Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 1

Evolutie bekeken met de bril van een natuurkundige door Alfred Driessen

overgenomen uit:

Evolutie: wetenschappelijk model of seculier geloof

Pleidooi voor intellectuele bescheidenheid Redactie

Prof. A. Driessen en Prof. G. Nienhuis

© 2010 Uitgeverij Kok – Kampen www.kok.nl

ISBN 978 90 435 1767 6

0. Introductie Introductie In de tweede bijdrage gaat Alfred Driessen, emeritus hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit Twente, met de ogen van een natuurkundige naar evolutie kijken. Hij tracht aan te tonen dat het al dan niet verwijzen naar toeval reeds een grensoverschrijdende stap is. Want hiermee verlaat de natuurwetenschapper c.q. bioloog het terrein van natuurwetenschap, science, om zich te begeven in de wereld van de ideeën en geesteswetenschap. Daarnaast argumenteert hij dat het kunnen ontleden van biologische systemen tot de kleinste bouwstenen (moleculen en atomen) niet betekent het geheel zonder meer vanuit deze deeltjes kan worden geconstrueerd. Dit kan erop wijzen dat het evolutie proces iets subtieler kan zijn dan alleen met een blokkendoos te spelen. Biografie Prof. dr. Alfred Driessen (1949) studeerde natuurkunde in Keulen en Bonn rondde in 1973 zijn studie af aan de Universiteit van Amsterdam. Na zijn promotie (1982) aan de dezelfde universiteit en een postdoc periode werkte hij vanaf 1988 aan de Universiteit Twente op het gebied van geintegreerde optica en werd daar in 2003 als hoogleraar benoemd van geintegreerd optische microsystemen. Vanaf zijn studentenjaren is hij geinteresseerd in filosofische vraagstukken, met name de filosofie van de natuurwetenschappen. Sinds 2008 heeft hij zijn werk aan de Universiteit sterk gereduceerd en werkt hij intussen uitsluitend in enkele maatschappelijk georienteerde instellingen. Hij publicieert voornamelijk over onderwerpen uit de (technische) wetenschappen en in geringere mate uit het overlap gebied van wetenschap en filosofie.

1. Inleiding In het Darwinjaar 2009 is er een hernieuwde belangstelling voor het werk van Darwin dat uiteindelijk tot de evolutietheorie heeft geleid. Deze theorie heeft een grote impuls gegeven aan de biologische wetenschappen omdat hiermee een veelvoud van feiten en fenomenen steeds meer een innerlijke samenhang tonen. Want in het licht van de evolutie is de grote uniformiteit in de levende natuur een vanzelfsprekendheid. Daarnaast wordt de historische ontwikkeling van het DNA begrijpelijk en kan er samenhang gevonden worden in de fossiele gegevens. Het is daarom niet te verwonderen dat de meeste biologen evolutie als een goed ontwikkelde en in vele details bewezen theorie beschouwen.

Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 2

Wat kan een natuurkundige hieraan toevoegen? Eerst natuurlijk, denk ik, zou een natuurkundige een diep respect voor het werk van zijn collega's in de biologie moeten betuigen. Als natuurkundige ben je gewend alles tot relatief eenvoudige systemen te reduceren. Want alleen deze zijn toegankelijk voor de beschikbare natuurkundige experimenten en theorieën1. In de biologie echter gaat het niet alleen om uiterst complexe structuren zoals die bij voorbeeld ook in de scheikunde worden bestudeerd. Het gaat vooral om de functie die deze structuren hebben. Denk bij voorbeeld aan groei op basis van celdeling of ook aan voortplanting door het samenbrengen van ei en zaadcel. Het is duidelijk dat voor de studie van biologische objecten eigen theorieën en eigen methodes moeten worden ontwikkeld. Zoals later opnieuw wordt opgemerkt is biologie niet alleen toegepaste scheikunde en deze op haar beurt ook niet alleen toegepaste natuurkunde.

Toch kan een natuurkundige wel degelijk iets betekenen voor de ontwikkeling van een biologische theorie. Men mag bij voorbeeld verwachten dat fundamentele wetten zoals de gravitatiewet gelden voor biologische objecten net zo als voor een emmer water of zand. De natuurkunde geeft in dit opzicht een zeker kader waarbinnen de biologische wetten hun geldigheid hebben. Ook op het gebied van fundamentele vragen op het gebied van wetenschapstheorie kunnen inzichten van de natuurkunde verhelderend voor de biologie werken. Iedere natuurwetenschappelijke discipline heeft een bovenlaag waar logische en methodische veronderstellingen op een systematische manier worden beschouwd. Sinds Aristoteles wordt deze bovenlaag van de natuurkunde als metafysica aangeduid, dwz dat wat na de fysica, de natuurkunde komt. Het blijkt nu dat de bovenlaag wel te maken heeft met de wetenschap in de onderlaag, maar desondanks behoort tot een ander wetenschapsgebied, namelijk de filosofie. De bovenlaag van een gebied van science (natuurkunde) is niet meer natuurwetenschap maar geesteswetenschap en valt daarmee binnen de geesteswetenschappen, de humanities. In analogie tot de fysica en metafysica zou men ook bij de biologie een onderscheid kunnen maken tussen biologie en de bovenlaag.

Wat de bovenlaag van de biologie betreft kunnen wij helaas geen eigen naam bij Aristoteles vinden. Zijn metafysica was zo breed dat veel daaruit ook voor de bovenlaag van de biologie bruikbaar is. Bij gebrek aan een betere uitdrukking kunnen wij deze bovenlaag de metabiologie noemen. In die bovenlaag kan de wetenschapsfilosoof reflecteren over de betekenis van biologische kennis en, meer algemeen, natuurwetenschappelijke kennis voor een algemeen wereldbeeld.

De grens tussen beneden- en bovenlaag is misschien niet in alle details exact vast te leggen, maar bestaat wel degelijk. In de natuurkunde zijn hierover hele polemieken gevoerd. Ongeveer 20 jaar geleden heeft een bekende Nederlandse natuurkundige, Ad Lagendijk, zijn inaugurele rede gehouden over De arrogantie van de fysicus2. Op de hem eigen manier stak hij daarbij de draak met de jacht van sommige collega's op de theorie van alles. Het is een altijd aanwezige verleiding het eigen vakgebied als normatief of beslissend voor alle wetenschapsgebieden te beschouwen. Een meer expliciete waarschuwing over de noodzaak van beperking tot het eigen vakgebied komt van De Broglie, een van de grondleggers van de kwantummechanica en Nobelprijswinnaar. Hij schreef in 1947: Wetenschap eindigt vaak in metafysica, zonder het door te hebben. Dat is niet de veiligste manier om metafysica te bedrijven.3 Hiermee is natuurlijk niet gezegd dat de natuurkundige of bioloog niet over de grondslagen en implicaties van zijn vak mag reflecteren. Dit is beslist nodig, maar dit zou dan wel met de houding van een wetenschapsfilosoof moeten gebeuren, met de daarmee verbonden methodes en begrippen. De Broglie zegt hierover: Naarmate de wetenschap vordert, is het noodzakelijk in de theorie begrippen uit de metafysica te introduceren, zoals tijd, ruimte, objectiviteit, causaliteit, individualiteit3.

In het vervolg zullen de toch enigzins abstracte overwegingen in twee gevallen nader worden uitgewerkt. De eerste gaat om het begrip toeval en het tegenovergestelde daarvan, namelijk opzet. De vraag zal zijn of een natuurkundige met zijn methodes op ondubbelzinnige wijze toeval kan bevestigen of uitsluiten. Alleen als dit mogelijk is, mag men van een (natuur-) wetenschappelijke conclusie spreken; in het andere geval is het een filosofische conclusie binnen het kader van de metafysica of metabiologie. Het andere voorbeeld gaat dieper in op een van de grote filosofische

Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 3

kwesties, namelijk of het geheel meer is dan de som van de delen. Aangetoond zal worden dat er in de natuurkunde sterke theoretische en experimentele aanwijzingen zijn die dit bevestigen. Het blijkt dat het begrip reductionisme dat vaak in de wetenschap gehanteerd wordt alleen met de nodige nuances kan worden gebruikt. Ten slotte wordt de draad van het verhaal weer opgepakt om te kijken wat de overwegingen voor de biologie en specifiek voor de evolutietheorie kunnen betekenen.

2. Kan een natuurkundige onderscheid maken tussen toeval en opzet?

In het volgende gaat het om het sleutelbegrip "toeval" en "opzet" dat in de reflectie over evolutie vaak wordt gebruikt. Als wij in plaats van "opzet" de Engelse term "design" gebruiken ziet men onmiddellijk dat de gedachten van natuurkundigen over deze term zeker ook voor een bioloog betekenis hebben. De vraag is of het al dan niet verwijzen naar toeval een wetenschappelijke conclusie is van een natuurwetenschapper of misschien eerder het resultaat van een overweging op het metaniveau. Om dit vast te kunnen stellen zullen wij ons afvragen of een natuurkundige onderscheid kan maken tussen toeval of opzet, d.w.z. of er een methode of procedure bestaat om toeval of opzet aan te tonen dan wel uit te sluiten.

Sinds de opkomst van de kwantummechanica in het begin van de vorige eeuw weten wij dat de natuurkundige wetten op microscopische schaal een statistisch karakter hebben. Een gebeurtenis kan altijd slechts met een bepaalde graad van waarschijnlijkheid worden voorspeld. En dat is niet wegens gebrek aan informatie over het systeem maar omdat de wetten van de kwantummechanica geen deterministische voorspellingen toelaten maar alleen voorspellingen met een statistische waarschijnlijkheid. Het introduceren van zogenaamde verborgen variabelen - de zogenoemde hidden variables - die het determinisme door een achterdeur zouden binnenlaten leidt in sommige gevallen zelfs tot tegenspraak met het experiment, zie bij voorbeeld het experimentele werk over schending van de Bell-ongelijkheden.

In een van zijn lezingen gebruikte John Bell een expliciete manier om de rol van toeval en opzet nader te onderzoeken4. Hij ontwierp een Gedankenexperiment waarin perfecte munten worden opgegooid, waarbij iedere worp met gelijke waarschijnlijkheid een kruis of munt liet zien. Dit is een perfect analogon van een kwantummechanisch systeem dat met gelijke waarschijnlijkheid in een van de twee eindtoestanden kan geraken. Met behulp van een toevalsgetalgenerator van een computer genereerde hij een reeks uitslagen en visualiseerde die in een grafiek, waarbij hij een H (head) plaatste voor kruis en een spatie voor munt, zie Afbeelding 1. Hij introduceerde daarna een magische kracht die enkele van de munten na de worp stiekem nog een keer omdraaide. Hij verkreeg daarmee Afbeelding 2. Voor een natuurkundige zijn beide afbeeldingen gewone grafische representaties van een experimentele observatie van een kansproces. Legt men de beide afbeeldingen over elkaar, zie Afbeelding 3, dan komen de letters EPR te voorschijn met een knipoog naar het beroemde artikel van Einstein, Podolski en Rosen5. Wat kan men daaruit concluderen? Twee gebruikelijke representaties van een zuiver kansproces blijken samen een structuur te bevatten die helemaal niet meer zo toevallig is. Er moet daarbij worden vermeld dat het resultaat van Afbeelding 3 voor een natuurkundige net zo toevallig of bedoeld kan zijn als Afbeelding 1 of 2. En er bestaat eenvoudigweg geen natuurkundige procedure of apparaat om in Afbeelding 2 opzet of bedoeling van de magische kracht aan te tonen of uit te sluiten.

Wat betekent dit? Nu begeven wij ons op een metaniveau, want de lettercombinatie EPR is alleen opvallend op dat niveau, niet op het niveau van de natuurwetenschappen. Het betekent dat conclusies over opzet, intentionaliteit, bedoeling, design of het erkennen daarvan niet tot het domein van de natuurwetenschappen hoort. Het enige wat gezegd kan worden is of opzet al dan niet waarschijnlijk is. Binnen zijn eigen discipline is een natuurkundige in zekere zin blind voor het onderkennen van toeval of opzet. Nu terug naar biologische systemen. Zijn dat niet in het algemeen macroscopische systemen, waar de klassieke fysica een afdoende beschrijving geeft? Het blijkt dat ook in biologische systemen bewegingen en veranderingen hun oorsprong vinden in microscopisch kleine centra, namelijk

Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 4

zenuwcellen of DNA-complexen. Als men tot de schaal van de moleculaire biologie gaat worden dan ook volgens verwachting statistische eigenschappen waargenomen in de vorm van ruis6. Blijkbaar spelen ook hier de statistische wetten van de kwantummechanica een beslissende rol. Het is daarom te verwachten dat wat voor de natuurkundige geldt evenzeer van toepassing is op de bioloog. H HHH HH H H HHHH H H HH H H H H HHH H HHH

HHH H HHHH HHH H H HH H HHHH HH H H H H H H H HH HHH

HH H H H HH HH H HHHH HH HH HH HH H HH H HH H H H HHH

H H HH H H H H HHHH HH H HH HHHH HHHH H H H H HHH H

H H H H HHH H HHH H HH HHHHH HHHHH H H H HHH HHHH HH

H HHHHH HHH HHHH H H HHH HH H H H HHH HHHHH H H H

HHHH H HH H HHH HHHH HHH H H HH H H H HHH HHH HHH H

H HHH HH H HH H H HHH HH H H HH H H HHH H H HH H

HH HH HH HH HHH H H HHH H H H H H HHH HHH H H HHH

HHH HH HHHHH H HHHH HHH H H H HH HHH H H HHH H HHH

HHH HHH H H H HHHHH H HHHH H HHHH H H H HH H H H H

H HH H H HHH H HHHHHH H H H HH HH HH H HHHHHH HH

HH H H HHH H H HHHH H H HHHH H HH HH HH H HHHHH H HH H H

H HHHH H HHHH H HHH H HH H HH H HH H HH HH HHH H H

H HHH HH H H H H H HHH HH HHHHHHH HHH H H H HHHH H H H

HHH HH HH H HHH HHHHHHHH H HH H HHHHHH H H H HH HH H

HH H HH HH H H H H HHH H HHHH HHHH H H HH H HH H

HH H HH HHH HHHHHH H H HH HH H H HH HHH HH H

H H HHH H HHHH HHH H HH H HHH H HHHH H HH HHHHH H H

HH HHH H HHH HH H HHH H HH HH H H HH H H HHHH HH

HH H HHHHH HHH HHHHH HH H H H HHHHH H H HH HHH HHH HH HHHH

HHH H HHHH HHH H HHHHH HH H H HH H H HH HHHHH HHHH HH

H HHHH HH H H HH H H H HHHH H H H H H HH HHHH H HH H

H HHHH HHH HH H HH HHH H HHHHH H HHHHH H HH HH H H

H HHH HHH H HH H HH HH H H HH H HHHHHH HH HHH H HHH H

HHH HHHHHH HH H HHH H H H H H H HHH H H HHH HH H

H HHHH H H H HHHH HHH H HH HH H H HHHHHH H H H HHH HH

H H H HH H HHHH HHH HHHH H HH HHH H H H H HH H HHHH H

H HHH HH HHH HHH HHHH H H HH H HH H H HHH H

H H H H HH H HHH HH H HHH H H HH H H HH HH H HH H H H

H HH HH HH HH H H H H H H H HHH HH HHH

HH HH HHH H HHHH H HHH H HH HHHH H HH H HHHH H

HH H HH HH HH HH H H HHH HH H HH H H HHH HH H

H HH H H HH H H HH HHHHHH H H H H H H HH HHH HH H H H H

H H H H H HH H H HHHH H HH HHHHHHH HH HHHH H H H H H

H HHH HH H H HHH HH HHHH H HH H H H H HHH HH H

HH H H H HHH HH HH H H HH HH H H HHH HHHHH

HHH H HH H HH HH H H H H HH HH H H H HH

HHH H HH HH HHH HH HH HH H HHH HHHH H H HHH HH

HH HH HH HH H HHHHHH H HHHH HHH HHHHH HH H H HH

HHHHHHH HH H HHH HHHH H HHHHHHH HH HH H HH HHHHHHHHHHHH

H HHHH H HHHH H H HH HHHHH HH H H HHH HH HH HHH H

HH HH HHHH HH H HH H HHH H HH HH H H HH HHH H H H H H H

H H H HH H H HH H HH H H H HHH HHH HH H HHH HH H HH HH

H HHHHHHHH HHH HH H HHH HH HHH H H H H H H H H H

H HH H HHHH H HHHHH HH HHHH HH HH H H HH H H H HHHH H

H HH H H HHH H HHHHHHHHHH H HH H H H H HHH H H

HH HHHHHHH H H H HHHHHH HHHH H HH HH HHH HHH

HHH H HHH HHHH H H HH HHHH H HH HH HHHHH HHH H

H HHHH HHH H HHH H H HHH HH HHH HH H HH HHHH

HH HHHHH H HH H H H HH H HHH H HHH H HH HHH

+

H H H HHH H HHH HHHHHH HHHHH H HH HHHHH H HH HHH H HHH

HHHH HH HHHH HHHHH H H H H HH H H HH H H HH H H H

HH H H H HH H HHH HH HH HH H H HHHH H H HH H H HHH

HHH HH H H H HHH H HHHH H HH H H HH HH H H HHHH HH

HH HH H H HHH H HHH H HH HHHHH HHHHH H H H HHH H H

HH HH HHH HHHH H H HHH HH H H H HHH HHHHH H HHHH HH

H H HH HHH HHHH HHH H H HH H H H HHH HHHHHH H

HHH H HHHH H HH H H HHH HH H H HH H H HHH HH HH H

HH HHH H HH H H H H HH H H HH H HHHHHHH HHHH H H

H H HHH HHHHH HHH H HHH H H H HHH H HH HHH HHH H

H HH H H H HH H H H H HHH HH HH HHHH HH H HH H HH

H HH HHHHH H HHH H HH H HH HH HHHH HHHHH HHHHHHHHHH HH

HH H H H HH H H H HH H HHHH H H H H HHHHH HH H HH

HHH HHH H H HHHHH H HH H H HH H H HHH HH H HH HH HH HHH

H H HH H H H HH H H H H H HH HHHH HHH HH HH H HH

H H HHH H H H HHH HH HHH H HH H HHHHH HH H H

HH H HH H HHHH H H H HHH H H HH H H HHHHHHH HHHH HH

HH HH HH HHHHHH H HHHH H H H H H H HHHHHHHH HHH H H

H H H HHHHH HHH H HH H HHH H HHHH H HH H H H

H HHH HHH HH H HHH H HH HH H H HH H H HHHH HHHHH H

HH H H HHH HHHHH HH H H H HHHHH H H HH HHH HHHH H

H HH H HH HHH H HHHHH HH H H HH H H HH HHHHH HH

HHHH H H H HHH H H H HH H H H HHHH HHH HHHH HHHH HH H H

H H HHHH HHHH HHH H HH H HHH H HHHH HHH H HHH H HH

H HH HH H HHHH HH HH H H H HH H H H HHH HH H

HH HHHH HHH H HH H HH H H HHHH H H H HHH H HHH H

H H HHHH H H HH H H H H H H HHHHHH H H H HH HH HHH

HH HH HH HH H H H H H HHH HHH H H H H HH H H

HHH HHH H HH HHHHH HHH H H H HH H HH H H H H

H H H H HHHHH H HH HH H HH H HH H H HH HH H HH H HHHH

H HH H HHHHHHH HH H HH H H H H HHHHHH HHHHHHHHHHHHHH H H

HH HHH H H HHH H HH HH H HHHH HH H H HHHHHHHHHH

HH H HHH HH HH HHHH H HH H HHH H HHH HH HHHHH H H HH H

H HH H HH H H H H HH HH H HHH H H H HHHH H H H HH H H

H H H HH HH HH H H HHHH H HH HHHHHHH HH HHHH H HH H HHH

H HHH H H HHH HH HHHH H HH H H H H HH HHH H

HH HH HHHH H HHH HH HH H H HH HH H H HHH HHHH HHHHHHH

HH H HHH HH H HH HH H H H H HH HH H H HHHHH

HH HHH H HH H H HH HHHHH HH H HH H H H H

HHHHHHHHHH H H H H H H HHHH H H HHH HH H

H H HHH H HH H H HHHHHHH H HHH HHH HHHHH H

HH HHHH H H H H HH HHHHH HH HH H HH HH HH H HHH HH

H H H HHHHH H HH H HHH H HH HH H H HH HHH H H HH H H

HH HH HH H H H HH H HH H H H HHH HHH HH H HHH HH H H H

H HHH HH H HH HHHHH HH HHH H H H H HH H H H

H HH HH HHH H HHH HHHHH H HH HH HH H H HH H H HHH H

H H H H H HHH HHH HH HH H HHHH HH H H HHHH H HH HHHH

H H HHHHHHH HH HHH H H HHHHHHH HH HHHHH HH H

HH HH HH HHHH HHH HHH H HHHH H H H H HHHH HHHH

HHH HHH HHHH H H H H H HH H HHHHHHHHHHH HH H HH HH

H H HHHH H HHH HHH HH H H HHHH HHHH HHH HHH HHHH HH

Afbeelding 1

Afbeelding 2

=

H HHH HH H H HHHH H H HH H H H H HHH H HHH

HHH H HHHH HHH H H HH H HHHH HH H H H H H H H HH HHH

HH H H H HH HH H HHHH HH HH HH HH H HH H HH H H H HHH

H H HH H H H H HHHH HH H HH HHHH HHHH H H H H HHH H

H H H H HHH H HHH H HH HHHHH HHHHH H H H HHH HHHH HH

H HHHHH HHH HHHH H H HHH HH H H H HHH HHHHH H H H

HHHH H HH H HHH HHHH HHH H H HH H H H HHH HHH HHH H

H HHH HH H HH H H HHH HH H H HH H H HHH H H HH H

HH HH HH HH HHH H H HHH H H H H H HHH HHH H H HHH

HHH HH HHHHH H HHHH HHH H H H HH HHH H H HHH H HHH

HHH HHH H H H HHHHH H HHHH H HHHH H H H HH H H H H

H HH H H HHH H HHHHHH H H H HH HH HH H HHHHHH HH

HH H H HHH H H HHHH H H HHHH H HH HH HH H HHHHH H HH H H

H HHHH H HHHH H HHH H HH H HH H HH H HH HH HHH H H

H HHH HH H H H H H HHH HH HHHHHHH HHH H H H HHHH H H H

HHH HH HH H HHH HHHHHHHH H HH H HHHHHH H H H HH HH H

HH H HH HH H H H H HHH H HHHH HHHH H H HH H HH H

HH H HH HHH HHHHHH H H HH HH H H HH HHH HH H

H H HHH H HHHH HHH H HH H HHH H HHHH H HH HHHHH H H

HH HHH H HHH HH H HHH H HH HH H H HH H H HHHH HH

HH H HHHHH HHH HHHHH HH H H H HHHHH H H HH HHH HHH HH HHHH

HHH H HHHH HHH H HHHHH HH H H HH H H HH HHHHH HHHH HH

H HHHH HH H H HH H H H HHHH H H H H H HH HHHH H HH H

H HHHH HHH HH H HH HHH H HHHHH H HHHHH H HH HH H H

H HHH HHH H HH H HH HH H H HH H HHHHHH HH HHH H HHH H

HHH HHHHHH HH H HHH H H H H H H HHH H H HHH HH H

H HHHH H H H HHHH HHH H HH HH H H HHHHHH H H H HHH HH

H H H HH H HHHH HHH HHHH H HH HHH H H H H HH H HHHH H

H HHH HH HHH HHH HHHH H H HH H HH H H HHH H

H H H H HH H HHH HH H HHH H H HH H H HH HH H HH H H H

H HH HH HH HH H H H H H H H HHH HH HHH

HH HH HHH H HHHH H HHH H HH HHHH H HH H HHHH H

HH H HH HH HH HH H H HHH HH H HH H H HHH HH H

H HH H H HH H H HH HHHHHH H H H H H H HH HHH HH H H H H

H H H H H HH H H HHHH H HH HHHHHHH HH HHHH H H H H H

H HHH HH H H HHH HH HHHH H HH H H H H HHH HH H

HH H H H HHH HH HH H H HH HH H H HHH HHHHH

HHH H HH H HH HH H H H H HH HH H H H HH

HHH H HH HH HHH HH HH HH H HHH HHHH H H HHH HH

HH HH HH HH H HHHHHH H HHHH HHH HHHHH HH H H HH

HHHHHHH HH H HHH HHHH H HHHHHHH HH HH H HH HHHHHHHHHHHH

H HHHH H HHHH H H HH HHHHH HH H H HHH HH HH HHH H

HH HH HHHH HH H HH H HHH H HH HH H H HH HHH H H H H H H

H H H HH H H HH H HH H H H HHH HHH HH H HHH HH H HH HH

H HHHHHHHH HHH HH H HHH HH HHH H H H H H H H H H

H HH H HHHH H HHHHH HH HHHH HH HH H H HH H H H HHHH H

H HH H H HHH H HHHHHHHHHH H HH H H H H HHH H H

HH HHHHHHH H H H HHHHHH HHHH H HH HH HHH HHH

HHH H HHH HHHH H H HH HHHH H HH HH HHHHH HHH H

H HHHH HHH H HHH H H HHH HH HHH HH H HH HHHH

HH HHHHH H HH H H H HH H HHH H HHH H HH HHH

H H H HHH H HHH HHHHHH HHHHH H HH HHHHH H HH HHH H HHH

HHHH HH HHHH HHHHH H H H H HH H H HH H H HH H H H

HH H H H HH H HHH HH HH HH H H HHHH H H HH H H HHH

HHH HH H H H HHH H HHHH H HH H H HH HH H H HHHH HH

HH HH H H HHH H HHH H HH HHHHH HHHHH H H H HHH H H

HH HH HHH HHHH H H HHH HH H H H HHH HHHHH H HHHH HH

H H HH HHH HHHH HHH H H HH H H H HHH HHHHHH H

HHH H HHHH H HH H H HHH HH H H HH H H HHH HH HH H

HH HHH H HH H H H H HH H H HH H HHHHHHH HHHH H H

H H HHH HHHHH HHH H HHH H H H HHH H HH HHH HHH H

H HH H H H HH H H H H HHH HH HH HHHH HH H HH H HH

H HH HHHHH H HHH H HH H HH HH HHHH HHHHH HHHHHHHHHH HH

HH H H H HH H H H HH H HHHH H H H H HHHHH HH H HH

HHH HHH H H HHHHH H HH H H HH H H HHH HH H HH HH HH HHH

H H HH H H H HH H H H H H HH HHHH HHH HH HH H HH

H H HHH H H H HHH HH HHH H HH H HHHHH HH H H

HH H HH H HHHH H H H HHH H H HH H H HHHHHHH HHHH HH

HH HH HH HHHHHH H HHHH H H H H H H HHHHHHHH HHH H H

H H H HHHHH HHH H HH H HHH H HHHH H HH H H H

H HHH HHH HH H HHH H HH HH H H HH H H HHHH HHHHH H

HH H H HHH HHHHH HH H H H HHHHH H H HH HHH HHHH H

H HH H HH HHH H HHHHH HH H H HH H H HH HHHHH HH

HHHH H H H HHH H H H HH H H H HHHH HHH HHHH HHHH HH H H

H H HHHH HHHH HHH H HH H HHH H HHHH HHH H HHH H HH

H HH HH H HHHH HH HH H H H HH H H H HHH HH H

HH HHHH HHH H HH H HH H H HHHH H H H HHH H HHH H

H H HHHH H H HH H H H H H H HHHHHH H H H HH HH HHH

HH HH HH HH H H H H H HHH HHH H H H H HH H H

HHH HHH H HH HHHHH HHH H H H HH H HH H H H H

H H H H HHHHH H HH HH H HH H HH H H HH HH H HH H HHHH

H HH H HHHHHHH HH H HH H H H H HHHHHH HHHHHHHHHHHHHH H H

HH HHH H H HHH H HH HH H HHHH HH H H HHHHHHHHHH

HH H HHH HH HH HHHH H HH H HHH H HHH HH HHHHH H H HH H

H HH H HH H H H H HH HH H HHH H H H HHHH H H H HH H H

H H H HH HH HH H H HHHH H HH HHHHHHH HH HHHH H HH H HHH

H HHH H H HHH HH HHHH H HH H H H H HH HHH H

HH HH HHHH H HHH HH HH H H HH HH H H HHH HHHH HHHHHHH

HH H HHH HH H HH HH H H H H HH HH H H HHHHH

HH HHH H HH H H HH HHHHH HH H HH H H H H

HHHHHHHHHH H H H H H H HHHH H H HHH HH H

H H HHH H HH H H HHHHHHH H HHH HHH HHHHH H

HH HHHH H H H H HH HHHHH HH HH H HH HH HH H HHH HH

H H H HHHHH H HH H HHH H HH HH H H HH HHH H H HH H H

HH HH HH H H H HH H HH H H H HHH HHH HH H HHH HH H H H

H HHH HH H HH HHHHH HH HHH H H H H HH H H H

H HH HH HHH H HHH HHHHH H HH HH HH H H HH H H HHH H

H H H H H HHH HHH HH HH H HHHH HH H H HHHH H HH HHHH

H H HHHHHHH HH HHH H H HHHHHHH HH HHHHH HH H

HH HH HH HHHH HHH HHH H HHHH H H H H HHHH HHHH

HHH HHH HHHH H H H H H HH H HHHHHHHHHHH HH H HH HH

H H HHHH H HHH HHH HH H H HHHH HHHH HHH HHH HHHH HH

Afbeelding 3

3 Is het geheel meer dan de som van de delen, of wat is leven? Het is een feit dat biologisch materiaal tenminste tot op heden niet kan worden gesynthetiseerd door uitsluitend gebruik te maken van chemische elementen. Nog minder geldt dat voor een cel. Het leven in al zijn verschijningsvormen, van de meest primitieve, zoals een virus, tot de hogere niveaus in flora en fauna, blijft een mysterie. Sommigen menen dat het een kwestie van tijd is dat de wetenschap leven zal kunnen verklaren, en zelfs in staat zal zijn biologische processen te

Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 5

reproduceren. Om zo ver te kunnen komen zou men de chemische processen moeten ontrafelen en in detail de onderliggende fysische fenomenen moeten bestuderen. In deze visie, wordt biologie toegepaste scheikunde, die op haar beurt weer toegepaste natuurkunde is. Anderen geven de voorkeur aan een holistische visie en beschouwen levende materie als iets dat niet tot levenloze blokken kan worden gereduceerd. Niet alleen de wetenschapper houdt zich bezig met de fundamentele aspecten van leven. Ook de filosofen hebben vanaf de Griekse oudheid diepe gedachten over het leven ontwikkeld. In vergelijking met levenloze dingen kwam Aristoteles tot de conclusie dat bij levende wezens op de eerste plaats een nieuw niveau van informatie aanwezig is. De naam organisme duidt reeds op de aanwezigheid van een structuur bestaande uit delen met verschillende functies. Deze informatie (vorm in de filosofische vaktaal)7 is er niet alleen voor verantwoordelijk dat het levende wezen is zoals het is, maar ook voor het gedrag en de verdere ontwikkeling in de tijd. Hierbij moet men denken aan groeien en herstel na een verwonding en ook aan voortplanting. Bij Democritus, de grondlegger van het atomisme en in zekere zin een voorloper van Aristoteles was de informatie in de dingen beperkt tot het geometrische patroon waarin de extreem kleine deeltjes gerangschikt waren. Deze deeltjes, die hij atomen noemde, waren allen aan elkaar gelijk en ondeelbaar (daarvan de naam a-tom, Grieks voor ondeelbaar). Met dit model maakt Democritus aannemelijk dat alle ons bekende dingen uiteindelijk kunnen worden gereduceerd tot elementaire deeltjes. Maar aan de sterke eenheid in de levende wezens wordt hierbij geen recht gedaan. Een deling van een steen levert gewoon 2 stenen op, de deling van een zoogdier, zoals een hond, levert iets geheel nieuws op, namelijk de twee delen van een dood wezen. Het reductionisme in zijn meest consequente variant is wijd verbreid onder wetenschappers. Het geheel is niet meer dan de som van de delen. Dat we nu nog gedwongen zijn het geheel afzonderlijk te beschouwen is alleen maar het gevolg van de nu nog gebrekkige stand van de wetenschap. In feite is alles, inclusief planten, dier en mens niets anders dan een agglomeratie van elementaire deeltjes met een bepaalde rangschikking. Bekend is de visie van Descartes in de 17e eeuw. Voor hem waren levende wezens niets anders dan complexe machines, zoals een horloge. Voor velen is dit schokkend, maar het geeft toch uitdrukking aan een belangrijke waarneming. Als wij het lichaam van een levend wezen, bij voorbeeld een mens, analyseren vinden wij uiteindelijk niets anders dan wat wij van de levenloze materie kennen. De wetten van de natuurkunde zijn net zo geldig voor de ingenieur als voor de bioloog en de arts. Deze waarneming alleen is niet in staat het volledige spectrum van biologische fenomenen te verklaren, maar wel sluit die zekere vormen van het vitalisme8 uit. Daarin wordt namelijk gesteld dat bepaalde niet lokaliseerbare substanties verantwoordelijk zijn voor specifieke biologische functies. De theoretische natuurkundige en Nobelprijs winnaar P.W. Anderson bracht in een artikel van 19729 in Science een belangrijk argument naar voren dat rechtstreeks met ons probleem te maken heeft. Hij maakt namelijk onderscheid tussen de weg van het complexe systeem naar de delen (reductionisme) en de omgekeerde weg van de delen naar het geheel (constructionisme). Hij schrijft: De hypothese van een reductionist betekent beslist niet dat de hypothese van een "constructionist" juist is. Het vermogen alles tot eenvoudige fundamentele wetten te reduceren is niet voldoende om uitgaande van deze wetten een reconstructie van het heelal te maken. Hij aanvaardt de stelling van de reductionist zonder daarbij bij voorbaat uit te sluiten dat het geheel onderworpen is aan nieuwe wetten die alleen op het hogere niveau verschijnen. In zijn artikel brengt hij enkele voorbeelden van zijn vakspecialisme naar voren waarbij hij aantoont dat bij toenemende schaal en complexiteit een verschuiving te vinden is van kwantitatieve naar kwalitatieve veranderingen. Dat betekent dat er reeds in de natuurkunde relatief eenvoudige systemen bestaan die niet begrepen kunnen worden in termen van de wetten en eigenschappen van de afzonderlijke delen. De door Anderson genoemde voorbeelden kunnen niet binnen de klassieke natuurkunde van voor 1930 worden begrepen. Concepten uit de kwantummechanica zoals superpositie en verstrengeling (entanglement) spelen hierbij een belangrijke rol. De daarmee verbonden fenomenen zoals supergeleiding, superfluiditeit en fotonverstrengeling zijn reeds vele decennia bekend en worden intensief bestudeerd met het oog op veelbelovende toepassingen. Het

Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 6

is niet de bedoeling deze voorbeelden hier nader te bespreken. Maar het is belangrijk op te merken dat zelfs in relatief eenvoudige systemen in de levenloze natuur nieuwe wetmatigheden een rol gaan spelen die niet op de afzonderlijke delen kunnen worden toegepast. Maar als men het geheel gaat ontleden, dan vindt men in overeenstemming met het reductionisme slechts de delen met hun welbekend gedrag.

4. Discussie Na de overwegingen in de twee voorgaande secties is het nu tijd om de rode draad van de inleiding weer op te pakken. Het ging erom na te gaan of de natuurkundige met de resultaten van zijn vakgebied relevante bijdragen kan leveren tot een beter begrip van evolutie. Tegelijk zou een vergelijking met fysica en metafysica een scherpere scheiding mogelijk maken tussen evolutie als science en evolutie als filosofisch wereldbeeld (metabiologie). De grote uitdaging daarbij is te komen tot een visie die rekening houdt zowel met de sterke eenheid van levende organismen als met de wetten van de levenloze natuur, die immers ook in levende materie gelden.

In sectie 2 werd onderzocht of een natuurkundige in staat is met zijn methodes toeval of opzet te onderscheiden. Het bleek dat het statistische karakter van de natuurwetten op microscopische schaal dit onderscheid fundamenteel onmogelijk maakt. Het is te verwachten dat ook de bioloog niet over gereedschap beschikt om dit onderscheid te maken. Er is de schrijver in ieder geval geen gefundeerde claim in de literatuur bekend. Deze overweging leidt tot een belangrijke conclusie: Als een bioloog meent te moeten constateren dat in de biologische objecten een ontwerper of zelfs een schepper zichtbaar wordt dan kan hij zich daarbij niet op de natuurwetenschappen beroepen. Zo’n uitspraak is niet die van een natuurwetenschapper, maar van een beoefenaar van de geesteswetenschappen, of van iemand die uiting geeft aan zijn diepe overtuigingen. Hetzelfde moet gezegd worden als met evenveel nadruk geclaimd wordt dat alles toeval is en meer niet. Ook hier spreekt niet de natuurwetenschapper. Beide klassen van uitspraken behoren bij het metaniveau waarbij de natuurwetenschappelijke feiten in het kader van een bepaalde metafysica of een bepaald wereldbeeld worden geanalyseerd.

In de derde sectie ging het om de verhouding tussen het geheel en zijn delen. Als het geheel kan worden verkregen door het zuiver geometrisch rangschikken van de delen dan zou evolutie van het eenvoudige tot het complexe een enigzins inzichtelijk proces kunnen blijken. Verstoringen van de ruimtelijke verdeling van de delen zouden immers vroeger of later tot een nieuw complex geheel kunnen leiden. Maar in dat beeld blijft de verbazingwekkende organische eenheid van de hogere levende wezens volledig onderbelicht. Volgens de bovengenoemde visie van Anderson moet men echter genuanceerder naar de overgang van de delen naar het geheel kijken. Het blijkt dat zelfs in relatief eenvoudige systemen het geheel niet kan worden geconstrueerd uit alleen de delen en de bijhorende wetten. Het is daarom te verwachten dat ook de meest complexe systemen, de levende wezens, niet uitsluitend uit de delen en de bijhorende wetten kunnen worden geconstrueerd. De extreme uitspraak van Karl Marx, Der Mensch ist was er ißt (de mens is wat hij eet) gaat niet alleen tegen de overtuiging van veel mensen in maar is ook wetenschappelijk gezien op zijn minst twijfelachtig.

Voor de bijhorende powerpointpresentatie zie:

http://www.slideshare.net/ADriessen/905-evolutie

Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 7

5. Literatuur 1 A. Driessen Complexiteit, NTvN

2 A. Lagendijk, De arrogantie van de fysicus, inaugurele rede 1989

3 De Broglie, Revue de metaphysique et de morale, 1947, 3, p 278.

4 voor een transcript van deze voordracht zie: John S. Bell, in Mathematical Undecidability, Quantum

Nonlocality and the Question of the Existence of God, A. Driessen and A. Suarez, eds., Kluwer Academic

Publishers, 1997. 5 A. Einstein, B. Podolsky and N. Rosen, Can quantum-mechanical description of physical reality be considered

complete?, Phys. Rev. 47, 777-780 (1935). 6 zie bij voorbeeld: Blake, W.J., Kærn, M., Cantor, C.R., & Collins, J.J., Noise in eukaryotic gene expression,

Nature 422, 633-637 (2003). 7 Voor de materie-vorm leer van Aristoteles, het Hylemorfisme, zie bij voorbeeld Störig, Geschiedenis van de

filosofie, Aula pockets, het Spectrum, 1994. 8 W.M. Kruseman, Vitalisme en Mechanisme, Synthese (Springer), 1, December 1935, pp 21-24.

9 P.W. Anderson, More is different, Science, 177, pp 393-396 (1972)