Tijdmeters

Hoe wapenen wetenschappers zich tegen de tijd? In mijn vorige blogje betoogde ik dat wetenschappelijke kennis een halfwaardetijd heeft: hoe belangwekkend een vinding ook is, over tijd wordt de waarde ervan langzaam minder. Hierdoor zitten onderzoekers in een lastig spanningsveld.

Immers:

1 het kost (veel) tijd en moeite om aan nieuwe kennis te komen

2 die kennis gaat maar een beperkte tijd mee

Hoe gaan ze daar eigenlijk mee om? Hoe zorgen ze dat de kennis die ze opleveren de moeite waard is, ook als ze een houdbaarheidsdatum heeft?  Ik denk dat er een paar strategieën te bedenken zijn die onderzoekers tot hun beschikking staan. Je zou aan elke strategie een type onderzoeker kunnen toekennen en misschien ook van elke strategie kunnen zeggen in welke disciplines ze het meest gangbaar zijn, maar ik denk dat de meeste onderzoekers een combinatie van deze strategieën gebruiken.

1 De fundamentswerker: richt je op het ontwikkelen van fundamentele kennis

Zou het niet wat zijn om zoiets als de evolutietheorie of de wetten van de logica ontdekt te hebben? Het fijne van het ontwikkelen van dit soort fundamentele kennis is dat deze op allerlei problemen toepasselijk is en daardoor ook lang meegaat. Deze theorieën hebben een lange halfwaardetijd, waardoor het de moeite waard kan zijn om veel te investeren in het maken ervan.

Jammer genoeg komen deze fundamentswerkers, verschillende hindernissen tegen. Zo is het een strategie met een hoog risico. Ik zou helemaal niet durven beweren dat fundamentele kennis in het algemeen een langere halfwaardetijd heeft dan toegepaste kennis in het algemeen. Dan moet je ook alle fundamentele theorieën meetellen die ooit bedacht zijn, maar die al snel niet bleken te kloppen of die niemand ooit begrepen heeft waardoor toepassingen uitbleven. Het is dus een beetje alles of niets: als het lukt gaat je theorie een hele tijd mee, maar verreweg de meeste fundamentele theorieën die bedacht zijn, zijn nooit of amper gebruikt.

Een tweede nadeel van deze strategie is dat fundamentele kennis vaak abstract en algemeen is. Daardoor is ze niet direct toepasbaar en haar toepasbaarheid is moeilijk te voorspellen. Als je een onderzoeker op radio geprikkeld hoort reageren op de vraag naar (latere) toepassingen van een onderzoeksprogramma dan weet je bijna zeker dat je met een fundamentswerker te maken hebt. Voor dit soort onderzoekers leiden toepassingen immers alleen maar af van de kern van de zaak. Toch is de vraag naar mogelijke toepassingen een goede vraag die een doordacht en concreet antwoord verdiend. Fundamentele kennis ontleent zijn waarde namelijk aan toepassingen; een toepassing zonder fundament is een heel stuk waardevoller dan een fundament zonder toepassingen.

2 De tijdreiziger: richt je op toepassingen die ver in de toekomst liggen

Een alternatieve strategie, die door engineers veel wordt toegepast, is om je op een verre toekomst te richten. Voor dit soort onderzoekers tellen toepassingen wel degelijk, dus proberen ze op een andere manier tijd te winnen. Dit doen ze door alvast vooruit te werken; aan een toepassing die “ergens in de toekomst” mogelijk kan worden. Hoe verder dat punt in de toekomst ligt hoe meer tijd de onderzoekers kunnen steken in het ontwikkelen van de kennis die er voor nodig is.

Er zijn drie overduidelijke nadelen aan deze strategie die alledrie te maken hebben met het feit dat de toekomst nu eenmaal onvoorspelbaar is.

Het eerst nadeel dat deze tijdreizigers hebben is dus dat de toepassing waar je aan werkt er misschien wel nooit gaat komen. Veel onderzoekers brengen tegen dit bezwaar dat de kennis die voor de ene toepassing ontwikkeld wordt ook heel nuttig kan zijn bij het maken van andere toepassingen. Helaas kleven er aan dit tegenargument dezelfde bezwaren als aan fundamenteel onderzoek. Dat er wel eens nuttige kennis gekomen is uit het maken van nutteloze toepassingen betekent nog niet dat het in het algemeen een effectieve manier is om aan je kennis te komen. Daarvoor zijn er gewoon teveel mislukkingen.

Het tweede nadeel is dat de technologie die beschikbaar is op het moment dat de toepassing er komt niet de technologie is die je nu moet gebruiken om de toepassing te demonstreren. Het zou dus zomaar kunnen zijn dat de kennis die je nu ontwikkeld niet de kennis is waarmee de uiteindelijke toepassing mogelijk wordt.

Het derde nadeel is dat niet alleen de komst van je toepassing zelf en de technologie waarmee die gerealiseerd moet worden onzeker is, maar ook toepassingscontext waar je het ding voor maakt veranderd. Mensen krijgen andere behoeftes en er komen andere technische mogelijkheden waardoor je toepassing overbodig. .Je kunt aan een toepassing voor het jaar 2300 werken zoveel je wilt, maar of mensen in dat jaar echt zitten te wachten op hydrofibrilators is natuurlijk maar de vraag. We bedenken oplossingen voor de wereld van nu, maar in de toekomst zijn andere problemen waarschijnlijk belangrijker.

3 De ontdekkingsreiziger: zoek onbekend terrein op.

De eerste twee strategieën richtten zich er op om kennis op te leveren die lang mee kan, maar je kan ook proberen om sneller aan nieuwe kennis te komen.

Één manier om dat te doen is om volledig onbekend terrein op te zoeken. Als je aan een heel nieuw onderwerp werkt is elk nieuw inzicht een belangrijke ontdekking. Bovendien zullen anderen, zodra die zich op het door jou gevonden, gemaakte of verzonnen terrein begeven, jouw kennis als leidraad nemen. Wat volledig onbekend terrein is veranderd steeds. Vlak na de oorlog was werk aan computers helemaal nieuw, enkele jaren terug was neuropsychologie zo’n onontgonnen terrein.

Maar ook deze wetenschappelijke ontdekkingsrezigers staan bloot aan verschillende gevaren. Zo kan het zijn dat niemand ooit geïnteresseerd raakt in jouw stukje van de kenniswereld. Of, wat vaker voorkomt, dat een andere onderzoeker hetzelfde terrein verkend zonder te weten dat jij er al ooit geweest bent. Een beetje zoals captain Cook na Abel Tasman opnieuw Nieuw Zeeland ontdekte, maar, in tegenstelling tot Tasman, die gewoon weer weggevaren was, er wel een kolonie stichtte. Tot slot kan de toegankelijkheid van het nieuwe terrein natuurlijk tegenvallen. De subjectieve beleving van huisvliegen is een erg interessant nieuw studieterrein, waar elk inzicht belangwekkend is, maar het blijkt toch nog knap lastig die eerste stapjes te zetten.

4 De kennismakelaar: spreek nieuwe doelgroepen aan met bestaande kennis.

Een laatste strategie is om kennis op een slimme manier te hergebruiken. De wetenschap is een verkokerde wereld waar groepen wetenschappers onafhankelijk van elkaar aan gelijksoortige problemen werken, vaak zonder oog te hebben voor elkaars werk. Een strategie is dus om kennis uit een ander, vergelijkbaar, vakgebied toegankelijk te maken voor onderzoekers in je eigen vakgebied, door het op een slimme manier te herverpakken.

Ook deze kennismakelaars komen hobbels op de weg tegen. Zo kan het voorkomen dat de herverpakte kennis helemaal niet herkend wordt als de oplossing voor een probleem in het eigen vakgebied. Of dat erkenning voor het overbruggen van de twee vakgebieden uitblijft: de kennismakelaar zit immers ook tussen twee gemeenschappen in maakt van beide niet echt volwaardig deel uit. En dan is er nog het probleem dat als de brug naar een aanpalend vakgebied eenmaal geslagen is anderen ook gemakkelijker de weg zullen kunnen vinden. Waardoor die eerste brug ook weer snel achterhaald kan zijn.

Tot slot

Ik ben bij het schrijven van dit blogje steeds uitgegaan van wetenschappers, maar ik denk dat een veel bredere groep kenniswerkers dit spanningsveld zullen herkennen. Een compleet overzicht is dit dus zeker niet. Als je vanuit je eigen praktijk dingen toe te voegen hebt dat houd ik me erg aanbevolen!

Meer lezen?

Dit blogje is een vervolg op mijn blogje over halfwaardetijd. Ik schreef eerder impliciet over ontdekkingsreizigers en kennismakelaars in helpt specialiseren. De explosieve groei van wetenschap maakt de tijdsklem alleen maar nijpender. Iets wat ik in Big Science al besprak. In stokoude kennis ging ik in op de mythe dat kennis tijdloos is.

De titel van dit blogje is geleend van de gelijknamige roman van David Mitchell waarin twee rivaliserende groepen verschillende (magische) stratgieën toepassen om het eeuwige leven te hebben en zo aan de tand-des-tijds te ontsnappen. Het leek me niet zo passen om in dit blogje in te gaan op het boek zelf, maar het is zeker lezenswaardig. Het woord hidrofibrilator leende ik uit een liedje Waar blijft de tijd? van Kees Torn.

Halfwaardetijd

“Engineers zijn zich bijvoorbeeld veel bewuster van zoiets als de halfwaardetijd van kennis…”. Een professor uit mijn vakgroep wees me op een vrij onschuldige manier op het idee dat kennis, ook wetenschappelijke kennis, een houdbaarheidsdatum heeft.

Nu is dat misschien ook geen wereldschokkend idee. Iedereen die wel eens een dieet gevolgd heeft weet dat “nieuwe inzichten” elkaar snel kunnen opvolgen. Vijf jaar terug werd je nog vooral dik van vetten, tegenwoordig is het vooral suiker en snelle koolhydraten waar je voor op moet passen. Dieetkennis is in no-time achterhaald.

Toch was het voor mij destijds een eye-opener. Ik herkende wel dat wetenschap een race tegen de klok was, maar die race draaide er voor mij hooguit om om het eerst bij de nieuwe inzichten te zijn. Maar de eerste zijn is maar de één kant van de zaak. Je kunt ook het langst overblijven. Of als je het minder goed doet kun je als onderzoeker van achter ingehaald worden door nieuwe of betere inzichten. Wetenschappers hebben strategieën nodig om snel aan nieuwe inzichten te komen, maar ze moeten ook zorgen dat ze de vergetelheid te slim af zijn.

In mijn ervaring houden wetenschappers ook niet van het idee dat de kennis die zij ontwikkelen snel weer achterhaald kan zijn. Daarvoor kost het ontwikkelen van nieuwe inzichten te veel moeite. Alleen al het bouwen van de deeltjesversneller waarmee het Higgs Boson ontdekt is koste meer dan dertig jaar. Daarmee hadden ze het Higgs-deeltje, nog niet gemaakt en al helemaal niet gemeten dat het er echt was. Als je zoveel moeite steekt in het verkrijgen van kennis is het wel zo fijn als die ook een tijdje beklijft.

Nu zullen juist de ontdekkers van het Higgs Boson niet vaak stil staan bij de kans dat binnenkort niemand meer om het deeltje maalt. Het zijn immers wetenschappers. Ik weet niet hoe dieetgoeroes over de houdbaarheid van hun kennis nadenken, maar wetenschappers vormen een beroepsgroep die bij uitstek opgegroeid zijn met het idee dat kennis tijdloos is.

De wiskunde die ze gebruiken stamt immers van Euclides (300 voor Christus); het beeld van het heelal van Copernicus (1550) en Galileï (1600); veel van de Natuurkunde komt van Newton (1700) – en ga zo maar door. Bijna elke wetenschappelijke theorie bouwt voort op een lange traditie van denkers en ideeën. Als daar niet uit te lezen valt dat kennis tijdloos is, dan toch dat goede kennis tijdloos is. Ook veel van de begrippen die we voor wetenschappelijke kennis gebruiken zoals “ontdekking” of “natuurwet” hebben een air van tijdloosheid over zich. Het Higgs Boson kan toch maar één keer ontdekt worden? Hoezo dan halfwaardetijd?

Dat heeft dus met de vergetelheid te maken. Het begrip halfwaardetijd komt uit de natuurkunde en staat voor de tijd die een radioactief element nodig heeft om half zo actief te worden. Die tijd kan erg kort zijn: voor sommige elementen enkele milliseconden of erg lang: Uranium 385, het element dat in kerncentrales gebruikt wordt, heeft een halfwaardetijd van 700 miljoen jaar.

Dit idee van langzaam steeds minder actief worden kun je ook op kennis toepassen. De nieuwe kennis die wetenschappers ontsluiten verliest in de loop der tijd zijn waarde doordat ze steeds minder (her)gebruikt wordt. De halfwaardetijd van nieuwe kennis is dus de tijd voordat deze kennis nog maar half zo relevant is voor de wetenschappers van nu. Euclides wiskunde bleek een lange halfwaardetijd te hebben, terwijl veel van de natuurkunde die Aristoteles omwikkelde het minder lang heeft uitgehouden. Geen van deze theorieën komen in de buurt van de halfwaardetijd van Uranium.

Ik vond het idee van halfwaardetijd van kennis wat ongemakkelijk, maar ook inzichtelijk en nuttig. Het is vast zo dat het Higgs Boson maar één keer ontdekt wordt, maar de theorie waar het deel van uit maakt, nu zo’n 50 jaar oud, heeft misschien zijn langste tijd al gehad; ontdekking van het Boson of niet. Zo gaat het met de meeste kennis. Theorieën blijken bij nader inzien onhoudbaar, ze worden vervangen door andere theorieën, of de vraagstukken waar ze over gaan raken simpelweg uit de mode. Soms is dat, ironisch genoeg, juist omdat er weinig meer aan te ontdekken valt.

Voor wetenschappers, die zoveel moeite doen om aan ‘ware’ kennis te komen en die opgevoed zijn met zoveel helden uit een ver verleden, is het idee dat ware kennis niet hetzelfde is als eeuwige kennis een zure appel om te slikken. Voor de wetenschapper van nu is de kans om de nieuwe Euclides te worden kleiner dan de kans om de loterij te winnen. Maar ze hebben ook strategieën tot hun beschikking, waarmee ze de kans om ingehaald te worden een beetje kleiner maken. Daarover gaat mijn volgende blogje.

Meer lezen?

In een eerder blogje maakte ik al eens gehakt van de mythe van de stokoude kennis die veel wetenschappers aanhangen. In mijn volgende blogje, tijdmeters, bespreek, ik strategieën die onderzoekers van allerlei snit toepassen om met de beperkte houdbaarheid van nieuwe kennis om te gaan.

Geschiedenis

Wat hebben we aan geschiedenis? Natuurlijk, is dit een vraag die je over alle schoolvakken en wetenschappen kan stellen, maar het valt vaak niet mee om een goed antwoord te krijgen. Het aardige van geschiedenis is dat een aantal hoorcolleges zijn van vooraanstaande historici over precies dit onderwerp.

Zo organiseerde de uitgeverij Home Academy in 20120 een serie minicolleges over het nut van wetenschap. Daarin sprak hoogleraar Fik Meijer over het nut van oude geschiedenis, Maarten van Rossem over het nut van hedendaagse geschiedenis en Maria Mathijsen over het nut van de geesteswetenschappen in het algemeen. Die laatste twee namen daarna nog een college op over het onderwerp. Maarten van Rossem sprak een uur lang over de vraag of wel (of niet) iets kunnen leren van geschiedenis. Maria Mathijsen besteedde vier colleges aan de opkomst van het historische besef in de 18e eeuw, waarin ze nog eens uitgebreid inging op het belang van geschiedenis. Een belangwekkende vraag dus, waarom we aan geschiedenis doen, maar blijkbaar ook knap lastig om te beantwoorden.

Historici beantwoorden de vraag naar het nut van geschiedenis natuurlijk graag aan de hand van het verleden: de geschiedenis van de geschiedenis. Het vak geschiedenis en hoe mensen het beleven is ook veel veranderd door de tijden heen.

Toch leert de geschiedenis van de geschiedenis ons vooral dat het vak in onze natuur zit. Al heel vroeg in het menselijke bestaan treffen we vormen van geschiedschrijving aan. Grottekeningen, verhalen in primitieve stammen, de oudste geschreven bronnen: ze hebben allemaal een historisch karakter.  Mensen hebben zich blijkbaar altijd bezig gehouden met het vastleggen en opnieuw vertellen van belangrijke gebeurtenissen in hun verleden.

Geschiedenis is dus altijd al belangrijk gevonden, maar welke geschiedenis belangrijk gevonden werd, hoe mensen geschiedenis schreven en de ideeën die historici er op nahielden over wat geschiedenis voor ons kan betekenen veranderden enorm in de loop der tijd. Laat ik eens een paar van die ideeën nagaan.

Één belangrijke reden om aan geschiedschrijving te doen is om legitimiteit aan huidige machthebbers te geven. Neem deze uitspraak van Cirero, de Romeinse redenaar: “De geschiedenis legt getuigenis af van het verleden, van de loop der tijden. Het brengt het licht in de duisternis, het licht der waarheid, en brengt het verleden tot leven.” Voor veel samenlevingen is het verleden – nou ja, het juiste verleden – dè manier om de samenleving zoals hij op dat moment is te rechtvaardigen.

Het eerste wat totalitaire regimes vaak doen, bijvoorbeeld,  is bewijzen en oude symbolen van voorgaande beschavingen of onwelgevallige episodes uit de eigen geschiedenis vernietigen. De Taliban vernietigden Boeddhistische beelden. In de Sovjetunie werden de schoolboekjes met elke nieuwe leider herschreven. Maar, het hoeft niet zo extreem. We kunnen er zelf ook wat van. Als was het alleen maar door keuzes te maken in welke geschiedenis we elkaar vertellen. Altijd een bloeitijd natuurlijk. De Fransen kiezen de Franse revolutie en de Napoleoniaanse tijd, de Belgen de middeleeuwen, Nederlanders de VOC periode. Schaduwkanten van die perioden krijgen weinig aandacht. Het licht van de waarheid van Cicero? We vinden het belangrijk, maar gebruiken het selectief.

Een tweede, verwante, functie van geschiedenis is identiteit. Maria Mathijssen stelt hierover dat geschiedenis een grote morele waarde kan hebben. Geschiedenis kan een vergelijkbare functie vervullen als godsdienst: geschiedenis kan de normen en waarden van een maatschappij ijken. Het is nog niet zo lang geleden dat in Nederland de historische canon is opgesteld. Die had, samen met het nationaal historisch museum als doel de Nederlandse identiteit te versterken. Nederlanders moesten weer leren waar ze vandaan kwamen en wat ons volk uniek maakt.

Net als bij legitimiteit is het probleem met geschiedenis als identiteitsdrager dat we vaak net die stukjes geschiedenis er bij pakken die ons het best uitkomen. De werkelijke geschiedenis is zo complex en kan met zoveel verschillende gezichtspunten bekeken worden dat er niet zo makkelijk zoiets als een identiteit uit te destilleren is. Tenminste niet zonder de waarheid en de nuance ernstig geweld aan te doen. Identiteit is een verhaaltje dat we onszelf over onszelf vertellen. Het is misschien eerder onze identiteit die bepaalt welke geschiedenis we er bij zoeken, niet onze geschiedenis die onze identiteit bepaalt.

En derde functie van geschiedenis is die van leermeester. Uit de geschiedenis kunnen we immers lessen trekken voor de toekomst. We kunnen het verleden als bron van inspiratie gebruiken, zoals ze in de renaissance deden met de klassieke oudheid, of we kunnen leren van fouten die we in het verleden gemaakt hebben.

Hoewel? Maarten van Rossem, maakt eigenlijk gehakt van dit laatste punt. Hij stelt dat de toekomst niet te voorspellen is en dat historici daar zeker niet beter in zijn dan anderen. Dat ligt overigens ook aan de manier waarop historici werken. Zij richten zich vaak op het uitpluizen van de samenloop van omstandigheden die tot belangrijke historische gebeurtenissen geleid hebben. Maar omstandigheden lopen nooit twee keer op precies dezelfde manier samen.

Het meest gebruikte verklaringsmodel onder historici: de historische analogie werkt om die reden heel erg slecht. In een historische analogie probeer je het nu te begrijpen door het te vergelijken met een belangrijke periode in het verleden. Maar dat, om het bekendste voorbeeld maar even aan te halen, economische crisis, het verval van de Weimar republiek en de opkomst van Hitler samen tot de tweede wereldoorlog leidden betekent natuurlijk niet dat omstandigheden van nu die daar op lijken de inleiding zijn voor een derde wereldoorlog. Dat is zelfs vrij onwaarschijnlijk. Economische crisissen zijn van alle tijden, de meesten gingen niet gepaard met een opkomst van het antisemitisme of een andere verwerpelijke vorm van massahysterie. Totalitaire samenlevingen ontstaan en verdwijnen weer voortdurend en maar zelden komt daar een wereldoorlog of een genocide aan te pas.

Dat betekent niet dat er geen lessen te trekken zijn uit de geschiedenis, maar wel dat die minder duidelijk en direct zijn dan de historische analogie doet vermoeden. Economische constanten zoals toegang tot grondstoffen zijn vaak op de langere termijn heel belangrijk voor het verloop van de ontwikkelingen, maar juist die worden in een historische analogie vaak over het hoofd gezien. De historische analogie gaat over één gebeurtenis van vroeger, maar je moet eigenlijk naar meerdere voorbeelden tegelijk kijken. Als je dat doet zijn er wel degelijk patronen te vinden die zich vaker voordoen en kun je misschien leren hoe die te doorbreken zijn. We kunnen zo mechanismen van verandering leren begrijpen bespelen. En tot slot kan historische analyse helpen om te begrijpen hoe we in een bepaalde situatie terecht komen, zodat het misschien makkelijker is er weer uit te komen.

Hebben we helemaal niets aan de historische analogie. Nou, voor één doel is ze volgens mij juist heel geschikt. Een historische analogie kan ontnuchterend werken als we ons weer eens druk maken over dingen die in het verleden of elders helemaal geen probleem waren. Zoals de huidige immigratiestromen, bijvoorbeeld.

Geschiedenis is dus een vak wat belangrijk en nuttig kan zijn, maar het is niet zo eenvoudig het goed te doen. Bovendien hangt hoe je geschiedenis moet bedrijven en onderwijzen toch ook een beetje af van hoe je geschiedenis wil gebruiken.

Misschien is het, als we een samenleving als de onze willen beoordelen dan ook belangrijker om te bekijken hoe we met de geschiedenis omgaan dan wat onze geschiedenis is. Behandelen we onze geschiedenis als een persoonlijk eigendom waar we mee kunnen doen wat we zelf willen of als een kostbaar geschenk dat we intact moeten laten en moeten koesteren? Is geschiedenis ‘ook maar een verhaal’ of vinden we waarheidsvinding echt belangrijk? Pikken we alleen de krenten uit de pap of durven we ook onze mindere kanten onder ogen te zien? Is geschiedenis iets van weinigen voor weinigen, of zorgen we juist dat iedereen via school, media, populaire boeken, monumenten en herdenkingen iets van de geschiedenis mee kan krijgen?

Ik denk dat mijn antwoord op deze vragen zich laat raden. De enige nuttige geschiedenis is levende geschiedenis.

 

Meer lezen?

In is kennis nuttig? stelde ik de vraag naar het nut van kennis al eens aan de orde. In basiskennis besprak ik al hoe moeilijk het is om het nut van kennis voor de samenleving vast te stellen. Daar boog ik me ook over het nut van wiskunde.

In in opdracht van de tijd, besprak ik de basishouding die de Russische revolutionairen hadden ten aanzien van geschiedenis en de contradicties daarin.

In stokoude kennis besprak ik een misvatting die dat in discussies over wetenschappen steeds terug komt. Dat kennis zich soms veel later pas bewijst en de vraag naar het nut ervan dus geen antwoord behoeft.

Één thema waar de verschillende historici zich alle drie wat ongemakkelijk bij blijken te voelen is de toegenomen specialisatie in de wetenschap. Die besprak ik eerder in helpt specialiseren en big science.

Dat de samenloop van omstandigheden niet een probleem is van historici alleen besprak ik al eens in verkoudheid.

De colleges die ik gebruikt heb voor dit blogje zijn verkrijgbaar via Home Academy. Zeker het college van Maria Mathijsen vind ik echt een aanrader.

Grenzen

Het kwam tot me toen ik na een aantal jaren afwezigheid weer eens op een conferentie was. Ik schrok van het niveau en de onderwerpen van de presentaties. Ging mijn vakgebied eigenlijk wel vooruit? Met duizenden publicaties per jaar zou je toch verwachten dat je na een paar jaar amper meer kon volgen waar het over ging. Maar ik zag meestal jonge, net afgestudeerde onderzoekers soortgelijke projecten presenteren als die ik zelf gedaan had; op de manier waarop dat zelf jaren terug ook gedaan had. En ik hoorde discussies aan die ik jaren geleden ook gehoord had. Precies dezelfde dingen werden besproken. Ik was een aantal jaar niet wetenschappelijk actief geweest, maar toch was ik eigenlijk sneller gegroeid dan mijn vakgebied als geheel.

Dat was best een bevreemdende ervaring, maar ik realiseerde me snel dat dat niet aan mij of aan mijn vakgebied lag, maar dat het onderdeel was van hoe wetenschap werkt. Natuurlijk zijn conferenties plekken waar de stand van zaken in het vak besproken worden, maar het zijn vooral ook opleidingsinstituten.

Op conferenties treden voornamelijk jonge onderzoekers aan die zich, door peer-review en interactie met hun vakgenoten, oefenen in de mores van het vakgebied. Ze leren de regels van het vak en ze hebben toegang tot bestaande kennis en contacten die hen kunnen helpen om hun projecten verder te brengen. Daar komt die herhaling van zetten vandaan. Er is steeds een nieuwe generatie jonge onderzoekers die het vak nog moet leren. De basis, dat wat Imre Lakatos de harde harde kern van het vakgebied zou noemen, moet door elke nieuwe generatie opnieuw aangeleerd worden en daar spelen conferenties een belangrijke rol in.

Kunnen vakgebieden dan eigenlijk wel vooruit gaan? Als conferenties opleidingsinstituten zijn, zijn onderzoekers mensen die hun hele leven studeren. Een onderzoeker heeft vanaf het moment dat hij van de middelbare school komt, op zijn 18e bijvoorbeeld, tot aan zijn pensioengerechtigde leeftijd, zo rond de 65, bijna vijftig jaar om beter te worden in zijn vak. De slimste en meest senior mensen in het vakgebied kunnen dus wat je in vijftig jaar kan leren. En dat zal altijd zo blijven. Vakgebieden worden nooit beter dan wat je in vijftig jaar aan kennis kan opdoen. Als je de stand van zaken in een wetenschappelijke discipline ziet als de gezamenlijke kennis van alle beoefenaars, dan zijn er maar een paar manieren waarop het kan groeien; twee ervan zijn demografisch.

Ten eerste kan het vakgebied vergrijzen. In dat geval worden de beoefenaars meer senior en hebben dus gemiddeld meer leerjaren achter de rug. In een vergrijzend vakgebied gaat de gemiddelde kennis vooruit, maar het is toch niet echt een gezonde situatie. Het grote nadeel van een vergrijzend vakgebied is dat het ook versmalt. Er is beperkte mankracht, nieuwe ideeën kunnen niet opgepikt worden en het gebrek aan aanwas betekend ook dat bestaande ideeën niet meer in twijfel getrokken worden.

Ten tweede kan het vakgebied verjongen. In een verjongend vakgebied is veel mankracht beschikbaar is en ontstaan er veel nieuwe ideeën. Oude ideeën worden ook getoetst en eventueel vervangen. Het nadeel is dat de gemiddelde kennis per onderzoeker omlaag gaat. Veel tijd gaat dus ‘verloren’ door dat nieuwe leden basiskennis bijgebracht moet worden. Een verjongend vakgebied verbreed zich prima maar het verdiept zich minder gemakkelijk.

Er is ook nog een derde manier. De efficiëntie van het vakgebied kan groter worden. Dat wil zeggen dat de senioren hun kennis beter kunnen overdragen aan jongere leden. Niet al hun kennis natuurlijk, maar wel de meest essentiële dingen, waar de jongeren dan op voort kunnen bouwen. Die jongeren hebben dan meer kennis die zich bewezen heeft, die blijkbaar wezenlijk was voor het vakgebied, en minder kennis die er blijkbaar minder toe doet.

In deze derde vorm van vooruitgang hebben veel mensen veel vertrouwen.  Dit komt door het grote verschil in de moeite die gaat zitten in het opdoen van een nieuw idee en het opdoen van een bestaand idee. Charles Darwin heeft lang gedaan over het ontwikkelen van zijn evolutietheorie, maar nu het er is kun je het zelfs al aan middelbare scholieren uitleggen. Één lesje is eigenlijk genoeg. Dat lijkt toch een flinke winst.

Ik ben zelf minder optimistisch over dit idee van vooruitgang door het steeds verder uitbouwen van overgedragen kennis en ik zal dat later nog eens uitdiepen. Voor nu is het misschien genoeg om in te zien dat deze derde vorm sterk lijkt op wat er bij het vergrijzen van een vakgebied gebeurd. Oude ideeën worden sterker waardoor het vakgebied zich verdiept, maar dit gaat ten koste van de breedte en de frisheid van het geheel. De prijs die een vakgebied betaalt voor verdieping is specialisatie en verminderd onderhoud van haar kernideeën.

De paradox is dus dat op conferenties eigenlijk alle individuen leren, terwijl het vakgebied als geheel – de verzameling van al die individuen samen – daar relatief weinig mee op schiet. Erg is dat niet, want dat was het andere inzicht dat ik destijds op die conferentie opdeed: het gaat uiteindelijk om de kennis van die individuen en wat zij er verder mee doen. Als het vakgebied jaren op ‘het zelfde niveau’ blijft is dat geen teken van falen, maar dan betekent dat dat er jaren lang nieuwe mensen getraind worden die op dat niveau over het vak na kunnen denken. De vraag is niet “is elke generatie van nieuwe mensen in het vak beter dan de vorige”, maar “hebben we wat aan een nieuwe generatie mensen met deze kennis”. Zolang het antwoord op die vraag ja is, hebben we wat aan het vakgebied – en, want ik denk niet dat die uitroeibaar is, aan haar bijbehorende mythe van intellectuele vooruitgang.

Meer lezen?

Ik sprak over de nadelen van specialiseren in Helpt Specialiseren? De visie op kennis die ik in dit blogje hanteer lijkt veel op die van Karl Popper die ik in Groeit Kennis? besprak. Ook in de blog Kennisstroom vind je ideeën die gerelateerd zijn aan deze blog.

De drie werelden van Popper

Bestaat er kennis van de wereld buiten je brein? Zit er bijvoorbeeld kennis in boeken, in TV programma’s of in computergames? Zit er kennis in pac-man? Dit lijken makkelijke vragen, maar het is knap lastig om tot goed onderbouwde antwoorden te komen. Ik ben er zelf vrij zeker van dat er kennis buiten mijn brein bestaat. Over boeken ben ik al minder zeker en aan het pac-man vraagstuk waag ik me maar niet. Filosofen houden zich, dat zal je niet verbazen, al sinds de oudheid met het probleem van buitenbreinse kennis bezig en hun antwoorden lopen ook enorm uiteen. Dit blogje gaat niet zo zeer over die hele discussie, maar over één van die antwoorden: de drie werelden theorie van Karl Popper. Dit omdat ik die theorie, in tegenstelling tot veel andere antwoorden op deze vraag heel praktisch vind.

Wetenschapsfilosoof Karl Popper zag de wetenschap als een collectief project waarbij wetenschappers over de hele wereld samenwerken om onze kennis van die wereld te verbeteren. Hij stelde dan ook dat er drie werelden van kennis waren. De eerste kenniswereld, wereld I, is de echte wereld. De echte wereld is onderwerp van de kennis van wetenschappers, maar ze is ook een belangrijke bron van kennis. Wetenschappers doen veel kennis van de wereld op door de wereld te bestuderen. De tweede kenniswereld, wereld II, is kennis in ons hoofd. Dit is zo’n beetje de enige vorm van kennis waar zelfs filosofen niet aan twijfelen. De derde kenniswereld, wereld III, is kennis buiten het hoofd: het is gedeelde kennis. De evolutietheorie, bijvoorbeeld, is gemeenschappelijke kennis: we hebben hem samen opgebouwd en onderhouden hem samen. Maar, vooral over deze derde kenniswereld bestaat veel discussie.

Wereld III is de plek voor gezamenlijke ideeën, theorieën, ontwerpen, plannen en andere soorten kennis die we met elkaar in elkaar knutselen. Maar, stel je bijvoorbeeld eens voor dat er een kernoorlog uitbreekt en iedereen sterft. Bestaat de evolutietheorie dan nog? Waarschijnlijk niet. Tegenstanders van wereld III, gebruiken dit als argument om te zeggen dat er dus geen kennis buiten het hoofd is. Alle gemeenschappelijke kennis kun je terugvoeren op kennis in individuele hoofden. Verdwijnen die individuen, dan is de kennis weg. Gemeenschappelijke kennis is in deze visie dus een optelsom van individuele kennis, geen aparte kennisvorm; laat staan een ‘wereld’. Voorstanders kunnen tegenwerpen dat er vast nog wel ergens een exemplaar van ‘The Origin of Species’ ligt en dat aliens die de verwoeste aarde bezoeken deze theorie kunnen ‘herontdekken’. Maar dat is een problematische tegenwerping.

De vraag of aliens die tekst zouden kunnen begrijpen dringt zich namelijk op op. Om The Origin of Species te kunnen begrijpen heb je een heleboel kennis nodig die aan het einde van de 19e eeuw voor de meeste intelectuelen gemeengoed was, maar die voor aliens moeilijk te bevatten zal zijn. Hoe goed is Darwins verhaal over het fokken van dieren bijvoorbeeld te begrijpen als je niet weet wat fokken is? Je kunt dus zeggen dat boeken ‘code’ of ‘informatie’ bevatten en geen kennis. Of tenminste, dat je om toegang te hebben tot de kennis in boeken veel kennis in je hoofd nodig hebt. Niet voor niets is voor het begrijpen van heel oude teksten heel veel studie nodig.

Het echte probleem met het ‘wat als iedereen sterft’ argument is dat het geen sluitend argument is tegen het bestaan van gemeenschappelijke kennis. Als ik sterf is mijn kennis ook weg, maar dat betekent niet dat op dit moment geen kennis heb. Het ‘wat als …’ argument is dus net zo goed een argument tegen kennis in het hoofd – en daar twijfelt bijna niemand aan.

Toch is het lastig dat je wereld III kennis niet kan aanraken of aanwijzen. We weten wel zo’n beetje wat we zelf weten (wereld II), maar we hebben geen idee van de meeste dingen die zich in wereld III afspelen. Wereld II verhoudt zich ongeveer tot wereld III als mieren tot een mierenhoop. Elke mier werkt aan een stukje van de mierenhoop, maar heeft geen overzicht over het geheel. Als een mier iets verandert aan de hoop kan dat een ander deel in doen storten, maar daar heeft de mier geen weet van. Meestal heeft wat de mieren doen maar een klein effect op de hoop.

Zo is het ook met ons ‘kenniswerk’. We proberen elke dag theorieën te begrijpen, te verwerken en een beetje te veranderen, maar het meeste daarvan heeft nauwelijks effect op het geheel. Popper stelde zelfs dat wereld III kennis ‘autonoom’ is. De hoop heeft als het ware een eigen leven. Ik kan het plan wel opvatten om de evolutietheorie een flinke schop te geven, maar tenzij ik de honderden andere mieren die er aan werken mee krijg, zal dat weinig effect hebben. Het grote voordeel van die autonomie is dat kennis stabiel is: honderden kennismieren onderhouden de evolutietheorie dus die stort niet zomaar in. Het grote nadeel is dat kennis stabiel is: er zij ook immers honderden kennismieren die het creationisme onderhouden, waardoor die discussie maar nooit beslecht wordt.

Volgens mij volgen er een aantal belangrijke lessen uit de drie werelden theorie. De eerste is natuurlijk bescheidenheid. We kennen maar een stukje van wereld III en dat is ok. We hebben ook maar weinig invloed op wereld III en dat is ook ok. Een tweede les is onderhoud. Popper stelde eigenlijk dat wereld III kennis meteen in elkaar zakt als er niemand meer aan werkt. Dit beschrijf ik uitgebreider in mijn blogje ‘groeit kennis? ‘. De derde is samenwerking. Er zijn wel kamergeleerden (geweest) die in hun eentje een briljant idee hebben uitgewerkt dat we nog steeds gebruiken, maar Popper richt onze aandacht op iets anders. De kamergeleerde heeft nieuwe wereld II kennis gemaakt. Het is zijn grote schare navolgers die er wereld III kennis van maken. Als we iets willen met de kennis moeten we ons dus ook mengen in die groep.

De drie werelden theorie biedt een eenvoudige en praktische manier van denken over de kennis van een groep mensen. Hij roept ook een aantal lastige vragen op die ik in latere blogjes misschien nog wel eens oppak.

Meer lezen?

Voor het schrijven van dit blogje heb ik gebruik gemaakt van het boek ‘Education and Mind in the Knowledge Age’ van de onderwijskundige Karl Bereiter.

In mijn blogje Groeit Kennis“, besprak ik eerder al Poppers gelijkstelling van kennisopbouw en kennisonderhoud. Poppers beeld van wereld III kennis komt overigens aardig overeen met moderne ideeën over het brein zoals ik die in Geheugenmachine besprak. En ook het idee van een Kennisstroom is gerelateerd.

Over de evolutietheorie sprak ik eerder al uitgebreider in de blogjes evolutiesnelheid en memen.

Big Science

“Vandaag de dag hebben we het voorrecht om aan tafel te zitten met de reuzen op wiens schouders we staan”

Niet zo lang geleden opperde ik op een conferentie gekscherend dat het een goed idee zou zijn om alle publicaties die niet gemakkelijk met Google Scholar gevonden kunnen worden (dat zijn meestal publicaties van voor 1995), voortaan maar gewoon te vergeten. Dat zou een duidelijke tweedeling geven. Pre-internet wetenschap is voor historici en post-internet wetenschap voor wetenschappers. Zou het echt slecht zijn voor ons vakgebied als er niemand meer zou zoeken naar een obscuur paper over usability testen uit 1988?

Erg serieus was dat niet bedoeld. We hebben er toen in ieder geval smakelijk om gelachen. Ik ben zelf iemand die juist graag graaft naar dat soort papers; ongeveer zoals ik het ook fijn vind om muziek te spotten die nog weinig mensen kennen – en ik weet dat veel van mijn collega wetenschappers een soortgelijk temperament koesteren. Maar, zoals zo vaak, zat er wel kern van waarheid in de grap en daar moest ik aan denken toen ik het boekje “little science, BIG SCIENCE” van Derek, J. de Solla Price nog eens las.

Het boekje, verschenen in 1963, beschrijft een kwantitatieve studie naar de geschiedenis van de wetenschap. De Solla Price vroeg zich niet af wie de leidende figuren waren geweest in of hoe de prioriteitsstrijd tussen twee bekende wetenschappers was gelopen. Nee, in plaats daarvan stelde hij vast dat de wetenschap enorm gegroeid was sinds haar begindagen. Vervolgens handelde hij op een atypische manier voor een historicus: hij begon die groei zo precies mogelijk te meten, hij probeerde wetmatigheden vast te stellen en daaruit weer af te leiden wat die wetmatigheden betekenden voor de structuur van de wetenschap als geheel. Nu en in de toekomst. Hij bedreef dus een soort ‘natuurkunde’ van de wetenschapsgeschiedenis.

Groei, groei, groei

Eigenlijk is het boekje rondom één enkel prikkelend feitje opgebouwd: 80% tot 90% van alle wetenschappers die ooit geleefd hebben leven vandaag nog. Er zijn dus nu bijna 10x zoveel wetenschappers dan in de hele geschiedenis van de wetenschap bij elkaar. Wetenschap is dus heel erg iets van nu; het is modern; het is hedendaags. Terwijl wij onze kinderen op de middelbare school lastig vallen met lessen over Darwin, Newton en Einstein, weten we eigenlijk allang dat deze namen horen tot de tien procent van de wetenschappers is die er niet meer toe doen. Ik vond het al een knap duizelingwekkend idee dat alle belangrijke wetenschap recht onder onze neuzen gebeurt, maar het feitje waar ik mijn hoofd pas echt moeilijk omheen kreeg was het volgende. Dit is sinds 1600 altijd zo geweest.

Sinds die tijd, zo laat De Solla Price zien groeit de wetenschap namelijk al exponentieel. Natuurlijk is wetenschap gegroeid sinds het bedreven werd door berooide zonderlingen die alleen voor hun passie leefden en hooguit met brieven correspondeerden met een handjevol andere vreemde snuiters die zich in de wetenschap gestort hadden. Maar ook toen groeide de wetenschap al exponentieel.

Dit moet betekend hebben dat zij ook het gevoel hadden dat het wetenschappelijk wezen explodeerde en dat het niet meer bij te houden was welke nieuwe ontdekkingen elke dag overal gedaan werden. Ook in hun tijd verdubbelde het aantal wetenschappers, het aantal publicaties, het aantal leden van wetenschappelijke instellingen en het aantal ontdekkingen al elke 10 jaar. Dat zijn drie of vier verdubbelingen in één wetenschappelijke carière. Met de kennis van nu is het je misschien moeilijk voor te stellen dat iemand als Newton zich overweldigd voelde door de explosie van nieuwe wetenschap, maar er is voldoende bewijs dat wetenschappers uit die tijd dit zo beleefden. Ook zij zaten om tafel met de reuzen op wiens schouders ze stonden.

Waarom is het eigenlijk moeilijk je voor te stellen dat voor Newton de wetenschap even explosief groeide als voor ons? Een probleem is natuurlijk die mythe van de wetenschapper als eenzame zonderling. Daar klopt niet zoveel van. Ook in Newtons tijd was wetenschap al een bedrijf, maar wel een minder groot bedrijf met andere structuren. Het was bijvoorbeeld minder gespecialiseerd, het salarisgebouw zag er nog niet uit zoals nu en er waren ook andere communicatiemiddelen. Ook de taakstelling van de little scientist was eigenlijk heel anders. Wetenschappers uit de tijd van Newton rekenden het overzien van zo’n beetje alle kennis in de wereld nog tot hun taak, maar er is geen hedendaagse wetenschapper die zich dat nog in zijn hoofd haalt. Zo zijn er nog wel wat verschillen in structuur op te noemen en een aantal daarvan hangen samen met die explosieve groei van de wetenschap. Om dit soort verbanden tussen groei en interne structuur is het De Solla Price in zijn boekje te doen.

Stagnatie?

Laten we eerst maar even iets beter naar die groei zelf kijken. De wetenschap groeit al bijna 400 jaar exponentieel. Kan dat nog lang zo doorgaan? Nee natuurlijk. Voor wetenschap heb je mensen nodig met een bovengemiddelde intelligentie. Je kunt met goede scouting zorgen dat meer van die mensen in het wetenschappelijk bedrijf terecht komen en met goede scholing valt ook wel wat te bereiken, maar ergens is het potentieel wel op. Wetenschap kost bovendien veel geld, geld dat zich mogelijk op de lange termijn wel terug verdient, maar dat niet onmiddelijk brood op de plank brengt. Door de bank genomen is wetenschap een luxeproduct. Er zijn dus grenzen aan de groei. De Solla Price stelde de groei van de wetenschap dus als volgt voor.

logistische curve

Wat je ziet is een logistische curve. Eerst is er exponentiele groei, maar er is een limiet, waardoor na een bepaald moment de groeisnelheid afneemt zodat de groei steeds langzamer naar de limiet toe gaat. Interessant in dit plaatje is ook het pijltje met 30 jaar. Dit is de tijd die gezien de verdubbelingstijd van de wetenschap nodig is om het keerpunt in de curve te bereiken vanaf het moment dat de exponentiele groei over gaat in de logistische. In nog eens 30 jaar zit je effectief dicht bij de limiet. Als De Solla Price het pijltje met ‘present state’ goed heeft geplaatst (hij waagt zich in het boekje niet aan een echte voorspelling) zijn we, bijna 60 jaar verder, dus over de top heen en neemt de groei van wetenschap nu rap af.

Is dat een probleem? Het is zeker een gevaar voor onze wetenschappelijke concurrentiepositie. Landen die wetenschappelijk minder ver zijn hoeven namelijk het wiel niet opnieuw uit te vinden. Aan de hand van data over Japanse natuurkundigen laat De Solla Price zien dat het, met maar een handjevol “geïmporteerde” wetenschappers, maar een paar generaties kost om wetenschappelijk volledig mee te tellen.

Dat maakt het extra interessant naar het einde van de logistische curve te kijken. Is stagnatie het enige scenario voor het einde van de curve? De Solla Price bespreekt verschillende andere  scenario’s, zoals wilde oscillatie rondom het plateau of een terugval naar een lager niveau. Maar, één denkbaar scenario is ook dat we op de een of andere manier in slagen de regels van het spel te veranderen, waardoor weer nieuwe exponentiele groei mogelijk wordt. Zo iets is er bijvoorbeeld in het verleden gebeurd met deeltjesversnellers. Steeds als die aan de grenzen van hun kunnen kwamen werd er een nieuw type versneller uitgevonden.

Als de grenzen van de groei van wetenschap bepaald worden door het percentage van de bevolking dat er geschikt voor is lijkt het zeker niet waarschijnlijk dat het plafond makkelijk doorbroken kan worden. Toch zijn er ook dan wel een paar mogelijkheden. We kunnen artificele inteligentie inzetten bijvoorbeeld: eerst door nog meer samen te werken met computers, later misschien door de inzet van breinversterkende medicijnen en elektronische breinimplantaten.

Iets minder wild en futuristisch is de opkomst van het onderzoek buiten de traditionele wetenschap. Zo is een van de doelen van het moderne hoger beroepsonderwijs, met haar ‘universities of applied sciences’ om professionals sneller in contact te brengen met wetenschappelijke kennis. De groei van kennis mag dan stagneren, het gebruik ervan kan nog verbetert worden. Waardoor we de kenniseconomie misschien een nieuwe impuls kunnen geven.

Onzichtbare colleges

En dan de kernvraag van het boekje. Welke structuurwijzigingen hangen samen met de groei van wetenschap? De Solla Price laat zien dat niet alle aspecten van de wetenschap even snel groeien. Het aantal excellente wetenschappers groeit bijvoorbeeld veel langzamer dan het totaal aantal wetenschappers. Het wordt dus een steeds hiërarchischer systeem. Daarmee wordt het ook competitiever.

Dat heeft tot gevolg dat wetenschappelijke output fragmentarischer, gemeenschappelijker en specialistischer wordt. Fragmentatie is nodig vanwege de prioriteitsstrijd die ontstaat bij groei.

Het wetenschappelijk artikel is een voorbeeld. In Newtons tijd werden alle wetenschappelijke bevindingen nog door boeken verspreid. Maar, het is natuurlijk een beetje jammer als iemand anders net iets eerder een soortgelijk boek publiceert. Door informatie in artikelen te verwerken kun je sneller eigenaarschap claimen van een bepaald idee. Hoe groter de wetenschap, hoe kleiner het publicon (de kleinst publiceerbare eenheid).

Dat heeft weer tot gevolg dat wetenschap een gezamenlijker proces wordt. Als wetenschappers hun resultaten en gedachten eerder delen, zijn ze ook eerder in staat gebruik te maken van elkaars werk. Maar, zelfs bij kleinere publicatie eenheden zijn er grenzen aan hoeveel informatie je tot je kan nemen. Elke individuele onderzoeker moet een balans zien te vinden tussen het lezen van artikelen, het uitvoeren van wetenschappelijk werk en het schrijven van artikelen. Om dat zo efficiënt mogelijk te kunnen doen is het handig je te richten op een klein deel van het materiaal dat voor handen is. Specialiseren dus.

Deze drie ontwikkelingen samen brengen De Solla Price tot de hypothese van onzichtbare colleges. Volgens hem is het in de hedendaagse wetenschap nodig om intensieve samenwerkingen aan te gaan. In de onzichtbare colleges werken wetenschappers op veel intensievere basis samen dan in de publicatie cyclus (die nog altijd meer dan een jaar beslaat) mogelijk is. Deze groepen, van maximaal 100 wetenschappers sturen elkaar pre-prints hebben regelmatig contact tussen conferenties door. Ze combineren, fragmentatie, specialisatie en samenwerking om zoveel mogelijk output te bereiken en het hoofd boven water te houden in de steeds groeiende wetenschap.

Tot slot

Hoewel ik altijd wat sceptisch ben over het getalsmatig benaderen van een in en in inhoudelijk onderwerp als geschiedenis is “little science, big science” een onderhoudend en prikkelend betoog. Het is verleidelijk om eens met een paar eenvoudige basisprincipes en vogelvlucht over de wetenschap na te denken. En het geeft je, zeker, als wetenschapper eens de afstand om na te denken over je eigen rol in dit hectische exploderende wetenschappelijk bedrijf.

En Google Scholar? Ik ken veel onderzoekers die een sterke wil hebben om op zoek te gaan naar de bron van de ideeën die ze gebruiken. Dat kan natuurlijk beleefdheid zijn: ze hopen zelf ook ooit op deze manier als bron behandeld te worden, maar het kan ook wel een tegengif zijn tegen de hectiek die Big Science met zich mee brengt. Er wordt in de output gestuurde wetenschap natuurlijk heel veel ruis geproduceerd. In een context van wetenschappelijke overproductie brengen artikelen uit voorgaande tijden, die op de een of andere manier de tand des tijds overleeft hebben een relatieve zuiverheid en eenvoud. Dat maakt het de moeite waard er naar op zoek te gaan, zelfs als Google even niet meewerkt.

Meer lezen?

Over de zin en onzin van wetenschappelijke specialisatie schreef ik eerder in Helpt Specialiseren? In Grenzen betoog ik dat groei van kennis niet altijd nodig is. Over de nostalgische houding van veel wetenschappers en de houdbaarheid van de argumenten die ze daarvoor aanvoeren schreef ik in Stokoude Kennis. Ik schreef eerder over wetenschapssociologie in Lableven.

Het boekje “little science, BIG SCIENCE” is alleen nog 2e hands te verkrijgen of via een universiteitsbibliotheek, maar het is het lezen zeker waard.

 

EPR

In mijn blogje over gedachtenexperimenten haalde ik het Einstein – Podolsky – Rosen (ofwel het EPR) experiment al even aan. Ik beloofde toen dat ik er nog eens een apart blogje over zou schrijven. Nu het EPR experiment in Delft opnieuw in het echt is uitgevoerd en opnieuw Einsteins ongelijk aantoont kom ik daar natuurlijk niet meer onder uit. Opnieuw, inderdaad, want het experiment was al eens uitgevoerd, maar daar kom ik zo op terug. Eerst maar even de kwestie zelf. Om te kunnen snappen waarom het EPR experiment zo tot de verbeelding spreekt is het misschien nodig iets van de geschiedenis van de moderne natuurkunde te weten.

Het EPR experiment draait om de rol van toeval in de quantummechanica. Die quantummechanica is de natuurkunige theorie die het gedrag van kleine deeltjes (atomen en nog veel kleiner) beschrijft. De theorie is altijd onderwerp geweest van hevige discussie vanwege haar vreemdheid. Op het niveau van de kleinste deeltjes gebeuren dingen die je in het alledaagse leven weinig tegen komt. Zo blijkt dat de warmte in een warm voorwerp alleen vrij kan komen in de vorm van kleine energie brokjes, die een minimum grootte hebben. De manier waarop warmte uit een voorwerp komt is dus eerder te vergelijken met een emmer knikkers, waar je er  één voor één een uit kan halen, dan met een emmer water waar je ook hele minuscule druppeltjes uit kan halen. Eigenlijk kun je zeggen dat de natuur digitaal is en niet analoog. Of zoals natuurkundigen het zien: energie blijkt gekwantiseerd te zijn; daaraan dankt de quantummechanica zijn naam. Dit idee is voor het eerst geopperd door Max Planck in 1900.

Misschien vind je het idee van gekwantiseerde engerige geen opzienbarende ontdekking, maar Planck vond het idee van kwanta zo raar, dat hij er zelf eerst niet echt in geloofde. De enige reden dat hij het opperde was dat de straling die van een warm voorwerp af komt op deze manier goed te beschrijven is. Albert Einstein gaf de quantumtheorie vervolgens een flinke impuls toen hij in 1905 liet zien dat ook het foto-elektrisch effect, het ontstaan van elektriciteit als licht op een metalen plaat valt, goed te verklaren is door de aanname van gekwantiseerde energie. Nu waren er dus twee verschijnselen waar het idee van kwanta voor werkte en two makes a crowd. Voor deze ontdekking kreeg Einstein later de Nobelprijs. Wat volgde in de natuurkunde, waren een aantal duizelingwekkende jaren. Na het idee van energiepakketjes volgde namelijk nog een reeks natuurkundige theorieën die elkaar in vreemdheid naar de kroon staken, maar waarmee wel vaak de uitkomsten van experimenten verklaard en voorspeld konden worden. Einstein zelf was niet onverdeeld positief over deze nieuwe natuurkunde. Hoewel hij er eigenlijk zo’n beetje het startschot voor gegeven had en hoewel hij met zijn relativiteitstheorie toch had laten zien niet wars te zijn van vreemde ideeën over de natuur, zat één aspect van de quantummechanica hem erg dwars. Dit was de rol die toeval toebedeeld kreeg.

Einstein was namelijk een determinist. Hij geloofde, dat als je vandaag een oneindig precieze meting zou doen van het universum en je zou perfecte natuurkunde hebben, dat het universum van morgen  precies te voorspellen moest zijn. De quantummechanica sprak dit idee tegen. Één probleem was het onzekerheidsprincipe van Werner Heisenberg. Dit principe was een van die nieuwe natuurkundige theorieën. Heisenberg stelde dat je nooit tegelijk de snelheid en de plaats van een deeltje precies kon vaststellen. Volgens Heisenberg kon je de eigenschap van een deeltje alleen te weten komen door het te beïnvloeden. Als je de snelheid van een deeltje probeerde te meten beïnvloedde je de plaats en andersom. Met dit onzekerheidsprincipe stak hij een spaak in het deterministische wiel. Hij stelde namelijk dat het heelal onmeetbaar was. Je kun nooit precies weten hoe snel alle deeltjes gingen, tenminste niet als je ook wist waar die deeltjes waren. Het heelal voorspellen zat er dan ook niet in en teletransportatie trouwens ook niet. Toen de schrijvers van Star Trek kritiek kregen op hun verhalen over teletransportatie, omdat dit volgens het principe van Heisenberg onmogelijk was, bedachten ze snel een apparaat dat de Heisenberg compensator genoemd werd. Zo werd de serie gered van de werkelijkheid.

Nu is stellen dat de toestand van het heelal niet precies meetbaar is, nog iets anders dan stellen dat de natuur zich in het geheel niet voorspelbaar gedraagt. Heisenberg beweerde ook niet dat de natuur niet deterministisch is, maar anderen deden dat al heel snel wel. Onzekerheid, zo stelden zij, zit in de natuur ingebakken. Zelfs met een precieze meeting van het heelal, perfecte natuurkunde en eventueel een Heisenberg compensator, zou je volgens hen nog niet kunnen weten hoe het heelal er morgen uit ziet. Dat hangt helemaal van het toeval af. Hun kernidee was het idee van superpositie. Een deeltje dat in superpositie is, is in meerdere toestanden tegelijk. Electronen hebben bijvoorbeeld spin, ze kunnen bij wijze van spreken 1 rechtsom en linksom draaien. Het idee van superpositie stelt dat elektronen tegelijk linksom en rechtsom kunnen draaien. Pas als we de spin gaan meten ‘kiezen’ de elektronen een kant. Dit is een absurd idee en dat vond Einstein ook. Maar dat elektronen blijkbaar twee kanten tegelijk op kunnen draaien, was helemaal niet wat hem het meest dwars zat. Wat Einstein niet beviel was een gevolgtrekking uit deze theorie: als deeltjes in meerdere toestanden tegelijk kunnen zijn totdat ze gemeten worden, dan is de natuur niet deterministisch meer. Zij wordt fundamenteel onvoorspelbaar. Dat vond Einstein maar niets: “God dobbelt niet”, zei hij.

En dus ging Albert Einstein met Boris Podolsky en Nathan Rosen zitten om een gedachtenexperiment te verzinnen waardoor je meteen kon zien dat het idee van superpositie gewoonweg niet waar kon zijn. Om het ongelijk van aanhangers van superpositie aan te tonen gebruikten Einstein, Podolsky en Rosen het idee van tweelingdeeltjes. De toestanden van die deeltjes zijn gekoppeld. We kunnen dus twee deeltjes hebben waarvan we niet weten in welke toestand ze zijn (volgens het superpositieprincipe), maar waarvan we wel weten dat ze een tegengestelde spin hebben. Stel je een tweelingdeeltje voor zeiden de EPR auteurs, waarvan de afzonderlijke deeltjes heel ver, misschien wel een lichtjaar uit elkaar zijn gedreven. Vervolgens meten de we de spin van één deeltje. Dat springt volgens het superpositieprinciepe pas door die meting in een bepaalde spin. Het andere deeltje moet dat dan ook doen: maar… hoe ‘weet’ het ene deeltje dat een ander deeltje een lichtjaar verderop gemeten wordt?. Volgens Einstein kan er niets sneller bewegen dan het licht, dus even een boodschap over zenden kan niet. Er moet een magische werking op afstand zijn òf het superpositieprincipe klopt niet.­­­

In het EPR experiment staat dus met het superpositieprinciepe de vraag of de natuur deterministisch is op het spel. Dat is nogal wat. Toegegeven: het EPR experiment is niet het makkelijkst te begrijpen gedachtenexperiment dat ooit bedacht is, maar als gedachtenexperiment is het vrij overtuigend. Het superpositieprincipe zelf is al niet erg intuïtief, maar als er ook nog magische werking op afstand bij komt kijken, dan kan het toch bijna niet waar zijn. Exit toeval in de kwantummechanica. Toch? Nee dus. De man die Einstein in het ongelijk stelde heette Alain Aspect. Hij voerde in de jaren 80 van de vorige eeuw een experiment uit in de kelders van zijn laboratorium in Parijs waarmee door metingen aan deeltjes vastgesteld kon worden of de werking op afstand die in het EPR gedachtenexperiment zo een belangrijke rol speelt, bestaat. En zijn antwoord was ja. Deze deeltjes blijken te reageren zoals het superpositieprincipe voorspelt. Einstein had ongelijk en de natuur was ondeterministisch.

Hoe spectaculair het experiment van Alain Aspect ook was, het probleem met echte experimenten is dat de uitkomst ook bepaald kan zijn door de experimentele opstelling. Werden de metingen in Aspects experiment wel snel genoeg uitgevoerd? En zaten er geen andere fouten in de opstelling? Het experiment dat de Delfste wetenschappers eind Oktober gedaan hebben zou waterdicht moeten zijn. Alle mogelijke fouten in het experiment van Aspect, zijn geadresseerd. Er is ongelofelijk precieze apparatuur gebruikt. De opstelling gebruikt daarnaast glasvezels die over de hele campus liggen en is daarmee kilometers groot. Met al deze verbeteringen toonde het definitief Einsteins ongelijk aan. Nou ja definitief… ook het Delftse experiment zal wel weer ten prooi vallen aan allerlei kritiek op de details van de opstelling. Want dat is natuurlijk het probleem met echte experimenten: dat er foutjes in kunnen sluipen.

En dat soort foutjes geven weer ruimte om de controverse nog een tijdje te laten bestaan. Tot een nog groter en nog duurder experiment Einsteins ongelijk opnieuw aantoont of tot dat er een theorie bedacht wordt die ook de metingen verklaart, maar die intuïtiever is. Ik zou zelf inzetten op het laatste denk ik. Maar tot een dergelijke theorie gevonden is, is de wereld nog even ondeterministisch. Is dat erg? Ach, misschien is het ook alleen maar erg voor theoretisch natuurkundigen.

Meer Lezen?

Er is rondom het Delftse experiment natuurlijk veel pers geweest, waarvan ik het beeldverhaal over het experiment, dat de Volkskrant publiceerde het meest leeswaardig vond.

Ik schreef zelf al eerder een blogje over gedachtenexperimenten in het algemeen. En over het nut van echte experimenten in de blogjes “waardendragers” en “eksters”. Ook het blogje lableven over Bruno Latour’s studie naar de gang van zaken in een biomedisch laboratorium is gerelateerd aan dit blogje.

[1] Dit is echt ‘bij wijze van spreken’. Electronen kun je niet ‘zien’, ze zien er niet uit als balletjes en ze draaien waarschijnlijk al helemaal niet. Spin is een van de eigenschappen van electronen, maar het is een heel theoretisch/wiskundig concept.