‘De macht van de verbeelding’ in de natuurwetenschap

Alfa- en gammawetenschappen willen zich graag spiegelen aan de natuurwetenschappen. Onderzoek moet ‘evidence based’ zijn. Daarmee doen deze wetenschappen zichzelf echter tekort, vindt Gerard Nienhuis. Een strikt causale benadering is in deze wetenschappen niet mogelijk en levert onvoldoende begrip op. Ook in de natuurwetenschappen zelf draait het niet in de eerste plaats om ‘evidence’. De rol van verbeelding is veel belangrijker. Natuurwetenschappers werken aan vragen waarop nog geen antwoord is. Dan komt het aan op creativiteit. Onderzoek is ‘slechts’ een toets om te kijken of het klopt wat de geest heeft bedacht.

De basis van de natuurwetenschap is de visie op de wereld als een fysisch systeem, bestaande uit materie en energie, in ruimte en tijd. De natuurwetenschap onderzoekt de oorzakelijke samenhang tussen verschijnselen. Vragen naar de zin van wat er gebeurt, naar schoonheid, naar goed en kwaad vallen buiten haar terrein. Strikt genomen spelen normen en waarden geen rol in de natuurwetenschap, behalve dan de ingebouwde norm dat de beschrijvingen recht moeten doen aan de waarnemingen. De natuurwetenschap beperkt zich tot de vraag hoe de natuur functioneert. Het doel is te beschrijven wat het geval is, niet wat het geval zou moeten zijn. De wereld is zoals ze is, en wat wij daarvan vinden doet er niet toe.

Natuurwetenschap onderzoekt hoe de dingen in elkaar zitten, en hoe processen verlopen. Het gaat daarbij om het begrijpen en verklaren van verschijnselen en structuren in de waarneembare wereld. Wat we in die wereld zien is straling in de vorm van licht, en materie, opgebouwd uit atomen en subatomaire deeltjes. Dat zijn fysische objecten, en de natuurkunde geldt dan ook als een basisvak van de natuurwetenschappen, inclusief de sterrenkunde, de scheikunde en de biologie. Er is immers geen gebeurtenis of ervaring te bedenken die losstaat van de materie. De natuurwetenschap gaat ervan uit dat alles wat gebeurt zich laat beschrijven als een natuurlijk proces. Dat geldt voor het ontstaan en de ontwikkeling van de kosmos evenzeer als voor het ontstaan en de ontwikkeling van het leven op aarde (en mogelijk elders in het heelal).

Fysisch systeem

De visie op de werkelijkheid als een fysisch systeem is overtuigend als we de aarde en het leven even wegdenken. De aarde is een middelmatige planeet rondom een heel gewone ster, waarvan er rond de honderd miljard zijn, alleen al in ons eigen sterrenstelsel. Het aantal sterrenstelsels in het heelal wordt ook geschat op honderd miljard. Voor de kosmos als geheel maakt het bestaan van de aarde en het leven daarop geen verschil. Zonder leven voldoet het heelal geheel aan het beeld van de wereld als een fysisch systeem. Begrippen als goed en kwaad hebben in dat heelal geen betekenis. Ook bij de meest spectaculaire verschijnselen en in de meest extreme omstandigheden is er geen sprake van leed. Vragen naar zin en betekenis spelen geen rol, en er is niemand om schoonheid te herkennen. Voor de ontwikkeling van de natuurwetenschap, ook voor het onderzoek naar het functioneren van levende organismen, en van de ontwikkeling van het leven op aarde is het bijzonder vruchtbaar gebleken om de kosmos te beschouwen als een fysisch systeem. De kosmos is een samenhangend systeem. Ook de grenzen tussen de vakwetenschappen natuurkunde, scheikunde en biologie zijn vervaagd. Nog in de negentiende eeuw werd aangenomen dat er aparte natuurwetten zijn voor levende materie, en dat die gedreven werd door een speciale levenskracht, een vis vitalis.
Vijftig jaar geleden was het nog gebruikelijk om het onderzoeksobject van de natuurkunde te omschrijven als de niet-levende materie. Die formulering is nu algemeen verlaten. Op het niveau van atomen en moleculen is er geen onderscheid tussen levende en niet-levende materie. Alle materie, levend of niet-levend, gedraagt zich volgens dezelfde fundamentele natuurwetten. De kwalitatieve verschillen tussen de chemische elementen zijn terug te voeren op het verschil in hun kernlading, en daarmee in het aantal elektronen dat ze bevatten. Het verschil tussen levende en niet-levende materie ligt vooral in de mate van complexiteit, niet in kwaliteit. Stap voor stap werd de chemie teruggebracht tot de fysica van zich hergroeperende moleculen. De biologie heeft als basis de biochemie van macromoleculen. Gevoelens en beleving van dieren en mensen worden herkend als voortkomend uit hormonen en enzymen, en daarmee als het gevolg van materiële processen. Die kunnen ook gestuurd worden door psychofarmaca. Idealiter beperkt de natuurwetenschap zich tot feitelijkheden. Meningen doen niet ter zake. Over een vastgesteld feit kun je niet redelijkerwijs van mening verschillen.

Het is juist deze beperking die de kracht van de natuurwetenschap bepaalt. Het uitgangspunt is dat alleen waarneembare verschijnselen als bron van informatie dienen, los van waardeoordelen. De natuurkunde ziet de wereld als opgebouwd uit kleinste bouwstenen. Waargenomen verschijnselen daarvan laten zich ordenen in termen van vaste wetmatigheden, die uitgedrukt worden in fundamentele fysische theorieën met een wiskundige structuur. Meetuitkomsten zijn kwantitatief en laten zich vergelijken met voorspellingen geleverd door wiskundige vergelijkingen.

Twee culturen

Maar het fysicalistische denken houdt niet op bij de grenzen van de natuurwetenschap. Ook de volle werkelijkheid zoals we die dagelijks waarnemen en ervaren wordt opgevat als een systeem waarin de diepste oorzaken van fysische aard zijn. Zo wordt het hogere teruggebracht tot een subtiele manifestatie van het lagere. De verschillende lagen van de werkelijkheid, die worden weerspiegeld in de ordening van de vakwetenschappen, verschillen slechts in de mate van complexiteit van de structuren, maar niet in kwaliteit. Het ontstaan van het leven wordt gezien als een in beginsel te begrijpen toevalsproces, dat beheerst wordt door dezelfde universele en blinde natuurwetten die ook de basis zijn van het gedrag van dieren en het denken van de mens.

Het succes van de natuurwetenschap leidt tot de neiging om ook in geesteswetenschappen en sociale wetenschappen te streven naar kwantitatieve uitspraken. Mensen spelen een rol in de onderzochte werkelijkheid, en omdat hun gedrag en beleving niet worden bepaald door externe wetmatigheden alleen, is een statistische behandeling van bevindingen nodig om kwantitatieve resultaten te bereiken. Zonder een samenhangende onderliggende theorie leiden correlaties tussen gedrag, fysieke toestand en psychisch welbevinden nogal eens tot ongefundeerde uitspraken over een oorzakelijk verband. Als eenzelfde correlatie bij herhaald onderzoek wordt vastgesteld leidt dat regelmatig tot de uitspraak dat de conclusie het etiket ‘evidence based’ verdient. Die term duidt erop dat het verband niet werkelijk begrepen wordt. In de natuurkunde, waar meetresultaten worden geordend in een fundamenteel theoretisch raamwerk, zul je dat etiket niet vaak tegenkomen. Naar mijn mening doen de geesteswetenschappen (humanities) zichzelf tekort door zich te spiegelen aan de natuurwetenschappen (science). In vakken als economie, psychologie, geschiedenis, sociologie, letteren, spelen begrippen als zingeving, normativiteit, duiding, en goede smaak vaak op subtiele wijze een rol. Een strikt causale, mechanische beschrijving van processen is niet mogelijk, en zou ook niet voldoende zijn om begrip op te leveren. Levende wezens hebben een zekere vrijheid van handelen, en zijn nooit identiek aan elkaar. Het gedrag van mensen wordt niet vastgelegd door externe wetmatigheden. We kunnen binnen bepaalde grenzen eigen keuzes maken. Juist omdat mensen een bepaalde mate van vrijheid hebben is de macht van de geesteswetenschappen beperkt.

Dat maakt de geesteswetenschappen fundamenteel verschillend van de natuurwetenschappen. Enige verwantschap met de kunsten, in het bijzonder het vermogen een verhaal te vertellen, is bijvoorbeeld voor een historicus of een literator onontbeerlijk.

Kloof

De kloof tussen de culturen van de natuurwetenschappen en van de geesteswetenschappen is beschreven door de Britse schrijver Charles P. Snow (1905-1980). Hij was zowel romanschrijver als fysicus. In 1959 hield hij een lezing aan de universiteit van Cambridge, waarin hij het Britse universitair onderwijs bekritiseerde. Zijn kritiek betrof vooral intellectuele kringen in Engeland, waar kennis van de natuurwetenschappen weinig of geen culturele status opleverde. In een beschaafd gezelschap in zijn omgeving kon je rustig blijk geven van je onkunde over de bouw van het zonnestelsel of van de tweede hoofdwet van de thermodynamica. Sterker nog, wie met enthousiasme vertelde over een onderwerp uit de moderne natuurkunde werd al gauw met verveling of onverholen misprijzen bejegend. Maar omgekeerd werd een chemicus die nooit iets van Shakespeare had gelezen of een Latijns citaat niet verstond, als ongeletterd beschouwd. De lezing werd korte tijd later gepubliceerd onder de titel The Two Cultures and the Scientific Revolution. Snow betoogde verder dat in de Verenigde Staten en Duitsland de jonge generatie op een evenwichtiger manier werd voorbereid op de moderne tijd. Zijn publicatie riep veel internationale discussie op, en kreeg ook bijval buiten Groot-Brittannië.

In deze tijd zien we ook een omgekeerd effect, vooral als het gaat om de aandacht van politici en beleidsmakers. Kunst en literatuur worden gemakkelijk als een luxe beschouwd, en ingedeeld bij vrijblijvende zaken als recreatie en welzijn, verstrooiing en amusement. Die krijgen van het ministerie van Economische Zaken niet de eerste aandacht. Het geld wordt immers elders verdiend. Natuurwetenschappen, en vooral hun toepassingen in de techniek, zijn de trekpaarden van de economie, van Nederland als kennisland. De combinatie van een hoge politiek-economische en een lage culturele status van de natuurwetenschap doet enigszins denken aan de positie van handwerk in de antieke Griekse cultuur. Het was nodig om te overleven, maar een vrije burger hield zich er niet mee bezig. Het was werk voor slaven.

Natuurwetenschap en verbeelding

Hoewel de lage culturele waardering voor natuurwetenschappelijke kennis nu misschien minder geldt dan zestig jaar geleden, worden ook nu vakken als wis- en natuurkunde door buitenstaanders vaak als moeilijk en saai beschouwd. Dat imago komt ongetwijfeld voort uit de schoolervaring. Omdat in deze vakken de logische structuur een belangrijke rol speelt, is het volgen van een redenering vaak een belangrijke steun.

Wie de behandelde stof begrijpt, hoeft dan ook niet veel te leren. Maar zolang dat begrip nog niet is doorgebroken, is leerwerk niet toereikend om dat op te vangen. Daar komt nog bij dat schoolboeken gemakkelijk de verkeerde indruk wekken dat deze vakken voltooid zijn, en dat er niet meer te doen valt dan je de huidige inzichten eigen maken. Dat is niet erg spannend. Maar wie zich bezighoudt met natuurkunde als vakwetenschap werkt nu juist aan vragen waarop nog geen antwoord bestaat. In die situatie is logisch redeneren volgens vaste patronen niet voldoende. Het juiste antwoord komt vaak uit een onverwachte hoek, en vermoedens en intuïtie spelen dan een belangrijke rol voor succes. In de natuurkunde kan een experimentele toets bepalend zijn om uit te maken of een vermoeden juist is. In de wiskunde is het zaak om een sluitende bewijsvoering te vinden. Daarbij is nauwkeurig werken en zorgvuldig denken wezenlijk. Uiteindelijk moet onderzoek leiden tot consensus. Maar het wetenschappelijke werk vindt juist plaats in het stadium waar die consensus nog niet is bereikt. Daar is zorgvuldig en gedegen werken volgens vaste regels niet voldoende. Dan is echte creativiteit nodig voor vooruitgang.

De presentatie van wetenschappelijke resultaten in leerboeken is een reconstructie, waarbij het lijkt of de verkregen kennis is ontstaan in een logische volgorde, door middel van een gesloten keten van argumenten en waarnemingen. In de natuurkunde geldt dat vooral bij de fundamentele theorieën, zoals de mechanica, het elektromagnetisme, de relativiteitstheorie. Deze theorieën, waaraan de namen van Newton, Maxwell en Einstein verbonden zijn, kregen hun huidige vorm in de achttiende, negentiende en twintigste eeuw. Wie de historie van het ontstaan van deze theorieën nagaat krijgt een veel grilliger beeld dan dat van een opeenvolging van logische stappen. De zoektocht slaat vaak doodlopende wegen in, en een doorbraak van inzicht ontstaat plotseling, in een periode van stagnatie, zonder tekenen vooraf, en na een lange tijd zonder consensus. Het moment van de doorbraak wordt dan ook vaak pas later herkend.