Home Hoe wetenschappers de wereld begrijpen

Hoe wetenschappers de wereld begrijpen

Door Henk W. de Regt op 05 november 2014

Hoe wetenschappers de wereld begrijpen
Cover van 02-2011
02-2011 Wijsgerig Perspectief Lees het magazine

Een van de centrale doelen van wetenschap is het begrijpen van de wereld om ons heen. Wetenschappers geven beschrijvingen van verschijnselen en doen voorspellingen, maar bovenal trachten ze de verschijnselen te verklaren – en wetenschappelijke verklaringen leiden tot begrip. Of het nu het ontstaan van het universum betreft, het gedrag van levende organismen of de huidige sociale en economische ontwikkelingen, wetenschap streeft naar begrip ervan. En niet alleen wetenschappers zelf zijn geïnteresseerd in zulk begrip, wetenschappelijk begrip is van belang voor iedereen. Het Intergovernmental Panel on Climate Change (ipcc) bijvoorbeeld stelt zich expliciet ten doel om te evalueren in hoeverre er wetenschappelijk begrip (scientific understanding) is van klimaatsverandering. Het begrijpen van de klimaatsverandering is cruciaal voor onze toekomst.

Dit artikel is exclusief voor abonnees

Dit artikel op Filosofie.nl is alleen toegankelijk voor abonnees. Met liefde en zorg werken wij iedere dag weer aan de beste verhalen over filosofie. Steun ons door lid te worden voor maar €4,99 per maand. Log in om als abonnee direct verder te kunnen lezen of sluit een abonnement af.

Maar wat is eigenlijk wetenschappelijk begrip? En hoe wordt het verkregen? Dat zijn filosofische vragen waaraan, verrassend genoeg, wetenschapsfilosofen tot voor kort weinig aandacht hebben besteed. De reden daarvoor is dat velen van hen lange tijd hebben gedacht dat ‘begrijpen’ geen objectieve inhoud heeft en daarom niet interessant en relevant zou zijn voor een filosofische analyse van wetenschappelijke kennis. Of iemand een verschijnsel begrijpt zou subjectief zijn, zo dacht men: het zou afhangen van de persoon in kwestie en van de context, en daarom misschien interessant zijn voor psychologen maar niet voor filosofen. Het zou meer zeggen over het subject dan over het object. De laatste jaren is er in de wetenschapsfilosofie echter meer belangstelling gekomen voor het thema ‘wetenschappelijk begrip’. Dit themanummer van Wijsgerig Perspectief laat zien op welke manieren de notie ‘begrijpen’ wel degelijk filosofische interessant kan zijn. Ik zal een schets geven van de ontwikkelingen in de wetenschapsfilosofie die tot de ‘emancipatie’ van begrip hebben geleid, en mijn eigen visie op dit thema presenteren.

Wetenschapsfilosofen over begrijpen
De beroemde natuurkundige Erwin Schrödinger publiceerde in 1954 een boekje getiteld Nature and the Greeks, waarin hij op zoek gaat naar de Griekse wortels van de moderne wetenschap. Schrödinger stelt zichzelf de vraag wat de bijzondere kenmerken van ons wetenschappelijk wereldbeeld zijn, en geeft daarop onmiddellijk het volgende antwoord: ‘Over één van deze kenmerken bestaat geen twijfel. Het is de veronderstelling dat de natuurverschijnselen begrepen kunnen worden’ (1954: 90; cursivering in origineel). Vervolgens merkt hij echter op dat de wetenschapsfilosofen van zijn tijd, die sterk positivistisch georiënteerd waren, weinig tot niets te zeggen hebben over de wijze waarop in de wetenschap verklaring en begrip bereikt wordt. Integendeel, in navolging van Ernst Mach vatten zij wetenschap op als niets meer dan een economische beschrijving van de waarneembare feiten. In de jaren vijftig veranderde deze houding langzaamaan: het logisch positivisme werd minder radicaal en wetenschapsfilosofen erkenden dat verklaring ook een rol speelt in wetenschap. Het was met name Carl Hempel (1905-1997) die met zijn invloedrijke deductief-nomologische model van wetenschappelijke verklaring deze trend in gang zette. Volgens dit model kan wetenschap verschijnselen verklaren door te laten zien hoe ze op basis van wetten afgeleid kunnen worden (zie Hempel, 1965).

Maar hoewel Hempel het thema ‘verklaring’ wetenschapsfilosofisch respectabel maakte, was hij van mening dat ‘begrip’ door filosofen gemeden zou moeten worden. Als reden voerde hij aan dat de noties ‘begrip’ en ‘begrijpelijkheid’ niet tot het domein van de logica behoren, maar naar psychologische en pragmatische aspecten van het verklaringsproces verwijzen. Deze noties zijn pragmatisch omdat ze niet los gezien kunnen worden van de context en van het feitelijk gebruik van kennis door subjecten. In tegenstelling tot ‘ver- klaring’ is ‘begrip’ relatief ten opzichte van het subject dat begrijpt. Dezelfde verklaring kan voor de ene persoon wel begrijpelijk zijn c.q. begrip opleveren, maar voor een ander niet. Zo’n verschil kan ontstaan doordat de personen niet over dezelfde achtergrondkennis en/of vaardigheden beschikken. Hempel concludeerde hieruit dat de notie ‘begrijpen’ subjectief is. Omdat hij meende dat wetenschappelijke kennis objectief moet zijn, zouden wetenschapsfilosofen zich volgens hem juist op de objectieve aspecten van wetenschap (en van wetenschappelijke verklaring) moeten richten en pragmatische en subjectieve aspecten zoals begrip en begrijpelijkheid niet in hun analyse moeten betrekken.

Als reactie op Hempel publiceerde Michael Friedman in 1974 een invloedrijk artikel, ‘Explanation and Scientific Understanding’, dat een belangrijke stap in de emancipatie van begrijpen zou zijn. Hij stelt dat een goed model van wetenschappelijke verklaring duidelijk moet maken hoe verklaringen begrip produceren en wat wetenschappelijk begrip inhoudt. Friedman verwerpt Hempels deductief-nomologisch model omdat het in dit opzicht faalt, al is hij het wel met Hempel eens dat een analyse van verklaring en begrip objectief moet zijn – er moet een universeel en rationeel antwoord zijn op de vraag wat een goede, begrijpelijke verklaring is, een antwoord dat niet van de historische context of van de individuele situatie afhangt. Dit zou niet in strijd hoeven te zijn met het pragmatische karakter van begrip, als we een onderscheid maken tussen pragmatisch als psychologisch en als subjectief; begrijpen is psychologisch maar niet per se subjectief.

Friedman presenteert vervolgens een nieuw model van verklaring, het unificatiemodel. Volgens dit model, dat later verder is uitgewerkt door Philip Kitcher (1989), leidt een goede wetenschappelijke verklaring tot begrip door verschillende verschijnselen onder één noemer te brengen. Unificatie van verschijnselen zorgt voor een afname van het aantal mysteries en daarmee tot toename van begrip:
‘Wetenschap vergroot ons begrip van de wereld door het verminderen van het totaal aantal onafhankelijke verschijnselen dat we als gegeven moeten accepteren’ (Friedman, 1974: 15). In de wetenschapsgeschiedenis zijn veel voorbeelden te vinden die het unificatiemodel lijken te ondersteunen: Newtons mechanica bijvoorbeeld unificeerde verschijnselen die ogenschijnlijk zeer van elkaar verschilden, zoals de planetenbeweging, de valwetten en de getijden.

In de jaren zeventig en tachtig verschenen er echter ook concurrerende verklaringsmodellen op het toneel, die gebaseerd waren op heel andere intuïties met betrekking tot de basis van wetenschappelijk begrijpen. De belangrijkste daarvan was het causale model, dat stelt dat we een verschijnsel begrijpen als we de oorzaak ervan hebben ontdekt. Zo zijn wetenschappers die onderzoek doen naar ziektes als kanker vaak op zoek naar een verklaring in termen van oorzaken. En veel fysici zullen zeggen dat toevalsprocessen, zoals het verval van een radioactief atoom, (nog) niet begrepen zijn. Een invloedrijke versie van het causale verklaringsmodel is uitgewerkt door Wesley Salmon (1984, 1998).
Volgens Salmon (1984: 132) wordt wetenschappelijk begrip bereikt door de causale structuur van de wereld bloot te leggen: ‘Causale processen, causale interacties, en causale wetten vormen de mechanismen volgens welke de wereld werkt; om te begrijpen waarom bepaalde dingen gebeuren, moeten we ontdekken hoe ze door deze mechanismen geproduceerd worden.’

Begrip en begrijpelijkheid worden dus tegenwoordig serieuzer genomen dan in de dagen van Hempel. Maar hoewel filosofen als Friedman, Kitcher en Salmon hun verklaringsmodellen baseren op bepaalde intuïties over wanneer begrip is bereikt, geven zij geen analyse van de notie ‘begrijpen’ zelf; ze veronderstellen eenvoudigweg dat hun favoriete verklaringstype tot begrip leidt. Wat begrijpen eigenlijk is, en hoe het tot stand komt, is nog in nevelen gehuld.

Bovendien zijn er ook tegenwoordig nog wetenschapsfilosofen die, in de geest van Hem- pel, beweren dat begrijpen geen legitiem onderwerp is voor filosofische analyse. Een van hen is J.D. Trout (2002), die een sterk objectivistische positie inneemt. Hij bekritiseert auteurs als Friedman en Salmon, en stelt dat het gevoel van begrip dat een verklaring geeft niets zegt over de kwaliteit van de betreffende verklaring. Dit gevoel is louter subjectief, en is vaak misleidend. Veel (pseudo)wetenschappers uit het verleden – Trout noemt Ptolemaeus en Galenus – hebben dit gevoel van begrip ervaren, terwijl later bleek dat ze volkomen naast de waarheid zaten. Trout heeft gelijk dat een gevoel van begrip subjectief en wetenschapsfilosofisch irrelevant is, maar dit geldt daarmee nog niet voor de notie ‘begrijpen’ als zodanig (zie ook De Regt, 2004 voor een repliek op Trout 2002). Zoals ik in de volgende paragraaf zal laten zien kan begrip wel degelijk een positieve rol spelen in de wetenschapspraktijk spelen.

Begrijpen in de wetenschappelijke praktijk
Middels twee historische voorbeelden zal ik duidelijk maken dat discussies over wanneer wetenschappelijk begrip is bereikt en wanneer een wetenschappelijk theorie begrijpelijk is een belangrijke rol kunnen spelen in de praktijk van wetenschappelijk onderzoek.

Daarna, in de laatste paragraaf van dit artikel, zal ik de functie van begrip systematisch analyseren en zal ik betogen dat begrip essentieel is voor wetenschappelijke vooruitgang. Het eerste voorbeeld betreft de debatten over de zwaartekracht vanaf het einde van de zeventiende eeuw. In 1687 publiceerde Isaac Newton zijn theorie van de zwaartekracht (of gravitatie), die stelt dat alle materiële lichamen elkaar aantrekken met een kracht waarvan de grootte afhankelijk is van de massa’s van de lichamen en van de afstand ertussen. Newtons theorie kan veel verschillende verschijnselen beschrijven en voorspellen: de beweging van hemellichamen zoals van planeten om de zon, de beweging van projectielen en vallende lichamen op aarde en de getijdenbeweging. Ondanks deze successen werd Newtons gravitatietheorie door veel van zijn tijdgenoten verworpen. Hoewel ze erkenden dat Newton veel verschijnselen nauwkeurig kon voorspellen stelden ze dat zijn theorie niet tot begrip leidde. Integendeel, het idee van gravitatie leek inherent onbegrijpelijk omdat het niet voorstelbaar was dat lichamen invloed op elkaar kunnen uitoefenen zonder dat ze direct of via een medium in contact met elkaar staan. Deze werking op afstand (of actio in distans), die in Newtons theorie ingebakken leek te zijn, was voor zijn tijdgenoten onbegrijpelijk en daarom onacceptabel. Een van hen was de Nederlandse fysicus Christiaan Huygens, die suggereerde dat Newtons idee van zwaartekracht een terugkeer naar een onwetenschappelijk, magisch wereldbeeld betekende. Dit magische wereldbeeld was nu juist overwonnen door het nieuwe mechanische wereldbeeld van René Descartes. De meeste zeventiende-eeuwse wetenschappers, ook Huygens, waren Cartesianen en zagen verklaring door contactwerking als het ideaal van begrijpelijkheid.Opmerkelijk is nu dat een eeuw later, zo rond 1800, de meeste wetenschappers actio in distans volledig hadden geaccepteerd. Ze waren vertrouwd geraakt met Newtons theorie, en zijn zwaartekrachtswet was een schoolvoorbeeld van begrijpelijkheid geworden. Invloedrijke wetenschappers en filosofen, zoals Kant, Laplace, Boscovich en Helmholtz, trachtten allerlei natuurverschijnselen te verklaren met behulp van werking op afstand. De beroemde wet van Coulomb bijvoorbeeld, die de aantrekking en afstoting tussen geladen deeltjes beschrijft, is direct gemodelleerd naar Newtons gravitatiewet. In de tweede helft van de negentiende eeuw veranderde de houding weer ten gunste van contactwerking, met name door het succes van ethertheorieën. Maar Newtons gravitatietheorie werd uiteindelijk pas in 1915 vervangen, namelijk door de algemene relativiteitstheorie van Einstein. We kunnen concluderen dat criteria voor begrijpelijkheid, en opvattingen over wanneer wetenschappelijk begrip bereikt is, in de loop van de tijd kunnen veranderen. Het tweede voorbeeld, een episode in de ontwikkeling van de kwantumtheorie, laat zien dat er ook op één moment sterke variatie in opvattingen over begrip en begrijpelijkheid kan bestaan en dat debatten over begrip en begrijpelijkheid een stimulans kunnen zijn voor de wetenschappelijke vooruitgang (zie De Regt, 2001 voor een uitgebreidere analyse van deze casus). In 1913 publiceerde Niels Bohr de eerste kwantumtheorie over de structuur van atomen. Deze theorie was in een aantal opzichten problematisch, en in de jaren twintig werkten veel fysici aan de verbetering ervan. Na een aantal jaren waarin weinig vooruitgang werd geboekt verschenen er in 1926 opeens twee concurrerende atoomtheorieën op het toneel: de matrixmechanica van Werner Heisenberg en de golfmechanica van Erwin Schrödinger. Heisenbergs theorie was zeer abstract en was gebaseerd op een in die tijd obscure vorm van wiskunde, de matrixrekening. De theorie beperkte zich tot het beschrijven van relaties tussen direct waarneembare grootheden, zoals de frequentie en intensiteit van door atomen uitgezonden licht; ze gaf geen beschrijving of model van de inwendige structuur van atomen. Schrödinger daarentegen beloofde wel een visualiseerbaar model: zijn theorie beschreef het atoom als een complex samenspel van golfverschijnselen. Zijn golfmechanica was wiskundig gezien eenvoudiger dan de matrixmechanica; golfvergelijkingen waren voor iedere fysicus gesneden koek.

Er ontstond een hevig debat over de vraag welke van de twee theorieën beter was, en begrijpelijkheid speelde daarin een centrale rol. Schrödinger stelde dat visualiseerbaarheid een noodzakelijke voorwaarde is voor begrijpelijkheid: alleen een theorie die een aanschouwelijk beeld (in ruimte en tijd) geeft, kan verklaring en begrip van de verschijnselen geven. Voor Schrödinger was aanschouwelijkheid (Anschaulichkeit) een noodzakelijke voorwaarde voor wetenschappelijk begrip. Golfmechanica was aanschouwelijk, matrixmechanica niet. Schrödinger stelde dat begrijpelijke, aanschouwelijke theorieën vruchtbaarder zijn, en dit bleek inderdaad het geval: golfmechanica was gemakkelijker toe te passen op allerlei fysische problemen en bleek algauw meer succes te hebben dan matrixmechanica. Hier zien we dat begrijpelijkheid een positieve rol kan spelen.
De aanhangers van de matrixmechanica probeerden Schrödingers visie te weerleggen door te argumenteren dat begrijpelijkheid niet noodzakelijk verbonden is met aanschouwelijkheid. Zij stelden dat hun theorie op dat moment weliswaar moeilijker te begrijpen was, maar dat dit slechts een kwestie van wennen was: in de toekomst zou vanzelf een nieuw begrijpelijkheidsideaal ontstaan, waardoor de kwantumtheorie begrijpelijk zou worden zonder visualisatie. De competitie tussen de twee benaderingen leidde uiteinde- lijk tot een synthese. Aan de ene kant bleek een volledige visualisatie van Schrödingers model onmogelijk vanwege technische problemen; aan de andere kant introduceerde Heisenberg later visualiseerbare concepten (zoals plaats en snelheid van elektronen). Dit leidde tot een nieuwe kwantummechanica, die een combinatie was van matrix- en golf- mechanica was en die voor de meeste fysici begrijpelijker was dan de matrixmechanica.

Een contextuele theorie van wetenschappelijk begrip
Begrijpen lijkt dus niet slechts een psychologisch bijverschijnsel van wetenschappelijke activiteit maar een wezenlijk onderdeel ervan. Ik zal nu mijn eigen filosofische analyse van wetenschappelijk begrijpen presenteren, die verklaart hoe de opvattingen over begrip en begrijpelijkheid kunnen variëren en laat zien waarom begrip zo belangrijk is voor wetenschap (in De Regt & Dieks 2005, is deze analyse verder uitgewerkt). Allereerst moet worden opgemerkt dat begrijpen – in tegenstelling tot verklaren – een relatie is tus- sen drie termen: een verschijnsel, een theorie en een begrijpend subject. Dit impliceert dat begrijpen een pragmatische notie is, en dat het mede van het subject (en de context) afhangt of een theorie begrip van een verschijnsel oplevert. Denk aan de gravitatietheorie van Newton, die sommigen wel maar anderen geen begrip van de verschijnselen gaf. Zoals we eerder zagen was dit voor Hempel reden om de notie ‘begrijpen’ te negeren. Dit standpunt is een logisch gevolg van zijn opvatting dat er een directe, objectieve relatie bestaat tussen theorieën en verschijnselen: in een verklaring wordt een verschijnsel op logische wijze afgeleid uit de een theorie (plus randcondities). Begrip door een subject doet hier niet ter zake.

Ik verwerp deze traditionele opvatting, en ik zal laten zien dat begrip wel degelijk van belang is voor wetenschappelijke verklaring. Recent wetenschapsfilosofisch werk, dat meer aandacht besteedt aan de praktijk van wetenschapsbeoefening, laat zien dat modellen essentieel zijn voor het verbinden van een theorie met een verschijnsel (Cartwright, 1983, Morgan & Morrison, 1999). In de praktijk worden verschijnselen niet direct uit theorieën afgeleid, maar worden er eerst modellen van geconstrueerd waar vervolgens de theorie op wordt toegepast. De constructie van een model is een kwestie van geschikte benaderingen en idealiseringen kiezen, van pragmatische keuzes maken. Er zijn geen strikte regels voor goed modelleren, het is een vaardigheid die men in de praktijk moet leren.

Het blijkt dus dat een verklaring niet slechts een abstracte relatie tussen theorie en verschijnsel is, maar ook een model vereist, en dat dit model een pragmatische component heeft. Wetenschappelijke verklaring krijgt aldus een menselijk gezicht: wetenschappers moeten in staat zijn passende modellen te construeren. Mijn stelling is nu dat twee factoren bepalen of een wetenschapper feitelijk in staat is om een model te maken dat het verschijnsel met de theorie kan verbinden: enerzijds de vaardigheden van de wetenschapper, anderzijds de eigenschappen van de theorie. Meer precies gezegd, de vaardigheden dienen te zijn afgestemd op de eigenschappen van de theorie: de wetenschapper moet zodanig vertrouwd zijn met de theorie dat hij passende modellen kan construeren. De theorie moet, met andere woorden, begrijpelijk voor hem of haar zijn. Het blijkt dus dat wetenschappelijke verklaring slechts mogelijk is als de theorie die gebruikt wordt begrijpelijk is, waarbij begrijpelijkheid gedefinieerd kan worden als de positieve waarde die wetenschappers (in een bepaalde context) toekennen aan de eigenschappen van de theorie die het gebruik van de theorie faciliteren. Merk op dat begrijpelijkheid geen intrinsieke eigenschap van een theorie is, maar een contextafhankelijke waarde, die gerelateerd is aan de vaardigheden van de wetenschappers.

Bovenstaand argument klinkt wellicht nog erg algemeen en abstract. Laat ik daarom enkele voorbeelden noemen van eigenschappen van een theorie die zo’n rol kunnen vervullen. Te denken valt aan eenvoud, causaliteit en visualiseerbaarheid. Zoals we in het voorbeeld van de kwantumtheorie hebben gezien, is een visualiseerbare theorie voor velen gemakkelijker te hanteren dan een abstracte theorie. Evenzo prefereren veel wetenschappers een theorie die causale verbanden beschrijft. Maar deze eigenschappen zijn geen a priori voorwaarden voor begrijpelijkheid; het zijn slechts eigenschappen die door bepaalde mensen in bepaalde contexten worden gewaardeerd. Het is heel goed mogelijk – en in de wetenschapspraktijk zijn daar voorbeelden genoeg van te vinden – dat iemand juist meer begrip vindt in een acausale of een abstracte theorie. Het nu juist deze contextuele variatie die kenmerkend is voor de aard van wetenschappelijk verklaren en begrijpen.

Conclusie
In dit artikel heb ik beschreven hoe het thema ‘begrijpen’, dat aanvankelijk door wetenschapsfilosofen werd genegeerd, langzamerhand de aandacht heeft gekregen die het verdient. Voorbeelden van recent werk op dit gebied zijn te vinden in De Regt, Leonelli en Eigner (2009). Aan de hand van twee voorbeelden uit de geschiedenis van de natuurkunde heb ik laten zien welke rol begrip en begrijpelijkheid in de praktijk van wetenschap kunnen spelen. Het blijkt dat er geen universeel, tijdloos criterium is voor wetenschappelijk begrip, maar dat criteria en opvattingen hierover met de (historische) context kunnen variëren. Deze observaties hebben mij geïnspireerd tot het opstellen van een contextuele theorie van wetenschappelijk begrip, die uitgaat van het idee dat het verklaren en begrijpen van verschijnselen alleen mogelijk is als de relevante theorieën ook begrijpelijk zijn. De begrijpelijkheid van een theorie is vervolgens gedefinieerd als de positieve waarde die wetenschappers (in een bepaalde context) toekennen aan de eigenschappen van de theorie die het gebruik van de theorie vergemakkelijken. Welke eigenschappen dat zijn, hangt af van de vaardigheden van de wetenschappers in kwestie. Dit geldt niet alleen in de natuurkunde, maar ook in andere wetenschappen; het artikel van Kai Eigner elders in dit nummer beschrijft voorbeelden uit de psychologie waarin begrijpelijkheid op soortgelijke wijze functioneert. Kortom, alleen met een begrijpelijke theorie kunnen wetenschappers verschijnselen verklaren en zodoende begrip van die verschijnselen verwerven.

 

Literatuur

Cartwright, N. (1983). How the laws of physics lie. Oxford: Clarendon Press.
Friedman, M. (1974). Explanation and scientific understanding. Journal of Philosophy, 71:5-19. Hempel, C.G. (1965). Aspects of scientific explanation. New York: Free Press.
Kitcher, P. (1989). Explanatory unification and the causal structure of the world. In P. Kitcher & W.C. Salmon (red.), Scientific explanation (pp. 410-505)Minneapolis: University of Minnesota Press. Morgan, M. & M. Morrison (red.) (1999). Models as mediators. Cambridge: Cambridge University Press. Regt, H.W. de (2001). Space-timevisualisation and the intelligibility of physical theories. Studies in History and Philosophy of Modern Physics, 32b: 243-265.
Regt, H.W. de (2004). Discussion note. Making sense of understanding. Philosophy of Science, 71: 98-109. Regt, H.W. de & D. Dieks (2005). A contextual approach to scientific understanding. Synthese, 144: 137-170.
Regt, H.W. de, S. Leonelli & K. Eigner (red.) (2009). Scientific understanding. Philosophical perspectives. Pittsburgh: University of Pittsburgh Press.
Salmon, W.C. (1984). Scientific explanation and the causal structure of the world. Princeton: Princeton University Press.
Salmon, W.C. (1998). Causality and explanation. Oxford: Oxford University Press. Schrödinger, E. (1954). Nature and the Greeks. Cambridge: Cambridge University Press.
Trout, J.D. (2002). Scientific explanation and the sense of understanding. Philosophy of Science, 69: 212-233.