Trappen
Trappen

Nog dieper naar het fundament van de natuurwetenschap

Je kunt iets wel hebben berekend, maar dat wil niet zeggen dat je het begrijpt. Dit is de basisgedachte van het Radboud Center for Natural Philosophy, dat in januari zijn deuren opent. Hiermee wordt een droom gerealiseerd van Klaas Landsman, hoogleraar Mathematische fysica. Al het geld dat hij verwierf met zijn Spinozapremie in 2022 - een som van 2,5 miljoen euro - stak hij in dit nieuwe centrum. ‘Ons mooiste werk moet nog komen.’

De afgelopen eeuw leverden de natuurwetenschappen de ene doorbraak na de andere. Op microscopische schaal beschrijft de kwantummechanica het gedrag van materie en energie, op galactische schaal is het zwarte gat in beeld gebracht, en met het bewijs van het Higgs-deeltje werd het standaardmodel van de deeltjesfysica voltooid. En een nieuwe generatie deeltjesversnellers en kosmische deeltjesdetectoren beloven nog meer resultaten om de fundamenten van de natuurwetenschapen bloot te leggen.

De resultaten zijn vruchten van een succesvol samengaan van de wiskunde en de natuurkunde. ‘De  natuurkunde leunt voor haar doorbraken zowel op de wiskunde als op experimenten’, zegt Landsman. ‘Maar experimenten om sommige echt cruciale voorspellingen te bevestigen, bestaan alleen in theorie.’ Hij noemt de temperatuur van zwarte gaten, essentiële kennis voor beter begrip. ‘Maar het is voorlopig ondenkbaar om deze te kunnen meten.’

Klaas Landsman

Driehoek van gedachten

Een nieuwe stap naar begrip is voor Landsman alleen denkbaar met een ‘driehoek van gedachten’, lees: een nieuw leven inblazen in de relatie tussen mathematische natuurkunde, filosofie en wetenschapsgeschiedenis. Een nieuw leven, want die samensmelting was al common sense voor grondleggers van de fysica als Newton en Einstein. De disciplinaire volwassenwording, en daardoor ook de verregaande specialisatie, is iets van de laatste eeuw, wat voor Landsman haar grenzen heeft bereikt. ‘Ik zat zelf ook teveel in mijn eentje te werken, nu kan ik het allemaal laten samenvallen in dit nieuwe instituut. Ons mooiste werk gaat nu komen,’

Het team dat Landsman met zijn Spinozageld op been heeft gebracht - drie universitair docenten naast drie promovendi - gaan samen de driehoek vormgeven. Deze driehoek, ook het symbool van het centrum, verwijst naar de befaamde Penrose Impossible Triangle, ook bekend uit het werk van M.C. Escher: wat je ziet kan tegelijk waar en niet waar zijn. Aldus de basisvraag van het centrum: wat wetenschappers meten oogt solide, maar valt het samen met ‘de’ werkelijkheid? En wat houdt dit laatste begrip eigenlijk in? 

‘We dachten processen steeds beter in zicht te hebben, maar fundamenteel wordt het nog steeds niet goed begrepen’, zegt Landsman. Een van de drie promovendi is Silvester Borsboom, die zich recentelijk intens heeft verdiept in de entropie, een basisbegrip in de thermdynamica. ‘Om gek van te worden’, roept hij uit. Hoe verder hij in het onderwerp duikt, hoe minder hij het snapt. ‘Het is allemaal wel heel diep berekend, maar conceptueel snijdt het geen hout. Het is ondanks al die berekeningen niet duidelijk wat entropie is. De natuurkunde heeft verzuimd om de dingen conceptueel op te helderen.’

Penrose-driehoek

Fundamentele kennis

Natuurkundige en filosoof Kian Salimkhani is verheugd betrokken te zijn bij het nieuwe centrum. ‘De meest dringende vragen op ons gebied hebben veel baat bij interdisciplinair werk, voor ons in het bijzonder het combineren van wiskunde en natuurkunde, zowel vroeger als nu, met conceptuele, filosofische inzichten.’ Ook hij wijst op het beperkte zicht als je materie alleen door de bril van de fysica bekijkt. ‘Zelfs de beste natuurkundige theorieën zijn slechts modellen voor een reeks waargenomen verschijnselen, zonder uiteindelijk de mechanismen erachter te verklaren.’

Hoofdthema in het werk van Salimkhani omvat in één zin: wat is ‘fundamentele’ kennis? De natuurkunde beoogt licht te werpen op fundamentele eigenschappen en de fundamentele structuur van de wereld, legt hij uit. Maar om te begrijpen wat dit ‘fundamentele’ behelst, moet je volgens Salimkhani buiten het domein van de natuurkunde te rade. Wetenschappelijk casestudies die tot verder begrip kunnen leiden zijn schaars, zegt hij. Op dit punt is een wereld te winnen voor filosofische reflecties, juist op het snijvlak van het natuurkundig onderzoek. ‘Die kunnen ons helpen om helderheid te geven over wat we bedoelen als we over fundamentele kennis praten.’

Onherroepelijk paradoxaal

Het nieuw te vormen instituut heeft enige gelijkenis met een paar andere centra in de wereld, die echter meestal zijn ondergebracht bij de secties filosofie. Het bijzondere van het Nijmeegse instituut is dat het zich beweegt middenin de drie pijlers van de driehoek. ‘Het onderbrengen in een faculteit Filosofie heeft als nadeel dat de natuurkundigen je dan niet zo serieus nemen’, zegt Borsboom. ‘Dat ze moeten werken met filosofen die de natuurkunde niet goed snappen. Zelfs grote namen in de fysica hoor je dan zeggen: “Doe niet zo moeilijk, laat ons toch gewoon lekker rekenen”’. 

Het nieuwe centrum wil de wetenschap verder helpen met het opzetten van nieuwe experimenten. Niet zozeer uit te werken met apparaten, maar als gedachtenexperimenten en het formuleren van paradoxen, voor Borsboom bij uitstek het werkterrein van filosofen. Borsboom: ‘Als je echt diep ingaat op de aard van de materie, blijkt de natuur onherroepelijk paradoxaal te zijn.’  

Impossible Triangles of Thought | Openingsprogramma Radboud Center for Natural Philosophy | 9 en 10 januari | https://rcnp.science.ru.nl/events/launch.html

Het 'dreamteam' van Landsman bestaat uit drie universitair hoofddocenten (Marij van Strien, Kian Salimkhani en Manus Visser), samen met de promovendi Silvester Borsboom en Karla Weingarten (de derde promovendus volgt later dit jaar).