Van a naar b

Er staat een Dinges op de vloer van mijn kamer. Over wat het is zijn de meningen nogal verdeeld.

Volgens de kat van mijn hospita is het een bed, om precies te zijn ZIJN bed. Volgens de jongste dochter van mijn nieuwe hospes is het een cruiseschip. Voor mij is het heel even een lege boekenkast, en voor degene die er straks twee trappen mee af en dan weer twee trappen mee op mag een martelwerktuig.

Het Dinges kan dicht, dan is het voor de kat niet interessant meer, voor de dochter een troon, voor mij herinnering en voor mijn verhuishulp nog steeds een martelwerktuig.

Je kunt iets dus niet alleen op vier manieren zien, als je er één ding mee doet kan het op vier manieren veranderen. En wie heeft er gelijk?

Dit is in de natuurwetenschappen een centraal probleem. Je loopt er vooral tegenaan als een nieuwe theorie een oude begint te verdringen. Dan zeg je over hetzelfde spul (even aangenomen dat er een materiële wereld bestaat die toegankelijk is voor onze observatie etc etc) ineens andere dingen.

Massa, bijvoorbeeld (dat wat we meestal gewicht noemen, en daar heb je het al) is voor Newton iets constants dat samenvalt met Spul. Voor Einstein hangt het ineens af van hoe hard je beweegt (en ten opzichte van wat). En als we dat Higgs-boson nou nog eens echt gaan vinden wordt het een soort van estafetteloop voor elementaire deeltjes.

Nu is het met oude en nieuwe theorieën zo dat de oude vaak een hoop meer weten dan de nieuwe. Roepen dat Newton FOUT is en Einstein GOED en die arme Brit het raam uit mieteren (met wellicht een appel als gezelschap op weg naar beneden) is daarom niet productief. Liever wil je een soort vertaling: wanneer Newton a zei, bedoelde hij in Einsteintaal eigenlijk b. Dan kan je de hele oude theorie verEinsteinen en heeft de nieuwe theorie ineens veel meer te zeggen: alles van de oude (alles wat klopt met de nieuwe, dan) plus wat er bij was bedacht. Vooruitgang!

Bij Newton en Einstein gaat dat vrij aardig, zeker op het niveau van dingen uitrekenen. Dan kun je Newton gebruiken voor alles wat niet hard rondvliegt en Einstein voor de rest. Maar met de verhuisdoos wordt het lastiger.¹ Hoe vertaal je “cruiseschip” naar “boekenkast”?

Wat je in dat geval zou kunnen doen is het kleine meisje uithoren over alles waar een cruiseschip aan voldoet, en het grote meisje over wat een boekenkast kan zijn. En als je je vertaling uit wilt breiden doe je dat over alles wat ze kennen en dan kijken waar het overlapt (dan blijkt “strijkkralen” equivalent met “kleurige troep waar je ook nog eens over valt”, “tekenpapier” met “bladmuziek” en “ruimteschip” met “wasmand”, eentje die ik nog steeds niet snap, het is toch duidelijk een ruimteschip). Een tijdrovende kwestie, maar het kan.

Tot op zekere hoogte. Want er zijn dingen die wij allebei aan kunnen wijzen, en ervan zeggen wat het volgens ons is, maar niet aan elkaar uit kunnen leggen. Zo heb ik een hevig uit elkaar vallend Latijns missaal dat nog van m’n vader is geweest, en ik denk niet dat ik dat in volle betekenis aan een vijfjarige kan uitleggen (saai oud boek, weinig plaatjes, ruikt raar). Net zoals zij niet meer aan mij uit kan leggen hoe het dichtdoen van een doos het verandert van een cruiseschip in een troon. Ze kan het wel zeggen maar ik ga het niet snappen want op dat punt spreken we een andere taal.

En dat is in de natuurwetenschappen vaak ook het cruciale probleem. Bij elke theorie hoort een taal (de theorie van Newton geeft ons een taal waarin staat wat “kracht” betekent, en “massa”, en “versnelling”) en die talen praten soms echt volledig langs elkaar heen (dat noemen we dan “incommensurabel”, een mooi voorbeeld van hoe wetenschapsfilosofen weer volledig langs de rest van de wereld heen kunnen praten).

Op het moment dat dat gebeurt hebben we een probleem. We willen namelijk graag een nette, eenduidige, ware² beschrijving van de wereld. Met verschillende meningen over de ware aard van een verhuisdoos valt nog wel te leven, maar over wat massa is? Er zijn mensen voor minder op de brandstapel gezet.

Nu is het in de praktijk gelukkig meestal zo dat er toch een winnaar aan te wijzen is. Door bijvoorbeeld nieuwe metingen te doen waar de ene theorie preciezer op blijkt dan de ander. Maar er blijft nog een laatste angel over.

De taal waarin je denkt heeft invloed op WAT je denkt. Als je een doos alleen maar ziet als iets om andere dingen in te doen zal je minder snel op het idee komen om het ding om te draaien en er even op te gaan zitten, bij gebrek aan stoelen. Als je al helemaal vertrouwd bent met het idee dat je er in kan varen en het je in een prinses kan veranderen gaat dat een stuk makkelijker.

Als we nieuwe ideeën willen in de natuurwetenschap zou het daarom wel eens erg in ons voordeel kunnen werken om de oude niet te snel weg te mieteren. Alleen is het voor individuele mensen lastig om in meer talen tegelijk te denken, en voor collectieven veel verleidelijker om de succesvolste te houden en de rest weg te bezuinigen: dan vervang je het meertalensysteem door af en toe een out-of-the-box-denkend genie, dat blijkt ook heel redelijk te werken. Daar wordt het overigens weer eens tijd voor want het schiet nog steeds niet erg op met die snaartheorie.

Naschrift

Becoming an adult is realizing that you're still a child, but you can have as many cardboard boxes as you want.

 

¹Als je dat geen “echt” voorbeeld vindt, al weet ik niet wat er echter is dan verhuisdozen, pak dan bijvoorbeeld de verschillende lichttheorieën voordat Feynman langs kwam.
² Ja, gevaarlijk woord…

Praat-als-een-natuurkundige-dag

Vandaag is het de verjaardag van Einstein en dus internationale praat-als-een-natuurkundige-dag, waarop ik hetzelfde praat als gister en morgen. Schijnbaar is dat nerdy. In ieder geval een heel stuk minder nerdy dan toen ik nog de hele dag natuurkunde deed en omringd was door natuurkundigen. Dus vrienden van onbegrijpelijke natuurkundigen: het komt vanzelf goed.

Verder is het hier wat stil omdat ik last heb van wat volgens een van mijn docenten het filosofie-equivalent van kandidaatsziekte is. Kandidaatsziekte is voor artsen in opleiding die allemaal vreselijks bij zichzelf beginnen te diagnosticeren. Filosofiekleuterziekte is dat je in een humorloze, overgenuanceerde trut transformeert en alles tot op het bot exact gedefinieerd wilt hebben met alle mogelijke uitzonderingen op alfabetische volgorde in een voetnoot voorzien van een percentage van (mogelijk) voorkomen inclusief standaarddeviatie.

Dat helpt natuurlijk niet zo bij het schrijven van blije stukjes, want overal moet bij dat het toch niet altijd zo is of dan wel ja maar dus.

Schijnbaar gaat het vanzelf weer over ;) (en, ik moet aantekenen, (snotverdorie daar heb je die nuance alweer,) het is niet onprettig om in te zitten. Tenzij je stukjes wilt schrijven in plaats van zeurderige, humorloze papers.)

Wat is een natuurwet? (slot)

De vraag “Wat is een natuurwet?” kan je alleen beantwoorden binnen een bepaalde set ideeën. Voor realisten houden die ideeën onder andere in dat we echt iets kunnen weten over de wereld om ons heen. Een natuurwet is dan één van die dingen die we weten, of die we nog niet weten maar wel Echt bestaan. Voor regularisten bestaat er niets “boven” wat we zien, en is een natuurwet een uitspraak als “altijd als A gebeurt, gebeurt B ook”. Niet dat A en B verder ook maar iets met elkaar te maken hebben – die uitspraak is precies wat we bedoelen. Instrumentalisten zijn volslagen pessimistisch over ons idee dat we wat van de buitenwereld zouden kunnen snappen, maar willen de term nog wel gebruiken voor al die “kennis” die we gebruiken om deeltjesversnellers en blikopeners te maken.

De vorige stukjes waren natuurlijk allemaal ontzettend kort door de bocht, met de bedoeling om de verschillende hoofdgedachten eens naast elkaar te zetten. Tenslotte dient (volgens mij) wat filosofen allemaal bedenken voornamelijk als inspiratie voor uw eigen denken. Dit is het buffet, en als u hier en daar wat proeft merkt u wel welke smaken voor u bij elkaar passen, en of er hier en daar niet nog wat ketchup bij moet.

Het laatste idee is wat subtieler dan de hoofdstromen en hoort eigenlijk niet in de serie thuis, maar is wel enorm leuk. Daarom als een soort van epiloog: het theorie-van-alles-(anti)realisme van Nancy Cartwright (niet de Nancy Cartwright die de stem van Bart Simpson is, de andere).

Cartwright’s idee is het makkelijkst te zien via een voorbeeld.

Stel, u heeft twee sterke magneetjes, één in elke hand. U steekt uw handen recht voor u uit en laat de magneetjes vallen. De magneetjes gaan op pad en tegen de tijd dat ze de grond raken zitten ze aan elkaar geplakt.

Dit kunt u in uw hoofd afspelen: de magneetjes vallen allebei met een flauwe bocht naar het “midden”, tot ze elkaar raken, dan gaan ze min of meer recht naar beneden.

Nu willen we gaan verklaren waarom die flauwe bochten er uitzien zoals ze er uitzien. Elke natuurkundige zou dan zeggen: er werken twee krachten op de magneetjes, de zwaartekracht en de wederzijdse aantrekkingskracht. Door de zwaartekracht gaan ze omlaag, door de aantrekkingskracht naar het midden, en de verhouding tussen die krachten bepaalt vanaf welk punt ze met z’n tweeën verder gaan. Zijn het heel sterke magneetjes, dan is dat vlak onder uw handen; zijn ze heel zwak, dan halen ze het misschien niet eens voor ze al op de grond liggen. En tijdens de val kunt u op elk moment de richting bepalen door de magneetkracht en de zwaartekracht bij elkaar op te tellen.

Heel mooi, zegt Cartwright, maar, eh, niet waar. Want wat zegt de zwaartekrachtswet die we gebruiken om die kracht uit te rekenen? “De kracht op een object is gelijk aan… (bla, bla.)” Maar dat is helemaal niet zo! De kracht op onze magneetjes is namelijk die kracht plus NOG een kracht, die van de magneetjes onderling, dus dat “gelijk aan” is volslagen ONZIN. En hetzelfde geldt voor de wet die bepaalt hoe groot de magneetkracht is: de kracht op een object is… nee, dus.

De zwaartekrachtswet is alleen waar voor dingen die verder echt geen enkele kracht ondergaan. En het is wel zo dat de zwaartekracht voor grote objecten (zeg planeten en sterren) zo ontzettend veel belangrijker is dan bijvoorbeeld die magneetkrachten dat je de laatste wat het rekenwerk betreft rustig mag negeren, maar dat betekent niet dat ze er niet zijn, en de zwaartekrachtswet mag dan iets zeggen dat op zich klopt, hij klopt NIET voor alle objecten in ons universum. Terwijl dat eigenlijk wel praktisch zou zijn, vanuit de natuurwetenschap gezien, of niet soms.

Hier gaan alle natuurkundigen steigeren, en driekwart van mijn jaargenoten erbij. Het basisidee dat we nu “krachten optellen” noemen leefde namelijk al bij Aristoteles: aarde-elementen zakken hard omlaag, water-elementen minder hard, en iets dat een beetje van allebei heeft, zoals hout, wil soms wel eens blijven drijven en soms niet. Newton deed het zonder elementen maar was er ook gigantisch succesvol mee. Probeer die 2600 jaar traditie er maar eens uit te krijgen.

De manier om dat er uit te krijgen is door ontzettend dom te doen. (Dat kunnen filosofen allemaal, maar de meesten helaas alleen per ongeluk.) Als u heel gevoelige handen had zou u kunnen voelen dat de magneetjes in uw handen schuin naar beneden “willen” – dat de kracht die op ze werkt schuin naar beneden gericht is. U voelt niet een beetje druk recht naar beneden (zwaartekracht) PLUS een beetje druk recht opzij (magneetkracht). Waarom niet? Omdat die krachten er niet zijn. En als u nooit over het optellen van krachten had gehoord, of nagedacht over het concept zwaartekracht en dat als u twee kristallen glazen laat vallen de boel anders gaat dan met twee magneten, omdat die elkaar niet magnetisch aantrekken (test dit! test dit uitgebreid! geloof mij niet op mijn woord! scherven brengen geluk! het is voor de wetenschap!), oftewel als u volkomen blanco suffig in de ruimte staart, dan merkt u dat er gewoon maar één kracht is.

Er is maar één kracht en de enige natuurwet die waar zou kunnen zijn is er eentje die DIE kracht beschrijft en niet een stelletje valse theoriekrachten die met de eer proberen te strijken. We zouden dus een magneetzwaartewet moeten hebben. Alleen zelfs als we die kunnen bedenken zijn er nog een paar geniepige verborgen invloedjes waar we nog niet aan hadden gedacht, zodat we nog steeds niet de goede kracht kunnen uitrekenen. Eigenlijk is de enige wet die écht waar kan zijn de Wet van Alles, waar alle mogelijke eigenschappen van dingen in staan, plus hoe die invloed op elkaar uitoefenen.

Tsja. Die hebben we dus niet. Nog niet, zeggen sommigen, permanent niet, denken anderen.

Ik word helemaal vrolijk van deze theorie omdat ‘ie zo gek is, en toch eigenlijk veel meer solide dan bijvoorbeeld instrumentalisme of regulariteit. Cartwright heeft, om maar iets te noemen, helemaal geen probleem met het concept “elektron” – van haar mogen elektronen best echt bestaan. Regularisten en instrumentalisten zouden zuur kijken en zeggen “dat kunnen we niet weten, dat mogen we niet zeggen, we weten alleen maar dat als we DIT doen DAT gebeurt of dat het handig is om iets zo te noemen…” Nah, zegt Cartwright, ze zijn heus wel echt en we kunnen perfect voorspellen hoe ze zich gedragen in onze theoretische wereld waar de zwaartekracht een uitknop heeft en je al je deeltjes in een mooi diagram kan tekenen. Maar zodra je in de echte wereld komt, met al zijn door elkaar zwierende deeltjes en gekkigheid, dan gaat het ons nou eenmaal boven de pet, daar hoeven we verder ook niet hysterisch over te doen – ontdek die “theorie van alles” maar als je het zo graag wilt snappen.

Het was een hete discussie, bij ons in college. Jaargenoten die de week ervoor nog keiharde antirealisten waren riepen “maar de zwaartekracht is er ECHT!” Toch zeker een verdienste dat iemand met één artikel mensen van hun overtuiging kan laten vallen, al is het dan de andere kant op.

En daarmee komt er een einde aan de serie over natuurwetten. Wat denkt u? Zijn ze echt of niet? Wat weten we van de wereld? Weten we volgens u helemaal niks en vindt u dat problematisch: stichting Korrelatie heeft het gesprekstarief voor hun telefonische hulpdienst onlangs gehalveerd. Ze hebben alleen nog geen snelkoppeling voor “epistemologische paniek”.

Wat is een natuurwet? (Voor instrumentalisten)

Realisten denken, zoals we al weten, dat natuurwetten er echt zijn en algemeen gelden. Regularisten vinden dat er niet echt zoiets is als algemene principes, maar wel dat we soms kunnen zien dat als A gebeurt, B ook altijd gebeurt, in de “echte” wereld.

Maar je kunt ook praten over natuurwetten, ze proberen te ontdekken en ze dagelijks gebruiken zonder te vinden dat ze echt bestaan. En dat noemen we antirealisme.

Van antirealisme worden wetenschappers soms nogal ongelukkig, omdat hun harde werk er nutteloos door lijkt. Sorry jongens, mooi gedaan met die zwaartekracht, maar jullie formules zijn gewoon formules en hebben niks te maken met de echte wereld. Tot zover het “begrijpen van de raadsels der natuur” of “de ontrafeling van de kosmos”.

Orion boven Ierland, (c) Brendan Alexander via APOD

Die galmende zinnen willen we natuurlijk niet zomaar opgeven, en dus zullen de antirealisten met goede argumenten moeten komen. Ten eerste: onze natuurwetten doen het toch? We kunnen vliegtuigen bouwen die niet neerstorten op basis van de kennis die we hebben over hoe de wereld in elkaar zit. En dan beweer je dat die kennis per definitie niet klopt.

Nou, zou de antirealist dan zeggen, het ligt aan je definitie. (Dit is een favoriete zin voor filosofen, trouwens.) Want ook voor hen kunnen natuurwetten wel degelijk kloppen of niet kloppen. Alleen is een natuurwet niet “een beschrijving van iets dat echt bestaat in de wereld” maar “iets dat ons helpt vliegtuigen te bouwen” of “een ezelsbruggetje om uit te rekenen hoeveel druk er in een fietspomp moet” of zoiets. Een natuurwet is voor hen een instrument om iets mee te kunnen doen (dit wordt dan ook wel instrumentalisme genoemd).

En als de wet niet toepasbaar is omdat hij niet “waar” is, dat wil zeggen niet (meer) klopt met onze ervaring, dan verzin je een betere, net zoals een realist zou doen. Maar als we weten dat een wet niet klopt maar deze onder de juiste omstandigheden wel goed genoeg is, zoals de wetten van Newton zijn voor bijna iedereen, dan haalt de instrumentalist z’n schouders op. Ook goed.

Het instrumentalisme is dus een behoorlijk ontspannen manier om met wetenschappelijke kennis om te gaan. Is het nuttig, dan is het goed. Helaas raak je dan wel dat prachtige perspectief van kennis over het universum kwijt, iets waar mensen doorgaans sterk aan hechten. (Daarom ben ik zelf geen instrumentalist. Voor je het weet gaan we cavia’s aan dondergoden offeren.)

Het instrumentalisme is een van de extremere vormen van antirealisme. Hoewel, je hebt er ook die zeggen dat alles een illusie is, niet alleen natuurwetten. Er zijn ook wetenschappers die hun scepsis beperken tot, bijvoorbeeld, wat we niet kunnen zien (daar hebben we het al over gehad). Allemaal combineren ze het voordeel van het oplossen van de meeste problemen waar de realisten tegen aanlopen met het grote nadeel dat we niet meer kunnen zeggen hoe de wereld “echt” is. Maar, zeggen antirealisten, dat kunnen we nou eenmaal niet. Beter om met die pijnlijke waarheid te leren leven en te zien wat we wél met zekerheid kunnen zeggen.

Wat is een natuurwet? (Voor regularisten)

In de vorige aflevering van onze natuurwetten-soap waren de realisten aan het woord, die vonden dat natuurwetten de wereld beschrijven zoals die ECHT is, of tenminste dat we uiteindelijk op dat punt uit zullen komen. Die laatste toevoeging was nodig omdat al onze huidige theorieën hoogstwaarschijnlijk fout zijn, dus als we die natuurwetten noemen hebben we het probleem dat het volgens ons wel echt is maar ook fout.

Maar er is nog een ander probleem met realisme. Laten we de zwaartekracht er nog eens bijpakken. Volgens Newton trekken twee dingen elkaar aan, volgens Einstein rollen we als knikkers over een kosmisch gedeukt biljartlaken. Maar het effect is hetzelfde: als je iets optilt en dan loslaat valt het naar beneden.

En dat, zeggen regularisten, is eigenlijk alles wat we zien. We ZIEN die krachten van Newton niet. We ZIEN het laken van Einstein niet. Alles wat we zien is: zwaarder dan lucht valt naar beneden, lichter dan lucht (zoals een heliumballon) stijgt op. Altijd.

Wat is een natuurwet dan? Een natuurwet is een regulariteit: altijd als A zo is (we laten een steen vallen) zal B ook zo zijn (de steen valt richting grond).

Meer niet. We zeggen niet eens dat A en B verder iets met elkaar te maken hebben, bijvoorbeeld dat iets aan het boven-de-grond-zijn van de steen VEROORZAAKT dat ‘ie zal vallen, of dat het omzetten van een lichtknopje veroorzaakt dat het licht aangaat (of, in nog meer detail, dat het verhitten van het gloeidraadje veroorzaakt dat het draadje licht gaat geven…)

Dat is een beetje frustrerend als je graag wilt snappen WAAROM dingen doen wat ze doen. Maar, zeggen de regularisten, dat kan sowieso niet. De enige informatie die we hebben is wat we zien, en natuurwetten kun je niet zien (horen, voelen).

Als we besluiten om daarin mee te gaan (hoeft niet), dan hebben we alsnog een probleem.

Onze beschrijving van een natuurwet was: altijd als er A gebeurt, gebeurt B ook. Maar wat moeten we dan met zinnen als “als iets een planeet in ons zonnestelsel is (A) heeft ‘ie een Latijnse naam (B)”? Dat is namelijk waar, maar het voelt toch niet echt als een natuurwet. Het had natuurlijk even makkelijk gekund dat we Griekse namen hadden bedacht, of iets heel anders. Hoe sluit je dat soort “regelmatigheden” uit uit je definitie?

Dat is een probleem voor de regularisten, want je gaat al snel denken in termen van “moeten”. Er is iets waardoor een steen MOET vallen als je ‘m loslaat, en zo’n soort “iets” bestaat niet voor de namen van planeten. Alleen is dat “iets” niet zichtbaar, en dus kan een regularist er niks mee.

Sommige regularisten hebben daar iets anders op bedacht. “Natuurwet” is een menselijke term, die wij mensen gebruiken om dingen in te delen. Het zal de zwaartekracht worst wezen of wij het een natuurwet vinden of niet. Daarom hoeven we bij onze definitie niet alleen te kijken naar de wet (de regulariteit) zelf, maar kunnen we ook meenemen hoe mensen er mee omgaan.

Stel, bijvoorbeeld, u heeft alleen maar blauwe kussenslopen, en u slaapt altijd met een kussen, waar ook altijd een sloop om zit. Dan kunt u gerust op feestjes vertellen dat “als er een kussen op mijn bed ligt” (A), dan “dat kussen blauw is” (B). Is dat een natuurwet? Nee. Want het is wel altijd zo, maar we kunnen ons prima voorstellen dat u bijvoorbeeld een leuke kussensloop voor uw verjaardag krijgt die NIET blauw is, en die op uw bed legt. Zou die sloop dan ineens blauw worden, puur en alleen omdat kussens op uw bed dat altijd zijn? Nee. (Tenzij u in een waterbed slaapt. Van inkt.)

Het belangrijke detail is niet dat er niks is wat de kussens dwingt om blauw te worden, en wel iets dat stenen dwingt om naar beneden te vallen (want, hadden we al bedacht, die dwang zelf valt niet te meten dus bestaat ‘ie niet voor regularisten), maar dat mensen dat vinden.

Het zou kunnen, als je een beetje aan de details timmert, dat je zo echt een definitie kan vinden die alleen slaat op wat wij als natuurwetten beschouwen. Maar je hebt dan nog een groep mensen nodig om te vinden dat het een natuurwet is. En als over vijf miljard jaar de zon opblaast en/of de mensheid ophoudt te bestaan zijn er geen natuurwetten meer. Dat is de prijs die we moeten betalen als we alleen vertrouwen op wat we waar kunnen nemen.