Een van mijn favoriete gedachtenexperimenten is dat van het “hamer en aanbeeld”. Het is van Galileo Galilei die tot de conclusie was gekomen dat de valsnelheid niet afhankelijk is van het gewicht van een voorwerp. In de menselijke ervaring komen bewegende dingen vanzelf tot stilstand en vallen zware dingen sneller dan lichte. Dat het gewicht niet van invloed is op de valsnelheid was in de 16^e eeuw dan ook een revolutionair idee. Op de middelbare school leer je het met een “echt” experiment. Je docent heeft een buis met daarin een veertje en een kogeltje. Het veertje valt langzamer dan het kogeltje, de docent zuigt vervolgens de buis vacuüm en daarna vallen het veertje en de kogel wel even snel. Slaapverwekkend.

Het probleem met dat experiment, behalve dat het gewoonweg te snel gaat, is dat het voortbouwt op een idee waar Galilei helemaal niet over kon beschikken: dat van lucht en luchtdruk. Ja, zal je zeggen, maar hoe kan hij dat nou niet geweten hebben? Hij ademde toch, dan voel je de luchtdruk toch gewoon? Oh wat zou ik graag willen dat ik hem dat kon vragen, maar het idee dat lucht een gas is, uit bewegende deeltjes bestaat en dat het druk en wrijving uitoefent was nog niet geland in de 16e eeuwse wetenschap. Hij wist het niet.

Een echt experiment uitvoeren zat er dus ook niet in. Hij kon al niet op het idee komen van een vacuüm, laat staan dat hij het echt kon maken. Hij kon natuurlijk wel zware en lichte voorwerpen met dezelfde vorm laten vallen en in de praktijk dokterde hij zijn valtheorie uit met rollende ballen die van hellingen met verschillende steilheden rolden. Ook al niet iets dat tot de verbeelding spreekt.

Daarom bedacht hij het volgende gedachtenexperiment. Stel, zei Galilei, dat je een aanbeeld en een hamer aan elkaar knoopt. Ongeveer zo.

Valt dit geheel nu sneller of langzamer dan een aparte hamer en een apart aanbeeld? Als de hamer langzamer gaat, remt zij het aanbeeld en gaat het geheel dus langzamer dan het aanbeeld alleen. Maar het geheel van aanbeeld en hamer is zwaarder dan het aanbeeld alleen, dus zouden aanbeeld en hamer samen juist sneller moeten vallen. Het probleem kan worden opgelost door aan te nemen dat hamer en aanbeeld even snel vallen.

Prachtig, nietwaar? Een bewijs is het natuurlijk niet. Dan had de Griekse filosoof Zeno ook wel bewezen dat een pijl nooit tegen een muur geschoten kan worden en dat een konijn een schildpad nooit kan inhalen. Maar toch is het verschil tussen een goed experiment en een goed gedachtenexperiment kleiner dat je zou denken.

Een goed experiment, of je het nou uitvoert of niet, moet retorisch goed werken: het verhaal moet kloppen. Het experiment moet je gedachten zo op een spoor zetten dat de uitkomst werkelijk als een bom inslaat. De eerste stap in die vertelkunst in de vraag die het experiment stelt. Vallen zware voorwerpen wel echt sneller? Zetten mensen hun morele kompas onder druk van autoriteit uit, of in een groep? Het moeten als het even kan alledaagse, onschuldige vragen zijn. Het is voor het effect van het experiment namelijk belangrijk dat je het antwoord op de vraag allang denkt te weten. Als je geen verwachtingen hebt werkt een experiment niet. Daarom richten onderzoekers het experiment zo eenvoudig en zo puur in als het maar enigszins kan. Je denkt echt dat je zeker weet wat er uit gaat komen. Maar dan komt het natuurlijk. In de uitvoering blijkt het tegendeel. De ontluisterende uitkomst van een goed experiment is dat je al die tijd ongelijk had. Alle voorwerpen vallen even snel. De morele standvastigheid van de mens is flinterdun.

Ik kan erg genieten van goed ontworpen experimenten. Maar ik vind gedachtenexperimenten er toch de mooiste vorm van. Een gedachtenexperiment hoef je niet eens uit te voeren om het overtuigend te laten zijn. Vaak gaat dat natuurlijk mis. Veel theoretisch natuurkundigen zijn goed in gedachtenexperimenten. Einstein was er een kei in. Maar een van zijn bedenksels: het Einstein, Poldofsky, Rosen experiment werd later echt uitgevoerd en stelde hem in het ongelijk. Over dat experiment schrijf ik nog wel eens een blogje. Tot die tijd is het aan de makers van gedachtenexperimenten om te overtuigen zonder dat hun hersenspinsels in het echt getoetst kunnen worden.

Meer lezen?

Ik ga op de waarde van echte experimenten in Waardendragers. Ook mijn blogjes Eksters en Lableven raken aan dit onderwerp.