Apr 27

Gouden jubileum

Proficiat aan mijn ouders! Ze zijn namelijk vijftig jaar getrouwd. (Vandaag volgens het gemeentehuis, morgen volgens de datum in hun trouwringen.)

Dit is hun trouwfoto uit 1966.

1966.

Mijn moeder had haar trouwjurk zelf gemaakt. (Niet op deze foto te zien: het is geen lange jurk, maar een rok tot onder de knie). Mijn vader droeg zijn legeruniform.

Het feest geven ze volgende maand, maar ik vond dat deze mijlpaal nu alvast digitaal gemarkeerd mocht worden.

Apr 26

Geen eiland

Dit jaar staat in het teken van de vijfhonderdste verjaardag van het boek van Utopia, daarom leek het me leuk om een column te schrijven over wetenschappelijk utopisme. Daarin kan Bacon’s utopie natuurlijk niet ontbreken. (Vanaf nu schrijf ik trouwens elke maand een column voor Eos!)

Deze column is in licht gewijzigde vorm verschenen in het meinummer van Eos.

In 1516 verscheen Utopia, het boek van Thomas More over het socio-politieke en religieuze leven op een fictief eiland. De ondertitel wordt vertaald als: “Een gouden boekje, niet minder heilzaam dan grappig, over de ideale republiek en over het nieuwe eiland Utopia.” Sindsdien is Utopia, wat ‘geen plaats’ of Nergensland betekent, haast synoniem geworden voor Eutopia, of ‘goede plaats’. More contrasteert de rationele eilandbeschaving met de moderne problemen van een Europese stad als Antwerpen. Engelsman Thomas More verbleef namelijk enige tijd in Vlaanderen en zijn boek werd vervolgens door bemiddeling van Erasmus gedrukt in Leuven. Daarom wordt de vijfhonderdste verjaardag van de publicatie ook bij ons gevierd: met een schrijfwedstrijd voor studenten en de expo Op zoek naar Utopia in Museum M (vanaf 20 oktober).

Utopia.

Heruitgave van Mores Utopia, met een illustratie van dit denkbeeldige eiland op de kaft.

Het bedenken van utopieën is van alle tijden. Plato beschreef in zijn dialoog Politeia al een ideale staat, waarin de leiders filosofen waren, en gedurende de middeleeuwen waren verhalen over Luilekkerland populair. Het boek van More gaf vervolgens de aanzet voor een heel genre: de utopische roman. Iets meer dan een eeuw later inspireerde het Francis Bacon tot het schrijven van Nova Atlantis, waarin Bacons visie op ideale wetenschap, wetenschapsethiek en de wisselwerking tussen wetenschappelijk onderzoek en maatschappij een centrale rol spelen. Nova Atlantis verscheen in 1627 (een jaar na het overlijden van Bacon). Zoals de verwijzing naar Atlantis in de titel al doet vermoeden projecteerde ook Bacon zijn utopie op een eiland. Daarop situeerde hij een ideaal instituut voor de wetenschap, dat hij het Huis van Salomon noemde en dat hoog aanzien genoot in deze beschaving. Ook dit verhaal werkte duidelijk inspirerend, niet enkel voor andere schrijvers maar ook voor wetenschappers, want in 1660 werd daadwerkelijk de Royal Society opgericht, een genootschap voor geleerden in Londen.

Francis Bacon twittert Vorig jaar verscheen Francis Bacon ‘twittert’ van wetenschapsethicus Gustaaf Cornelis (uitgegeven bij Garant, 2015; Google Books). Cornelis geeft een samenvatting van Nova Atlantis en licht leven en werk van Bacon toe. Hierbij plaatst hij beknopte parafrases in een kader: zo retweet Cornelis Bacons belangrijkste ideeën. De ondertitel is De nieuwe academie en Cornelis schetst inderdaad zijn eigen utopie van een wetenschappelijke opleiding. Daarnaast geeft hij ook een dystopische beschrijving van de huidige universiteit: Cornelis maakt melding van de nefaste publicatiecultuur die slodderwetenschap in de hand werkt. Maar hij citeert ook een studie waaruit blijkt dat studentenrestaurants bij gemiddeld 65% van de warme maaltijden frieten serveren.

Vóór zijn Nova Atlantis had Bacon een ander belangrijk werk geschreven: Novum Organum over een nieuwe wetenschappelijke methode. De titel verwijst naar de werken van Aristoteles over deductie, die het Organon worden genoemd. De redeneermethode van Aristoteles laat ons toe om uit zekere aannames even zekere conclusies te trekken. Dat lijkt nuttig, als we tenminste over zekere aannames beschikken, maar daar wringt in de praktijk het schoentje. Cornelis retweet Bacons opvatting hierover kernachtig:

“Deductie is enkel geschikt voor het behoud van dwalingen.”

Ons hedendaagse beeld van wetenschappelijke kennis is eerder probabilistisch: er zijn geen absolute zekerheden, maar sommige hypotheses kunnen wel met (zeer) hoge waarschijnlijkheid aangetoond worden. Deze visie vinden we al terug in Bacons Novum Organum: zijn nieuwe methode gaat precies over hoe wetenschappers door herhaling tot algemene wetmatigheden kunnen komen. De methode van Bacon heet inductie.

Drie eeuwen later voegde logicus Peirce de term ‘abductie’ in, voor een andere type niet-deductieve redeneringen, die gericht zijn op de best mogelijke verklaring voor een waarneming. (Hierover schreef ik al in mijn blogbericht “Brief aan een theoloog (over planet nine)“.) Zo komen we tot drie hoofdvormen van wetenschappelijk denken: deductie, inductie en abductie.

Dromen past niet in dit rijtje thuis, maar ik vermoed dat heel wat wetenschappers ook utopische denkers zijn. Daarom verwacht ik dat er vanuit de wetenschap zelf altijd ideeën over de verbetering ervan zullen blijven opborrelen en zie ik de toekomst optimistisch tegemoet. Natuurlijk blijft de aansluiting tussen wetenschap en de rest van de maatschappij steeds een moeilijke oefening. Utopieën spelen zich vaak op eilanden af, maar wetenschap is geen eiland. Misschien moet er iemand een vervolg schrijven op Bacons Nova Atlantis, over een expeditie waarin de bewoners ontdekken dat ze toch niet op een eiland wonen, maar op een schiereiland.

Apr 06

Vragen staat vrij!

ikhebeenvraag.be

Ik heb een nieuwe hobby: vragen van volslagen onbekenden beantwoorden! :-)

In Nederland was er de Nationale Wetenschapsagenda, waarbij iedereen vragen mocht indienen en op basis waarvan de komende jaren dan onderzoek gedaan zou worden. Sommige wetenschappers merkten op dat veel van de ingediende vragen al lang beantwoord zijn en wiskundige K.P. Hart ging ermee aan de slag: door de antwoorden op wiskundevragen online te plaatsen; hij schreef er ook een lezenswaardige nabeschouwing over.

In Vlaanderen hebben we (gelukkig?) geen Nationale Wetenschapsagenda, maar wél de website “Ik heb een vraag“. Daar kan iedereen permanent vragen indienen, waarop wetenschappers van Vlaamse kennisinstellingen dan een antwoord kunnen geven. Heb je zelf een vraag en wil je antwoord van een wetenschapper? Zoek dan eens in de database. Als je geen relevante resultaten vindt, dien dan een nieuwe vraag in.

Eindelijk heb ik me geregistreerd als wetenschapper en tot nu beantwoordde ik er vijf vragen:

De twee vragen die ik zelf het leukste vond plaats ik hieronder samen met mijn antwoord.

~

Stefaan vroeg:

Bestaat het heden? Het verleden bestaat niet meer. De toekomst bestaat nog niet. Het heden is het snijpunt tussen verleden en toekomst. Bestaat het heden dan ook niet? M.a.w. bestaat er niets?

Beste Stefaan,

Wat een mooie vraag. Vorig semester doceerde ik een vak over “Filosofie van de tijd”. Daarin kwamen er een aantal mogelijke antwoorden op uw vraag aan bod. Ik zet de vier belangrijkste visies hier kort op een rij, van meer naar minder intuïtief:

  1. Enkel het heden bestaat, verleden en toekomst zijn een illusie. Deze positie wordt presentisme genoemd. (Hierbij wordt ervan uitgaan dat het heden niet overlapt met verleden en toekomst, dus niet het ‘snijpunt’ is zoals u zegt. Wiskundig zouden we dit kunnen doen door verleden en toekomst voor te stellen door open verzamelingen.) Deze visie komt goed overeen met onze ervaring: we kunnen het verleden en de toekomst immers niet zien, voelen of aanwijzen.
  2. Het heden en het verleden bestaan, maar de toekomst niet. Dit wordt possibilisme genoemd en sluit aan bij het intuïtieve idee dat het verleden vast ligt, maar de toekomst nog niet. Deze visie wordt soms ook een groeiend blokuniversum genoemd, maar wat een blokuniversum is kan ik beter uitleggen bij de volgende stap.
  3. Zowel verleden, heden als toekomst bestaan en zijn even echt. Dit wordt eternalisme genoemd en deze visie heeft aan belang gewonnen na de ontwikkeling van de speciale relativiteitstheorie door Einstein. Uit Einsteins theorie blijkt namelijk dat gelijktijdigheid relatief is (afhangt van de bewegingstoestand van de waarnemer): er is dus geen universeel ‘nu’ en dit zet het idee dat enkel het heden echt is (presentisme) onder druk. We kunnen ruimte en tijd samen voorstellen als een vierdimensionaal geheel. Dit wordt soms ook het blokuniversum genoemd. De speciale relativiteitstheorie is een deterministische theorie: de toekomst staat dus vast, maar kennen we enkel nog niet. (In hoeverre dit compatibel is met een andere fundamentele natuurkundige theorie, namelijk de kwantummechanica, is niet helemaal duidelijk, vandaar dat de huidige stand van de wetenschap niet volstaat om opties 1 en 2 uit te sluiten.)
  4. Tijd is een illusie (o.a. de visie van Parmenides en Zeno): er bestaat wel iets, maar datgene dat bestaat is zelf tijdloos. Tijd is dus een illusie en ook de opdeling verleden/heden/toekomst, maar daarom bestaat er nog niet niets. Ook hierbij zijn er wetenschappelijke theorieën die er goed bij passen: in kwantumgravitatie-theorie zijn er bijvoorbeeld modellen waarin tijd een emergent verschijnsel is. Dat wil zeggen dat tijd zelf zou kunnen ontstaan uit een tijdloze theorie!

Verder wou ik nog opmerken dat het realisme-debat in de wetenschapsfilosofie vooral gaat over de vraag welke objecten echt bestaan. (Enkele voorbeelden: Bestaat een tafel? Een planeet? Een elektron? En hoe weten we dat?) De vraag die u stelt, “Bestaat het heden?”, is van een andere aard en toch leidt uw gedachtegang tot de suggestie dat er niets zou bestaan (dus ook geen objecten). Binnen filosofie van de tijd wordt dit vraagstuk op een andere manier bekeken:

  • Enerzijds is er de vraag of tijd al dan niet echt bestaat. Als tijd een illusie is (optie 4 hierboven), volgt daar nog niet uit dat er niets bestaat. Wel rijst bijvoorbeeld de vraag hoe het komt dat we die illusie hebben.
  • Anderzijds is er de vraag hoe objecten doorheen de tijd blijven bestaan. Ook daarop zijn er verschillende antwoorden te geven, maar dat zou me hier te ver leiden.

Vriendelijke groeten,
Sylvia Wenmackers

~

Jonathan vroeg:

Mag je nog geloven in de Germaanse goden (Asen)? Ik ben heel erg geïnteresseerd in de oude Germaanse mythologie, vooral de Asen. Maar ik begin wat te geloven in hen. Maar mag of kan dat nog?

Beste Jonathan,

Je vraag spreekt me aan omdat ik de ervaring meen te herkennen: vroeger was ik erg geïnteresseerd in de mythologie van het Oude Egypte. Door er veel over te lezen kwamen de goden als het ware tot leven in mijn verbeelding.

Nu wil ik een analogie opmerken. Als je je onderdompelt in fictie, dan komen de personages voor jou tot leven. Als je bijvoorbeeld van fantasy houdt, dan zal je je levendig een eenhoorn kunnen voorstellen en er waarschijnlijk wat eigenschappen van kunnen opnoemen. Toch bestaat een eenhoorn niet echt. Je iets levendig kunnen voorstellen is dus niet voldoende om erin te geloven, maar het lijkt wel op de ervaring die je beschrijft. In de filosofie zijn hier een aantal interessante vragen en paradoxen aan verbonden. Een eerste is de vraag hoe het mogelijk is dat we emotioneel reageren op iets dat niet bestaat (namelijk op de verhalen van personages in fictieve verhalen). Een tweede is de vraag of (bijvoorbeeld) de uitspraak “Sherlock Holmes woonde in Londen” waar is; op het eerste zicht klopt het, maar aangezien Sherlock Holmes niet echt bestaat is het niet duidelijk of dit soort uitspraken over hem wel waar kunnen zijn… Deze vragen worden meestal gesteld over fictieve literatuur, maar als je ze toepast op oude mythologische verhalen en religieuze teksten krijg je soortgelijke puzzels.

Verder is het zo dat als je over andere godsdiensten leert, je patronen kunt beginnen opmerken. Dit wordt gedaan in de vergelijkende godsdienstwetenschappen: dit valt buiten mijn eigen vakgebied, maar ik kan je wel iets vertellen over een Griekse filosoof die hier al over nadacht. Bij de Grieken waren goden eigenlijk net als mensen: ze handelden uit vriendschap of haat en ervoeren liefde en bedrog. De Griekse filosoof Xenophanes, die leefde van de zesde tot de vijfde eeuw v.Chr., merkte dit ook al op: goden worden geboren, dragen kleren, hebben een stem en een lichaamsbouw net als mensen. Xenophanes observeerde ook dat de goden anders werden afgebeeld door verschillende volkeren. Hij geeft als voorbeeld de Ethiopiërs die hun goden afbeeldden met een donkere huid en platte neuzen en de Thraciërs (die woonden in het Zuidoosten van Europa) die hun goden afbeeldden met blauwe ogen en rood haar. Hij speculeert dat als dieren (zoals ossen, paarden of leeuwen) handen hadden zodat ze kunstwerken konden maken, dat ze hun goden dan ook zouden afbeelden als dieren (paarden zoals paarden, ossen zoals ossen).
Wellicht kan je door over Germaanse mythologie te lezen dus iets leren over de oude Germanen: over hoe ze zichzelf zagen en wat ze belangrijk vonden. Op die manier kan je ook onderzoeken wat je er zo in aantrekt: het mysterieuze van een voorbije cultuur, de verhalen op zich, of wat ze suggereren over de waarden die toen belangrijk waren.
Misschien vind je deze website interessant: http://www.godchecker.com/ Het is een database met meer dan vierduizend goden, demonen en andere spirituele wezens uit tal van wereldgodsdiensten (wel enkel in het Engels). Germaanse mythologie staat – uiteraard – ook op de website.

Tot slot wil ik nog opmerken dat religie voor veel mensen ook een sociale component heeft: een religieuze dienst bijwonen verbindt je met anderen. Dat is natuurlijk iets dat je zal missen als je als individu een oude godsdienst hervindt of als je je opperwezen(s) uit een grote databank plukt. Dit doet me denken aan levende geschiedenis: mensen die in het weekend samenkomen om een periode uit de geschiedenis te doen herleven, door zich te kleden en te gedragen zoals bij die periode past.  Vaak gebeurt dit in de vorm van een LARP (live action role-playing game), waarbij de mensen die meedoen een personage spelen en al improviserend een opdracht moeten volbrengen. Of dit ook bestaat voor de oude Germanen en of de mythologie er dan een grote rol in speelt weet ik niet, maar als je interesse aanhoudt kan je er misschien eens naar op zoek gaan.

Je merkt dat ik je vraag niet rechtstreeks beantwoord heb, maar hopelijk geeft mijn reactie je wel wat stof tot nadenken!

Vriendelijke groeten,
Sylvia Wenmackers

Apr 04

Regenboogdag

Gisteren was het zondag 3 april en het was Find-a-rainbow-day. Ik schreef al eerder over deze kleurrijkste feestdag van het jaar.

Gisteren vond ik geen regenboog, maar eerder vorige week lukte het wél. :-)

Regenboog.

Regenboog met overtallige bogen en ook de tweede boog is zwak te zien.

Regenboog.

En aan de voet van de regenboog vonden we… dit paard. (En het heeft vast een hart van goud.)

Mrt 20

Aankondiging: Lezing over waarschijnlijkheid (21/3)

Morgenavond (maandag 21 maart om 19u30) geef ik een lezing over waarschijnlijkheid in de Pieter De Somer-aula van de KU Leuven. Dit is een “Les voor de 21ste eeuw”, de laatste van dit academiejaar. Het is een grote aula, dus er is vast plaats voor extra geïnteresseerden. ;-) Ik geef er een soort best of van mijn vak over filosofie van de waarschijnlijkheid: het gaat over geschiedenis, wiskunde, filosofie en psychologie van waarschijnlijkheid.

De volledige titel is: ‘Dat kan geen toeval zijn!’ Waarschijnlijkheid: van objectieve kansen tot subjectieve graden van geloof.

Hier alvast de handout van mijn lezing, die een samenvatting is van het hoofdstuk dat ik schreef voor het boek bij de lezingenreeks (dat ook morgen verschijnt).

Aanvulling 22 maart 2016:

Ook de dia’s staan online, trouwens van (bijna) alle lezingen uit de reeks.

Erratum bij mijn hoofdstuk in het boek (p. 286): het publicatiejaar bij Kolmogorov is 1933, er staat 1956, maar dit is de datum van de Engelstalige vertaling.

Mrt 20

Windmolenillusie

Kijk eens naar de animatie en vraag je af of je iets vreemds ziet.

Lees dan de column met de oplossing erronder.

Windmolenillusie.

Windmolenillusie. Klik op de afbeelding voor groter. (Animatie: idee S. Wenmackers; uitvoering P. Torrez – Scigrades.)

Deze column is verschenen in het aprilnummer van Eos.

We reden ’s avonds naar huis via de autosnelweg, ruim na zonsondergang. Het was op de E314 bij het windmolenpark ter hoogte van Diest. De silhouetten van de windmolens tekenden zich duidelijk af tegen de verlichte wolken erachter. De wieken draaiden allemaal met dezelfde snelheid, maar vreemd genoeg draaide er één molen de andere kant op. Even dacht ik dat deze windmolen zich misschien 180 graden gedraaid had, maar dat kon de verklaring niet zijn: het profiel van de vleugels is zo dat de molen maar één kant op kán draaien. Was de windrichting dan anders bij die molen? Dat leek me ook stug. Niets wees erop dat het weer zo veranderlijk of onstuimig was.

Ik knipperde eens met mijn ogen, maar het was toch echt zo: alle molens draaiden in wijzerzin, behalve die ene, die in tegenwijzerzin draaide. De situatie is schematisch aangegeven op het plaatje hieronder.

Toen begon me iets te dagen. Doordat we enkel de silhouetten van de molens zagen, was het niet duidelijk of we tegen de voor- of de achterkant aankeken. Bij daglicht zou deze illusie vast niet optreden. Ik kon het natuurlijk niet 100% zeker weten, daarvoor zou ik dezelfde situatie eens bij daglicht moeten kunnen bekijken. Maar de volgende keer dat we er passeerden was de wind gedraaid en wezen de assen van alle molens een andere kant op.

Waar echte experimenten niet haalbaar blijken, doen wetenschappers steeds vaker een beroep op computersimulaties. Ook in dit geval leek een simulatie in een 3D-tekenprogramma me een goede manier om mijn hypothese te testen. Daarom riep ik de hulp in van Pieter Torrez, een marien bioloog die na zijn opleiding Scigrades heeft opgericht, een bedrijfje voor wetenschapsvisualisatie. (De animaties die Pieter maakte staan boven- en onderaan dit bericht.)

De hypothese werd getest en afdoende bevonden. Als het licht zo is dat we enkel het profiel van de windmolens kunnen zien, lijken de molens verschillend te draaien. Bij daglicht krijgen we echter meer informatie: we zien of we tegen de voor- of achterkant van de gondel aankijken en door licht en schaduw zien we meer diepte. Zo treedt de illusie niet meer op. Als we de diepte-informatie correct interpreteren kunnen we trouwens ook bij slechte lichtomstandigheden inzien dat de molens wél dezelfde kant op draaien: interpreteer de rode pijlen niet als “tegenwijzerzin” en “wijzerzin” (verschillend), maar als “naar ons toe” (hetzelfde).

Windmolenillusie.

Windmolens: je kan de illusie opheffen door de rode pijlen te interpreteren als “naar ons toe”.

Voor zo ver ik weet is deze illusie nog niet eerder gedocumenteerd. Wel zijn er minstens twee andere optische illusies met windmolens bekend. De eerste illusie is dat windmolens in werkelijkheid groter zijn dan we doorgaans inschatten. Dit komt door gebrek aan referentiepunten in de hoogte en door perspectiefwerking. Zelfs als je bij het plaatsen van nieuwe windmolens met eigen ogen hebt kunnen zien dat de rotorbladen meer dan 80 meter lang zijn, is het moeilijk om dit besef vast te houden. Hierdoor lijken de molens zelfs bij sterke wind relatief rustig te draaien. Als je in rekening brengt hoe groot de wieken zijn, zie je dat de uiteinden ervan toch grote snelheden halen.

De tweede illusie heeft opnieuw met de draaibeweging te maken. Let maar eens op een rotorblad dat net de mast passeert: daar lijkt die ene wiek even iets sneller voorbij te zwiepen, terwijl de wieken in werkelijkheid natuurlijk allemaal even snel draaien.

Windmolens bij daglicht.

Dezelfde windmolens als bovenaan, nu bij daglicht. Klik op de afbeelding voor groter. (Animatie: idee S. Wenmackers; uitvoering P. Torrez – Scigrades.)

Mrt 09

Onzekerheidsprincipe

Het onzekerheidsprincipe binnen en buiten de kwantummechanica

Vandaag was acteur Aron Wade te gast bij “De bende van Annemie”, een programma op Radio 1. De studiogast mag aan het einde een vraag stellen en dan bellen ze iemand op. Aron Wade is gefascineerd door wetenschap, van planeten tot de microkosmos. Deze “kennisjunky” wilde graag meer weten over het onzekerheidsprincipe van Heisenberg en de redactie belde mij met deze fijne vraag. Ik plaatste het fragment op YouTube, zodat je het hier kan herbeluisteren. (De hele uitzending is – vandaag althans – hier te herbeluisteren; het item begint om 1u43min.)

Note to self: minder vaak ‘eigenlijk’ zeggen bij interviews. ;-)

Dit leek me een goede gelegenheid om ook een blogstukje te schrijven over dit onderwerp. Hier gaan we.

Wat is het onzekerheidsprincipe van Heisenberg?

Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg is een onderdeel van de kwantummechanica, dat is de fysica die we nodig hebben om de wereld op kleine schaal te beschrijven. Het onzekerheidsprincipe zegt dat in een kwantumtoestand sommige combinaties van eigenschappen niet tegelijk volledig bepaald kunnen  zijn. Het is in 1927 gepubliceerd door Werner Heisenberg, één van de natuurkundigen die de kwantummechanica mee ontwikkeld hebben. Hij kreeg trouwens ook de Nobelprijs voor Natuurkunde voor zijn bijdragen in 1932.

Natuurkundigen spreken over de onzekerheidsrelaties, meervoud dus, omdat er verschillende koppels van grootheden zijn waarvoor er zo’n fundamentele limiet bestaat op hoe nauwkeurig beide tegelijk bepaald kunnen zijn. De bekendste is die voor positie en snelheid (eigenlijk impuls), maar er is bijvoorbeeld ook een onzekerheidsrelatie over energie en tijd.

Hoe kunnen we ons dit voorstellen?

Om dit goed te begrijpen hebben we gelukkig niet eens kwantummechanica nodig.

  • Stel je een vijver voor en je neemt een stok, die je aan de kant in het water op en neer beweegt. Als je dat regelmatig doet, gaat het hele oppervlak golven, met toppen en dalen op regelmatige afstand. Je kan hier dan een golflengte aan toekennen. Dat is de afstand tussen twee toppen. Maar als je vraagt “waar is de golf precies?” dan stel je een rare vraag: een golf is per definitie uitgespreid. Het is niet op één zeer specifieke plaats.
  • Omgekeerd kan je één harde slag in het water geven. Dan ontstaat er een soort golfpakket, met een duidelijk aanwijsbare positie. Maar nu wordt de vraag wat de golflengte is moeilijker te beantwoorden. Want een golfpakket kan je beschrijven als een som van heel veel golflengten.

Deze wisselwerking is óók een onzekerheidsrelatie – niet die van Heisenberg, maar eentje voor macroscopische golven. (Zie ook: onzekerheidsrelatie in de Fourier-analyse.)

Deze insteek wordt ook goed uitgelegd in onderstaand filmpje van “One Minute Physics” (1 minuut).

Wat heeft dat nu met de fysica van de microschaal te maken?

Om te beginnen kunnen we aan licht denken. Daar spreken we in het dagelijks leven soms al over als lichtgolven, dus het zal je niet verbazen dat ook in de kwantummechanica de onzekerheidsrelaties gelden voor licht. Net zoals voor die golven in het water.

Het onzekerheidsprincipe voor licht wordt geIllustreerd in onderstaand filmpje van “Veritasium” (4 minuten).

Maar er is meer. Ook deeltjes met een massa hebben golfeigenschappen. Dit werd voor het eerst gepostuleerd door Louis de Broglie en later experimenteel aangetoond. (Eerst voor elektronen, later voor atomen en tegenwoordig voor steeds grotere moleculen.) En het is hierop dat Werner Heisenberg zijn onzekerheidsrelaties baseerde.

Kwantummechanica beschrijft een toestand als een waarschijnlijkheidsverdeling: het kent waarschijnlijkheden toe aan verschillende combinaties van positie en snelheid. Maar doordat we met golfachtige systemen werken, kunnen niet zowel positie als impulstegelijk 100% waarschijnlijkheid krijgen. Naarmate de waarschijnlijkheidsverdeling voor de positie meer gepiekt is, is die voor impuls meer uitgespreid en vice versa.

Hebben de onzekerheidsrelaties toepassingen?

In de eerste plaats zijn de onzekerheidsrelaties belangrijk in de kwantummechanica zelf. Ze helpen ons om de wereld beter te begrijpen.

De onzekerheidsrelaties hangen samen met ons begrip van het tunneleffect en dat is een effect dat wel gebruikt wordt in zeer veel toepassingen. Kwantumtunneling is het proces waarbij deeltjes, bijvoorbeeld elektronen, een barrière kunnen passeren waarvoor ze – als je het puur met klassieke fysica bekijkt – niet genoeg energie lijken te hebben.

Kwantumtunneling helpt om natuurlijke processen te begrijpen zoals radioactief verval, bijvoorbeeld alfa-verval waarbij een kern een twee protonen en twee neutronen uitstoot. Maar het wordt ook gebruikt in technologische toepassingen: bijvoorbeeld in transistoren, die in computers en andere elektronische toepassingen gebruikt worden.

Kwantumtunneling wordt ook gebruikt in een raster-tunnelmicroscoop. Dat is een toestel dat in labo’s wordt gebruikt om materialen op atomaire schaal te bestuderen. Indirect leidt dat ook weer tot nieuwe toepassingen, want het is in die labo’s dat nieuwe materialen worden ontwikkeld.

Heeft het onzekerheidsprincipe ook een impact buiten de fysica?

Het onzekerheidsprincipe is één van de bekendste aspecten van kwantummechanica en hangt ook samen met het wereldbeeld dat sindsdien veranderd is. Vóór de ontwikkeling van de kwantummechanica dachten veel mensen dat de wereld in principe perfect voorspelbaar is. Laplace schreef hier een gedachte-experiment over: de demon van Laplace. Een intelligentie die de huidige posities en snelheden van alle deeltjes in het heelal perfect zou kennen, zou met de wetten van Newton perfect de toekomst kunnen voorspellen en ook het verleden reconstrueren. In de praktijk is dit natuurlijk niet mogelijk, maar de onzekerheidsrelaties zeggen bovendien dat het zelfs in principe niet mogelijk is om tegelijk de positie en de snelheid van één enkel deeltje exact te kennen.

Zelf denk ik dat vooral het golfkarakter veel van deze aspecten duidelijker kan maken, omdat een golf iets is dat uitgespreid is. Ook in de latere ontwikkeling van kwantumveldentheorie werken natuurkundigen met uitgespreide velden als fundamentele beschrijving in plaats van gelokaliseerde deeltjes.

Betekent het onzekerheidsprincipe dat we niets zeker kunnen weten?

Nee. Eigenlijk zou onbepaaldheid een beter woord zijn dan onzekerheid. Het gaat niet slechts om wat we kunnen meten of zeker weten, maar om eigenschappen van de kwantumtoestand zelf. Als de positie van een kwantumsysteem zeer nauwkeurig bepaald is, dan leidt dit er automatisch toe dat de snelheid niet één bepaalde waarde heeft, maar verschillende mogelijke waarden elk met een zekere waarschijnlijkheid. En omgekeerd is een kwantumtoestand met een welbepaalde snelheid niet geconcentreerd op één punt in de ruimte, maar kent het aan allerlei verschillende mogelijke posities enige waarschijnlijkheid toe. De onzekerheidsrelatie zegt hoe die trade-off tussen de bepaaldheid van twee zulke eigenschappen precies werkt.

Tot slot nog deze animatie van TedED die het ook goed weergeeft (bijna 5 minuten).

Als er iemand nog goede manieren weet om de onzekerheidsprincipes uit te leggen: tips altijd welkom in de reacties.

Mrt 05

1 2 3… Infinity!

Zoals eerder aangekondigd heb ik op 17 februari meegedaan aan de “YouReCa Challenge 2016”, een Science Slam georganiseerd door de KU Leuven in het Depot. Er waren vijf presentaties in het Engels over wetenschappelijke onderwerpen, maar op zo’n manier gebracht dat het ook voor niet-wetenschappers te volgen was. Het was tegelijk ook een wedstrijd, met een vier-koppige jury en een publieksprijs. Beide hoofdprijzen werden gewonnen door Pieter Thyssen, met zijn presentatie over tijdreizen.

Op deze website vind je foto’s van de avond en onderstaande video geeft een sfeerverslag met fragmenten van alle presentaties.

Opnames van alle presentaties staan nu ook online:

Mijn bijdrage was een presentatie van 8 minuten over de vraag of we oneindig kunnen tellen. Ik heb de videoregistratie van mijn presentatie aangevuld met de slides. Aangezien mijn Engelse dictie te wensen overlaat, heb ik er op YouTube nu ook Engelstalige ondertitels aan toegevoegd. ;-) (Die moet je wel nog zelf aanzetten door onderaan rechts in de video op het rechthoekige symbool voor Subtitles/Ondertitels te klikken.)

Onder de vouw vind je de Engelstalige transcriptie met aanvullende informatie in voetnoten.

Lees verder »

Feb 26

Motivating scientists for philosophy

In recent years, there have been a number of high profile scientists who have spoken dismissively about philosophy. There was a recent case, to which a philosopher responded in a public letter (actually, a blog post). On a different philosophy blog, there was the idea to crowd-source a “Philosophy cheat sheet” for scientists. I copy my reaction below.

Some suggestions for scientists who are already interested in philosophy can be found in this earlier post.

~

This is an interesting suggestion! To introduce a cheat sheet, a motivational letter could be useful too: tell them first why it may be relevant for them. This is my (incomplete) proposal for such a letter.

Dear Scientist,

You belong to a respected profession, that is nevertheless not very well-known by the general public. You may have wondered how to counter stereotypes like the “mad professor” or how to prevent common misconceptions about your particular field of research.

In Philosophy, we have a very similar situation: to people outside our field, it is typically not clear what we do. In addition, unlike Science, Philosophy is often mocked for being pointless, outdated, or worse. You may have similar opinions. However, as a scientist, you are probably open to falsification of your own prior ideas. Ask yourself how you came to this position. Maybe you heard it from your teachers or colleagues, but do you think they really delved into it themselves, or could this just be a myth that is being passed on? Or maybe you read a philosophy book once and really did not like it, but surely this body of evidence is too small for a general dismission of an entire field of research.

It would be nice if you refrained from dismissing Philosophy in public, but there is more: learning more about Philosophy might actually help you with your own mission.

  1. Philosophy, science, and art have a rich and intertwined history. Read up on it! Being a curious person you will find it fascinating. Textbooks on science tend to distort the history of the discipline due to the brevity with which the topic is discussed and because they copy each other rather than returning to the primary sources. Prepare to be amazed by what you will learn about your own field. :-)
  2. f you draw a Venn diagram of famous philosophers and famous scientists, you will find that the intersections contains many elements. Think about Pythagoras, Descartes, Newton, and Galilei, to name a few. Einstein was well-versed in philosophy, too. Maybe it is time for a reunion.
  3. Scientists are typically not trained to reason about science as a whole, its role in society, and the relation between science and other human endeavors (including philosophy). If you do want to address such meta-questions in a meaningful way, it will pay off to educate yourself about the philosophy, history, psychology, sociology, … of your field. As a scientist, you do not need to do this to be good at your work, but as a curious human being, you will probably enjoy it. In addition, it will improve your teaching and communication with a wider audience. So it may be worthwhile to look into it, if you engage in either of these.
  4. A lot of contemporary philosophy is analytic philosophy. It is more similar to science than to literature. It relies on formal models, such as logic and probability theory. Some of the logics (yes, plural) used by philosophers may not be relevant to your work, and that is fine. Yet, some parts of analytic philosophy address questions directly relevant to very active research fields in science. You might enjoy learning more about this.

Sincerely,
a Philosopher of Science

~

Further thoughts welcome.

Feb 24

Brief aan een theoloog (over planet nine)

Misleidend plaatje want de nieuw gepostuleerde planeet is niet rechtstreeks waargenomen.Op KU Leuven Blogt schreef professor Bénédicte Lemmelijn een blogbericht over planet nine: lees het hier. Aangezien ze zelf aangeeft dat ze een “beperkt positief-wetenschappelijk begripsvermogen” heeft, heb ik de gelegenheid te baat genomen om enkele punten toe te lichten vanuit wetenschapsfilosofie en -geschiedenis.

Achteraf zag ik dat er op Twitter veel negatieve reacties waren op de aankondiging van het blogbericht. Lieven Scheire noemde het ‘creationisme light‘. Ik vind het vooral jammer dat er nog zo veel misvattingen zijn over wetenschap, maar anderzijds zie ik het ook als een kans om zelf over wetenschap te vertellen. Vandaar dat ik mijn reactie ook hieronder plaats.

~

Beste Bénédicte,

Het viel me op dat u in het tweede deel het woord “deductie” gebruikt. De term die me hier passender lijkt (ook gezien de titel en de rest van uw stuk) is “abductie” (in het Engels “inference to the best explanation”). Dit is een redeneervorm, geen bewijsvoering. U schrijft de conclusie van de wetenschappers neer als: “er moet een planeet zijn die dit alles veroorzaakt.” Hier wijst het woord “moet” echter niet op logische noodzakelijkheid, zoals bij deductie. “Moet” of “moet wel” kan in het Nederlands inderdaad ook een abductie aangeven. (Zie deze samenvatting van een studie hierover.)

Er zijn in de loop van de geschiedenis overigens wel vaker planeten gepostuleerd op basis van indirecte waarnemingen. Soms succesvol (Neptunus), soms ook helemaal niet (Vulcanus)! Laten we die laatste optie hier toch ook niet uit het oog verliezen: in de wetenschap is het cruciaal dat voordien plausibel geachte hypotheses steeds verworpen kunnen worpen op basis van nieuwe waarnemingen en inzichten.

Wetenschappers zelf spreken zelf trouwens zelden of nooit categorisch over bewijs of feiten. Het gaat in de wetenschappen om (zeer) hoge waarschijnlijkheid en coherentie met bestaande kennis. Wanneer er voor dezelfde hypothese meerdere, onafhankelijke proeven en berekeningen zijn die haar bevestigen, wordt de waarschijnlijkheid steeds hoger. Planet nine heeft dus nog een lange weg te gaan voor deze hypothese op gelijke hoogte komt met, pakweg, de hypothese dat de aarde een natuurlijke satelliet heeft.

Er zijn geen voldongen feiten, wel een aantal hypotheses die tot op heden elke test hebben doorstaan.

Om dit uit te leggen gebruik ik in mijn colleges over wetenschapsfilosofie een levende boom als metafoor voor wetenschap. (Zie ook bv deze pdf p. 17.) Nieuwe hypotheses of studies zijn als twijgjes aan de boom. We kunnen niet bij voorbaat weten welke twijgjes uitgroeien tot dragende takken van de boom. Daarvoor moet het eerst vele stormen en snoeibeurten doorstaan. En zelfs een houten tak kan later gesnoeid moeten worden. (Dat de aarde een maan heeft behoort in dit beeld tot de stam, planet nine is slechts een twijgje op een uitloper van de kruin.)

Een andere metafoor die ik soms gebruik is een spel waarbij gezegd wordt “de tafel plakt niet”. Dit werkte ik uit in mijn essay “Children of the Cosmos” (zie p. 2).

Vriendelijke groeten,
Sylvia

PS: Het is een detail, maar ik wou toch opmerken dat ik de formulering “een soort zwaartekracht” heel vreemd vond. Sinds Newton spreken we van “universele gravitatie”, precies omdat er maar één soort zwaartekracht gevonden is – op aarde en erbuiten.

~

Aanvullingen 9 maart 2016:

Professor Lemmelijn was ’s avonds op Radio 1 (de dag dat haar blog gepubliceerd was) en ook daar hoorde ik geen teken van creationisme. Maar ze gebruikte wel opnieuw “deductie” schijnbaar als synoniem van “wetenschappelijk denken”, wat echt een misvatting is (weliswaar een wijdverbreide).

Intussen schreef studentenblad Veto ook over de kwestie: “Creationisme is boerenbedrog” met als ondertitel “Creationisme aan de KU Leuven: God is niet meetbaar”. Ze hebben hiervoor verschillende mensen gecontacteerd. Ook met mij werd een kort telefonisch interview afgenomen en dit heeft tot enkele quotes geleid. (Zelf ben ik er niet helemaal tevreden over. Twee zinnen is gewoon te kort om hier iets zinnigs over te kunnen zeggen.)

Overigens denk ik dat de heftige reacties op het stuk van Lemmelijn wijzen op een allergie aan religie. Zelf probeer ik zo tolerant en open mogelijk te zijn en dus ook te blijven luisteren naar mensen die vanuit een gelovig perspectief over wetenschap nadenken. (En waar nodig bijsturen.) Bij polarisatie is niemand gebaat.

Omdat ik mijn eigen filterbubbel zo ruim mogelijk wil houden, heb ik na dit blogbericht beslist om bijvoorbeeld ook Cees Dekker te volgen via Twitter. Cees Dekker is een bekende gelovige natuurkundige in Nederland, die vroeger intelligent design aanhing, waar hij rond 2008 wel afstand van genomen heeft. Vervolgens heb ik Lemmelijns blogbericht onder de aandacht van Dekker gebracht en hij schreef “Ik heb sympathie voor haar standpunt. Maar het kan het gevaar van een god-van-de-gaten idee meebrengen.”

Het thema “wetenschap en religie” lijkt trouwens in de lucht te hangen dezer dagen. Zie onder andere:

Oudere berichten «