Onwerkelijke elektronen

Volgens de heersende opvatting zijn elektronen of radiogolven geen handige bedenksels om de verschijnselen te verklaren maar bestaan ze echt. Wetenschapsfilosoof Bas van Fraassen is het er niet mee eens.

RICHARD FEYNMAN, auteur van de befaamde Feynman Lectures on Physics en iemand die nooit een blad voor de mond nam, had het land aan filosofen. `Altijd staan ze aan de zijlijn domme opmerkingen te maken', vond hij. Hun uitspraken deed hij af als `soft en onverifieerbaar'. Volgens Feynman was het maar het beste filosofen te negeren en je door hun holle praatjes niet op de kast te laten jagen. Per slot van rekening hadden ze op de dagelijkse arbeid van de fysicus evenveel invloed als op het weer. Of, zoals de wetenschapsfilosoof Imre Lakatos het eens uitdrukte: `Om te kunnen functioneren hoeft een wetenschapper evenveel van wetenschapsfilosofie te weten als een vis van hydrodynamika om te kunnen zwemmen.'

``Een oversimplificatie'', reageert de wetenschapsfilosoof Bas van Fraassen, hoogleraar aan Princeton University. ``Zodra een wetenschapper nadenkt over wat het inhoudt om wetenschap te bedrijven en wat het doel is van de wetenschapsbeoefening, is hij bezig met filosofie. Dat geldt ook als hij zich afvraagt hoe de keus voor een theorie tot stand komt, of als hij zich bezint op de normen en de criteria die in zo'n proces spelen. Zeker, in tijden van `normale wetenschap', als er een krachtig onderzoeksprogramma in werking is, kun je uitstekend je werk doen zonder jezelf wezenlijke vragen te stellen. Maar wie niet alleen een wetenschappelijke loonslaaf wenst te zijn en wil begrijpen waar hij mee bezig is, die bevindt zich op filosofisch terrein. Trouwens, Feynman's The character of physical law is een wetenschapsfilosofisch vertoog in de meest volstrekte betekenis van het woord!''

Van Fraassen was begin deze maand een van de sprekers op de Leidse conferentie `Filosofie van de Natuurwetenschappen', een gezamenlijk initiatief van de faculteiten Wiskunde en Natuurwetenschappen en Wijsbegeerte. Centraal op de driedaagse bijeenkomst stond de vraag of de moderne filosofie voor de natuurwetenschapper van essentieel belang is, of als irrelevant ter zijde kan worden geschoven. Een overheersend thema in de wetenschapsfilosofie van de laatste jaren is het debat over het realisme, dat voor de wetenschap zeker relevant lijkt.

Volgens het realisme is waarheid het doel van de wetenschap, is de natuurwetenschap een ontdekkingsreis die ons overtuigt dat er meer tussen hemel en aarde is dan onze zintuigen kunnen ontwaren, zoals magnetische velden, radioactieve straling, zwarte gaten en gekromde tijd-ruimten. De stellingname van Van Fraassen tegen dit realisme, met zijn bewering dat men het bestaan van zulke onwaarneembare entiteiten hoeft te onderschrijven noch te ontkennen om wetenschap te kunnen bedrijven, stuitte bij zowel natuurwetenschappers als filosofen op heftige weerstand. Als je als natuurwetenschapper het bestaan van elektromagnetische straling niet hoeft te erkennen, waarom zou je dan nog het bestaan van halo's, aardstralen en de ziel willen ontkennen? Na afloop van zijn lezing `Structure, Reality and Realism' kreeg hij de wind van voren van de astronoom Vincent Icke en de theoretisch fysicus Nico van Kampen. Vooral de laatste laat geen gelegenheid onbenut om zijn weerzin te ventileren over alles wat naar filosofie ruikt en om te benadrukken hoe volstrekt nutteloos die bezigheid is voor de voortgang van de natuurwetenschap.

VIJANDIGE HOUDING

Deze vijandige houding verbaast Van Fraassen niet: hij is weinig anders gewend. ``Ze willen mijn ideeën van tafel vegen. Alleen: de redenen die ze aanvoeren zijn strijdig. Terwijl Icke protesteert dat ik alleen maar nadenk over definities, klaagt Van Kampen juist dat ik mijn begrippen niet kan definiëren door mij naar een definitie van `werkelijk' te vragen. Dat klopt niet. De emoties zitten veel dieper. Dat los je niet op door confronterende discussies aan te gaan; liever zoek ik contact via een omweg. Wanneer ik over wetenschap praat die hen na aan het hart ligt, wanneer ik met Icke spreek over de finesses van het experiment van Alain Aspect – dat in 1982 een controverse uit de interpretatie van quantumtheorie beslechtte – is de barrière opeens verdwenen, dan geeft het niet dat ik een wetenschapsfilosoof ben en hij astronoom is. Dat ik zulke gesprekken doelbewust nastreef, zou je mijn missie kunnen noemen.''

Bastiaan Cornelis van Fraassen – in 1941 geboren in Goes en vijftien jaar later met zijn ouders naar Canada geëmigreerd – maakte kennis met de filosofie toen hij als high school-leerling op de openbare bibliotheek werkte en daar een dialoog van Plato las. ``Dat intrigeerde me, dat wilde ik studeren. Op college in Alberta stuitte ik toen op het boek The Philosophy of Space and Time van Reichenbach, logisch-positivist en een vooraanstand vertegenwoordiger van de Wiener Kreis. Zijn denken sprak me geweldig aan, meer nog dan wiskunde of natuurwetenschap. Ik heb drie filosofische helden: Bertrand Russell, vanwege de logica, Jean-Paul Sartre om zijn existentialisme, maar het was Hans Reichenbach die me op het spoor van de wetenschapsfilosofie zette. Wat me er vooral in aantrok was de vrijheid, de mogelijkheid uit de kaders te stappen die je krijgt aangereikt en zo jezelf steeds diepere vragen te stellen. Literatuurwetenschap, waartoe ik ook geneigd was, had dat niet.''

In 1980 publiceerde Van Fraassen zijn spraakmakende boek The Scientific Image, waarin hij een alternatief bood voor het vigerende realisme. Die visie maakte in de jaren zestig en zeventig furore als reactie op het toen doodgebloede logisch-positivisme. Van Fraassen: ``Dat legde sterk de nadruk op formele taal en op formuleringen. In de geest van Euklides moest een theorie langs deductieve weg ontwikkeld worden vanuit een verzameling axioma's. Die aanpak genereerde zo zijn eigen intrinsieke problemen die de logisch-positivisten steeds verder wegvoerden van de inhoud van de wetenschap, waar het om begonnen was. Wetenschapsfilosofen raakten hoe langer hoe meer ontgoocheld over deze beweging, de logisch-positivisten degradeerden tot duivels die de wetenschapsfilosofie marginaliseerden tot iets triviaals. Met hun val kwam de weg vrij voor de realisten.''

HANDIGE BEDENKSELS

Volgens de wetenschappelijke realist zijn onwaarneembare entiteiten als elektronen, radiogolven en dergelijke niet slechts handige bedenksels van theoretici om de waargenomen verschijnselen te kunnen verklaren, maar bestaan ze echt. Wie volgens een realist een wetenschappelijk theorie aanvaardt, gelooft dat ze waar is. Neem de realiteit van atomen en moleculen. Rond de jongste eeuwwende raakten fysici en chemici van hun werkelijkheidswaarde rotsvast overtuigd toen tal van experimenten (Brownse beweging, alfa-verval, röntgendiffractie, elektrochemie en nog veel meer) onafhankelijk van elkaar steeds dezelfde uitkomst gaven voor het getal van Avogadro: het aantal moleculen in de eenheid van hoeveelheid stof. Hoe valt, zo stelt de realist, die verbijsterende eensluidendheid te verklaren als atomen en moleculen niet bestaan? Dat zou een mirakel zijn. Net zo'n mirakel als dat het universium doet alsof er elektronen en radiogolven zijn terwijl ze in werkelijkheid niet bestaan. Voor wie niet in wonderen gelooft, zit er niets anders op dan in het bestaan van elektronen en radiogolven op voet van gelijkheid te behandelen met het bestaan van tafels en stoelen. Wanneer Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspellingen doet die stuk voor stuk uitkomen, zijn we gerechtvaardigd te zeggen dat de gekromde tijdruimte, de kern van die theorie, bestaat.

In The Scientific Image toont Van Fraassen zich niet onder de indruk van deze redenering. Hij licht zijn bezwaar toe aan de hand van de muis die het op een lopen zet voor de kat. `De heilige Augustinus kwam met een intentionele verklaring: de muis beseft dat de kat zijn vijand is, dus gaat hij ervandoor. Wat hier wordt vooronderstelt is de toereikendheid van de muizengedachte in relatie tot de natuurlijke orde: de vijandschapsrelatie weerspiegelt zich correct in zijn geest. Maar de Darwinist zegt: vraag niet waarom de muis voor zijn vijand vlucht. Soorten die geen raad wisten met hun natuurlijke vijand bestaan niet meer. Dat is de reden waarom er alleen nog zijn die vluchten. Op vergelijkbare wijze beweer ik dat het succes van de huidige wetenschappelijke theorieën geen wonder is. Want elke wetenschappelijke theorie komt ter wereld in een omgeving van felle competitie, een jungle red in tooth and claw. Alleen de succesvolle theorieën overleven – zij die aanhaken bij de waargenomen regelmatigheden in de natuur.' (Van Fraassen ontving een boze brief van een bioloog die op de ondarwinistische gedachtengang wees: `Muizen en katten zijn vrienden. Vriendelijke muizen voeden katten en vriendelijke katten helpen muizen hun populatiedichtheid te beheersen.').

Als alternatief voor het realisme ontwikkelde Van Fraassen zijn eigen visie: het `constructieve empiricisme'. Van Fraassen: ``Iedere paar jaar staat er een wetenschapper op die zegt: ik dacht dat dit stukje wetenschap waar was, maar we hebben ontdekt dat dat niet het geval is. Zoiets laat zijn wetenschapsopvatting onverlet. De realist zegt: het doel van de wetenschap, die handelt over een onafhankelijke externe wereld, is om ons een letterlijk verslag te geven over hoe die wereld er – desnoods in benadering – uitziet. De constructieve empirist zegt: nee, het doel is representaties construeren die empirisch toereikend zijn. Van een theoretisch model mag je slechts eisen dat het uit de voeten kan met de waarneembare verschijnselen. Dat betekent dat zo'n model, te meer daar het soms moet concurreren met alternatieve modellen die net zo goed met de verschijnselen raad weten, zaken kan bevatten die losstaan van de werkelijkheid, dat je de mogelijkheid open moet laten dat niet-waarneembare zaken als elektronen, quarks en zwarte gaten slechts theoretische constructies zijn die ons helpen om tot een coherent beeld te komen. Hun waarheidsgehalte laat de constructieve empirist in het midden.''

Gevraagd naar wat hij precies bedoelt met `quark' of `zwart gat', zal de natuurkundige, aldus Van Fraassen, een wiskundig model tonen, naar een bepaald onderdeel van dat model wijzen en zeggen: dat stelt een zwart gat voor. Het label `zwart gat' hangt aan die wiskundige constructie. Dus is de betekenis van termen als `zwart gat' in eerste instantie verbonden met het model, met een abstracte wiskundige structuur. De waarneembare verschijnselen zijn weer verbonden met een ander deel van deze wiskundige structuur, die dus correspondeert met de werkelijkheid. Als je wilt, kun je een extra stap zetten door te zeggen: alle onderdelen van het model moeten corresponderen met de werkelijkheid. Maar dat hoeft niet. De empirist Van Fraassen noemt dit ``metafische heldenmoed in vredestijd'', want het enige wat wetenschappelijk onderzoek ons zal geven is meer theorie en meer verschijnselen, nooit metafisische argumenten.

HEISENBERG

Toch zal er nauwelijks een natuurkundige te vinden zijn die niet in elektromagnetische straling gelooft, een astronoom die niet in zwarte gaten gelooft en een scheikundige die niet in atomen gelooft. Om na te gaan in hoe krachtig dit realisme is, heeft Van Fraassen een test bedacht. ``De realist die een theorie aanvaardt gelooft dat alle entiteiten binnen die theorie echt bestaan. Nu leg ik hem een vraag voor: noem me een naam van een echte fysicus. Antwoord: Pauli, Heisenberg, Fermi, noem maar op. Dan zeg ik: er is een dagboek van hem gevonden waarin hij zegt niet te geloven in onwaarneembare entiteiten, dat hun enige functie erin schuilt theoretische modellen te construeren die met de waarneembare verschijnselen uit de voeten kunnen. Geloof je nu nog dat hij een goed wetenschapper was? Ik maak me sterk dat het antwoord bijna altijd `ja' zal luiden. En dan zeg ik: in dat geval ben je geen realist, want blijkbaar impliceert je visie op wetenschap dat het er niet toe doet wat je wetenschappelijke held gelooft over datgene wat onwaarneembaar is. Eigenlijk zou ik deze test op Van Kampen moeten loslaten, maar ik vrees dat hij eenvoudig niet in de vraag geïnteresseerd is.''

The Scientific Image stuitte op forse tegenstand. Zelfs kwam er in 1985 onder de titel Images of Science een tegenboek waarin tien realisten uitvoerig hun bezwaren ontvouwden, waarna Van Fraassen in een afsluitend essay op de kritiek reageerde. Toch is het niet Van Fraassen tegen de rest van de wereld. ``Zeker, er was veel kritiek, dikwijls emotioneel geladen, maar wat me dankbaar stemt is dat de realisten mede door toedoen van mijn boek in vijftien varianten zijn opgesplitst die het ieder tenminste in één aspect met me eens zijn. Ik sta niet alleen.''

Van Fraassen, die is gevraagd volgend jaar in Oxford de John Locke Lectures te geven, staat op het punt op sabbatical leave te gaan. Het geeft hem de gelegenheid een paar passen achterwaarts te doen en zich af te vragen wat hij heeft willen bereiken. ``In mijn loopbaan heb ik me eerst intensief met logica bezig gehouden. Daarna kwam de wetenschapsfilosofie. Ik voel me loyaal aan de empiristische traditie, maar wat is het precies om een empirist te zijn? Dat is een filosofische vraag waar ik al het een en ander over heb geschreven. Dat wil ik de komende tijd bijeenbrengen en uitwerken tot een samenhangend boek. Ik ben er nog niet uit.''