Is de natuur symmetrisch? Een wetenschapsfilosofische beschouwing Henk de Regt Faculteit Wijsbegeerte, VU Amsterdam Studium Generale UT 14 februari 2006

Opzet van de lezing Wat is symmetrie? Fysici over schoonheid en symmetrie ‘Wetenschappelijke esthetiek’: een kwestie van smaak? Leidt schoonheid tot waarheid?

Wat is symmetrie? X is symmetrisch als X invariant is onder een bepaalde transformatie. Ruimtelijke symmetrieën: Translatie Rotatie Spiegeling (reflectie, pariteit)

Translatie-symmetrie NaCl-kristalstructuur

Rotatie-symmetrie

Reflectie-symmetrie

Symmetrie van natuurwetten Natuurwet (theorie) heeft bepaalde symmetrie als zij geldig blijft onder bepaalde transformatie, bv: Translatie in de ruimte Rotatie in de ruimte Translatie in de tijd Wet heeft tenminste één symmetrie, anders is het geen wet.

Zoektocht naar symmetrie Relativiteitstheorie Deeltjesfysica: ‘interne’ symmetrie. Antimaterie: C-symmetrie (charge conjugation) tussen deeltje en antideeltje: Elektron-positron (1932) Proton-antiproton (1955) Neutron-antineutron (1956)

CP Invariantie Schending van reflectie-symmetrie (pariteit) gevonden in 1956. Gecombineerde CP- symmetrie bleek wel behouden.

Fysici over schoonheid en symmetrie Einstein liet zich vaak leiden door esthetische overwegingen SRT (1905): symmetrie-argument

“It is more important to have beauty in one’s equations than to have them fit experiment.” Paul Dirac

Esthetische criteria in wetenschap Symmetrie Analogie / model Visualisatie / abstractie Metafysica Eenvoud J.W. McAllister, Beauty and Revolution in Science

Wat is mooier? Zee: “When the beholder is a physicist, beauty means symmetry.” Kleiss: “Symmetrie-eis zit in ’t hoofd van fysici.”

Schending CP-invariantie 1956: CP-symmetrie tussen deeltjes en anti-deeltjes. 1964: CP-symmetrie geschonden bij verval K-mesonen (in ca. 0,2 % van gevallen). Big Bang: iets meer materie dan antimaterie  wij danken ons bestaan aan ‘symmetrie-breking’!

Esthetiek in wetenschap: een kwestie van smaak? Subjectieve esthetiek vs. objectieve wetenschap Empirisme vs. rationalisme Moderne wetenschap is empiristisch: baseer kennis op onbevooroordeelde waarneming en experiment. Dirac rationalistisch …? Doel van wetenschap: waarheid, niet schoonheid

Empiristische wetenschap Empirische cyclus: Context van rechtvaardiging vs. Context van ontdekking Theorie Nieuwe empirische wet Empirische feiten Empirische wet Rock bottom of knowledge inductie deductie

Thomas Kuhn: The Structure of Scientific Revolutions

Kuhn’s model van wetenschap Paradigma / normale wetenschap gebonden aan metafysische vooronderstellingen (bv. symmetrie). Anomalie  crisis  revolutie. revolutionaire wetenschappers zijn deels gemotiveerd door esthetische overtuigingen.

Revolutie in de astronomie: van geocentrisch naar heliocentrisch wereldbeeld Ptolemaios Copernicus

Revolutie in de fysica: van klassieke naar relativistische fysica Isaac Newton Albert Einstein

McAllister over esthetiek in wetenschap Esthetische inductie: esthetiek inductief afgeleid van empirisch succes  esthetische canon Revolutie = breuk met esthetische canon – ten gunste van empirisch succes. McAllister vs. Kuhn? paradigma-esthetiek met empirisme verzoend rol van esthetiek tijdens revoluties.

Leidt schoonheid tot waarheid? Realisme Theorie = ware beschrijving van onderliggende structuur ‘Geen wonder’ argument Instrumentalisme Theorie = instrument voor empirische voorspellingen ‘Pessimistische inductie’ argument

Conclusies Esthetische oordelen zijn subjectief, maar wetenschappers die erop vertrouwen zijn niet irrationeel. Schoonheid is geen indicator voor waarheid maar (soms) wel voor empirisch succes.

Literatuur A. Zee, Fearful Symmetry (Princeton University Press (1986, 2e ed. 1999). J.W. McAllister, Beauty and Revolution in Science (Cornell University Press, 1996). H.W. de Regt, ‘Beauty in Physical Science circa 2000’, Int.Stud.Phil.Sci. 16 (2002) 95-103.