Het probleemoplossend vermogen van Larry Laudan

In “Progress and its Problems” probeert Larry Laudan iets te doen wat de meeste wetenschapsfilosofen nooit gelukt is: een geschiedsgetrouwe theorie van wetenschappelijke vooruitgang formuleren. Dat is dapper en interessant – want die wetenschapsgeschiedenis is weerbarstig – en het resultaat mag er wezen: Laudan’s wetenschapsfilosofie is eenvoudig, elegant en genuanceerd.

De vooruitgangskwestie

Wetenschappers zijn graag zeker van hun zaak. Dat wil zeggen dat ze er alles aan doen om te zorgen dat hun uitspraken kloppen en dat ze morgen en overmorgen ook nog kloppen. Tegelijkertijd laat de geschiedenis zien dat wetenschappelijke inzichten in de loop der tijd steeds veranderen. Die twee dingen staan op gespannen voet met elkaar: wetenschappers beweren sinds de wetenschappelijke revolutie dat ze manieren hebben om tot zekere kennis te komen, maar die geschiedenis geeft ze gewoon steeds ongelijk. Er is in de hele wetenschapsgeschiedenis nog nauwelijks een wetenschappelijke uitspraak geweest die later niet herzien moest worden.

Die spanning tussen de status aparte van wetenschappelijke kennis en de feilbaarheid van de wetenschap lost op als we aannemen dat wetenschap vooruit gaat. Als wetenschappers er in slagen om steeds voort te borduren op bestaande inzichten en deze aan nieuwe tests te onderwerpen, om op die manier onze kennis van de wereld aan te scherpen. Dan kunnen ze beweren dat ze én de beste manier hebben om aan zekere kennis te komen én dat die kennis steeds veranderd – omdat dat bij de aanpak om tot zekere kennis te komen hoort. Het is het steeds voortschrijdende inzicht dat wetenschappelijke kennis zijn ‘status aparte’ geeft.

Maar ook hier laat de wetenschapsgeschiedenis ons in de steek. Onderzoek naar de vooruitgang van wetenschappelijke kennis laat zien dat dat proces chaotisch is, dat criteria die wetenschappers formuleren om vooruitgang vast te stellen – zoals verificatie en falsificatie – niet daadwerkelijk leidend zijn voor de keuzes die ze maken en dat sociale processen – zoals een strijd om invloed en middelen -, veel impact kunnen hebben op het wetenschappelijke bedrijf. Zolang we slecht begrijpen hoé de wetenschap vooruitgang boekt kunnen we niet zeker zijn dát de wetenschap vooruitgang boekt.

In een notendop is dit dus het probleem:

1 Als we terug kijken in de geschiedenis zien we veel achterhaalde inzichten.

2 Daardoor denken we dat de wetenschap vooruit gaat.

3 Maar we begrijpen eigenlijk niet hoe dat in zijn werk gaat.

4 Daardoor kunnen we wetenschappelijke vooruitgang niet herkennen. Bij ontwikkelingen in de wetenschap weten we niet of we naar vooruitgang of gewoon naar verandering kijken.

5 Dit geeft weer problemen voor de status van wetenschappelijke kennis. De vraag is of de feiten van vandaag het resultaat zijn van een zoektocht die al in de 16 eeuw begon of eerder ‘in de waan van de dag’ ontstaan zijn.

Probleemoplossen

Volgens Laudan kunnen we wetenschappelijke vooruitgang het best begrijpen als we wetenschap zien als een probleemoplossingsdiscipline. De stelling dat wetenschappers aan wetenschappelijke problemen werken, lijkt eigenlijk weinig opzienbarend. Maar andere wetenschapsfilosofen hebben zich vooral gericht op concrete activiteiten binnen dat probleemoplossen, zoals: het doen van observaties, het uitvoeren van experimenten of de logische structuur van argumenten. Daardoor ligt de nadruk in die filosofieën sterk op het experimentele handwerk. Laudan kiest voor een globalere kijk, een die meer zicht geeft op het proces van vooruitgang in plaats van het formuleren van een gouden standaard voor wetenschappelijke bewijsvoering.

Wat is een wetenschappelijk probleem? Volgens Laudan zijn er twee soorten: empirische problemen en conceptuele problemen.

Een empirisch probleem doet zich voor wanneer de werkelijkheid zich anders gedraagt dan je zou verwachten. In de ochtend vind je vaak waterdruppeltjes op de ruiten. Dit is een empirisch probleem totdat je een er bevredigende verklaring voor hebt, zoals dat koude lucht minder water kan bevatten dan warme lucht. Deze verklaring vormt meteen een nieuw empirisch probleem. Waarom kan koude lucht minder water bevatten dan warme lucht? Dat vraagt ook weer om een verklaring. Empirische problemen ontstaan in het samenspel tussen theorie en werkelijkheid.

Een conceptueel probleem doet zich voor wanneer een theorie niet in overeenstemming is met andere theorieën. Zou je het condens op de ruiten verklaren door te stellen dat ruiten zweten als het koud wordt, dan moet je duidelijk maken dat het niet vreemd is om te zeggen dat dingen kunnen zweten en dat kou een reden kan zijn om te gaan zweten. Dit zijn conceptuele problemen. Conceptuele problemen ontstaan in het samenspel tussen verschillende theorieën.

Elke theorie kan empirische en conceptuele problemen oplossen maar veroorzaakt typisch ook weer nieuwe conceptuele en empirische problemen. Afhankelijk van hoe belangrijk we de opgeloste problemen vinden en de nieuwe problemen die zich voordoen zijn we geneigd een theorie te accepteren – of niet.

Volgens Laudan kenmerkt wetenschappelijke vooruitgang zich door een groei van het aantal opgeloste problemen en de afname van het aantal onopgeloste problemen. Maar omdat niet alle problemen even belangrijk gevonden worden, is de boekhouding complexer dan op het eerste gezicht lijkt. Laten we eerst eens naar de “empirische problemen” kijken.

Status van empirische problemen

Volgens Laudan bestaan er drie soorten empirische problemen.

Opgeloste problemen. Dit zijn empirische problemen waar een adequate verklaring voor is. Dauw op de ruiten, bijvoorbeeld.
Onopgeloste problemen. Dit zijn empirische problemen waar geen enkele bestaande theorie een verklaring voor heeft. Of poetsvissen zelfbewustzijn hebben, bijvoorbeeld.
Anomalieën. Dit zijn empirische problemen die in strijd zijn met een geldige theorie. Als blijkt dat er deeltjes zijn die sneller gaan dan het licht is dit een anomalie voor de relativiteitstheorie.

Je zou zeggen dat onopgeloste problemen het belangrijkst zijn voor de wetenschap. Daar is immers vooruitgang te boeken. Maar de praktijk leert dat het onontgonnen terrein door wetenschappers relatief onbelangrijk gevonden wordt.

Toen Robert Brown in 1828 door zijn microscoop naar pollen in een bakje water keek, zag hij dat ze schijnbaar willekeurig door elkaar bewogen. Je zou zeggen dat deze ‘Browniaanse beweging’ een opwindende ontdekking was, waar wetenschappers meteen op doken. Maar dat was niet zo. Wetenschappers steggelden over het belang er van en voor welke theorie het eigenlijk een probleem kon zijn. Keken we naar iets wat biologisch van aard was, elektrisch, optisch? Omdat ze geen theorieën hadden om het probleem te duiden konden ze ook niet beslissen hoe belangrijk het was en liet een oplossing op zich wachten.

Het was uiteindelijk 80 jaar later toen Albert Einstein een van zijn eerste wetenschappelijke ontdekkingen deed door aan tonen dat de pollen door de beweging van watermoleculen in beweging gebracht worden. Daarmee deed hij een grote bijdrage aan de warmteleer én aan de status van de Browniaanse beweging. Tot die tijd had Brown een grappig, slecht begrepen experiment beschreven, wat relatief weinig aandacht kreeg. Vanaf dat moment was het een centraal leerstuk in de warmteleer.

Het belang van wetenschappelijke problemen hangt dus af van hun bewijskracht voor een bepaalde theorie. Omdat het voor onopgeloste problemen niet zeker is wat die latere bewijskracht zal zijn, zijn ze voor veel wetenschappers eigenlijk minder relevant.

Daarom zijn anomalieën zo belangrijk voor de wetenschap. Een anomalie is een luis in de pels van de wetenschap. Anomalieën zeuren aan het hoofd van de wetenschapper, ze wijzen er op dat de mooie theorieën waar de onderzoekers zo lang aan gewerkt hebben toch niet kunnen kloppen. Als je er in slaagt om een anomalie in een opgelost probleem om te turnen sta je als wetenschapper supersterk. En het mooie van anomalieën is dat dat al van te voren bekend is. Je weet welke theorie je een steuntje in de rug kan geven en waarom.

We kunnen concluderen dat voor empirische problemen geldt dat anomalieën het belangrijkst zijn, daarna opgeloste problemen en dan pas onopgeloste problemen. Maar Laudan merkt terecht op dat deze inventarisatie niet afdoende is om de wetenschapsgeschiedenis recht te doen. Maar al te vaak werden theorieën die empirische problemen prima konden oplossen, ter zijde geschoven ten faveure van theorieën die beter in het wereldbeeld van de wetenschappers pasten. Daarom moeten we ook conceptuele problemen in beschouwing nemen.

Conceptuele problemen

De meeste wetenschapsfilosofieën keuren het alleen goed als wetenschappers op basis van experimenten en observaties voor een theorie kiezen. Maar Laudan stelt dat er hele rationele, niet empirische gronden kunnen zijn om een theorie aan te hangen. Sterker nog conceptuele problemen hebben volgens hem een grotere invloed op de vooruitgang van de wetenschap dan empirische problemen.

Conceptuele problemen ontstaan als theorieën in strijd lijken te zijn met andere theorieën. Even aangenomen dat theorieën geen interne problemen hebben, zoals vage concepten of verborgen cirkelredeneringen, zijn er volgens Laudan drie bronnen van conceptuele problemen: strijdige theorieën, methodologische problemen of problemen met het wereldbeeld van wetenschappers.

Strijdige theorieën hebben aannames die niet met elkaar te rijmen zijn. Ptolemeus dacht dat de aarde in het midden van het heelal staat, terwijl Copernicus dacht dat de zon in het midden staat. Dit is een conceptueel probleem want het kan niet allebei waar zijn. Je zou misschien zeggen dat het een empirisch probleem is want als je even een ruimteschip naar de zon stuurt dan kun je er wel achter komen hoe het zit, maar even los van het vraagstuk welk bewijs dat ruimteschip dan moest verzamelen om deze kwestie uit de lucht te helpen, was het in die tijd niet mogelijk met een experiment te beslissen welke theorie waar was.

Dat kon wel op een andere grond. Copernicus ideeën waren namelijk in strijd met de toenmalige natuurkunde. Aristoteles had allerlei ideeën ontwikkeld over hoe dingen op en buiten de aarde bewogen en die moesten heroverwogen worden als wetenschappers het idee van Copernicus zouden overnemen. Daarom had de theorie van Copernicus aanvankelijk meer conceptuele problemen, dan Ptolemeus en raakte die niet erg in zwang. Het was uiteindelijk Galilei die door een alternatief natuurkundig systeem te ontwikkelen de balans meer in de richting van de theorie van Copernicus deed doorslaan. Nu hadden beide theorieën meerdere conceptuele problemen en waren de theorieën echt aan elkaar gewaagd. Tegen de tijd dat de balans doorsloeg naar Copernicus was deze eigenlijk al weer vervangen door de ideeën van Johannes Kepler.

Een tweede bron van conceptuele problemen kan methodologie zijn. Wetenschappers hebben ideeën over hoe je tot theorieën kan komen en wel welke bewijsvoering acceptabel is voor een theorie. Als een theorie strijdig is met dat soort overtuigingen ontstaan ook conceptuele problemen.

Isaac Newton liep bijvoorbeeld tegen een methodologisch probleem aan met zijn theorie over zwaartekracht. Volgens Newton trekken zware voorwerpen elkaar aan en daarom vallen dingen naar de aarde toe. De vraag is alleen wel hoe dat kan. Tijdgenoten wezen er op dat Newton een geheimzinnige ‘werking op afstand’ nodig had voor zijn theorie. De appel die naar de aarde valt raakt de aarde niet, hoe kan de aarde dan de appel trekken? In die tijd was werking op afstand een methodologische doodzonde. Krachten konden alleen verklaard worden door het botsen van deeltjes. Newton’s theorie schond dat verklaringsmodel.

Bij methodologische conceptuele problemen moet met de aanname van een theorie ook de methodologie aangepast worden. Omdat wetenschappers hun gereedschap belangrijk vinden hebben ze sterke argumenten nodig om die stap te zetten.

Een derde bron van conceptuele problemen is een botsing van een theorie met een wereldbeeld. Elke cultuur heeft ideeën, die niet altijd wetenschappelijk van aard zijn, over hoe de wereld werkt. Een wetenschappelijke theorie die dat soort ideeën tegenspreekt zal het moeilijker hebben dan een theorie die aansluit bij het gangbare wereldbeeld. Strijdigheid met het gangbare wereldbeeld is dus een conceptueel probleem.

In de meest bekende voorbeelden speelt God natuurlijk een rol. De strijd van Galilei met de kerk over de plaats van de zon, de moeilijkheden voor God om in te grijpen in een mechanisch universum zoals de volgelingen van Newton voorstelden, de slechte verenigbaarheid van Darwinisme met het scheppingsverhaal. Maar, niet alle wereldbeelden zijn religieus. Darwinisme en Marxisme stonden ook op gespannen voet met elkaar en Natuurkundigen zijn nog altijd bezig de wereldbeelden achter de Klassieke Mechanica en de Quantummechanica te verenigen.

Al met al zijn er allerlei vragen die rijzen als je een nieuwe theorie in een web van bestaande ideeën wetenschappelijk, methodologisch of van meer algemene aard probeert in te passen. Dit leidt tot conceptuele problemen die meestal meer gewicht hebben dan empirische problemen. Een theorie heeft volgens Laudan gewoonlijk minder last van een paar anomalieën dan van een flink conceptueel probleem.

De rol van onderzoekstradities.

Tot nu toe hebben we besproken welke verschillende soorten empirische en conceptuele problemen wetenschappers moeten oplossen, maar we hebben nog weinig gezegd over de werking wetenschappelijke vooruitgang. Volgens Laudan hebben we daar nog een derde bouwsteen voor nodig: onderzoekstradities.

Onderzoekstradities omvatten theorieën. Theorieën staan meestal niet op zichzelf, maar komen voor in families die een wereldbeeld, basisaannames en methoden delen. Die families vormen onderzoekstradities. Laudan’s idee van onderzoekstradities lijkt op het idee van onderzoeksparadigmas van Thomas Kuhn of de onderzoeksprogrammas van Imre Lakatos, maar Laudan denkt dat deze filosofen een aantal historisch onhoudbare beweringen doen. Daarom zijn hun ideeën aan herziening toe. Ik laat de discussie tussen die filosofen even voor wat ie is en richt me alleen op de theorie van Laudan zelf. Volgens Laudan hebben wetenschapstradities drie eigenschappen:

1 Elke onderzoekstraditie bestaat uit een aantal meer specifieke theorieën. De onderzoekstraditie van de Quantummechanica bevat onder ander quantum theorieën voor het atoom, theorieën over quantumzwaartekracht en snaartheorieën. Deze theorieën vormen een illustratie van

– en een fundament onder – de traditie.

2 Elke onderzoekstradtiie is trouw aan een bepaald wereldbeeld en methodologie. Onderzoekstradities onderscheiden zich door hun ideeën over hoe de wereld in elkaar zit en hoe je er kennis van kan nemen.

3 Tradities zijn historische wezens. Ze worden in de loop der tijd op verschillende manieren gedefinieerd, maar hebben een lange levensduur, dit in tegenstelling tot theorieën die meestal maar kort leven.

Onderzoekstradities zijn nuttig. Ze geven wetenschappers het gereedschap om conceptuele en empirische problemen op te lossen. Ze doen dit vier manieren:

1 Ze bepalen welke problemen interessant zijn en genereren conceptuele problemen. Binnen de familie van theorieën die een onderzoekstraditie omvat ontstaat gemakkelijk ruzie; figuurlijk gesproken. Een nieuwe theorie zal gangbare opvattingen binnen de traditie ter discussie stellen het oplossen van de conceptuele problemen die daardoor ontstaan brengt de traditie als geheel verder.

2 Ze begrenzen disciplines. De breed gedeelde basisideeën binnen tradities vormen een natuurlijke begrenzing voor het type probleem dat opgelost kan worden. Het spreekt niet voor zich dat mechanica, waarin dingen verklaard worden op basis van beweging, krachten en botsingen, iets kan zeggen over de manier waarop mensen met elkaar communiceren. Daarvoor zijn de basisideeën gewoon niet aanwezig.

3 Ze bieden hulp bij het oplossen van problemen. Bij het bedenken van een theorie kunnen onderzoekers gebruik maken van elementen uit andere theorieën in de traditie. Een nieuw soort mechanica kan opnieuw opgebouwd worden met begrippen als kracht en snelheid. Hierdoor kunnen nieuwe theorieën dankbaar gebruik maken van jaren denkwerk.

4 Ze helpen met het rechtvaardigen van theorieën. De andere theorieën uit de familie kunnen immers aangeroepen worden om aannames te onderbouwen.

Een belangrijk aspect aan onderzoekstradities is dat ze zich ontwikkelen. Ze zijn aan verandering onderhevig. De theorieën binnen de familie worden steeds ververst waardoor andere dingen belangrijk gevonden worden. Waar de werking van kracht over afstand voor Newton nog een groot probleem was, ontstonden er later veel Newtoniaanse theorieën waarin ook dit soort werking op afstand was opgenomen. Daardoor werd het minder controversieel om een werking op afstand te veronderstellen. In elke onderzoekstraditie zijn er ideeën die centraler zijn en meer tot de harde kern behoren – en die dus ook lastiger tegen te spreken zijn – maar Laudan stelt dat er door het komen en gaan van specifieke theorieën ook beweging zit in de familie als geheel. Daarin wijkt zijn theorie af van die van andere wetenschapsfilosofen.

Vooruitgang

Dat brengt ons eindelijk bij het idee van wetenschappelijke vooruitgang. Laudan denkt dat die te begrijpen is door de strijd tussen – en ontwikkeling van – verschillende onderzoekstradities. Op zichzelf kun je van een traditie niet zeggen of deze waar of onwaar is, daarvoor zijn de ideeën die de theorieën binnen een traditie delen te abstract, maar je kan wel vaststellen of er in de traditie problemen opgelost worden; en dit probleemoplossend vermogen kan als kwaliteitsmaat gebruikt worden. In vruchtbare onderzoekstradities kunnen veel problemen opgelost worden.

Een belangrijke toetssteen voor een onderzoekstraditie is of deze adequaat is. Hoe goed kunnen problemen opgelost worden met de theorieën uit de onderzoekstraditie? De klassieke mechanica is voor veel problemen adequaat, waardoor de basisprincipes nog altijd populair zijn. Een andere vraag is of onderzoekstradties vooruit gaan. We kunnen ons afvragen of onderzoekstradities meer problemen oplossen dan vroeger. Dan doet de klassieke mechanica het minder goed: de meeste problemen zijn bekend en opgelost, een reden waarom er op dit moment niet veel wetenschappers zijn die zich zelf nog als een klassiek mechanicus zien.

Er is dus een verschil tussen tradities die wetenschappers accepteren – voor waar aannemen; en tradities die ze najagen -waar ze aan willen werken. Wetenschappers zijn gewoon om theorieën te accepteren die adequaat zijn, maar ze zijn wel geneigd theorieën na te jagen die zich snel ontwikkelen.

Dit spanningsveld tussen conservatief gedrag: acceptatie van die theorieën die bewezen zijn en progressief gedrag: najagen van theorieën die veelbelovend zijn verklaart voor een belangrijk deel wetenschappelijke vooruitgang. Als wetenschappers niet een voorkeur zouden hebben voor theorieën die zich snel ontwikkelen, dan zouden nieuwe theorieën nooit een kans krijgen en als theorieën zich niet bewezen zouden moeten hebben voordat ze geaccepteerd worden zou wetenschappers zich overgeven aan willekeur. Laudan laat zien dat met deze twee principes vooruitgang mogelijk is en dat de beslissingen die wetenschappers nemen rationeel zijn en niet, zoals andere wetenschapsfilosofen wel beweert hebben, alleen maar door sociale processen bepaald worden.

Tot slot

Ik opende dit blogje al door te stellen dat ik Laudan’s theorie elegant vind. Met name het erkennen van het belang van conceptuele problemen en de samenbundeling van theorieën in onderzoekstradities helpen om de wetenschap beter te begrijpen.

Tegelijkertijd is de boekhouding van problemen met verschillend gewicht die Laudan voorstelt behoorlijk complex. Nergens laat hij echt concreet zien dat je door het tellen van problemen inderdaad kan onderbouwen welke keuzes wetenschappers maken in hun werk. Sterker nog, die keuzes blijken van voor verschillende wetenschappers verschillend te zijn. Het gewicht van een probleem is uiteindelijk een persoonlijke keuze.

Daarmee staat Laudan nier enorm sterk als het gaat om het aantonen van de wetenschappelijke vooruitgang. Hij slaagt er goed in om een aantal kwesties die andere wetenschapsfilosofen zoals Thomas Kuhn en Karl Popper hebben laten liggen op te lossen, maar hij geeft uiteindelijk weinig tegengas aan filosofen die de wetenschap als een puur sociaal proces wensen te zien. Laudan toont aan dat wetenschap vooruit kan gaan, niet dat ze daadwerkelijk vooruitgaat.

Meer lezen?

Ik schreef over de ideeën van Karl Popper in Groeit Kennis? Ik schreef over de houdbaarheid van wetenschappelijke theorieën in Stokoude Kennis, Halfwaardetijd en Tijdmeters.

Progress and its problems is een prettig leesbaar boek dat rijk is aan inzichten over de wetenschap en vooral het denken daarover.

3 reacties Een reactie plaatsen

Kenvermogen

Stel dat wormen ook wetenschappelijke theorieën maakten, zouden die dan andere natuurwetten kennen dan mensenwetenschap? Mijn antwoord op die vraag is ja en om dat toe te lichten heb ik het begrip kenvermogen nodig. Het idee van kenvermogen komt van Emanuel Kant, die het invoerde om een andere filosoof, David Hume te slim af te zijn. Of dat gelukt is weet ik niet, maar hij veranderde wel voor goed hoe we over kennis denken. Dit blogje gaat vooral over Kant’s ideeën, maar laat ik even beginnen bij David Hume.

David Hume was een sceptische filosoof. Zijn centrale gedachte was dat we nergens absoluut zeker van kunnen zijn. Hume’s boek: “An essay concerning human understanding”, was voor Kant een grote schok geweest. Hume had namelijk beweerd dat niemand ooit oorzaak en gevolg waargenomen had. Hume’s inzicht was eenvoudig en elegant. Hij stelde dat we oorzaak en gevolg meestal afleiden uit gebeurtenissen die vaak samen voorkomen. Elke dag zien we dooi bij zonsopgang, waardoor we gaan denken dat de zon dooi veroorzaakt. Maar, we zien die ‘werking’ van de ochtendzon niet daadwerkelijk gebeuren, we zien alleen de samenloop van omstandigheden: zonsopgang – dauw. Daarna verzinnen we het hele ‘oorzaak – gevolg’ verhaal erbij. Ten onrechte want de kou in de nacht veroorzaakt de dauw, niet de ochtendzon.

Maar, hoe zit het met voetbal? Veroorzaakt een schop tegen een bal de beweging van de bal? Ja, natuurlijk doet die dat, maar Hume zou zeggen ‘ik weet het niet’. Wat ik zeker weet, is dat ballen vaak in beweging komen als er voeten tegenaan botsen. Maar dat is ook een samenloop van omstandigheden, net als dauw en ochtendzon en is dus geen bewijs dat de voet de beweging van de bal veroorzaakt. Muggenzifterij natuurlijk, maar het gemene van deze kritiek is wel dat het op werkelijk alle voorbeelden van oorzaak en gevolg van toepassing is. We kunnen dus nooit iets leren over oorzaak en gevolg want we weten het nooit helemaal zeker.

En dat was Kant tegen het zere been. Hij geloofde wel in absoluut zekere kennis en hij had zelf allerlei theorieën op zijn naam staan. Kant was professor. Als Hume gelijk had kwamen niet alleen zijn eigen theorieën op losse schroeven te staan, de hele gevestigde wetenschap uit die tijd stond op het spel. Had Isaac Newton niet beweerd dat de valbeweging werd veroorzaakt door de zwaartekracht? Nu noemde Hume dat niet meer dan een samenloop van omstandigheden! Kant wilde Hume dus graag weerleggen en hij vond eigenlijk dat andere filosofen, die dat ook geprobeerd hadden, geen goed werk geleverd hadden. Daarom begon hij aan zijn eigen versie, die een hele nieuwe hoofdstuk in de kennistheorie zou vormen.

Hoe nemen we eigenlijk waar? De moderne psychologie was in Kant’s tijd nog niet ontwikkeld. Tot Kant ging eigenlijk iedereen van het volgende scenario uit: de werkelijkheid komt via de zintuigen binnen en vormt een afdruk in het brein. Het brein maakt een dus kopie van de werkelijkheid zoals een kopieermachine een kopie kan maken van een bladzijde uit een boek. Misschien is de kopie iets minder goed dan het origineel, maar in de basis is wat het brein ziet een getrouwe weergave van de werkelijkheid. Zo was er al honderden jaren over de waarneming gedacht. En het is ook niet zo gek. Misschien denk je er zelf ook zo over. Dan heb je een filosofische stroming met je mee die tegenwoordig het naïef realisme genoemd wordt, maar waar wel degelijk voorstanders van zijn. De kritiek van Hume was ook op dit idee gebaseerd.

Maar, Kant kwam met iets nieuws. Kant stelde dat de waarneming niet een getrouwe weergave van de werkelijkheid is, maar dat deze gefilterd is door ons kenvermogen. Ons brein is voorgeprogrammeerd om bepaalde dingen wel te zien en andere dingen niet. We zoeken naar connecties tussen dingen die we zien. Ons brein is dus actief op zoek naar betekenisvolle informatie in wat we zien, horen, proeven, ruiken en voelen.

Een voorbeeld. Een rechte lijn is de snelste manier om van A naar B te komen. Maar hebben we dat geleerd uit de ervaring? Weten we dat van de rechte lijn omdat we honderden manieren geprobeerd hebben en na verloop van tijd wel hebben moeten vaststellen dat de snelste manier meestal samenvalt met de rechte lijn? Of zat dat ‘denken in rechte lijnen’ er al in? Is ‘geometrie’ iets waar het brein nu eenmaal geschikt voor is? Dat laatste is wat Kant dacht: het brein is gemaakt om in geometrie te denken en in logica en in oorzaak & gevolg. Het brein voegt dat kenvermogen: het vermogen om waarneming geometrisch, logisch of oorzakelijk, te interpreteren toe aan de waarneming.

Het was een interessant en heel erg nieuw idee in die tijd en het leverde Kant een manier op om de waarheid te redden uit de sceptische handen van Hume. Want door de waarneming te combineren met geometrie, logica en andere dingen waar we, met ons kenvermogen, zeker van konden zijn, konden we alsnog tot absoluut zekere inzichten komen, zo dacht hij. De prijs die Kant betaalde was dat die inzichten dan niet meer over ‘de werkelijkheid zoals-hij-is’ konden gaan, maar over ‘de werkelijkheid zoals-wij-die-waarnemen’. Het kenvermogen is iets dat in mensen zit en andere wezens – wormen – kunnen over een ander kenvermogen bezitten. Nu is het kenvermogen van wormen een beetje mijn ding en waarschijnlijk niet iets waar Kant ooit over nagedacht heeft, maar dat krijg je als je de doos van Pandora opent, nietwaar?

Ik denk zelf dat de eerste stap van Kant: de introductie van het idee van een kenvermogen een briljante denkstap was, maar dat die tweede stap, naar ‘absoluut zekere kennis’ onnodig, ingewikkeld en onhandig was. Kant was vrij voorzichtig geweest met uitspraken over wat er in dat kenvermogen zou zitten, maar Euclidische meetkunde: wiskunde die gebaseerd is op rechte lijnen, was er wel één van. Maar jaren later werden er non-Euclidische meetkundes bedacht. In deze meetkundes gingen wiskundigen uit van de aanname dat de kortste weg tussen twee punten soms wel een kromme lijn kon zijn. Raar idee natuurlijk, maar wéér bijna een eeuw later werden deze nieuwe ‘gekromde ruimte’ meetkundes door Albert Einstein gebruikt voor zijn algemene relativiteitstheorie. Dit was weer de opvolger van de Newtoniaanse mechanica, die Kant nog als absoluut waar zag en had willen redden met zijn idee van kenvermogen. Einstein weerlegde niet alleen Newton, hij weerlegde ook Kant.

Maar, waar Kant door de wis- en natuurkundigen eigenlijk in het ongelijk gesteld werd op zijn specifieke invulling van het idee van een kenvermogen werd hij door psychologen juist in het gelijk gesteld voor het principe ervan. De ecologische psychologie, bijvoorbeeld, is een stroming in de psychologie, die er sterk van uit gaat dat ons brein (evolutionair) gevormd is naar actiemogelijkheden in de omgeving op zoek te gaan en die te ontdekken. Ook veel leerpsychologiën zijn hierop gebaseerd. Iets minder biologisch en meer filosofisch is de notie van de theorie afhankelijkheid van de waarneming dat eigenlijk stelt dat waar we op letten bij het bekijken van de wereld sterk afhankelijk is van de ideeën die we al over die wereld hebben. We zijn op zoek naar oorzaak en gevolg, dat is een bestaand concept. Daarom zien we het ook in de manier waarop voeten ballen in beweging brengen en hoe biljartballen botsen. Veel methodologie van de sociale wetenschappen is rondom die theorieafhankelijkheid van de waarneming, gebouwd.

Het is bijna zeker dat onze evolutie een belangrijke rol gespeeld heeft de manier waarop ons brein betekenis geeft aan de impulsen die het krijgt. Intelligente wormen zouden andere theorieën ontwikkelen dan wij. Ze krijgen andere input, hebben andere problemen op te lossen, zijn op een ander manier geprogrammeerd om de werkelijkheid waar te nemen. Ze leven in andere sociale groepen waardoor andere sociale mechanismen in het denken sluipen. Maar het idee van ‘kenvermogen’ hoeft zich niet tot evolutie te beperken. Misschien is kenvermogen wel niet alleen maar een aangeboren eigenschap. Misschien maakt onze kennis en ervaring wel uit voor hoe we de wereld zien. Dan is kenvermogen meer dan Kant er in zag. Ons brein zit dan vol met filters, biologisch, maar ook cultureel. Dan bepaald dat kenvermogen wel al ons denken, inclusief wat je van dit blogje vindt.

Meer lezen?

Kants visie op kennis is eigenlijk een samensmelting van de empiristische en idealistische visies die ik in waarheidsinjecties besprak. Een alternatieve visie is gegeven door Karl Popper waar ik in groeit kennis? en de drie werelden van Popper al aandacht aan besteedde.

Een goede uitleg van de kennistheorie van Kant vind je in de hoorcolleges van Herman Philipse en Paul van Tongeren

5 reacties Een reactie plaatsen

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.

3 reacties Een reactie plaatsen