Tag Archief: metafysica

Herfst-symposium in zes beelden

Hé, jullie hebben nog een verslag te goed! Namelijk van het herfst-symposium “Determinisme & Indeterminisme in de Fysica” dat ik organiseerde op woensdag 26 november 2014 in Groningen. Dit doe ik aan de hand van zes foto’s.

Zes foto's van het symposium.

Deze foto’s werden tijdens het symposium gemaakt door onze voorzitter Fred Muller.

Foto (1) – De middag werd geopend door Fred Muller (U Utrecht; voorzitter NVWF) en door mij (in de hoedanigheid van secretaris van de NVWF en projectleider Veni).

~

Voor de pauze: twee presentaties over (in-)determinisme in de klassieke fysica.

Foto (2)Dennis Dieks (U Utrecht) gaf een presentatie over “Determinisme en Wetmatigheid”. Eerst legde hij uit dat hij met determinisme (in de natuurwetenschap) een eigenschap van de theorie bedoelt. Over de wereld kan eventueel enkel iets gezegd worden via zo’n theorie. Bovendien houdt determinisme niet noodzakelijk voorspelbaarheid in.

Vervolgens stelde Dieks zich de vraag of Newtoniaanse mechanica deterministisch is. Dit lijkt misschien een vreemde vraag: de klassieke mechanica van Newton is immers het schoolvoorbeeld van een deterministische theorie! Recent is in de wetenschapsfilosofie (met name door John Norton) echter aangevoerd dat dit folkore is: er zijn differentiaalvergelijkingen die fysisch geïnterpreteerd kunnen worden maar die (voor welbepaalde beginvoorwaarden) geen unieke oplossing hebben. Dieks is echter van mening dat de randvoorwaarden even belangrijk zijn als de ‘wetten’ en dat men zich enkel van het geheel (theorie plus randvoorwaarden) moet afvragen of het deterministisch is. Op deze manier tracht hij te voorkomen dat de notie van determinisme trivialiseert.
Hij sloot af met verdere bedenkingen over de notie van natuurwetten.

*** Meer details vind je in de slides van de presentatie van Dennis Dieks. ***

DeWet.

Als de wet het zegt…

~

Foto (4)Marij van Strien (Max Planck Institute for the History of Science, Berlijn) presenteerde enkele “Discussies over (in-)determinisme in de tijd van Laplace”. Zij besprak dus de ideeën over metafysica en continuïteit bij auteurs uit de achttiende en negentiende eeuw.

In zijn beroemde Essai bespreekt Laplace een intellect (later de ‘demon van Laplace’ genoemd) dat in staat zou zijn om de toestand van de wereld in het volgende moment (en eender welk toekomstig of verleden ogenblik) te bepalen op basis van een volledige kennis van de huidige toestand. Van Strien plaatst een aantal kanttekeningen bij deze passage: andere auteurs hebben eerder en preciezer over dit idee van gedetermineerdheid geschreven. Dat de passage vrij slordig geformuleerd is en dat het idee erin niet origineel is, hoeft ons niet te verbazen als we in rekening brengen dat hij afkomstig is uit het Essai: een populariserende tekst over kansrekening. Bovendien merkt Van Strien op dat de visie van Laplace beïnvloed is door de Leibniziaanse metafysica, met name waar hij een beroep doet op het principe van voldoende grond.

Émilie du Châtelet.Du Châtelet ging op zoek naar extra voorwaarden, naast de bewegingsvergelijkingen, waaraan de beweging moet voldoen opdat gedetermineerdheid van de volgende toestand uit de vorige wordt bekomen. Ze nam aan dat alle natuurlijke processen continu verlopen en dat dit determinisme verzekert. Deze continuïteitswet sluit bijvoorbeeld botsingen tussen (perfect) harde lichamen uit. Bij zo’n botsing treedt er immers een instantane omkering op van de richting van de snelheden, wat samengaat met een discontinuïteit van de versnelling.

Boscovich gaf in 1758 een definitie van gedetermineerdheid – preciezer dan de informele verwoording van Laplace en zonder beroep te doen op Leibniziaanse metafysica. Ook hij stelde een strenge continuïteitseis voor om determinisme te verzekeren: zijn voorstel sluit botsingen tussen perfect harde lichamen uit (net als bij Du Châtelet), maar heeft bijvoorbeeld ook problemen met de situatie waarin iets recht omhoog gegooid wordt.

*** Meer details vind je in de slides van de presentatie van Marij van Strien. ***

~

Na de pauze: twee presentaties over (in-)determinisme in de kwantumfysica.

Foto (5)Ronnie Hermens (Ru Groningen) gaf een presentatie met als titel “Indeterminisme en waarschijnlijkheid in de quantamechanica” (zijn alternatieve benaming voor ‘kwantummechanica’: zie ook dit bericht). Hij begon zijn presentatie eerst met een verkenning van mogelijke invalshoeken voor het onderwerp.

In de rest van de presentatie stonden de Bell-ongelijkheden centraal. Het artikel van Bell is in 1964 verschenen, precies 50 jaar geleden dus, en het wordt per vijf jaar steeds meer geciteerd. Zoals bij elk theoretisch resultaat hangt ook de afleiding van de Bell-ongelijkheden af van een aantal aannames. Diverse auteurs hebben echter een andere analyse gemaakt van wat die aannames in dit geval zijn. Hermens besprak eerst de analyse van Earman (1986) en dan twee recentere publicaties: van Cator en Landsman (2014) en van Maudlin (2014).

Hermens komt tot de conclusie dat er in feite verschillende varianten zijn van ‘de stelling van Bell’. Wat betreft de determinisme-kwestie (het onderwerp van het symposium) is de analyse van Cator en Landsman (die determinisme als één van de aannames opnemen) informatief, wat niet geldt voor de analyse van Maudlin.

*** Meer details vind je in de slides van de presentatie van Ronnie Hermens. ***

~

Foto (3)Gerard ’t Hooft (U Utrecht) gaf een lezing over “Kwantummechanica en Cellulaire Automaten: de CA interpretatie”. Hij begint met de observatie dat determinisme een kwestie is van alles of niets. Een deterministische theorie kan alsnog onvoorspelbaar zijn: dat is het geval bij deterministische chaos. Het idee van ’t Hooft is nu dat de onvoorspelbaarheid van de kwantummechanica van dezelfde vorm zou kunnen zijn: dat wil zeggen dat er een onderliggende theorie is die het universum op een nog kleinere schaal beschrijft en dit op een discrete, lokaal deterministische manier. De variabelen in deze theorie zijn ontologisch en commuteren altijd; in het Engels noemt t’Hooft ze ‘beables’ (naar Bell). Op die kleine schaal werkt het universum dan als een cellulaire automaat (CA), terwijl het op een grotere schaal nog steeds beschreven kan worden met kwantumtheorie.

Met enkel kennis op de schaal van de kwantummechanica is het echter niet mogelijk om de juiste CA-theorie te selecteren. We kennen daarmee namelijk onvoldoende details om de ontologische basis te bepalen. Hierdoor kan de theorie enkel worden uitgeschreven in termen van ‘sjablonen’ (superposities van de – tot op heden onbekende – ontologische toestanden).
Het beschrijven van macroscopische toestanden wordt in deze aanpak een kwestie van statistiek in plaats van het gebruikelijke verhaal van decoherentie.

Aangezien dit een deterministische theorie is, ligt op voorhand vast welke experimenten er gedaan zullen worden. Dit wordt ook wel superdeterminisme genoemd, hoewel het eigenlijk geen bijkomende aanname betreft: alles voldoet aan dezelfde wetten. Dit blijft echter praktisch onvoorspelbaar.

*** Meer details vind je in de slides van de presentatie van Ronnie Hermens. ***

Over de aanpak van ’t Hooft verscheen er eerder bovendien een toegankelijk stuk bij Kennislink.

~

Foto (6) – Om de middag af te sluiten werd er een forum georganiseerd, waarbij de sprekers over gemeenschappelijke thema’s discussieerden aan de hand van vragen uit het publiek.

Persoonlijke noot: het voelde die hele dag alsof ik jarig was. Ik had namelijk een aantal mensen uitgenodigd, ze brachten allemaal een cadeau mee (in de vorm van een mooi verhaal) en achteraf gingen we rustig iets eten en napraten. Zo ging het forum dus verder na het officiële programma. En, nee, hier zijn geen foto’s van. ;-)

Dankbetuiging: Ik ben het NWO dankbaar voor financiële steun.

Aanvulling (22 december 2014):

Het verslag staat nu ook in pdf-vorm op de NVWF-website: link.

Universalisme

Arnold Zuboff.Ik ben ik.

En jij?

Jij kan – terecht – hetzelfde zeggen: “Ik ben ik.”

Bovendien ben ik altijd hier en is het voor mij altijd nu.

Volgens sommige filosofen zegt dit iets essentieels over de aard van subjectieve ervaring: dat ze direct is.

Eerder deze week schreef (en presenteerde) ik over de de oorsprong van de paradox van de Schone Slaapster in het werk van Arnold Zuboff. Het bericht van vandaag is een toegift bij mijn vierdelige reeks over die paradox (begin hier), want hierin kom ik terug op Zuboffs theorie van het universalisme.

Zuboffs universalisme

Arnold Zuboff staat universalisme voor. In “One self: the logic of experience” opent hij als volgt:

I believe that we are all the same person.

Zuboff gelooft dus dat we allen dezelfde persoon zijn. Die openingszin maakt meteen duidelijk dat het hier om een heel ander soort filosofie gaat dan die ik doorgaans lees (van auteurs à la Elga & co). Volgens mij zitten er gaten in zijn argumenten, vooral waar hij zich op loterijen en kansrekening beroept, maar het is wél een theorie waar een hart in zit. Het gebeurt niet vaak, maar zijn verhaal ontroerde me.

Afgaande op de informatie uit “One Self“, ontstond zijn theorie uit de volgende cocktail:

  • interesse voor sciencefiction en met name Clarkes verhaal van “The other tiger” (de mogelijkheid van nagenoeg identieke kopieën van mensen op andere planeten in een oneindig universum),
  • Sovjet-experimenten met hersentransplantaties tussen honden,
  • angst voor de dood en een daaruit voortvloeiende zoektocht naar een mogelijkheid tot onsterfelijkheid.

Op een zeker moment herinnert hij zich een oorlogsfilm die hij zag als tiener, waarin de ene na de andere soldaat werd omgelegd met machinegeweren:

I was thinking what my own life was for me – a whole rich world in its own right. But each time a soldier fell to that machine gun’s fire such a life turned to nothing – eternally.

Klaprozen als symbool voor vele gesneuvelde soldaten in de Eerste Wereldoorlog.(“Ik dacht aan wat mijn eigen leven voor mij was – een heel rijke wereld op zichzelf. Maar elke keer dat een soldaat viel door het geschut van machinegeweren veranderde zo’n leven in niets – voor eeuwig.”)

De jonge Zuboff vraagt zich af: hoe zou het zijn om dood te zijn? Het is niet alsof het een ervaring is van eeuwig niets, omdat er geen ervaring zal zijn. Zuboff kreeg kop nog staart aan zijn eigen eeuwige toekomst.

Hij bespreekt sciencefiction-achtige gedachte-experimenten van gedeeltelijke en hele breintransplantaties in de stijl van menselijke fusie- en fissie-experimenten, die nog steeds gangbaar zijn in sommige takken van de filosofie; in Oxford woonde ik zo’n lezing bij (zie einde van dit stukje). Hij schreef trouwens ook “The Story of a Brain” dat als hoofdstuk 12 verscheen in het boek “The Mind’s I” van Hofstadter en Dennett. Ik wil hier niet te diep ingaan op dit aspect, dus we gaan verder.

Als opstapje naar zijn “logica van de ervaring” presenteert Zuboff eerst een soort “logica van de roman”. Als één exemplaar van een boek vernietigd wordt (hij neemt Huckleberry Finn als voorbeeld), dan blijven de personages en diens avonturen verder bestaan in de andere exemplaren van het boek. (Dit vind ik al niet helemaal sluitend: personages komen maar ‘tot leven’ in onze verbeelding en de relatie met het boek waarin de roman is afgedrukt is dus gecompliceerder dan ze hier voorgesteld wordt.)

Zuboffs universalisme zegt dat wij in zekere zin net zoals romanfiguren zijn: zolang er iemand leeft, wordt de binnenwereld van de ervaring nooit echt dichtgeslagen. Zolang er nog een ‘ik’ is, ben ik dat.

Anthropisch principe

Een volgend ingrediënt in dit verhaal is het anthropisch principe, dat al eens aan bod kwam in een eerder blogbericht over fine-tuning.

De kans dat de fundamentele natuurconstanten zo zijn dat er daarmee een heelal ontstaat dat vatbaar is voor leven wordt zeer klein geacht. Het “anthropische principe” uit (de filosofie van) de fysica probeert dit enorme toeval te verklaren door op te merken dat alle waarnemingen bewuste waarnemers veronderstellen. Enkel als het heelal inderdaad zo is dat er leven in kan ontstaan, kan iemand zich daarin verwonderen over hoe klein die kans wel is.

Ik vind dit principe niet bevredigend. Het is inderdaad geen toeval dat wij in een universum leven dat levensvatbaar is: gegeven dat wij bestaan (en dit dus kunnen opmerken) is het zeker (niet alleen “met kans 1”, maar ook logisch zeker: je hebt er al op geconditionaliseerd) dat we in een levensvatbaar universum leven. Dit zegt echter niets over de kans dat zo’n universum – en daarmee wijzelf – überhaupt zou kunnen ontstaan.

Anderzijds vind ik het ook misleidend om stellig te zeggen dat de kans dat de parameters exact zo zouden zijn a priori heel klein was. Onze natuurkundige theorieën zelf zijn al permanent in ontwikkeling en om over deze kansen iets definitiefs te zeggen, zouden we een geconsolideerde metatheorie nodig hebben, maar die is er gewoon niet. Op dat niveau zijn er enkel speculaties en hoewel wilde ideeën de wetenschap kunnen voeden, zijn ze op zich nog lang geen wetenschap…

Zuboffs eerste poging tot een statistische oplossing

In een appendix bij “One self” schrijft Zuboff hoe hij als student voor het eerst in contact kwam met het probleem van het anthropisch toeval: via een stuk van F. R. Tennant, die een religieuze oplossing verdedigde. Volgens Tennant konden de natuurwetten niet toevallig precies zo zijn dat ze tot ons bestaan hebben geleid, maar moest een opperwezen dit doelbewust zo hebben afgesteld.

Terwijl Zuboff zijn gedachten over de dood ordende, zag hij een derde weg – naast onverklaarbaar toeval en religie – en dat was de statistiek.

Stel je voor dat er meerdere universa bestaan (of eventueel vele cycli van één universum) met onderling zeer uiteenlopende natuurwetten. (Zie ook dit blogstukje met een overzicht van multiversum-theorieën.) Als het maar enkele universa (of cylci) zijn, is de kans dat ze leven bevatten klein. Stel je echter zeer veel universa voor: de meerderheid heeft wetten die geen leven toelaten, maar het zou nu waarschijnlijk kunnen zijn (door het grote aantal universa) dat minstens één universum inderdaad leven bevat. Het feit dat het enige universum dat waargenomen wordt, datgene is met de natuurwetten die leven toelaten is in de context van zo’n multiversum geen toeval meer, maar veeleer een tautologie.

Russische Roulette.Toen Zuboff bovenstaand multiversum-argument (waar – zo wist hij inmiddels – ook door natuurkundigen als Hawking, Carr en Rees over nagedacht werd) presenteerde, kreeg hij tegenwind van Robert Stalnaker. Stel dat je meermaals Russiche roulette hebt gespeeld en dit steeds heb overleefd, zei Stalnaker, dan hoef je nog niet te concluderen dat er vele andere spelletjes gespeeld moeten zijn om jouw winst te verklaren (hoewel het spelen van meer en meer spelletjes het uiteraard wel meer en meer waarschijnlijk maakt dat iemand zal winnen).

Zuboff zag in dat zijn oplossing niet werkte. Later voegde hij nog een ingrediënt toe aan zijn multiversum-argument om het kosmische toeval te verklaren dat het universum levensvatbaar is.

Is elk individu hetzelfde?

Voor iedere bewuste waarnemer zijn al zijn eigen ervaringen ‘direct’, dit wil zeggen van de vorm: ‘ik/mijn’, ‘hier’ en ‘nu’. (Ik ben nooit daar; voor mij is het nooit morgen of gisteren.) Zuboff gaat echter een stap verder en zegt dat er geen zinvol onderscheid is tussen individuen (althans niet van binnenuit). Volgens hem doet het ‘token‘ (de identiteit van de waarnemer) er niet toe.

Als je akkoord gaat met die stap, dan:

  • is het roulette-probleem alvast opgelost. Als er genoeg Russissche roulette gespeeld wordt, zal er iemand winnen, en dat is automatisch een ‘ik’ – en bij Zuboff ben ik dat dus. (Of eigenlijk Zuboff zelf, maar dat maakt niet meer, zodra we de token-identiteit hebben losgelaten.)
  • is het anthropisch toeval geen toeval meer. In een voldoende groot multiversum, zal iemand vaststellen dat hij in een universum met levensvatbare natuurwetten leeft, en dat is automatisch een ‘ik’ – en dat ben ik dus (althans binnen de aanname van token-vrijheid).
  • is Sleeping Beauty altijd wakker, want ze kan alleen maar vaststellen ‘ik, nu, hier, wakker’. En is de kans die ze moet toekennen aan de mogelijkheid dat de muntworp kop was 1/3. (Je herinnert je misschien dat ik ook van mening ben dat kans 1/3 de enige oplossing is. Maar het is niet omdat een oplossing juist is, dat je geen alternatieve redenering kunt opstellen die ook tot dit antwoord leidt, hè.) En uiteraard ben ik die Schone Slaapster, maar dat is hier niet de beoogde conclusie, geloof ik. ;-)

Zuboff draait zijn oplossing voor het anthropische toeval nu om, om deze in stelling te brengen als argument voor universalisme: je bevindt je in een universum dat natuurwetten heeft die leven toelaten. Er zijn twee theorieën om deze vaststelling te verklaren: één die deze vaststelling duizelingwekkend onwaarschijnlijk maakt (zonder token-vrijheid) en één die het zeer natuurlijk maakt (een multiversum met token-vrijheid).

You must then accept the overwhelming likelihood of the theory favourable to your existence and your presence in a world that provides for it.

Kijk, zegt Zuboff, mijn theorie van token-vrijheid zorgt ervoor dat jij er automatisch bent in elke wereld waar er iemand is. En jij bent er. Kies dus voor de theorie die jouw aanwezigheid zo waarschijnlijk mogelijk maakt, en dat is het universalisme.

Universalisme op de trein

Ik schreef dinsdag al dat ik het artikel “One self: the logic of experience” vorig jaar per e-mail van Zuboff had gekregen. Nu moet je weten dat ik dit bestaan meteen heb afgedrukt in Groningen en gelezen op de trein terug naar Gent. Voor het laatste stuk, van Antwerpen naar Gent, zat ik in een treinstel zonder binnenverlichting. Telkens als we door een tunnel reden, moest ik dus even stoppen met lezen – en noodgedwongen zelf nadenken. (Nee toch, een filosoof die zit na te denken op de trein. Bel de krant!) Het was een heel drukke trein en de mensen rond me bleven in het donker natuurlijk wel verderpraten. Ik hoorde dus iets van wat zij dachten, maar zij hadden geen idee dat ik even – heel even – geloofde in universalisme. Heel even geloofde ik dat we allemaal dezelfde persoon zijn.

Sheeple.

Zuboffs universalisme is een zeer menslievende theorie. Zuboff gebruikt het universalisme als motivatie voor moreel gedrag. Hij start van de vraag: waarom zou ik iets doen voor een ander; waarom zou ik iets doen waar ik zelf niet beter van word? Zo bekeken lijkt moreel gedrag en solidariteit moeilijk te verklaren, maar in combinatie met universalisme is het duidelijk waarom je goed moet zijn voor anderen, want die ander dat ben jij ook. Het geeft je een warm gevoel als je jezelf toelaat de mogelijkheid even te overwegen. Helaas overtuigen zijn probabilistische argumenten me niet van de correctheid van zijn theorie.

Dit sluit uiteraard nog niet uit dat er andere argumenten kunnen zijn om tot (een soort van) universalisme te komen. In dit essay oppert Stephen T. Asma dat “het individu” wel eens een eigenaardige abstractie zou kunnen zijn en dat indivualisme dus geen goede basis is voor metafysica. Als we ander zien lijden, voelen we (mede door de werking van spiegelneuronen) zelf iets van de pijn van die persoon. (Westerse) filosofen vertrekken vaak van de schijnbare zekerheid dat de enige pijn die ik kan voelen mijn eigen pijn is. Maar als ik pijn voel omdat ik iemand anders zie vallen, is dat dan mijn pijn of niet?

Meer kijken, lezen en luisteren

De paradox van de Schone Slaapster (deel 4)

Zoals aangekondigd is dit het vierde deel in mijn reeks over de Sleeping Beauty paradox, een probleem uit de filosofie van de kansrekening. (Hier vind je de eerdere delen: 1, 2 en 3.)

Op zoek naar de bron

Doornroosje in de versie van Disney.Filosofen citeren als bron voor de paradox van de Schone Slaapster doorgaans een artikel van Adam Elga uit 2000 in het filosofietijdschrift Analysis, met als titel “Self-locating belief and the Sleeping Beauty problem” (“Zelf-lokaliserend geloof en het probleem van de Schone Slaapster”). Het artikel bevindt zich achter een betaalmuur, maar je kunt deze postprint vrij raadplegen. In de eerste voetnoot signaleert Elga dat de puzzel afkomstig is uit ongepubliceerd werk van Arnold Zuboff en dat de naam van de puzzel afkomstig is van Robert Stalnaker. In dezelfde voetnoot verwijst Elga ook naar het werk van Michele Piccione en Ariel Rubenstein uit 1997, waarbij het gaat om een verstrooide autobestuurder die niet meer zeker weet aan welke afslag hij al zit. Hun artikel staat online, of zie bijvoorbeeld deze Engelstalige blogpost hierover.

Tijdens de cursus “Philosophy of Probability” van vorig jaar vermeldde één van mijn studenten een artikel van Arnold Zuboff uit 1990 als bron (toch ruim vóór Elga’s publicatie uit 2000): “One self: the logic of experience” (“Eén zelf: de logica van de ervaring”). De student had deze bronvermelding waarschijnlijk van Wikipedia overgenomen en het artikel zelf niet geraadpleegd, want het bleek moeilijk te vinden. De link op Wikipedia verwijst naar een pdf die achter een betaalmuur zit en waar onze universiteit geen toegang toe heeft (waarschijnlijk omdat publicaties uit 1990 niet digitaal bewaard zijn en gescand moeten worden). Elders op het web vond ik ook geen kopie, maar mijn nieuwsgierigheid was gewekt.

Contact met Zuboff

Arnold Zuboff.Ik schreef een e-mail aan Arnold Zuboff en die stuurde een heel vriendelijk bericht terug, waaruit blijkt dat hij inmiddels op pensioen is. (Ik heb blijkbaar geluk gehad: hij werkte aan het University College London en zijn UCL-personeelspagina met e-mailadres stond vorig jaar nog online, maar inmiddels niet meer.) Hij stuurde me niet enkel de gevraagde pdf van “One self: the logic of experience” (inderdaad een scan), maar ook een neerslag van zijn afscheidsspeech getiteld “My eight big ideas” en een ander artikel “Time, Self and Sleeping Beauty“, dat trouwens wel online beschikbaar is (als doc-bestand). (Deze titel staat opgelijst als een Princeton-dissertatie uit 2009 en maakt dus wellicht deel uit van een langer manuscript.)

In “Time, Self and Sleeping Beauty” licht Zuboff de oorsprong van de puzzel als volgt toe:

Adam Elga introduced philosophers to the Sleeping Beauty problem, so identified, in a paper published in Analysis seven years ago (Elga 2000). In the first footnote of that paper he credited Robert Stalnaker with naming the problem. He also mentioned that Stalnaker first learned of examples that illustrate the problem in unpublished work by me.

 I’d like to add something to this history: In 1986 I sent to Peter Unger my then unpublished paper “One Self: The Logic of Experience”. Unger sent a copy of this to Stalnaker, who, in his response, remarked that he was intrigued by certain examples Zuboff had used in making points about probability. The paper was published some four years later (Zuboff 1990).

 I hope to show here that a solution to the Sleeping Beauty problem must take us into the metaphysical view that is argued for in that paper.

Kortom, toen Stalnaker voor het eerst van Zuboffs werk hoorde (via Peter Unger in 1986), was het inderdaad ongepubliceerd. (Bovendien blijkt uit pagina 65 van “One self” dat Stalnaker ook aanwezig was bij een lezing van Zuboff in 1974, waarin die een vroege versie van zijn ideeën presenteerde.) Ik vind nog steeds dat Elga zijn huiswerk beter had kunnen doen, maar ik geef hem het voordeel van de twijfel: misschien was het in 2000 toch nog een tikje gecompliceerder om iemands publicaties op te snorren dan vandaag de dag.

Bovendien vraagt Arnold Zuboff hier aandacht voor de context waarin hij de puzzel oorspronkelijk geformuleerd heeft. Deze metafysische achtergrond heb ik in mijn blogbespreking tot nu toe niet aan bod laten komen. Om Zuboffs ontwikkeling van deze ideeën (die hij token-vrijheid en universalisme noemt) iets beter uit te leggen, schrijf ik daar later deze week nog een aparte blogpost over.

De rest van dit bericht wijd ik liever aan de puzzel uit “One self: the logic of experience” die aan de basis ligt van wat later het probleem van de Schone Slaapster is gaan heten.

De puzzel van de Schone Slaapster.

De puzzel van de Schone Slaapster ontstond naar aanleiding van vragen over persoonlijke identiteit. (Plaatje op basis van een afbeelding van Disney.)

Het hotel met de vele slapers

Lange gang in een groot hotel.In het derde deel van “One self: the logic of experience” gaat Zuboff in op het schijnbare enorme toeval van jouw en mijn bestaan. De puzzel van de Schone Slaapster als dusdanig komt niet in het stuk voor, maar wel een voorbeeld dat er sterk op lijkt.

Het speelt zich af in een hotel met kolossaal veel kamers. (Zuboff specifieert niet hoeveel het er zijn, maar uit de context blijkt dat het om meer dan 275 kamers moet gaan.) In elke kamer ligt iemand verdoofd te slapen. Voor elke slaper wordt 75 keer met een eerlijke munt gegooid en enkel als het resultaat exact overeenkomt met een vooraf gekozen patroon van kop en munt (bijvoorbeeld 75 keer kop) wordt die slaper gewekt. Als het patroon niet overeenkomt, blijft die persoon voor altijd slapen. Voor elke slaper is het dus zeer onwaarschijnlijk dat hij gewekt zal worden, maar doordat het zo veel slapers zijn is het zeer waarschijnlijk dat er wel enkelen gewekt worden.

Stel nu dat je gewekt wordt en dat iemand je op de hoogte brengt van het hele scenario. Dan moet je (als je niet van universalisme uitgaat) wel besluiten dat het een enorm toeval betreft dat je wakker bent.

Vervolgens beweert iemand anders (die je even geloofwaardig acht als de eerste informant) dat in feite iedereen wakker is gemaakt, ongeacht het resultaat van de muntworpen. Nu heb je twee hypothesen – eentje waarbij het bij voorbaat heel onwaarschijnlijk was dat je gewekt zou worden en eentje waarbij het zeker was dat je gewekt zou worden -, en als evidentie heb je dat je gewekt bent. Op basis van die evidentie moet je aan de tweede hypothese een kans toekennen die 275 keer groter is dan de kans die je toekent aan de eerste hypothese.

Een waarnemer in het hotel

Vervolgens introduceert Zuboff een externe waarnemer die (na afloop van de muntworpen en het wekken van de ‘winnaars’) naar een kamer wordt geleid. Hij wordt naar een willekeurige kamer geleid (of hij mag er zelf één kiezen) alwaar hij vaststelt dat de persoon in die kamer wakker is. Op basis hiervan moet hij een zeer grote kans toekennen aan de hypothese dat alle hotelgasten gewekt zijn en een zeer kleine kans dat wekkans per persoon slechts één op 275 was.

Anderzijds is het ook mogelijk dat de externe waarnemer, ongeacht welk van de twee hypothesen het geval was, naar een kamer wordt geleid van iemand die gewekt was. Als de waarnemer vaststelt dat de persoon in de kamer die hij te zien krijgt wakker is, kan hij daar niets uit af leiden over welk van beide scenario’s het geval was.

De heks uit Doornroosje in de versie van Disney.Sinds de publicatie van Elga zijn er heel wat varianten van het probleem van de Schone Slaapster bedacht en in publicaties verwerkt. Het zou boeiend zijn om hier eens een volledige inventaris van te zien, maar het gaat om zo veel artikels, dat het een hele klus zou zijn om alles op te lijsten.

Zuboff zelf vertelt het probleem van de Schone Slaapster (dat hij in “Time, Self and Sleeping Beautythe awakening game noemt) liefst in de volgende variant: als het kop is wordt de gehypnotiseerde slaper één keer gewekt (zoals in de versie van Elga), maar als het kop is wordt de slaper een triljoen keer gewekt waarna telkens het geheugen wordt gewist (terwijl Elga daar twee keer voor neemt).

Voor mij was het erg interessant om de originele versie en Zuboffs latere hervertelling van het probleem te lezen, omdat die kenmerken hebben van variaties die andere auteurs ook (her-)bedacht hebben: meer dan twee keer gewekt kunnen worden, meerdere slapers of herhaling van het scenario om lange-termijn frequenties te kunnen bepalen. Mijn eerste reflex was het introduceren van een externe waarnemer (in mijn geval de heks of een prins; zie eerste bericht in de reeks al), dus het was een aangename verrassing om erachter te komen dat ook Zuboff dit in zijn artikel uit 1990 al deed. ;-)

Tot hiertoe heb ik overigens niets aan te merken op de aanpak van Zuboff, maar wel met wat hij in de volgende stap doet.

Twee hypothesen over identiteit

Zuboff gebruikt het hotel met de vele slapers als analogie voor ons eigen bestaan en introduceert ook hierbij twee hypothesen.

  • De eerste hypothese is de standaardvisie dat als enige andere zaadcel de eicel waar je uit bent ontstaan had bevrucht, niet jij maar een ander persoon was ontstaan. (En als je één of meerdere generaties terugdenkt, wordt de initiële kans dat jij uiteindelijk zou ontstaan als maar kleiner.)
  • De tweede hypothese is Zuboffs universalisme, dat zegt dat zolang enige zaadcel die eicel had bevrucht en er een persoon uit was ontstaan, jij dat was geweest.

De evidentie die je hebt is dat je bestaat. Volgens de eerste visie was de kans dat je zou ontstaan en dus deze evidentie zou krijgen initieel (op een moment voor de bevruchting) heel klein, terwijl die kans veel groter is volgens de tweede hypothese. Het feit dat je bestaat, against all odds, maakt volgens Zuboff dat er aan zijn universalisme-hypothese (waarbij jij jij bent, ongeacht hoe je bent ontstaan) een veel grotere kans moet worden gehecht dan aan de gebruikelijke visie op wat een persoon is.

DNA sequenties.Het universalisme kijkt enkel naar de innerlijke beleving van een persoon. Maar als biologisch wezen hang ik ook af van een lichaam. Eén van de problemen die het universalisme volgens mij niet oplost, is dat ik een welbepaalde DNA-code heb die afhangt van het precieze patroon van mijn afstamming (en van mutaties onderweg). Gegeven dat ik een mens ben, staat het vast dat ik een DNA-code heb, maar nog niet welke. Dat er iemand is ontstaan met precies deze DNA-code is en blijft iets dat bij voorbaat zeer onwaarschijnlijk was.

Kortom, ik ben dol op sprookjes, wat niet wil zeggen dat ik ze ook geloof.

Op verkenning in het multiversum

Hugh Everett bedacht de veel-werelden-interpretatie van de kwantummechanica.“O – mijn vriend – deze wereld is niet de echte”
Hans Lodeizen (gedicht)

 

In een vorig bericht vermeldde ik terloops de veel-werelden-interpretatie van de kwantummechanica. In 2002 schreef ik mijn masterscriptie (toen nog ‘licentiaatsthesis’ genaamd) over de voor- en nadelen van verschillende interpretaties. Als student in de fysica was de veel-werelden-interpetatie – of many worlds voor de vrienden – alleszins mijn favoriet: volgens het standaardverhaal wordt er bij een meting, waarbij er aanvankelijk meerdere mogelijke uitkomsten zijn, slechts één gerealiseerd (instorting van de golffunctie of collapse). Dit indeterminisme roept vragen op. Waarom deze mogelijkheid en niet een andere? En waren die andere mogelijkheden wel écht mogelijk?

De veel-werelden-interpretatie lost dit elegant op: alle mogelijkheden worden gerealiseerd in parallelle werelden, maar wij zitten als waarnemer in zo’n wereld en zien daarom slechts één mogelijkheid gerealiseerd worden. In andere takken van het multiversum (andere werelden dus) ziet een andere versie van onszelf een alternatieve mogelijkheid gerealiseerd worden. Het multiversum als geheel is deterministisch en de tijdsevolutie ervan verloopt continu. De vragen, die ontstonden in reactie op het indeterminisme van de standaardaanpak, zijn daarmee van de baan, maar dan moet je wel aannemen dat die andere werelden echt bestaan.

PJ Swinkels vroeg zich in een reactie op het vorige bericht af wat Hugh Everett, de bedenker van many worlds, hierover dacht: hebben die andere werelden enige geldigheid buiten de kwantumtheorie om? Wat Everett er zelf over dacht weet ik niet precies, maar zijn oplossing werkt pas als je het multiversum als werkelijkheid aanvaardt. Als prille twintiger deed ik dat met plezier. De andere werelden in het multiversum zijn net zo echt als het universum dat wij waarnemen, zou ik toen gezegd hebben. De mens ging ooit van geo- naar heliocentrisme. Vervolgens bleek ons zonnestelsel er maar één van vele te zijn en zelfs onze Melkweg is maar een doorsnee sterrenstelsel gebleken. Many worlds leek me een natuurlijke volgende stap in dit proces, weg van antropocentrisme.

Een variant van many worlds heet many minds, maar daar moest ik absoluut niets van weten: many minds stelt namelijk de mens (of alleszins de bewuste waarnemer) centraal en dit is juist wat many worlds zo mooi weet te omzeilen. Verder stoorde ik me eraan als many worlds werd uitgelegd aan de hand van alternatieve (menselijke) geschiedenissen, zoals: “Volgens de veel-werelden-interpretatie van de kwantumfysica is er een parallelle wereld waarin Hitler de oorlog won.” (Zie bijvoorbeeld hier.) Dergelijke voorbeelden stoorden me omdat het helemaal niet duidelijk is of een dergelijke alternatieve geschiedenis het gevolg had kunnen zijn van louter kwantumgerelateerde variaties op de geschiedenis zoals wij die kennen. Ook PJ’s suggestie om dit elegante wereldbeeld te vergelijken met de fantasie van fictieschrijvers, of te linken aan de meervoudige facetten van iemands persoonlijkheid – die onder verschillende pseudoniemen tot uiting kunnen komen – zou ik destijds een aanfluiting gevonden hebben.

Interferentie van licht.De veel-werelden-interpretatie past niet enkel een mouw aan het instorten van de golffunctie na een meting, maar kan ook helpen om te begrijpen hoe interferentie werkt. Het vreemde aan interferentie is dat het bijvoorbeeld ook optreedt bij lichtbundels die een zo’n lage intensiteit hebben dat er op ieder ogenblik hoogstens één foton onderweg is tussen de lichtbron en het scherm of de fotografische plaat (waarop uiteindelijk het interferentiepatroon verschijnt). Je kunt je afvragen: waar interfereert zo’n solo-foton dan aan? Volgens de veel-werelden-interpretatie interfereert het foton met fotonen uit parallelle takken van het multiversum. Hoewel er geen communicatie mogelijk is tussen verschillende takken van het multiversum, is er dus wel interactie.

Mijn eerste kennismaking met many worlds gebeurde – voor zo ver ik het me juist herinner – tijdens het vak “Kwantumveldentheorie”: onze professor was Henri Verschelde en hij vertelde er heel enthousiast over. Ik herinner me een uitgewerkt voorbeeld van een kwantummijnenveger. In die tijd las ik ook het boek “The Fabric of Reality” van David Deutsch, waarin many worlds een centrale rol speelt en dat mijn enthousiasme ervoor nog aanwakkerde. Ik kribbelde wel enkele vragen in de kantlijn van mijn cursus, zoals wat er gebeurt als er zich meerdere werelden afsplitsen, waarbij de kansen niet gelijk verdeeld zijn. Helaas heb ik deze vragen nooit durven stellen. De promotor van mijn thesis, professor Willy De Baere, was overigens géén aanhanger van de veel-werelden-interpretatie. Hij deed onderzoek naar Bohmse mechanica, een alternatieve interpretatie (of theorie, het is maar hoe je het bekijkt). Daar kwam ik echter pas veel te laat achter, namelijk op de dag dat ik mijn scriptie bij hem inleverde. Tja, ik durfde nooit iets vragen, en opzoeken wat hij eigenlijk deed – natuurlijk het allereerste dat je moet doen als je bij iemand een thesis gaat maken – dat was domweg niet bij me opgekomen.

Kwantumveldentheorie wordt het best met jeugdig enthousiasme benaderd.

Kwantumveldentheorie wordt het best met jeugdig enthousiasme benaderd. Nee, dit is niet ons zoontje. :-) (Bron afbeelding; via.)

Inmiddels ben ik die verlegenheid gelukkig wat ontgroeid en heb ik al aan heel wat mensen durven vragen wat zij van die kwantumkwesties vinden. De vragen die ik destijds in de kantlijn schreef, blijken daarbij lang niet zo onschuldig als ik toen zelf dacht.

Door mijn uitgebreide omzwervingen in de filosofie van de kansrekening lijk ik nu ook many worlds ontgroeid te zijn. Terwijl ik het multiversum destijds als iets intrinsiek kwantumfysisch omarmde, zie ik het verwijzen naar andere werelden nu veeleer als een natuurlijke reactie van mensen wanneer ze geconfronteerd worden met indeterminisme. Alternatieve uitkomsten van de menselijke geschiedenis of niet-gerealiseerde uitkomsten van een kwantumexperiment lijken plots niet meer zo fundamenteel verschillend. Wat deze ‘mogelijke werelden’ verbindt, is dat het diverse invullingen zijn van hoe de wereld anders had kunnen zijn, een gamma dat ingevuld wordt door de menselijke verbeelding, die in verschillende contexten andere mogelijkheden ziet. In dit licht lijkt ook de weinig-antropocentrische veel-werelden-interpretatie menselijk, al te menselijk.

Als pas afgestudeerde fysicus vond ik het aanvaardbaar om alle mogelijke werelden als echt te zien, althans voor zover dat die werelden kwantumfysisch mogelijk waren: door kwantumprocessen die een andere uitkomst hadden dan degene die in onze tak van het universum gerealiseerd werd. Eén van de ruimste invullingen van “mogelijke werelden” is “alle werelden die logisch mogelijk zijn”, waarvan de al zeer talrijke kwantumfysisch-mogelijke werelden op hun beurt slechts een klein deel uitmaken. Als je aanneemt dat ook al de logisch-mogelijke werelden echt bestaan, dan zijn we terug bij het modale realisme van David Lewis uit het vorige stukje.

Ik hoop om binnenkort de tijd te vinden om mijn oude belangstelling voor kwantumfysica weer op te pakken – niet alleen op dit blog, maar ook in mijn onderzoek. Nu ik me enkele jaren heb verdiept in de grondslagen van waarschijnlijkheid voel ik me beter toegerust om een eigen antwoord te formuleren op de interpretatievraagstukken van de kwantummechanica, waarin het kansconcept een centrale rol speelt. De veel-werelden-interpretatie zal het wellicht niet worden. Wie weet ben ik nu klaar om het Bohmse alternatief te omarmen.

Let’s get metaphysical

Alle songteksten van The 21st Century Monads gaan over filosofie.Welkom bij een nieuwe aflevering, waarin Sylvia haar angst voor metafysica overwint. Om in de gepaste sfeer te komen voor dit bericht kun je zachtjes “Let’s get metaphysical” meeneuriën op de tonen van Olivia Newton-Johns “Let’s get physical”. Als alternatief kun je ook “We Can’t Stop Doing Metaphysics” van The 21st Century Monads als achtergrondmuziek opzetten.

Als fysicus boezemt het idee om over metafysica na te denken – laat staan om er publiekelijk over te praten of over te schrijven – me een zekere angst in. Rubriceer het gerust onder angst voor het onbekende, want het is me niet duidelijk wat dat precies is, metafysica. Enerzijds zweemt het naar speculaties en onwetenschappelijk gezwets, iets waar ik als wetenschapper niet mee geassocieerd wil worden. Anderzijds echter is het een klassieke tak van de wijsbegeerte, iets waar ik als wetenschapsfilosoof maar wat graag een mondje over wil kunnen meepraten. Gemengde gevoelens dus.

Hoewel ik nu al bijna twee jaar aan een filosofische faculteit werk, bleef ik toch mooi binnen een domein dat ook voor de meeste natuurwetenschappers aanvaardbaar is. Fysica behelst meten, rekenen en kritisch nadenken. Welnu, ik ben na mijn overstap van de fysica naar de filosofie weliswaar gestopt met meten, maar ik bleef kritisch denken en daarbij ook wiskunde gebruiken. Binnen de grondslagen van de kansrekening en de epistemologie voelde ik me veilig.

Toch moest het er op een dag van komen dat ik naar een congres over metafysica zou gaan. Vorige week woensdag en donderdag was het zo ver: ik trok naar de Blandijn in Gent voor twee dagen vol lezingen over fysica en metafysica in de negentiende eeuw. Bij de behandeling van een fobie wordt er meestal in kleine stapjes gewerkt. In het kader van mijn systematische desensitisatie voor metafysica ging ik dus niet meteen zelf aan de slag met metafysische argumenten. Zoals de arachnofoob eerst de confrontatie met een plastic spin moet aangaan, koos ik een congres met historische invalshoek uit als verzachtende omstandigheid: de sprekers verdedigen er niet hun eigen metafysische theorieën, maar proberen enkel die van een historische wetenschapper en/of wetenschapsfilosoof uit de doeken te doen.

Deze houtsnede uit 1888, van de Fransman Flammarion, wordt vaak gebruikt om het begrip metafysica te illustreren: de zoektocht naar de werkelijkheid achter de wereld.

Nadenken over wat filosofie eigenlijk is, vormt een integraal onderdeel van de filosofie. Het hoeft dan ook niet te verbazen dat ook de sprekers op het congres geen pasklaar antwoord hadden op de vraag “Wat is metafysica?” – ondermeer omdat de term zo veel betekenissen heeft. Deze betekenis is in de loop der tijd veranderd, maar lijkt bovendien van persoon tot persoon te variëren. Aangezien ik niet van gedichten over poëzie hou, ga ik hier ook niet aan meta-metafysische haarkloverij doen. Liever geef ik een benaderende definitie van het begrip.

Metafysica betekent letterlijk ‘voorbij de fysica’. Het woord werd oorspronkelijk gebruikt om die werken van Aristoteles aan te duiden, die na zijn hoofdstukken over fysica komen. In de filosofie bedoelt men er nu theorieën mee die verder gaan dan de fysica, die iets zeggen over de werkelijkheid achter de fysische wereld. Hoewel deze theorieën dus haast per definitie onwetenschappelijk zijn, hoeven ze niet onzinning te zijn. In tegendeel, het doen van wetenschap veronderstelt dat wij de wereld kunnen leren kennen en begrijpen – op zich een buiten-wetenschappelijke aanname.

Fysica en metafysica zijn nauwer met elkaar verwant dan veel natuurkundigen (willen) beseffen. Zo wordt er in een cursus over fysica vaak gesproken over causaliteit, zonder dat dit begrip zelf ter discussie staat. De aanname dat de wet van oorzaak en gevolg opgaat in de fysische wereld is oorspronkelijk metafysisch van aard, hoewel er in het kader van de moderne fysica wel experimenten gedaan kunnen worden die hier iets over zeggen. Als voorbeeld denk ik daarbij aan het experimenteel weerleggen van de Bell-ongelijkheden in de kwantumfysica; dergelijke experimenten zijn (terecht) van doorslaggevend belang in de natuurwetenschap, maar ze zeggen niet alles. Er blijft dus ruimte voor filosofie.

Eerder dit jaar verklaarde Stephen Hawking niet te geloven in een leven na dood en ja, als hij dat zegt, dan komt dat in de krant. Minder aandacht hadden de media voor het feit dat Hawking samen met religie ook de filosofie afwimpelde; in deze analyse op BBC hoor je er een fragment van. Filosofen reageerden not amused, maar voor mij kwam Hawkings opvatting niet als een verrassing: heel wat natuurwetenschappers zijn immers van mening dat je je niet moet bezighouden met filosofie. De standaardinterpretatie van de kwantummechanica is hier een voorbeeld van: zij zegt hoe je het formalisme moet gebruiken, maar uitdrukkelijk niet wat de theorie betekent. (De standaardinterpetatie wordt ook wel de Kopenhaagse interpretatie genoemd, vanwege het belang van Niels Bohr die in Kopenhagen werkte.) De wetenschappers wrijven in hun handen: “Zo, die discussie is van de baan en nu terug naar het labo.” (Het kan ook “het krijtbord” of “de computer” zijn.) Filosofen echter zullen opmerken dat deze puur instrumentalistische houding ten aanzien van wetenschappelijke theorieën ook een filosofie is. In de metafysica geldt: niet kiezen is ook kiezen.

Sommige fysici doen wel een poging om mee te filosoferen, maar ook zij krijgen een veeg uit de pan van de filosofen. Eén misstap in het metafysische moeras en je geloofwaardigheid als fysicus is voorgoed verloren. Maar een misstap in de andere richting en je geloofwaardigheid als filosoof is eraan… Ik hou mijn hart vast en hoop deze valkuilen hier te ontwijken.

Portret van J.J. Thomson, de ontdekker van het elektron.Op het congres passeerden bekende wetenschappers uit de negentiende eeuw de revue. Zo sprak Erik Banks over Mach (in een cursus over relativiteit hebben we ooit zijn kritiek op Newtons gedachte-experiment met de draaiende emmer water besproken), Jordi Cat over Maxwell (ja, die van de vier vergelijkingen voor het elektromagnetisme) en Jaume Navarro over J.J. Thomson (de ontdekker van het elektron, waarover zo dadelijk meer).

De presentatie van Daniel Mitchell was ook heel boeiend: hij onderzoekt hoe en wanneer klassieke fysica het label “klassiek” heeft meegekregen. Daarbij kwam ondermeer de ether-theorie ter sprake. Tot het einde van de negentiende, begin twintigste eeuw werd gedacht dat elektromagnetische golven, zoals licht, een medium nodig hebben, net zoals geluidsgolven zich enkel kunnen voortplanten door een medium (een gas, vloeistof, of vaste stof); dit hypothetische medium voor licht werd “ether” genoemd. Hoewel de ether-hypothese intussen verworpen is, wordt het woord nog steeds gebruikt in de context van radiogolven. (Voor alle duidelijkheid: radiogolven zijn de elektromagnetische golven die van de zender naar de antenne van je radio gezonden worden, dus niet de geluidsgolven die uit de luidsprekers komen).

In 1887 voerden Michelson en Morley een experiment uit (op basis van interferentie van licht) waarmee ze het bestaan van ether wilden aantonen, maar hun experiment weerlegde juist de ether-hypothese. Althans, dat is de korte versie, zoals je die in de fysicales te horen krijgt. De geschiedenis blijkt iets subtieler: Michelson staakte zijn pogingen om het bestaan van ether te bewijzen inderdaad kort na dit experiment, maar Morley ging er nog mee door tot in de jaren 1950! Het was pas met het latere werk van Albert Einstein dat het ether-idee volledig verlaten werd. (Anderzijds was het geloof in het bestaan van ether ook voor het Michelson-Morley-experiment nooit algemeen verspreid.)

In het atoommodel van Thomson zitten de negatief geladen elektronen als krenten in het positief geladen deeg. Met deze achtergrond hoeft het ons niet te verbazen dat ook J.J. Thomson minstens tot in 1924 in ether geloofde, hoewel zijn ontdekking – het elektron – veel beter bij de kwantumtheorie lijkt te passen. Thomson stelde een eigen atoommodel voor: het krentenbolmodel (dat beter bekend is onder zijn Engelse naam: plum pudding model). In dit model zitten de negatief geladen elektronen verspreid over de positieve achtergrond van het atoom, als krenten in het deeg van een krentenbol. (In het latere atoommodel van Rutherford – Ernest Rutherford was een student van J.J. Thomson in Cambridge – zitten de positieve ladingen samengebald in de kern van het atoom en zweven de negatieve elektronen rond de kern.) Maar wat was dit positieve ‘deeg’ dan volgens Thomson? Een lage dichtheid van ether-massa! Ook de elektronen legde hij uit in termen van ether. De ontdekking van het elektron betekende dus geenzins de doodsteek voor de metafysische ether-theorie.

Minstens tot in 1924 heeft J.J. Thomson zich in het Engelse Cambridge weten te verschuilen voor de kwantumtheorie die in de rest van Europa dan al tot volle bloei was gekomen. Getuige hiervan is het artikel “A suggestion as to the Structure of Light” van Thomson dat in 1924 verscheen in Philosophical Magazine.  In zijn artikel probeert Thomson licht te verklaren aan de hand van structuren in… de ether. Hoewel het uitgangspunt fout is, vind ik het toch een heel mooie theorie (die me vaag aan supersnaren en zeker ook aan Feynmandiagrammen doet denken).

Thomsons model voor het uitzenden van licht door een H-atoom.

Thomsons model voor het uitzenden van licht door een H-atoom. Dit model is gebaseerd op ether, niet op kwantummechanica; ja, in 1924 nog!

Thomson vertrekt van een waterstof-atoom, dat hij voorstelt als een soort vezel (een Faraday tube) in de ether. Deze vezel heeft een positief uiteinde (“P”, het proton in de waterstof-kern) en een negatief uiteinde (“E”, het elektron van het waterstof-atoom). Dan maakt Thomson volgende redenering: als deze vezels fysisch echt bestaat, dan is er een limiet aan hoever ze kunnen plooien. Hij stelt zich voor dat de vezel tot een lus gebogen kan worden, maar als de spanning dan nog verder toeneemt, splitst er zich een gesloten lus van de oorspronkelijke vezel af. Deze afgesplitste, lusvormige vezel heeft geen vrije uiteindes en draagt dus geen lading: dit stelt een foton voor. Het proces, voorgesteld in de figuur hierboven, was Thomsons voorstelling van het uitzenden van licht; het omgekeerde proces, waarbij een gesloten lus op een vezel botst en erdoor opgenomen wordt, stelt absorptie van licht voor. (De figuur is overgenomen uit de presentatie van Jaume Navarro onderaan deze pagina.)

Uiteindelijk heeft het ethermodel voor licht de strijd verloren tegen de kwantumtheorie, die veel veelzijdiger bleek. Thomsons bezwaar tegen de kwantummechanica was dat zij ons geen  inzicht verschaft in de aard van haar belangrijkste concepten. Zo had de constante van Planck, h, geen fysisch model; “waar komt dit vandaan?” wou Thomson weten. Met zijn nadruk op wat de fysische basis was voor de gebruikte concepten stelde J.J. Thomson dus eigenlijk een metafysische vraag, maar daarop wilden de instrumentalistisch ingestelde kwantumpioniers niet antwoorden.

Hun stilzwijgen galmt nog altijd na in de fysica, maar als de wind goed zit kun je soms de geest van Thomson horen neuriën “Let’s get metaphysical“.