Tussen deze twee standpunten (“atomen bestaan echt, letterlijk, zoals plafondbalken ook bestaan” en “atomen zijn een handig door wetenschappers gebruikt label om theorieën bij elkaar te harken”) bestaat natuurlijk nog een grote grijze zone. En zelfs als je het voor atomen een uitgemaakte zaak vindt kan het op andere gebieden nog ingewikkeld zijn. Als atomen “echt” zijn, zijn extra dimensies zoals in de snarentheorie dat dan ook, of is dat een rekenmethode? Als een waarneming via een STM niet “direct” genoeg is, is een electronenmicroscoop (werkt ook met stroompjes, bekend van de insectenplaatjes) dat dan wel? Of een gewone microscoop? Een bril? Het raam?

Ja, het is makkelijk het in het absurde te trekken. Maar de vraag blijft. En de wetenschapsfilosofie dus ook.

(Voor wie meer wil lezen: dit is (natuurlijk) het “empirisme versus realisme”-debat. Niet te verwarren met “empirisme versus rationalisme” – deze empirismes zijn broertjes.)

*Term uit de inleiding van het theorie van de geschiedenis-boek dat ik momenteel van iemand probeer te jatten.

Massive

Af en toe voel ik me zo… dom is het woord niet. Maar dat je iets leest en gaat van o ja dat waarom had ik dat nog niet bedacht.

Kuhn is gaaf. (Vind ik. Persoonlijk.) Als er dingen in dat wikipedia-artikel staan waarvan je denkt “duh, natuurlijk,” dan is het omdat zijn ideeën ondertussen in ons collectieve beeld van wetenschap zitten, niet omdat ze (altijd al) vanzelfsprekend zijn (geweest). Leuk, toch?

In ieder geval, we moesten deze week een hoofdstuk uit Het Boek lezen, en hoewel ik daar vorig jaar al wel doorheen ben geracet  had ik dit snackje gemist:

Aristoteles en zijn elementen, elk met een "natuurlijke plaats" (lucht en vuur stijgen op, aarde en water vallen naar beneden).Â

Als mensen vroegâh (zeg voor Bacon of zo) iets wilden verklaren greep men vaak terug op de elementenleer. Waarom word je van opium slaperig? Omdat het een inslapende kracht bevat. Dit vinden wij nu een tautologie, maar destijds werd dit echt als informatie over opium gezien. En stenen vallen naar beneden omdat ze veel van het element aarde bevatten en aarde wil nou eenmaal omlaag. Duh.

Tegenwoordig zien wij alles veeeeel rationeler. Opium verbindt zich aan receptoren in je hersenen, stenen twijfelen net als veertjes tussen toegeven aan de luchtweerstand of aan krommingen in de ruimtetijd, en als een auto remt word je uit je stoel geslingerd omdat massa traag is (gordel om!).

Euh, wat? Omdat massa traag is. Afremmen (of versnellen, voor natuurkundigen is dat hetzelfde) gaat niet zomaar, daar heb je een kracht voor nodig, en hoe groter je massa hoe moeilijker dat gaat. Want, ja, dus, er is iets met massa waardoor voorwerpen die er veel van hebben anders reageren dan voorwerpen die er minder van hebben en verder weten we het ook niet hou je mond.

Met andere woorden, opium bevat “inslapende kracht”, net als melk, maar opium heeft er meer van. Hout bevat het element aarde, maar steen meer, daarom drijft hout wel maar steen niet. En alles met massa bevat traagheid. We zijn eigenlijk nog steeds aan de elementenleer.

Zo zie je maar weer, de oude Grieken (en scholastieken) waren zo gek nog niet. Of anders zijn wij het ook.

(Dit is trouwens waarom men het higgs-boson wil vinden: dat zou ons moeten vertellen wat massa precies “is”, zodat we van die irritante “iets waardoor dingen traag worden” af zijn. Ik moet nog even proberen te snappen hoe iets dat alle andere materie “massa geeft” zelf een massa kan hebben, want het klinkt een beetje kappersparadox. Maar dat zal aan mij liggen.)

Het plaatje komt van David Black’s erg leuke “Elements Unearthed”.