Interview Nobelprijswinnaar Gerard ’t Hooft

«Aanrommelen mag best»

Vorige week hield Nobelprijswinnaar en hoogleraar theoretische fysica Gerard ’t Hooft de zesde Sir Karl Popper-lezing, over de consequenties van Poppers wetenschapsfilosofie voor het onderzoek naar elementaire deeltjes. «Uiteindelijk is er toch één soort logica.»

«Eigenlijk kun je geen natuurkundig onderzoek doen zonder een filosofie te hebben. De meeste fysici zullen niet bewust het werk van een filosoof gebruiken, maar ze hebben wel een bepaalde filosofie. En ik vind dat we moeten proberen ons daar wat meer bewust van te worden, en ons te realiseren dat we bepaalde filosofische benaderingen hebben die in ons onderzoek terugkomen.»

Anders dan veel van zijn vakgenoten ziet hoogleraar theoretische fysica Gerard ’t Hooft de filosofie als een belangrijk element in het wetenschappelijk onderzoek. Vorige week hield hij voor het Forum voor Europese Cultuur de zesde Sir Karl Popper-lezing, waarin hij sprak over de consequenties van Poppers wetenschapsfilosofie voor het onderzoek naar elementaire deeltjes. Poppers falsificatiecriterium is in grote lijnen nog steeds een bruikbaar instrument, vind ’t Hooft, hoewel er vaak ook naar heel andere aspecten wordt gekeken.

Gerard ’t Hooft, die in 1999 samen met zijn collega Martin Veltman de Nobelprijs voor de natuurkunde kreeg toegekend voor het creëren van een steviger wiskundige basis voor de deeltjesfysica, ziet in natuurkundig onderzoek dikwijls fundamentele filosofische verschillen. ’t Hooft: «Op mijn vakgebied raak je soms heel essentiële punten. Met name bij de kwantummechanica, waarbij filosofisch gezien allerlei rare vragen spelen. Bij specialisten op dat terrein zie je de meningen vaak totaal uiteenlopen, en dat komt doordat ze verschillende filosofische uitgangspunten hebben die bepalend zijn voor hun onderzoek. Daarbij gaat het niet zozeer om de berekeningen en vergelijkingen zelf, maar wel om de vraag welke vergelijkingen je neemt, welke problemen je gaat bekijken en hoe je de uitkomsten interpreteert. Bij ‹gewone› natuurkunde speelt dit soort vragen eigenlijk geen rol, maar bij zulke rare vakken als de kwantummechanica wel degelijk. En als je dan ook nog de relativiteit en de zwaartekracht in het onderzoek betrekt, dan blijkt dit soort vragen opeens zeer belangrijk.»

Volgens uw collega-fysicus en Nobelprijswinnaar Steven Weinberg hebben natuurkundigen geen enkele baat bij het werk van filosofen. Filosofische vooroordelen zouden juist een belemmering vormen voor wetenschappelijk onderzoek. Weinberg wijst vooral op de schadelijke invloed van het positivisme op het onderzoek naar de elementaire deeltjes.

Gerard ’t Hooft: «Oneens. Het positivisme heeft ons vak geen schade berokkend. Het heeft wel allerlei gezonde en nuttige discussies opgeroepen, die Weinberg wellicht onnodig of ongezond vindt. Het is volgens mij belangrijk om bepaalde dingen voortdurend aan de kaak te blijven stellen. Mogen we bijvoorbeeld een theorie accepteren die het niet heeft over een enkele waarheid maar over verschillende waarheden die door elkaar heen lopen, zoals dat nu het geval is bij de theorievorming over de kleinste deeltjes? Mijn vaste overtuiging is dat je dat als natuurkundige eigenlijk niet mag toestaan.

Je kunt wél zeggen: we hebben de juiste taal nog niet gevonden om die waarheid te beschrijven, en daarom moeten we voorlopig genoegen nemen met vage interpretaties die suggereren dat er verschillende waarheden door elkaar heen lopen. Mensen als Weinberg kunnen dan zeggen: de theorie werkt nu toch goed genoeg, wat wil je nog meer? En dan zeg ik: ik wil toch weten wat er achter zit. En wat betreft dit probleem bij de kwantummechanica ben ik ervan overtuigd dat er wel degelijk een enkele waarheid is, maar dat we die nu nog niet kunnen bereiken, omdat de juiste taal daarvoor nog ontbreekt.»

Maar deze bewering is niet te toetsen. Popper zou dit een pseudo-wetenschappelijke uitspraak noemen.

«Je kunt het inderdaad niet controleren. Maar ik kan het wel als uitgangspunt nemen voor het opbouwen van een theorie. Als die theorie nu beter gaat werken dan andere, dan heb ik toch gewonnen. Popper zag theorieën als intuïtief: je bouwt een theorie op van mogelijk intuïtieve aannames. Vervolgens toets je die theorie op zijn houdbaarheid.

Ik wil daar overigens aan toevoegen dat meer nog dan de theorieën de vraagstellingen intuïtief zijn. In ons vakgebied zie je vaak dat vooruitgang wordt geboekt als iemand zich iets afvraagt wat niemand zich ooit eerder heeft afgevraagd. Je stelt zomaar een vraag, niemand dwingt je ertoe. Er is geen harde regel welke vragen gesteld mogen worden en welke niet. Anderen kunnen die dan proberen te beantwoorden, waaruit weer een nieuwe theorie kan voortkomen. En de vraag naar wat voor waarheid er is en met wat voor taal we die kunnen begrijpen, is een legitieme vraag. Dus ik begeef me inderdaad even op het terrein dat Popper pseudo-wetenschap heeft genoemd, maar laat me daar maar een beetje grasduinen, misschien kom ik dan opeens op een punt waar ik wel weer nuttige dingen vind. Dat is het hele proces van theorievorming.

Popper heeft vrij weinig gezegd over hoe een theorie tot stand komt. Dat vind ik een zwak punt, want het is een interessant, vaak buitengewoon moeilijk proces. Gedurende dat proces kan het goed zijn te worstelen met vragen die zich niets aantrekken van Poppers criterium, maar dat laten we dan maar even zo.»

Popper zou dit zien als uitstel van de eis te falsificeren.

«Inderdaad, we stellen het uit want we zijn nog niet klaar met het maken van de theorie. Als we eenmaal een volledige theorie hebben, dan kunnen we ons weer tot Popper wenden en nagaan of we die theorie goed genoeg hebben getoetst.»

Popper zegt: je hebt een theorie bedacht die je vervolgens moet blootstellen aan experimenten. Maar is het in de praktijk niet vaker zo dat experimenten worden gebruikt om naar een resultaat toe te werken?

Gerard ’t Hooft: «Dat gebeurt nog wel eens in de beginfase, als je net een nieuwe theorie hebt maar je hebt nog geen idee hoe het precies werkt en wat de voorspellende kracht ervan is. Dan bega je soms de fout dat je een beetje naar het resultaat toe werkt. Volgens mij is dat in het begin ook helemaal niet erg: rommel maar aan en maak fouten. Als er dan echt een nieuwe theorie is gevonden, zal men deze al snel met veel grotere precisie toetsen en aan kritiek onderwerpen. Vooral als zo’n theorie ineens heel belangwekkend blijkt te zijn, zal men er allerlei dingen bijslepen waar men in het begin nog helemaal niet aan heeft gedacht. Zo ging dat ook met de theorie waaraan Veltman en ik in de jaren zeventig werkten. Er waren al eerder experimenten naar gedaan, maar dat was niet zo nauwkeurig gebeurd en zonder resultaat gebleven. Toen wij met onze theorie bezig waren, ging men die experimenten opnieuw doen, maar veel nauwkeuriger, en wél met resultaat. Natuurlijk waren er toen mensen die zeiden dat we naar het resultaat toe hadden gewerkt. Ze redeneerden: die experimenten zijn al eerder gedaan en toen kwam er niets uit, nu heb je een theorie waarbij je op dit resultaat hoopt en dan krijg je dat opeens. Dat is dus niet zo. Er wordt uiterst nauwlettend bekeken of de theorie klopt of niet, of we onszelf voor de gek houden of niet.»

’t Hooft legt uit dat er in de theoretische deeltjesfysica inmiddels sprake is van een ontwikkeling die het punt bereikt waarop experimentele toetsen niet meer kunnen worden uitgevoerd, omdat de te onderzoeken fenomenen niet meer meetbaar zijn. Voorlopig kunnen we weliswaar doorgaan met het bouwen van nog betere apparaten, maar dat zal steeds moeilijker worden. Op een gegeven moment is de theoretische grens bereikt, waarna we het verder alleen zullen moeten doen met ons intellect. We kunnen dan geen experimenten meer uitvoeren, alleen nog gedachte-experimenten. Zonder experimenten is Popper uit het zicht verdwenen. Hebben we dan nog wel iets aan zijn falsificatiecriterium?

’t Hooft: «We zijn nog niet aan de theoretische limiet, maar we zijn er erg dichtbij. Dat is voor een theoreticus erg jammer, want die wil steeds verder. Maar het blijkt vaak dat je toch weer tot een nieuw inzicht kunt komen, dat je wel indirect kunt proberen te toetsen. Het opvallende is dat de natuur steeds ingewikkelder wordt naarmate je naar kleinere structuren gaat kijken. Dat is eigenlijk iets heel raars, want het had ook best zo kunnen zijn dat de wetten steeds gemakkelijker worden. Het lijkt alsof de natuur een intelligentietest voor ons heeft gemaakt waarvoor we allemaal zijn gezakt. En misschien zijn we te dom om het echt te begrijpen.»

Te dom?

«We kunnen de natuur gewoon niet in alle details volgen, daarvoor is ze te ingewikkeld. Kijk naar een plant: welk blaadje groeit waar naartoe? In principe zou je het moeten kunnen uitrekenen, maar in de praktijk is dat on mogelijk. En het hoeft ook niet, want wat heb je aan die kennis? Daarom moeten we ons be paalde onnauwkeurigheden laten welgevallen, maar wel proberen het grote geheel te blijven volgen. Een Theorie van Alles in letterlijke zin is een onmogelijkheid, maar we kunnen trachten de natuur in grote lijnen geheel te begrijpen. Dat is wat men meestal bedoelt met de Theorie van Alles. Vergelijk het met de manier waarop een meteoroloog het klimaat begrijpt: die kan voorspellen dat het bewolkt zal zijn, maar kan niet van elk wolkje zeggen waar het naartoe zal gaan. Maar ik denk dat we door kunnen gaan tot het moment waarop we in grote lijnen de natuurwetten volledig in beeld hebben. Waar het dan nog om gaat, zijn de details, en dat zal in wezen oneindig veel werk kosten. Er gebeurt zoveel in het heelal, daar komen we nooit mee klaar.»

Zou het juist niet heel toevallig zijn als onze hersenen, als toevallig geëvolueerde elementen, in staat zouden zijn om het geheel van de natuurwetten te begrijpen? Ik bedoel, de natuur kan ook op een manier in elkaar zitten die onze hersenen simpelweg niet kunnen bevatten.

«Juist. Onze hersenen zijn geëvolueerd om een betere pijl en boog te maken dan de tegenstander. Je kunt begrijpen hoe dat zo is gekomen. En dan kun je de vraag stellen wat het maken van pijl en boog van doen heeft met het uitzoeken van de relativiteitstheorie en de kwantummechanica. Mijn antwoord hierop is dat het begrijpen van de relativiteitstheorie en de kwantummechanica niet wezenlijk verschilt van het begrijpen van pijl en boog. Uiteindelijk is er maar één soort logica en die geldt overal in de wereld, inclusief de elementaire deeltjes, de planeten, de sterren, en de pijl en boog.

Onze hersenen zijn toevallig zo geëvolueerd dat ze het abstracte begrip ‹logica› kunnen hanteren, en dat heeft ons in staat gesteld om ook de elementaire deeltjes te gaan begrijpen. We zijn al vrij ver gekomen, en misschien kunnen we dan ook naar een Theorie van Alles doorstoten. De natuurkunde is nog lang niet af, er worden steeds nieuwe ontdekkingen gedaan, dus er is nog alle ruimte voor vooruitgang. Maar de vraag is of dat steeds zo doorgaat, of er steeds dingen zijn die ontdekt kunnen worden en of we die ook zullen ontdekken. Tot nu toe heeft de geschiedenis laten zien dat het antwoord daarop ja is. Er worden voortdurend nieuwe dingen bedacht die vroeger ondenkbaar waren.»

Maar het zou historicistisch zijn om dat op de toekomst te gaan betrekken, daar was Popper ook heel erg tegen.

«En terecht. Popper waarschuwde dat we niet moesten denken dat de geschiedenis uit wetten bestaat, en daar had hij groot gelijk in. Ik zeg altijd dat de geschiedenis zich best zal herhalen, maar niet op een voorspelbare manier. Honderd jaar geleden werd er bijvoorbeeld al gezegd dat de natuurkunde af was. Omdat sommigen van ons dat nu weer zeggen, wil men ons nu met de wetten van de geschiedenis om de oren slaan. Daar wil ik voorzichtig mee zijn, we weten gewoon niet hoe ver we nog door kunnen gaan met het doen van baan brekende nieuwe ontdekkingen.»

Evenals Karl Popper moet Gerard ’t Hooft weinig hebben van pseudo-wetenschappen zoals de parapsychologie. In het Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde voerde hij een felle polemiek tegen de Utrechtse fysicus en hoogleraar parapsychologie Dick Bierman. Gerard ’t Hooft: «Mensen die in paranormale verschijnselen geloven, denken werkelijk dat ze in wezen over natuurverschijnselen praten, terwijl de beweringen die ze doen lijnrecht staan tegenover wat we gevonden hebben over de elementaire deeltjes. Het is logisch gezien niet met elkaar te verenigen. En dan krijgen wij als weerwoord dat we niet alles weten van de elementaire deeltjes. Nee, een aantal dingen weten we niet zeker, maar de dingen die we zeker menen te weten, zijn niet te rijmen met wat zij beweren. Ik meen dat de menselijke hersenen zichzelf heel goed voor de gek kunnen houden. De natuurwetten zijn niet feilbaar, maar onze hersenen zijn wél feilbaar. Die zijn op een heel ingewikkelde manier opgebouwd en kunnen signalen doorgeven waarmee van alles kan gebeuren wat eigenlijk niet de bedoeling is. We kunnen ons dingen herinneren die helemaal niet hebben plaats gevonden.

Onze hersenen zijn zodanig geëvolueerd dat ze voldoen aan onze behoeften, en ons geheugen hoeft meestal niet perfect te zijn. Mensen kunnen een heel plezierig leven leiden zonder een perfect geheugen te hebben. Niemand heeft dat! Er vinden allerlei ongerijmdheden en fouten plaats die meestal geen enkel gevolg hebben. Maar als je die fouten niet herkent, kun je ineens denken dat er zich in de natuur verschijnselen hebben voorgedaan die niet te rijmen zijn met de natuur wetten, en dan krijg je dus wat we paranormale verschijnselen noemen. Het staat iedereen vrij om de natuurkunde te bekritiseren en er een andere mening op na te houden, maar ik wil dan wel graag vertellen hoe ik er als natuurkundige over denk.»