Waarom natuurwetenschappen studeren?

Facebooktwittergoogle_plusmail

In ons dossier, gewijd aan de polytechnische school (De democratische school, nr. 47, september 2011) schreef Nico Hirtt dat het eigen is aan de mens om te fabriceren en vooral om werktuigen te ontwerpen. Dit klopt. Zou men, meer in het algemeen, niet kunnen zeggen dat het eigen is aan de mens om te ontwerpen? En meer exact nog om te conceptualiseren. Om kennis te hebben van de wereld die hem omringt. Zeker, er bestaan talrijke soorten dieren die in staat zijn om anders te functioneren dan in het onmiddellijke nu. Bijvoorbeeld door jachtstrategieën te ontwikkelen of door reserves voor de winter aan te leggen. Een ethologisch onderzoek lijkt aan te tonen dat sommige soorten vogels in staat zijn tot 7 of 8 te tellen … . Maar de mens lijkt de enige soort te zijn die vragen stelt over zichzelf en over het tijdelijke karakter van zijn individuele bestaan.

Vóór de wetenschap

De prehistorie toont ons aan dat de Neanderthaler, een soort die dicht bij de onze staat en ongeveer 16.000 jaar geleden is verdwenen, vanaf een zekere periode zijn doden begraaft volgens een bepaald ritueel. Met een offergave van werktuigen en voedsel. Dit toont aan dat hij op zijn minst de mogelijkheid van een ander leven in overweging neemt. Onze eigen soort (de Homo sapiens), die ten tonele is verschenen zo een 200.000 jaar geleden, stelt zich waarschijnlijk zeer vroeg reeds vragen zowel op het collectieve als op het individuele vlak, over de zin van zijn aanwezigheid op aarde, zijn dood en wat erop volgt.

Zijn vragen daarover merkt men bijvoorbeeld doorheen de muurschilderijen of andere producties. Het ontstaan van godsdiensten is vermoedelijk een antwoord op zijn angst voor de dood. Maar niet alleen dat. De prehistorische mens leeft in een angstaanjagende wereld die onvoorspelbaar is op heel wat vlakken: wervelstormen, orkanen, stormen, onweren, branden, aardbevingen, vulkaanuitbarstingen. Minder angstaanjagend maar vaker voorkomend zijn hevige regen- of sneeuwbuien, die op onvoorspelbare wijze afwisselen met zonnige periodes. Al deze fenomenen, evenals ziektes, epidemieën en ongevallen, worden door de verschillende bevolkingsgroepen op verschillende manieren geïnterpreteerd. Maar de meesten zagen er de hand in van onzichtbare krachten: de goden.

Na de neolithische revolutie, zo een 10.000 jaar geleden, hecht men meer belang aan het beheersen van deze natuurkrachten. Door de uitvinding van de landbouw moet men kunnen rekenen op de gunsten van de goden om de oogsten te vrijwaren en om goede voorwaarden af te dwingen tijdens de zaaiperiodes. Daarom worden de relaties met de goden gesystematiseerd. In functie van de regio’s in de wereld creëren de verschillende beschavingen specifieke godsdiensten. Maar allen ontwikkelen ze mythes over de schepping en het ontstaan van de wereld. Dit is een onweerlegbaar bewijs van het feit dat de mens ten minste in deze periode (maar vermoedelijk reeds vroeger) zich niet alleen vragen stelt over de meteorologie of andere natuurlijke fenomenen, maar ook over de grote existentiële vragen.

Naarmate de mens evolueert, stelt hij zich niet meer tevreden om van generatie tot generatie de mythes over het ontstaan van de wereld te herhalen. Sommigen beslissen dat de wereld ook te vatten is met hun eigen hersenen. Het discours over de wereld wordt dan ook rationeler, onderworpen aan logische regels. Dit proces vat aan rond de 5° eeuw voor Christus, een beetje overal ter wereld. Dit is de intrede van de filosofie. In het Westen noemt men deze periode ‘het Griekse mirakel’ want het is deze mediterrane beschaving die “onze” filosofie ontwikkelt. Andere filosofieën zien het daglicht in India, China, het Midden-Oosten, … .

De komst van de filosofie betekent een onmiskenbare vooruitgang in de geschiedenis van de mensheid. Het gevoerde discours beantwoordt aan een zekere rationaliteit. Maar ook al is een deel daarvan gebaseerd op observatie, het is helemaal nog niet gesystematiseerd. De meeste filosofische strekkingen zijn idealistisch. Dat betekent dat ze ervan uitgaan dat het geheim van de filosofie eruit bestaat “ideeën” (een beetje in de zin van “concepten”) te ontdekken die ons toelaten de wereld te vatten. De test voor de geldigheid van deze ideeën bevindt zich eerder in de logische coherentie dan in het materiële bewijs. Er bestaan uiteraard ook materialistische stromingen, die ervan uit gaan dat het functioneren van de wereld gebaseerd is op materiële principes en niet op de grillen van goden of op vooraf bestaande Ideeën. Maar deze stroming is te schraal om een realistisch discours over de wereld te kunnen voeren.

De komst van de experimentele periode

We moeten tot de Renaissance en zeker de 17° eeuw wachten alvorens we datgene zien verschijnen wat wij doorgaans de moderne wetenschap noemen. Deze verschijnt vanuit de samenvloeiing van verschillende factoren. Sommige technische evoluties maken een materiële studie van de wereld rondom ons mogelijk. De ontwikkeling van de wiskunde blijkt ook een kostbaar instrument te zijn om de concepten te vertalen in een formele taal. En tenslotte wordt de nog embryonale ontwikkeling van de kapitalistische productie begunstigd door een empirische observatie. Die maakt het mogelijk om enkele “fundamentele wetten” te ontwikkelen.

Men beschouwt Galilei vaak als de vader van deze moderne wetenschap. Het is hier niet de plaats om alle historische ontwikkelingen (voor en na Galilei) in detail te bespreken, die hebben geleid tot de wetenschap die we kennen. Het is wel fundamenteel de methode te begrijpen die haar typeert. Men noemt ze vaak de “experimentele methode”. Of, meer precies, de “hypothetisch deductieve methode”. Ze vertrekt vanuit een observatie, toevallig of niet, van een natuurlijk fenomeen : de val van een lichaam, de beweging van de sterren aan de hemel, de transformatie van een lichaam onder invloed van de warmte of door het contact met een ander lichaam, enz. … . De wetenschapper formuleert dan een of meerdere hypotheses om het fenomeen te verklaren. Deze hypothese hebben vaak voorspelbare gevolgen in welbepaalde omstandigheden. Deze kunnen dan experimenteel uitgetest worden door de omstandigheden in kwestie na te bootsen. Ofwel worden de gevolgen niet bevestigd en dan wordt de hypothese verworpen. Ofwel worden ze bevestigd en wordt de hypothese aanvaard. Vanuit een nieuwe hypothese kunnen nieuwe gevolgen worden afgeleid. En opnieuw worden die getest. En zo gaat het verder. Het gaat hier om een sterk vereenvoudigde, zo niet zelfs wat simplistische, beschrijving van het functioneren van de wetenschap. In feite wordt een hypothese doorgaans maar voor de helft aanvaard en moet ze nog worden vervolledigd, eerder dan ze te verwerpen of te aanvaarden zonder voorbehoud. Het is ook mogelijk dat de hypothese omwille van technische redenen onmogelijk kan getest worden gedurende een periode die vrij lang kan zijn.

Trouwens, de verschillende hypotheses betreffende een zelfde type fenomenen hebben niet de bedoeling naast elkaar geplaatst te worden. Integendeel, het gaat erom een verband te leggen tussen de verschillende fenomenen en zo het aantal onafhankelijke hypotheses te beperken. Door zo te handelen kan men een theorie opbouwen. Deze theorie heeft haar eigen coherentie en leidt vaak tot nieuwe voorspellingen die experimenteel kunnen getest worden. En zo wordt het fenomeen hervat. De wetenschap heeft dus niet alleen als doel de fenomenen te beschrijven maar vooral ze te begrijpen. Dat betekent dat men het onderlinge verband wil ontdekken. Om maar een voorbeeld te noemen: de beweging van de planeten rond de zon en het vallen van een steen op aarde zijn te wijten aan een enkel fenomeen: de universele wetten van de zwaartekracht.

De enige manier om de natuur te kennen en te begrijpen

Fenomenen die op het eerste zicht zo ver uit elkaar liggen tot een geheel maken, dat vergt tijd. Ook omdat de gevolgen niet steeds meetbaar en te testen zijn. De vooruitgang van de wetenschap is dus niet lineair. Maar het is belangrijk te begrijpen dat de enige manier om tot kennis en begrip van de natuurlijke wereld te komen de wetenschappelijke methode is. Er bestaat geen andere. Elk discours over een natuurlijk fenomeen dat zich niet baseert op de wetenschap, is noodzakelijkerwijs te verwijzen naar de kwakzalverij. Daarom net is het belangrijk dat jongeren wetenschappen studeren. Ze moeten weten dat er geen andere bron van kennis is wat de natuur betreft. Vanuit deze visie, betekenen de wetenschappen een fenomenale vooruitgang in de geschiedenis van het mensdom. Het zou onaanvaardbaar zijn dat een deel daarvan afgesloten blijft van die bron van kennis.

Het is ook belangrijk het waarheidsgehalte van het wetenschappelijke discours te begrijpen. Specifiek daarvoor is dat het weerlegbaar is. Als ik hier stel dat ik water verkrijg als ik waterstof met zuurstof verbind, kan men dat controleren. Als ik beweer dat wie geboren is onder het teken van de steenbok vandaag een belangrijke ontmoeting zal hebben, dan is dat zo vaag dat het niet weerlegbaar is. Deze laatste stelling is dus niet wetenschappelijk. Op een moment waarop zelfs in de meest ernstige dagbladen horoscopen gepubliceerd worden, is het niet nutteloos daarop te wijzen. En meer in het algemeen merken we een gevoelige stijging van het irrationele discours. In deze zeer troebele tijden, op het moment dat het economisch systeem aan het ineenstorten is omwille van zeer rationele redenen, verkiest men waarschijnlijk dat de meeste burgers niet in staat zijn om strakke rationele redeneringen te voeren.

Zijn wetenschappelijke waarheden dan absoluut ? Neen. Het gebeurt wel eens dat een wetenschappelijke theorie in vraag wordt gesteld. Sommigen profiteren daarvan om het wetenschappelijke discours als ongeloofwaardig te bestempelen, of op zijn minst te relativeren: geloof die wetenschappers niet teveel, ze stellen hun eigen woorden in vraag! Maar het is net omdat het weerlegbaar is, dat het wetenschappelijk discours zo betrouwbaar is. Je zal zelden een astroloog ontmoeten die toegeeft dat Saturnus finaal niet in een goede positie stond voor de Schorpioenen … . Ja maar, zo antwoordt men dan, hoe kan ik vertrouwen hebben in een discours dat vatbaar is voor afwijzing? Het is belangrijk te beseffen dat wetenschappelijke stellingen meestal niet de reeds verworven kennis over een bepaald gegeven willen wegvegen. Meestal brengen ze daar een aanvulling aan. Zo kan iedere nieuwe ontdekking de kans bieden om dichter te komen bij de meest adequate beschrijving van de realiteit. En dit betekent niet dat de vorige visies absurd waren. Ze waren alleen minder dicht bij de realiteit.

Als ik bijvoorbeeld de mitochondriën in een cel ontdek, betekent dat niet dat mijn vorige beschrijving verkeerd was. Ze was alleen minder compleet. Zelfs als er sprake is van “wetenschappelijke revolutie”, dus van een fundamentele herziening van vorige opvattingen, zal men toch zelden al het voorgaande naar de prullenbak verwijzen. Laat ons een concreet voorbeeld nemen om dit te illustreren.

In het begin van de 18° eeuw verbindt Newton een ganse reeks empirische kennissen met elkaar: de wet van de val van lichamen van Galilei en de wetten van Kepler die de baan van de planeten om de zon beschrijven. En hij stelt voor een wet aan te nemen die zegt dat om het even welke twee objecten door elkaar worden aangetrokken door een kracht die recht evenredig is met hun massa en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand die hen scheidt. Dat is de wet van de universele zwaartekracht. Deze laat ons toe inzicht te verwerven in de bewegingen van lichamen die op aarde vallen en van deze van planeten en satellieten in het zonnestelsel. Als je het algemene karakter ervan aanvaardt, kan men de wet ook toepassen op de bewegingen van dubbele sterren, op de structuur van melkwegen (gigantische gehelen van sterren), enz. . Noties die volledig onbekend waren ten tijde van Newton. Meer zelfs, door onregelmatigheden (ten opzichte van de wet) te observeren in de baan van Uranus, is het mogelijk geweest het bestaan te ontdekken van een achtste planeet, die tot dan onbekend was: Neptunus. Om maar te zeggen hoe vruchtbaar deze wet is geweest. En nochtans wordt ze heden ten dage niet meer aanvaard door fysici. Newton zelf zag reeds dat er een probleem was: hoe valt het te verklaren dat lichamen door elkaar kunnen aangetrokken worden zonder het minste onderlinge contact en zonder tussenkomst?

In de 20ste eeuw formuleert Einstein een nieuwe theorie van de zwaartekracht, die hij de Algemene Relativiteit (AR) noemt. Het is onmogelijk om die in dit kader te beschrijven maar laat ons zeggen dat ze het probleem oplost door te stellen dat elk massief lichaam de meetkunde van de ruimte lokaal wijzigt en het is deze meetkunde die ons toelaat de bewegingen waar te nemen. De enige theorie betreffende de zwaartekracht die vandaag geldig is, is de AR.

Betekent dit dat de wet van Newton naar de prullenbak verwezen moet worden? Geenszins. Vooreerst, het idee om de bewegingen op aarde en in de ruimte samen uit te leggen, blijft volledig geldig. Ten tweede omdat in de meeste omstandigheden de voorspellingen van beide theorieën identiek zijn. En gezien deze van Newton makkelijker toe te passen is, is het nutteloos beroep te doen op de AR bij de meeste problemen. Daarom precies blijven scholieren de wet van Newton bestuderen. Nochtans is de superioriteit van de AR algemeen aanvaard gezien er verschillende experimentele verificaties van zijn. Sommige waargenomen fenomenen waren immers niet voorzien door Newton en worden perfect beschreven door de AR (afleiding van het licht door massa’s bijvoorbeeld). Betekent dit dan dat deze theorie de ultieme waarheid bevat? Waarschijnlijk niet. Ze vertoont nog enkele onverenigbaarheden met de kwantumtheorie die nodig is voor de beschrijving van het oneindig kleine. Fysici werken aan de uitwerking van een theorie die beiden verzoent. Als ze erin slagen, is het waarschijnlijk dat de AR beschouwd zal worden als een benadering van de realiteit. Maar de nieuwe theorie zal onvermijdelijk de fenomenen moeten verklaren die door de AR zijn voorzien. Dit zal een betere benadering zijn dan de theorie van Newton, die zelf al een grote vooruitgang betekende in ons inzicht in het universum.

Sciëntisme ?

Bij het lezen van dergelijk pleidooi ten gunste van de wetenschap zullen sommigen waarschijnlijk wel roepen dat het om puur sciëntisme gaat. Beweren dat de wetenschap de enige bron is van kennis van de natuur mag dan wel pretentieus lijken maar het is nochtans de realiteit. En er zijn uiteraard ook analogieën. Wie zou eraan durven twijfelen dat de geschiedenis een betrouwbaardere beschrijving van het verleden is dan de mythologie ? En betekent dit dat alles wat van de wetenschappelijke wereld komt perfect is? Helemaal niet en dit omwille van twee redenen.

Vooreerst mag je de wetenschap niet verwarren met de wetenschappers. Deze laatsten zijn menselijke wezens met hun kleine kantjes, hun egocentrisme soms. Ze kunnen er dus toe gebracht worden hun glorie of hun persoonlijk belang voorop te stellen. Ook in de wetenschap bestaat er fraude. En die kan soms lang aanslepen. Het zou dus verkeerd zijn de individuele dwalingen te verwarren met de discipline zelf.
Ten tweede mag men niet uit het oog verliezen dat de wetenschap en de wetenschappers binnen een gegeven maatschappij functioneren. De resultaten kunnen voor het beste maar ook voor het ergste worden gebruikt. Maar het gaat dan om een keuze van een maatschappij, om politieke keuzes. In een maatschappij, gebaseerd op optimale winstmaximalisatie, hoeft men zich dan ook niet te verbazen dat sommige wetenschappers zich ten dienste stellen van soms twijfelachtige doelstellingen. Als ik geoloog ben, dan kan ik beslissen om me ten dienste te stellen van petroleummaatschappijen of integendeel helpen aan het onderzoek naar duurzame oplossingen voor het energieprobleem. De wetenschappelijke gegevens kunnen gebruikt worden om de meest vernietigende technologieën op punt te zetten maar evenzeer voor de oplossing van de problemen van de armste bevolkingsgroepen.

Wat men met de wetenschap aanvangt is dus een permanent debat. Maar het is fundamenteel te begrijpen dat de wetenschap de enige manier is om objectieve informatie over de natuur te verwerven. Het doel van het wetenschapsonderwijs in de gemeenschappelijke school is dus dubbel. Enerzijds is het essentieel de methode te verwerven teneinde het eigene van het wetenschappelijke discours te begrijpen. Dit is van het allergrootste belang om een rationele geest te ontwikkelen en om zowel het obscurantisme als het relativisme te bestrijden. Anderzijds is het even belangrijk de grote lijnen van de tot nu toe door de wetenschap bereikte resultaten te kennen en te begrijpen. Om de basis van de technologie te begrijpen, bepaalde noties te demystifiëren en om een materialistische visie over de wereld te hebben. En dit met als doel aan de verandering ervan te kunnen deelnemen.

Wellicht is het te verkiezen om dit te illustreren via het voorbeeld van concrete disciplines. In dit opzicht vinden we dat jongeren tijdens hun schoolopleiding vier wetenschapsvakken zouden moeten hebben. De drie reeds bestaande (met een variabele ‘dosering’ volgens de studierichting): fysica, chemie en biologie. En daarnaast nog een cursus geologie.