Natuurkundige theorieën als kwantummechanica en Einsteins algemene relativiteitstheorie roepen allerlei fundamentele vragen op, weet Klaas Landsman, hoogleraar mathematische fysica aan de Radboud Universiteit in Nijmegen. ‘Wat is tijd? Wat is ruimte? Bestaat toeval? Het zijn vragen waar ik al vanaf mijn zestiende door gefascineerd ben.’
Landsman won in 2022 de Spinozapremie, de hoogste Nederlandse wetenschappelijke onderscheiding, en kreeg daarvoor 2,5 miljoen euro om vrij te besteden aan wetenschappelijk onderzoek. Hij stak het in een nieuw onderzoekscentrum, het Radboud Center for Natural Philosophy, dat natuurkunde, wiskunde, filosofie en wetenschapsgeschiedenis combineert; daar wordt nagedacht zoals grote natuurwetenschappers als Isaac Newton of Albert Einstein dat deden. Op 9 en 10 januari 2025 werd het onderzoekscentrum feestelijk geopend met een internationale conferentie.
Meetlat langs de werkelijkheid
Natuurkundigen denken over het algemeen niet graag na over filosofische problemen, volgens Landsman. ‘De filosoof Immanuel Kant bedacht ooit dat tijd en ruimte menselijke constructies zijn, denkcategorieën om de natuur te kunnen begrijpen. Een fysicus zou dat nooit bedenken – die wordt opgeleid tot realist, iemand die denkt dat het waterstofatoom en de oerknal precies zijn zoals je ze beschrijft.’ Maar het is maar de vraag of de natuurkunde wel echt over de werkelijkheid gaat, zegt Landsman. ‘Ik word steeds meer een aanhanger van de filosoof Ludwig Wittgenstein, die zegt dat een theorie niet meer is dan een meetlat die je langs de werkelijkheid legt. Over wat gemeten wordt, de werkelijkheid zelf, kun je eigenlijk niks zeggen.’
Het Radboud Center for Natural Philosophy richt zich in eerste instantie op drie hoofdonderwerpen: toeval, determinisme en emergentie. Toeval speelt een grote rol in de kwantummechanica, dat de werkelijkheid op het allerkleinste niveau niet beschrijft als causaal bepaald, maar als afhankelijk van waarschijnlijkheden. Deeltjes bevinden zich volgens de kwantummechanica niet op een specifieke plek, tenzij je meet waar ze zich bevinden – dan nemen ze een plek in. En als je hun positie probeert te meten, dan kun je nooit tegelijk vaststellen hoe snel deeltjes zich bewegen. Determinisme is het idee dat gebeurtenissen juist wel causaal te verklaren zijn, dat alles een oorzaak heeft.
Mysterie van het bewustzijn
Emergentie ten slotte betekent plat gezegd dat de som van de delen op mysterieuze wijze soms meer is dan enkel een optelsom. Landsman: ‘Een systeem kan gedrag vertonen dat je helemaal niet verwacht als je alleen naar de onderdelen van dat systeem kijkt. Zo kan een configuratie van zwakke atomen een keihard metaal vormen. Of kan uit een combinatie van toevalligheden deterministisch gedrag ontstaan. Als je bijvoorbeeld met een dobbelsteen gooit, is de uitkomst toevallig. Maar als je maar vaak genoeg met die dobbelsteen gooit, is de gemiddelde uitkomst 3,5. Volgens de wet van de grote aantallen staat de uitkomst die op individuele schaal toevallig is, op grote schaal vast. Op vergelijkbare wijze ontstaat de gedetermineerde wereld die wij waarnemen uit de kleinste deeltjes die door kwantummechanica beschreven worden en dus niet gedetermineerd zijn.’
Emergent gedrag treedt niet alleen op in de natuurkunde, zegt Landsman. Ook het bewustzijn is een emergent mysterie: hoe ontstaat onze bewuste ervaring uit de grijze massa van onze hersenen? Landsman: ‘Als er iets niet wordt begrepen in de wetenschap en filosofie, is het dat. Vragen over toeval, determinisme en emergentie spelen overal.’