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.