Het feit dát de wereld begrijpelijk is, is een wonder.

Waarom ontwikkelen we theorieën? Het antwoord is heel simpel: omdat we plezier hebben in ‘het begrijpen’.

De fysicus moet beseffen dat hij ook filosoof is; zijn passie is immers de wereld te begrijpen met primaire ideeën.

De fysicus moet zien helder te krijgen in hoeverre de concepten die hij gebruikt, gerechtvaardigd en noodzakelijk zijn.

Albert Einstein, De passie om te begrijpen
(openingspassage van het artikel ‘On the generalized theory of gravitation’, Scientific American, april 1950)

1. Grondslagen van de (natuur)wetenschap

Sommige lezers zullen zich waarschijnlijk afvragen:; hebben we niet alles over de grondslagen van de fysica geleerd toen we nog op school waren? Het antwoord is ‘ja’ of ‘nee’, afhankelijk van de interpretatie. We zijn vertrouwd geraakt met concepten en algemene relaties die het ons mogelijk maken om een enorm gebied aan ervaringen begrijpelijk te maken en om deze ervaringen toegankelijk te maken voor wiskundige beschrijving. In zekere zin zijn deze concepten en relaties waarschijnlijk definitief te noemen. Bijvoorbeeld geldt dit voor de wetten van lichtbreking, of voor de klassieke thermodynamica voorzover deze gebaseerd is op begrippen als druk, volume, temperatuur, hitte en energie. Het geldt bijvoorbeeld ook voor de hypothese dat een perpetuum mobile niet kan bestaan.

2. Het alsmaar groeiende bouwwerk van theorieën

Wat drijft ons dan om theorie na theorie te ontwikkelen? Waarom ontwikkelen we zowiezo theorieën? Het antwoord op de laatste vraag is simpel: omdat we plezier hebben in ‘het begrijpen’, d.w.z. in het, via het proces van de logica, reduceren van verschijnselen tot iets dat we al kennen of dat ons (blijkbaar) helder is. Nieuwe theorieën zijn zowiezo al noodzakelijk als we nieuwe feiten tegenkomen die niet kunnen worden ‘verklaard’ met behulp van bestaande theorieën. Maar deze motivatie om nieuwe theorieën te ontwikkelen is eigenlijk triviaal, want opgelegd door omstandigheden van buiten. Er is een andere, meer subtiele motivatie (van binnenuit) die niet minder belangrijk is. En dat is het streven naar unificatie en vereenvoudiging van de premissen van de theorie als geheel.

3. De passie om te ‘begrijpen’ is een metafysische passie

Er bestaat een passie om dingen te begrijpen, net zo als er een passie bestaat om muziek te maken. Die passie is vrij algemeen bij kinderen, maar gaat bij de meeste volwassenen later verloren. Zonder deze passie zou er geen wiskunde en zou er geen natuurwetenschap bestaan. Steeds weer heeft de passie om te begrijpen geleid tot de illusie dat de mens in staat is de objectieve wereld rationeel te begrijpen, namelijk door puur nadenken, zonder enige empirische fundering – kortweg, door metafysica.

Ik geloof dat iedere ware theoreticus een soort van getemde metafysicus is, ongeacht hoe zuiver hij zichzelf waant als ‘positivist’. [1] De metafysicus gelooft dat hetgeen logisch simpel (en helder) is ook werkelijk (of waar) moet zijn. [2] De getemde metafysicus gelooft (evenwel) dat niet alles dat logisch simpel is, ook opgesloten ligt in de ervaarbare werkelijkheid, maar dat de totaliteit van alle zintuiglijke ervaring ‘begrepen’ kan worden met behulp van een conceptueel systeem dat gebouwd is op premissen van grote eenvoud. De scepticus zal zeggen dat dit een ‘geloof in wonderen’ is. Toegegeven, maar het is een geloof in wonderen dat in verbazingwekkende  mate geboren is uit de ontwikkeling van de wetenschap.

4. De opkomst van het atomisme als voorbeeld

Hoe is Leucippos op zijn stoutmoedige idee gekomen? Als water bevriest en ijs wordt – schijnbaar iets totaal anders dan water – waarom leidt de dooi van het ijs tot iets dat in niets verschilt van het oorsponkelijke water? Leucippos ziet zich geconfronteerd met een raadsel en zoekt naar een ‘verklaring’. Hij wordt gedreven tot de conclusie dat in deze overgangen de ‘essentie ‘ van het ding helemaal niet is veranderd. Misschien bestaat het ding uit onveranderlijke deeltjes en is de verandering slechts een verandering in hun ruimtelijke rangschikking. Zou het niet kunnen dat hetzelfde waar is voor alle materiële objecten die steeds weer verschijnen (en verdwijnen) met nagenoeg dezelfde identieke kwaliteiten?

Dit idee raakte niet geheel verloren tijdens de lange overwintering van het westerse denken. Tweeduizend jaar na Leicippos vraagt Bernoulli zich af waarom gas druk uitoefent op de wanden van een afgesloten vat. Zou dit ‘verklaard’ moeten worden door een wederzijdse afstoting van de delen van het gas, overeenkomstig de mechanica van Newton. Deze hypothese lijkt echter absurd gezien het feit dat de druk van het gas slechts afhankelijk is van de temperatuur, indien alle andere omstandigheden (zoals het volume) gelijk blijven. Immers, de aanname dat interactiekrachten afhangen van de temperatuur, gaat in tegen de geest van de Newtoniaanse mechanica. Maar omdat Bernoulli zich ook bewust is van de idee van het atomisme, wordt hij ertoe gedreven te concluderen dat de atomen (of moleculen) tegen de wanden van het vat botsen en zodoende druk uitoefenen. Hoe dan ook, men zal moeten aannemen dat atomen in beweging zijn; hoe kan men anders rekenschap geven voor de veranderingen in de temperatuur van gassen?

5. De les die we hieruit kunnen trekken

Een simplele mechanische overweging laat (dus) zien dat de druk van het gas slechts afhangt van de kinetische energie van de gasdeeltjes en van hun ruimtelijke dichtheid. Dit zou de fysici van die tijd hebben moeten leiden tot de conclusie dat warmte in essentie een random beweging is van atomen. Als ze deze overweging voldoende serieus hadden genomen dan zou de ontwikkeling van de warmte theorie – in het bijzonder de ontdekking van de equivalentie van warmte en mechanische energie – veel gemakkelijker zijn verlopen.

Dit voorbeeld is bedoeld om twee dingen te laten zien. Het theoretische idee (atomisme in dit geval) komt niet naar boven los van en onafhankelijk van de ervaring; noch kan het worden afgeleid uit de ervaring door een puur logische procedure. Het idee wordt geproduceerd door een creatieve handeling. Wanneer men eenmaal een theoretisch idee heeft verworven, dan doet men er goed aan om er zo lang mogelijk aan vast te houden, zo lang als het idee nog niet leidt tot een onhoudbare conclusie. [3]

[1] De positivist is iemand die ‘per definitie’ alle metafysica van zich afgeworpen heeft. Hij vertrouwt alleen nog maar op zijn zintuigen en op de logische uitspraken die hiervan afgeleid kunnen worden.

[2] Ik heb hier zelf de woorden ‘helder’ en ‘waar’ toegevoegd om voelbaar te maken wat Einstein bedoelt, namelijk dat het begrijpen van iets een fundamentele ervaring is.

[3] Hier gaat het Einstein om. De ‘begrijpelijkheid’ van de wereld komt niet tot stand door enkel empirische waarneming of door een helder idee. Het gaat om een idee dat in de geest geboren wordt door na te denken over een situatie die om nadere verklaring vraagt. In zijn artikel zoekt Einstein naar een verklaring die beantwoordt aan één van de belangrijkste eisen voor een natuurkundige theorie, namelijk dat ze volledig is. Zijn gravitatietheorie was nog niet volledig; zij behelsde nog geen veldvergelijking voor de materie. Einstein heeft hier jarenlang naar gezocht, maar hem niet gevonden. Ondertussen ontwikkelde de quantummechanica een theorie voor de materie die hem niet beviel. Hij verweet zijn collega’s dat de theorie hiaten bleef vertonen en wees hen daar voortdurend op. Zijn vertrouwen in de quantummechanica ‘als totaal-theorie’ was niet erg groot.

Albert Einstein, De begrijpelijkheid van de wereld
(openingspassage van het artikel ‘Physics and reality’, The Journal of the Franklin Institute, , No. 3, 1936)

1. De wetenschapper als filosoof

Er is vaak gezegd, en zeker niet zonder rechtvaardiging, dat de man van de wetenschap maar een arme filosoof is. Waarom zou het dan niet beter zijn dat de fysicus het filosoferen overlaat aan de filosoof? Dat zou inderdaad juist zijn als de fysicus gelooft dat hij beschikt over een streng systeem van fundamentele concepten en wetten waarover geen twijfel meer mogelijk is. Maar het kan niet juist zijn op het moment dat de grondslagen zelf problematisch zijn geworden zoals nu het geval is. In de huidige tijd waarin de ervaring ons dwingt een nieuwe en meer solide grondslag te zoeken, kan de fysicus het eenvoudig niet aan de filosoof overlaten om de theoretische grondslagen kritisch te overdenken. Want hijzelf weet het beste en voelt het meest zeker waar de schoen wringt. Op zoek naar een nieuwe grondslag moet hij zien helder te krijgen in hoeverre de concepten die hij gebruikt, gerechtvaardigd en in hoeverre ze echt noodzakelijk zijn.

2. De alledaagse ervaring

Heel de wetenschap is niets anders dan een verfijning van het alledaagse denken. Om deze reden kan het kritische denken van de fysicus niet beperkt blijven tot het onderzoek van de concepten in zijn eigen specifieke veld. Hij kan geen voortgang boeken zonder kritisch een veel moeilijker probleem te bekijken, namelijk de analyse van de aard van het alledaagse denken.

Onze psychologische ervaring bevat, in volgorde: zintuiglijke waarnemingen, herinneringen, beelden en gevoelens. In tegenstelling tot de psychologie werkt de fysica enkel rechtstreeks met zintuiglijke waarnemingen en met het begrijpen van hun connectie. Maar zelfs het concept van de ‘werkelijke externe wereld’ die in het alledaagse denken voorkomt, berust uitsluitend op zintuiglijke indrukken.

Nu moeten we allereerst opmerken dat het onderscheiden van zintuiglijke indrukken en beelden niet mogelijk is; het is onmogelijk om het onderscheid met absolute zekerheid te maken. Met de discussie van dit probleem dat ook de notie van ‘werkelijkheid’ raakt, zullen we ons niet bezig houden maar we zullen het bestaan van zintuiglijke ervaringen als gegeven beschouwen, dat wil zeggen als psychische ervaringen van een bepaalde soort.

3. De eerste stap naar de werkelijkheid

Ik geloof dat de eerste stap in het positioneren van een ‘werkelijke externe wereld’ bestaat uit de vorming van het concept van lichamelijke objecten en van lichamelijke objecten van verschillende soort. Rijzend uit de enorme verscheidenheid van onze zintuiglijke ervaringen ontstaan bepaalde complexen van zintuiglijke impressies waar we aan vast houden (waaronder impressies die verwijzen naar andere ervaringen), en we

correleren deze impressies aan een concept – het concept van het lichamelijk object. Logisch beschouwd is dit concept niet identiek met de totaliteit van zintuiglijke impressies waar het naar verwijst; maar het is een vrije creatie van de menselijke (of dierlijke) geest. Aan de andere kant, dit concept ontleent zijn betekenis en zijn rechtvaardiging geheel en al aan de totaliteit van de zintuiglijke impressies waar we het mee associëren.

4. De tweede stap naar de werkelijkheid

De tweede stap wordt gevonden in het feit dat, in ons denken (dat onze verwachting bepaalt), wij aan dit concept van het lichamelijk object een betekenis toekennen, welke in hoge mate onafhankelijk is van de zintuiglijke impressies die het laten ontstaan. En dit is wat we bedoelen wanneer we aan het lichamelijk object ‘een werkelijk bestaan’ toekennen. De rechtvaardiging voor een dergelijke positionering berust uitsluitend op het feit dat wij, door middel van zulke concepten en de mentale relaties ertussen, in staat zijn onszelf te oriënteren in het labyrint van zintuiglijke impressies. Hoewel het vrije mentale creaties zijn, schijnen deze noties en relaties ons sterker en stabieler toe dan de individuele zintuiglijke ervaring zelf, waarvan het karakter nooit volledig gevrijwaard is van illusie of hallucinatie. Aan de andere kant, deze concepten en relaties, en inderdaad het postuleren van reële objecten en, in het algemeen gesproken, het postuleren van het bestaan van ‘de werkelijke wereld’, al deze toekenningen zijn alleen gerechtvaardigd voor zover ze verbonden zijn met zintuiglijke impressies waartussen zij een mentale connectie vormen.

5. Het wonder van de begrijpelijkheid

Het feit op zich dat de totaliteit van onze zintuiglijke ervaringen zodanig uitwerkt dat zij door mentale denk-middelen kan worden geordend (middelen die bestaan uit bewerkingen met concepten, uit het scheppen en toepassen van bepaalde functionele relaties tussen concepten, en uit de coördinatie van zintuiglijke ervaringen door deze concepten), dit feit vervult ons met enorm ontzag, maar het is tegelijk een feit dat we nooit zullen begrijpen. Men zou kunnen zeggen ‘het eeuwige mysterie van de wereld is zijn begrijpelijkheid’. Een van de grootste prestaties van Immanuel Kant is dat hij heeft laten zien dat de postulaten  van een reële externe wereld zinloos zouden zijn zonder deze begrijpelijkheid.

Wanneer we hier spreken over ‘begrijpelijkheid’, dan wordt de uitdrukking gebruikt in zijn meest gematigde betekenis. Hij impliceert: de productie van een bepaalde orde tussen zintuiglijke impressies, en wel een orde geproduceerd door de creatie van algemene concepten, door de relaties tussen deze concepten, en door bepaalde specifieke relaties tussen de concepten en de zintuiglijke ervaring. Het is in deze zin dat de wereld van onze zintuiglijke ervaring begrijpelijk is. En het feit dat zij begrijpelijk is, is een wonder. [1]

[1] Einstein zet zich hiermee uitdrukkelijk af tegen de filosofie van het naïef realisme. Onze taal en ons denken is geen directe afspiegeling van de werkelijkheid. Veel mensen hebben dit gevoel wel, maar het is filosofisch (d.w.z. kentheoretisch) achterhaald. Einstein´s visie op de werkelijkheid is deels beïnvloed door Kant. Volgens Kant leren we de werkelijkheid kennen via de Rede, ‘de zuivere Rede’. De Rede werkt via haar categorieën als een bril die wemoeten  opzetten willen we überhaupt de wereld kunnen  begrijpen. Kant zegt eigenlijk: onze kennis richt zich niet naar de wereld, de wereld richt zich naar onze kennis. Als Einstein de begrijpelijkheid van de wereld beschouwt als een mysterie, dan doelt hij op de bril van Kant. Hij doelt dan op het wonderlijke vermogen dat in onze Rede besloten ligt. Maar Einstein is ook kritisch over Kant. Hij gelooft niet in de absoluutheid van de Kantiaanse categorieën. Zo zijn ruimte en tijd flexibeler dan Kant aannam. Ook kan de werkelijkheid niet-euclidische trekken vertonen. Maar als een wetenschapper eenmaal besloten heeft tot bepaalde primaire concepten, dan moet hij daaraan vasthouden.Een wetenschapper heeft volgens Einstein twee taken:
1. Hij moet vooral bezig zijn met de connecties tussen de primaire begrrippen.
2. Hij moet daarin zoveel als mogelijk een logische eenheid zien te realiseren.
De ware wetenschapper lukt het daarbij om tot steeds abstractere hoogtes op te stijgen, zonder het contact met de fysische inhoud te verliezen.