Het vergt beestachtige natuurkunde


Foto door CDC op Unsplash
Wat is waarheid? /4
Is de wetenschap van Newton en Einstein een onvolledige beschrijving van de werkelijkheid? Misschien. Maar de waarheid van hun stellingen blijft overheersen. Pas op dat je geen antiwetenschappelijke sentimenten aanwakkert in naam van fantomen.
Over hetzelfde onderwerp:
Tegenwoordig aarzelen natuurkundigen om de term 'waarheid' te gebruiken. Het woord klinkt te veeleisend, vatbaar voor misverstanden en spanningen. Ze houden het liever op afstand, in plaats van het rechtstreeks te confronteren. Dit was niet het geval in Newtons tijd, toen hij zonder aarzeling sprak over 'de grote oceaan van waarheid [die] onontdekt voor me ligt'. Waar komt deze huidige schaamte vandaan? Is de natuurkunde in staat – of niet – om tot een waarheid over de wereld te komen? Of zelfs tot de hele waarheid? Door de geschiedenis heen heeft de vraag verschillende fasen doorlopen, grotendeels verbonden met de evolutie van de natuurkunde zelf. Kortom, we kunnen twee momenten onderscheiden. Het eerste werd gekenmerkt door de triomf van de klassieke natuurkunde in de 19e eeuw. Het is voor ons niet gemakkelijk om ons te identificeren met een tijd waarin de wetenschap werkelijk het antwoord leek te bieden op elke vraag. Newtons wetten – een paar simpele zinnen geschreven in wiskundige taal – beschreven perfect de beweging van elk afzonderlijk deeltje of hemellichaam in het heelal. Een bedwelmende en angstaanjagende gedachte. En diezelfde wetten voorspelden verschijnselen die tot dan toe volkomen onbekend waren, en werden prompt door waarnemingen bevestigd. De ontdekking van Neptunus in 1846 was symbolisch: het bestaan van een onbekende planeet was afgeleid op basis van de wetten van de universele zwaartekracht, zelfs voordat deze direct was waargenomen. Geen enkele andere vorm van kennis, geen enkele beschaving was ooit tot zoveel in staat geweest.
Maar dat was nog maar het begin. De nieuwe wetten van de thermodynamica verklaarden kwantitatief het gedrag van gassen onder verschillende fysische omstandigheden en maakten zo de weg vrij voor de industriële revolutie. Niet minder indrukwekkend was Maxwells samenvoeging van de verschijnselen elektriciteit en magnetisme tot één elegant systeem van vergelijkingen, dat onder andere de elektromagnetische aard van licht kon onthullen. Ondertussen ontdekte Mendelejev de periodieke volgorde van de elementen op basis van hun atomaire massa, wat een glimp opleverde van hoe de scheikunde uiteindelijk zou kunnen aansluiten bij de onfeilbare, deterministische orde van de natuurwetten. In de euforie begonnen sommigen te vermoeden dat biologie, antropologie, de sociale wetenschappen en alle andere kennisgebieden ooit teruggebracht zouden worden tot dezelfde objectieve fundamenten. De enige geloofwaardige weg naar de waarheid leek gebaseerd te zijn op empirische, herhaalbare en kwantificeerbare observatie, en alles wat niet in die canon paste – metafysica, esthetiek, religieuze ervaring – werd met argwaan bekeken, als irrelevant beschouwd en was gedoemd te verdwijnen als een illusie. De vraagstelling was dus omgedraaid: de natuurkundige methode was niet langer een hulpmiddel om waarheden over de wereld te vatten, maar was de maatstaf geworden om vast te stellen wat onder waarheid moest worden verstaan.
Maar juist binnen de natuurkunde kwam het onverwachte keerpunt. Aan het begin van de 20e eeuw deden de relativiteitstheorie en de kwantummechanica de klassieke natuurkunde op zijn grondvesten schudden. Einstein had aangetoond dat bepaalde elementaire grootheden, die voorheen als absoluut werden beschouwd, zoals ruimte en tijd, variëren afhankelijk van de omstandigheden van de waarnemer, terwijl een bepaalde combinatie ervan invariant blijft. Heisenberg en Schrödinger ontmantelden het traditionele idee van het 'deeltje', waarop de oude materialistische opvatting rustte, en onthulden de ongrijpbare en contra-intuïtieve aard ervan. In beide gevallen vervaagde op verschillende manieren de duidelijke scheiding tussen het subject en het object van observatie. In het geval van de kwantumfysica werd dit verergerd door het feit dat subatomaire verschijnselen intrinsiek indeterministisch waren: zelfs met perfecte kennis van de beginvoorwaarden is het onmogelijk om de evolutie van het systeem te voorspellen, behalve statistisch.
Dit alles stelde het gevestigde begrip 'objectieve waarheid' op de proef. De zwaarste klap kwam, paradoxaal genoeg, doordat de nieuwe theorieën de klassieke natuurkunde niet volledig verloochenden; ze legden juist het benaderende karakter ervan bloot. Newtons wetten bleven geldig als limietgeval voor zowel relativiteit – voor gematigde waarden van snelheid en zwaartekrachtveld – als kwantummechanica – voor macroscopische systemen. Wat tot voor kort nog als definitieve waarheden was geprezen, leek nu een soort onvoltooide versie. Wie kon garanderen dat een dergelijke situatie zich niet zou herhalen? Bovendien was het meteen duidelijk dat kwantumtheorie en relativiteitstheorie vervreemd van elkaar leken te zijn, wat de noodzaak van een verdere paradigmaverschuiving aankondigde.
Zo ontstond de tweede, zwakkere en modernere kant. Een natuurkundige theorie is van nature onvolledig: ze beschrijft de werkelijkheid nooit volledig . Bovendien kan een hypothese nooit als "waar" worden beoordeeld, omdat zelfs na duizend bevestigingen de duizend-en-eerste haar zou kunnen weerleggen. We kunnen hooguit negatieve waarheden verkrijgen: wanneer een waarneming een hypothese weerlegt, zullen we er zeker van zijn dat "de zaken niet zo zijn". Karl Popper verwoordde deze visie helder: "Theorieën zijn onze uitvindingen, onze ideeën: ze dringen zich niet aan ons op, ze zijn onze denkmiddelen, die we zelf hebben gemaakt [...]. Maar sommige van onze theorieën kunnen botsen met de werkelijkheid: en wanneer ze botsen, weten we dat er een werkelijkheid is, dat er iets bestaat dat ons eraan herinnert dat onze ideeën mogelijk onjuist zijn." Zo verloor de natuurkunde geleidelijk aan veel van haar greep op de wereld: wat op de proef wordt gesteld, is niet langer de werkelijkheid, maar alleen de ideeën die natuurkundigen erover verzinnen . En volgens sommige recentere filosofische stromingen zijn dit niets meer dan tamelijk willekeurige mentale constructies, bepaald door de sociale context waarin ze ontstaan. Maar is dat werkelijk alles?
De afgelopen decennia heeft de natuurkunde haar enorme effectiviteit bewezen. Natuurkundigen hebben een gedetailleerde visie ontwikkeld op de evolutie van het heelal en zijn vertrouwd geraakt met extreme zwaartekrachtverschijnselen, zoals zwarte gaten en zwaartekrachtgolven; ze hebben het model van elementaire deeltjes en de kwantumveldentheorie verfijnd, waardoor de subatomaire wereld met verbluffende precisie kan worden beschreven . Het conceptuele kader voor deze ontwikkelingen blijft echter dat van de vorige eeuw. De twee theoretische pijlers, kwantum en relativisme, verkeren in uitstekende gezondheid, maar ze staan er nog steeds, starend van een afstandje naar elkaar, elk bewust van hun eigen onvolledigheid, wachtend op een mogelijke vereniging. Misschien is dit ook de reden waarom het recente debat over het waarheidsgehalte van de natuurkunde geen grote omwentelingen heeft ondergaan.
Vanuit dit perspectief bevinden we ons volgens mij vandaag de dag in een vreemde impasse. Negentiende-eeuws positivisme, hoewel historisch achterhaald, werpt nog steeds een diffuus licht op de algemene mentaliteit en voedt het idee dat wetenschap – en natuurkunde in het bijzonder – de enige toegang tot de waarheid vertegenwoordigt, ten koste van elke andere vorm van kennis . Aan de andere kant is deze visie overschaduwd door de 'zwakke' betekenis van wetenschappelijke waarheid, die vanuit een elitaire opvatting de algemene perceptie is binnengedrongen. Zo wordt van een ontwikkeld persoon verwacht dat hij elk positief oordeel over de wereld begeleidt met een sluier van twijfel, zo niet sarcasme. Uiteindelijk zijn we beland in een aanmatigende wetenschappelijke exclusiviteit die zich echter uiteindelijk niet in staat voelt de werkelijkheid te vatten. Het is niet zo vreemd dat, onder deze omstandigheden, het spreken over waarheid in de natuurkunde een zekere schaamte kan oproepen, of dat we, als reactie daarop, getuige zijn van de verspreiding van enorme bewegingen van minachting voor de wetenschap.
Waar te beginnen? Om wat ideeën te bieden, in plaats van abstract te redeneren, is het interessant om enkele aspecten te bekijken die voortkomen uit de ervaring van het uitvoeren van onderzoek zelf . Ik geloof dat geen enkele natuurkundige kan ontkennen hoe moeilijk het is om zelfs maar het kleinste, betekenisvolle resultaat te behalen. Het vereist langdurige, geduldige inspanning en soms zelfs een beetje geluk. Het is een man-tegen-man-gevecht met een "echte onbekende", een met precieze kenmerken, niet door ons gekozen, en die ons elke dag "daarbuiten" te wachten staat. Deze simpele maar solide ervaring is voldoende om de mogelijkheid uit te sluiten dat onze theorieën slechts projecties zijn van ons eigen denken. Ze zijn niet de definitieve waarheid over de werkelijkheid, maar ze bieden ons authentieke glimpen ervan, vaak van zeldzame schoonheid. Het vermogen om onbekenden te voorspellen – zoals Neptunus voor de wetten van Newton of zwaartekrachtgolven voor die van Einstein – blijft een krachtig bewijs van hun invloed op de echte wereld. Zelfs kwantumwetten, die de rol van de waarnemer bij het meten hebben heropend, hebben niets subjectiefs: ze hebben zich aan onze rede "opgedrongen" als de manier waarop de natuur zich daadwerkelijk gedraagt op subatomair niveau. Onder de sluier van onze beperkte kennis schuilt geen spook, maar het levende lichaam van een realiteit die ons nooit ophoudt te verbazen.
Dat de natuurkunde het object van haar onderzoek niet volledig kan uitputten, wordt duidelijk aangetoond door de eerste stap die een natuurkundige zet: de reductie van een gegeven realiteit tot haar meetbare tegenhanger. Preciezer gezegd, tot die subset van meetbare eigenschappen die essentieel wordt geacht voor de beschrijving van de dynamiek van het bestudeerde fenomeen. Zelfs hier is er echter weinig arbitrairs: voor elk model dat werkt, zijn er oneindig veel andere die falen, en het is altijd de realiteit – experimentele verificatie – die de weg wijst. Maar net wanneer we de spijker op de kop slaan, wanneer onze hypothesen gegrond blijken te zijn en tot nieuwe ontdekkingen leiden, kunnen we een ernstige fout maken. Overmand door enthousiasme zouden we kunnen vergeten dat we het object vanaf het begin bewust hebben gereduceerd tot een representatie van zichzelf, een soort stand-in die perfect geschikt is voor het doel, maar opzettelijk partieel. Zulk geheugenverlies kan kostbaar zijn. Het wiskundige model dat we gebruikten, is succesvol gebleken, maar het blijft een onoverbrugbare afstand tot het object als geheel – een afstand die groter wordt naarmate het object complexer en rijker is. Het feit dat een parachutist en een meteoriet bij het bestuderen van hun beweging effectief kunnen worden geassimileerd aan materiële punten, betekent niet dat een mens en een stuk rots entiteiten van dezelfde aard zijn.
Ik geloof dat elke natuurkundige, in zijn werk, ernaar streeft om "momenten van waarheid" te bereiken. Niet alleen negatieve waarheden – zoals "deze hypothese klopt niet" – maar ook positieve, duidelijke, beslissende antwoorden. En, zoals Popper het verwoordt, lukt dat soms. Dit geldt zowel voor het dagelijks werk als voor de algemene ontwikkeling van de natuurkunde door de eeuwen heen. Neem bijvoorbeeld de stelling "de zon is een ster". Het is een assertief, belangrijk, waar en wetenschappelijk onderbouwd oordeel. Een sterke, kwalitatieve conclusie, gebaseerd op een veelheid aan herhaalbare observaties en metingen, verzameld in de loop der tijd, die samenkomen in één redelijke synthese: de zon is een G2V-ster, vergelijkbaar met vele andere, maar uitzonderlijk dichtbij ons. Geen natuurkundige – of weldenkend, geïnformeerd mens – zou hieraan twijfelen. Zo'n synthese is niet het mechanische resultaat van die metingen, noch de uitkomst van een algoritme . Het komt veeleer voort uit het vermogen van de rede om aanwijzingen te interpreteren en analoge verbanden te vatten. In die zin brengt het bevestigen van een positieve waarheid altijd risico met zich mee, een zelfcommitment. Ik ben het die, met mijn intelligentie en vrijheid en in volledige loyaliteit aan mijn rede, op basis van de gegevens oordeelt dat deze bewering waar is.
Deze conclusie dringt zich bovendien op met een "waarheidsgehalte" dat groter is dan de individuele metingen waaruit ze voortkomt. Dat de zon één ster is onder vele, en geen uniek object in het universum, is een waarheid van grote betekenis, een die eeuwenoude overtuigingen omver heeft geworpen: ze stelt vragen, ze provoceert, ze heeft ons iets te zeggen. En juist dit vermogen om tot onze rede te spreken, erkennen we als een essentiële eigenschap van waarheid. Waarheid is daarom niet hetzelfde als logica. Een propositie kan juist zijn, maar irrelevant of zelfs onzinnig wanneer ze uit haar context wordt gehaald. Als ik mijn dagen zou doorbrengen met tegen iedereen te schreeuwen: "twee plus twee is vier", zou ik mijn tijd vullen met ware uitspraken, en de wereld met waanzin. Waarheid vereist relevantie, verbinding met de werkelijkheid, openheid voor een bredere betekenis. En het ligt in de aard van de menselijke rede om zich niet tevreden te stellen met gedeeltelijke waarheden, maar te streven naar een ultieme horizon.
Newton, een waar genie, bezat de nederigheid van iemand die van nature het mysterie der dingen herkent. Zo werd hij aan het einde van zijn leven, nadat hij de natuurkunde voorbij alle toen bekende grenzen had gebracht, nog steeds gedomineerd door een gevoel van het onbekende: de "grote oceaan van waarheid" leek immens en onontgonnen. Op de schouders van reuzen zoals hij hebben we de afgelopen driehonderd jaar grote vooruitgang geboekt, maar de wateren van die oceaan strekken zich nog steeds voor ons uit, zo ver het oog reikt. Sterker nog, naarmate onze kennis groeit, groeit ook ons besef van onze onwetendheid: alsof we, door hoger te klimmen, het oceaanoppervlak zien uitdijen tot steeds wijder wordende horizonten. Toch, zelfs als we de raadselachtige orde van de fysieke wereld volledig zouden ontrafelen, zouden we moeten toegeven dat onze kennis van de waarheid nog steeds onvolledig zou zijn. De natuurkunde is buitengewoon effectief in het bestuderen van wat kan worden vertaald in een wiskundig model. Maar niet alle dingen zijn van deze aard. Het gevoel voor rechtvaardigheid en onrechtvaardigheid, of mijn persoonlijke ervaring met de kleur rood bijvoorbeeld, is dat niet. Met de natuurkunde kunnen we de uitdijing van het heelal bestuderen, maar we kunnen de vraag of die logisch is of niet niet niet beantwoorden.
De natuurkunde is krachtig in het onthullen van het materiële skelet van de wereld – het oppervlak van de oceaan. Maar om de meest prangende vragen te beantwoorden, die over de betekenis van dingen, de waarde van tijd en gebeurtenissen, de betekenis van lijden en geboorte, moeten we ergens anders kijken – in de diepten van het water. Het oppervlak nodigt ons uit om de diepten daaronder te vatten, verborgen voor het oog maar zichtbaar voor de rede. Het is in die ontoegankelijke diepten dat het mysterie leeft dat het universum doet ontstaan, en de hele waarheid verborgen ligt, de waarheid waarop elk gebaar van ons – min of meer bewust – wacht. Wie, of wat, kan ons daarheen leiden, of ons te hulp schieten?
Marco Bersanelli is hoogleraar astrofysica aan de Universiteit van Milaan. Zijn artikel is een vervolg op Il Foglio's zomerserie over waarheid. Elke week onderzoekt een andere auteur dit fundamentele concept vanuit het perspectief van een specifieke discipline: recht, wiskunde, astrofysica, economie, politiek, informatietechnologie of theologie. "Truth, in Practice" van Michele Silenzi verscheen op 15 juli, "Truth on the Bar" van Giovanni Fiandaca op 22 juli en "What Truth for the Polis" van Flavio Felice op 29 juli.
Meer over deze onderwerpen:
ilmanifesto