Streven. Jaargang 7

[p. 139]

Wetenschappelijke kroniek
Determinisme of indeterminisme in de natuur
Is er een kentering in de opvattingen der physici op komst?
door Prof. Dr P.H. van Laer

OP het elfde internationale congres voor wijsbegeerte, gehouden te Brussel van 20 tot 26 Augustus 1953, is er in de sectie ‘Philosophie et méthodologie des sciences de la nature’ een voordracht gehouden door André Metz¹⁾ met als titel: ‘L'évolution récente de la mécanique quantique et la philosophie des sciences’. In deze voordracht zette de inleider uiteen dat er tekenen zijn, die er op wijzen dat bij sommige physici er zich een verandering aan het voltrekken is in de opvatting betreffende het z.g. ‘indeterminisme van de natuur’. Er is over dit probleem zoveel geschreven, ook in populair wetenschappelijke verhandelingen, dat hier wel kan worden volstaan met een korte uiteenzetting van de status quaestionis.

Tot het begin van deze eeuw had men terecht algemeen gehouden (meestal onbewust, want men maakte er zich geen probleem van), dat in de stoffelijke natuur alles gedetermineerd verloopt, d.w.z. dat men daar te doen heeft met oorzaken die natuurnoodzakelijk op een bepaalde wijze werken, wat tijdstip, aard en intensiteit van activiteit betreft. In deze eeuw werden er echter merkwaardige ontdekkingen gedaan, welke voor velen aanleiding waren om de klassieke natuurbeschouwingen op dit punt te herzien en luide te verkondigen dat men een fundamenteel indeterminisme in de elementaire natuurverschijnselen had gevonden. Hiermee werd dan bedoeld dat bepaalde verschijnselen op atomair niveau, b.v. verschijnselen van radioactiviteit en straling, in hun optreden niet volkomen bepaald zouden zijn door hun eigen natuur en de invloed der omgeving, maar dat er hier een zekere ‘spontaneïteit’ zou zijn, wat betreft het tijdstip, en een zekere fundamentele vrijheid om van een aantal mogelijkheden er een te verwerkelijken. Het is voor de physicus dan hoogstens mogelijk voor ieder van die mogelijkheden een bepaald kansgetal vast te stellen. Sommigen zijn zelfs zover gegaan dat ze voor dergelijke gevallen gingen spreken van een ‘vrije keuze’, wat dan een analogon zou zijn van de menselijke vrije wil.

In dit opzicht zijn vooral van invloed geweest publicaties van Heisenberg en anderen betreffende de z.g. ‘onzekerheidsrelaties’. Het blijkt nl. om physische redenen principieel onmogelijk te zijn tegelijk die grootheden precies te meten welke vereist zijn om een bepaalde begintoestand nauwkeurig te kennen (b.v. plaats en snelheid van een deeltje op hetzelfde ogenblik). Naarmate men de ene van twee gecorreleerde grootheden nauwkeuriger tracht te bepalen, is de on-

1) Actes du congrès, vol. VI, 156-158.

[p. 140]

nauwkeurigheid aangaande de andere grootheid groter. Er blijft dus altijd een fundamentele onzekerheid, en dientengevolge is het ook principieel onmogelijk het toekomstig verloop van de verschijnselen nauwkeurig te voorspellen, waardoor het criterium, dat ter contrôle zou kunnen dienst doen, wegvalt. Daar Heisenberg en velen van zijn tijdgenoten en volgelingen nogal positivistisch waren georiënteerd en voor hen dus de zintuigelijke verifieerbaarheid als enig criterium voor de waarheid van een stelling gold, hebben zij, op grond van de onmogelijkheid om de bepaaldheid van een toestand door waarneming vast te stellen, verklaard dat zulk een toestand fundamenteel onbepaald is. Eerst door een ingreep van buiten af (een experiment) wordt een van de vele verborgen mogelijkheden werkelijk. Hier hebben we dan het beruchte z.g. ‘indeterminisme’ van de natuur. Tegen een voor de hand liggende op werping dat de betrokken toestand toch wel in zichzelf bepaald kan zijn, maar dat de bepalende parameters alleen voor ons verborgen blijven, beriep men zich dan vaak op von Neumann die aangetoond had dat de vorm van de wetten van de golfmechanica niet verenigbaar is met het bestaan van zulke ‘verborgen parameters’. ‘On en avait tiré cette conclusion que l'indéterminisme quantique ne pouvait pas admettre de détrminisme sous-jacent’²⁾. Soms ging men nog verder in zijn conclusies en verwierp ook nog de geldigheid van het causaliteitsbeginsel. Voor ieder die realist is in zijn natuurbeschouwing en enig inzicht heeft in de problemen van causaliteit en determinisme, is het duidelijk dat de zo juist genoemde conclusies te ver gaan en op generlei wijze gefundeerd kunnen zijn in de resultaten van physische waarnemingen. Straks zal dit punt nog even aan de orde komen.

Om zijn uiteenzetting te adstrueren wees Metz op een recente en geruchtmakende voordracht van Louis de Broglie, gehouden op 31 October 1952 en getiteld: ‘La physique quantique restera-t-elle indéterministe?’. De tekst van deze voordracht is in enigszins gewijzigde en uitgewerkte vorm, en gevolgd door diverse bijlagen, gepubliceerd in een brochure met dezelfde titel³⁾. De voordracht van Metz en een gesprek met de physicus en philosoof Jean-Louis Destouches was voor schrijver dezes aanleiding deze publicatie van de Broglie te bestuderen. Wegens de belangrijkheid van het onderwerp wordt hierbij de korte inhoud van deze brochure, gevolgd door enkele beschouwingen, aan de lezers van dit tijdschrift aangeboden.

Na een korte inleiding en een uitvoeriger ‘Exposé général’, waarin de Broglie zijn vroeger en tegenwoordig standpunt uiteenzet, volgen een aantal bijlagen in twee groepen. De eerste groep (b. 23-63) bevat de ‘Documents anciens (1924-1927)’, een vijftal artikelen (A₁-A₅) van de schrijver in de aangegeven tijdsperiode, terwijl de tweede groep (b. 65-88) de ‘Documents récents (1951-1952)’ bevat, waarvan er vijf (B₁-B₃, B₅ en B₇) van de Broglie zijn en twee (B₄ en B₆) van Jean-Pierre Vigier. De brochure eindigt ten slotte met een ‘Contribution de M. Jean-Pierre Vigier’ (b. 89-111). De oude en nieuwe ‘documents’ hebben in het algemeen een zeer technisch-mathematisch karakter en zijn alleen voor ingewijden te volgen en ook alleen voor hen van belang. Tussen de twee tijdsperiodes van beide groepen geschriften ligt een kwarteeuw, en wel een kwarteeuw waarin de physica met reuzensprongen is vooruitgegaan

2) A. Metz: l.c. b. 156.

3) Louis de Broglie: La physique quantique restera-t-elle indéterministe? Paris, Gauthiers-Villars. 1953.

[p. 141]

en waarin veel oude opvattingen werden verworpen en door nieuwe vervangen. Maar het merkwaardige is nu dat dit tijdsverloop voor de Broglie een terugkeer heeft gebracht tot zijn oorspronkelijke opvattingen. Hoe dit gebeurd is zet hij uiteen in het eerste gedeelte van de brochure waartoe we nu zullen terugkeren.

De schrijver begint met een historische uiteenzetting betreffende de physische opvattingen aangaande stof, licht en electriciteit. Omstreeks 1920 wist men dat licht zich op twee wijzen kan voordoen, nl. in de vorm van deeltjes of met een golfkarakter. Hij beschrijft dan hoe hij zelf er toe kwam dit duale karakter ook voor de ponderabele materie aan te nemen (dissertatie 1924). Aangaande de physische interpretatie van deze dualiteit ontstonden drie verschillende opvattingen, welke respectievelijk de namen konden dragen van Schrödinger, de Broglie en Bohr. Zo was de toestand tot 1927, toen de Broglie op verzoek van Lorentz een voordracht hield voor het vijfde Solvay-Congres te Brussel. Hier zette hij zijn ‘théorie de l'onde-pilote’ uiteen, welke de deeltjes beschouwt als realiteiten die geleid worden (‘guidé’) door golven. Er kwam hevig verzet van de zijde van Schrödinger, Pauli, Bohr, Heisenberg, Born, enz., van wie vooral de vier laatstgenoemden ieder voorstellingsbeeld van de realiteit verwierpen en een zuiver probabilistische interpretatie gaven. De inleider vond alleen enige steun van Einstein, en vooral van de voorzitter Lorentz, die met kracht als zijn overtuiging uitsprak dat de physica deterministisch moest blijven en dat men moest doorgaan met een realistische beschrijving in het klassieke kader van ruimte en tijd. Ontmoedigd door de felle tegenstand, welke zijn theorie op het congres had ondervonden, liet de Broglie zijn theorie varen en ging over naar de andere zijde waar hij een kwarteeuw zou blijven. ‘.... je me décourageai et me ralliai à l'interprétation purement probabiliste de Bohr et Heisenberg. Depuis vingtcinq ans, je l'ai adoptée comme base de mon enseignement et exposée dans mes livres et mes conférences’ (b. 13). Aan de nieuwe opvattingen werden z.g. wijsgerige perspectieven gekoppeld. ‘Le corpuscule n'est plus un objet bien défini dans le cadre de l'espace et du temps; il n'est plus qu'un ensemble de potentialités affectées de probabilités, il n'est plus qu'une entité qui se manifeste à nous d'une façon fugitive tantôt sous un aspect, tantôt sous un autre. .... Quant à l'onde, elle perd aussi, plus totalement encore que le corpuscule, sa signification physique ancienne: elle n'est plus qu'une représentation de probabilités (un élément de prévision, dit M. Destouches) dépendant des connaissances acquises par celui qui l'emploie.... Du même coup, disparait le déterminisme des phénomènes admis par l'ancienne Physique et qui était lié à la possibilité de se faire une image précise de la réalité physique dans le cadre de l'espace et du temps. On ne peut plus en général prévoir avec certitude les phénomènes qui vont avoir lieu: seules les probabilités des divers phénomènes possibles sont accessibles à nos calculs’ (b. 14). In de hele quantumphysica hebben we volgens deze opvatting uitsluitend te doen met een ‘probabilité pure’, welke niet te verenigen is met het bestaan van verborgen parameters. In de volgende vijf en twintig jaren was dit de vrij algemene opvatting der physici, met slechts enkele uitzonderingen als Einstein en Schrödinger, die zich tegen de zuiver probabilistische interpretatie bleven verzetten.

In de laatste jaren echter is er een kentering gekomen. De Amerikaan Bohm en de Fransman Vigier namen opnieuw de oorspronkelijke theorieën van de Broglie als uitgangspunt van hun beschouwingen. Deze stoutmoedige pogingen waren ook voor de Broglie aanleiding zijn vroegere opvattingen weer op te

[p. 142]

nemen en ze, gedeeltelijk in samenwerking met Vigier, te herzien en uit te werken, zodat ze nu op uitgestrekte gebieden tot hetzelfde resultaat leiden als de ‘probabilistische’ theorieën, maar daarenboven op sommige gebieden waarschijnlijk beter dan deze in staat zijn een bevredigend beeld van de werkelijkheid te geven. ‘La question qui se pose est finalement de savoir, Einstein l'a souvent souligné, si l'interprétation actuelle qui utilise uniquement l'onde ψ à caractère statistique est une description “complète” de la réalité, auquel cas il faut admettre l'indéterminisme et l'impossibilité de représenter les réalités de l'échelle atomique d'une façon précise dans le cadre de l'espace et du temps, ou si, au contraire, cette interprétation est “incomplète” et cache derrière elle, comme les anciennes théories statistiques de la Physique classique, une réalité parfaitement déterminée et descriptible dans le cadre de l'espace et du temps par des variables qui nous seraient cachées, c'est-à-dire qui échapperaient à nos déterminations expérimentales’ (b. 21).

Het is hier niet de plaats om deze uiteenlopende theorieën naar hun physische verdiensten te vergelijken en te beoordelen. Wat echter van meer belang is en deze beknopte behandeling in dit tijdschrift rechtvaardigt, is de epistemologische achtergrond welke men achter deze worsteling van ideeën ontdekt. Het is de onuitroeibare drang naar een realistische natuurbeschouwing, welke wel tijdelijk, vooral in tijden waarin positivistisch georiënteerde strevingen overheersen, kan gehinderd worden zich te uiten, maar welke nooit geheel verdwijnt en in onbewaakte ogenblikken zich steeds weer baanbreekt. ‘Or le physicien reste instinctivement, comme Meyerson l'a naguère fortement souligné, un “réaliste” et il a pour cela quelques bonnes raisons: les interprétations subjectivistes lui causeront toujours une impression de malaise et je crois que finalement il serait heureux de s'en affranchir’ (b. 20).

Ook lijkt het schrijver dezes van belang, in het verband met het voorgaande, er weer eens op te wijzen, dat de resultaten van een zuiver physisch onderzoek en van zuiver physische theorieën nooit uitsluitsel kunnen geven over de waarde van zuiver wijsgerige stellingen, als b.v. die betreffende causaliteit en determinisme, welke niet beperkt zijn tot de zintuigelijk-waarneembare natuur, en waaromtrent de zekerheid verkregen wordt door verstandelijk inzicht. Physische theorieën kunnen komen en gaan, maar de wijsgerige leer van causaliteit en determinisme kan er niet door aangetast worden, omdat zij op een geheel ander plan ligt. Als physische theorieën schijnbaar een wijsgerige betekenis hebben of schijnen te leiden tot wijsgerige consequenties, dan is dit alleen omdat zij in hun grondslagen wijsgerige elementen bevatten of geprojecteerd worden tegen een wijsgerige achtergrond. Hiervan is ook de Broglie overtuigd blijkens het volgend citaat: ‘L'histoire des sciences montre que les progrès de la Science ont été constamment entravés par l'influence tyrannique de certaines conceptions que l'on avait fini par considérer comme des dogmes. Pour cette raison, il convient de soumettre périodiquement à un examen approfondi les principes qu'on a fini par admettre sans plus les discuter’ (b. 22). Inderdaad kan men in de moderne historie der natuurwetenschappen diverse voorbeelden aanwijzen van ingeslopen wijsgerige a priori's, welke zelf weer aanleiding hebben gegeven tot het trekken van z.g. wijsgerige conclusies uit physische resultaten; ten onrechte. Wel is het natuurlijk in een enkel geval mogelijk dat ervaringsgegevens aantonen dat een bepaalde wijsgerige theorie niet houdbaar is (b.v. de theorie van het mechanicisme), maar dan is ze ook nooit als algemene verklaringstheorie voor de

[p. 143]

realiteit juist geweest, en zulk een geval is dan ook geen argument voor de soms verkondigde opvatting dat wijsgerige theorieën even wisselvallig zijn als physische theorieën. Zulk een opvatting zou een miskenning zijn van de geheel eigen aard en het absolute karakter der wijsbegeerte. De physische middelen en onderzoekingsmethodes zijn volkomen inadaequaat om in zuiver wijsgerige kwesties licht te verschaffen. Dit wordt ook meer en meer door physici ingezien, zoals uit recente publicaties blijkt. Men denke b.v. aan een passage uit een recent boek van Schrödinger⁴⁾, waar hij naar aanleiding van een analoog geval het volgende zegt: ‘I cannot believe that the deep philosophical enquiry into the relation between subject and object and into the true meaning of the distinction between them depends on the quantitative results of physical and chemical measurements with weighing scales, spectroscopes, microscopes, telescopes, with Geiger-Müller-counters, Wilson-chambers, photographic plates, arrangements for measuring the radioactive decay, and whatnot. It is not very easy to say why I do not believe it. I feel a certain incongruity between the applied means and the problem to be solved’.

De onderhavige brochure van de Broglie is dus verheugend, omdat zij aantoont dat ook bij de mens, die physicus is, ofschoon meestal onbewust en verborgen, juiste inzichten aanwezig zijn betreffende bepaalde fundamentele aspecten der stoffelijke realiteit, inzichten welke blijkbaar zeer gemakkelijk en als het ware vanzelf tot stand komen en onveranderlijk zijn. Alleen is het jammer dat de schrijver op het punt van het determinisme nog enige mogelijkheid tot twijfel laat, voor het geval nl. de nieuwe uitwerking van zijn theorie niet bestand zou blijken te zijn tegen de critiek. Hijzelf is dus blijkbaar nog steeds niet geheel overtuigd van het absolute karakter van de wijsgerige uitspraken. Waarschijnlijk komt dit, omdat hij, blijkens diverse passages, geen volkomen juist inzicht heeft in het eigenlijke probleem van het determinisme. Terwijl de uitspraak dat er determinisme is in de natuur, zoals we boven gezien hebben, niets anders zegt, dan dat men in de stoffelijke natuur te doen heeft met natuurnoodzakelijk-werkende oorzaken, van welke aard deze overigens ook mogen zijn, d.w.z. met oorzaken die krachtens hun natuur noodzakelijk op een bepaalde wijze werken, d.i. op geen enkele wijze vrij zijn, noch wat wijze en intensiteit van hun activiteit, noch wat het tijdstip van werken betreft, ziet de Broglie, zoals trouwens vele anderen, in het determinisme meer de mogelijkheid om zich een duidelijk beeld te maken van de realiteit en met behulp daarvan het toekomstig verloop met nauwkeurigheid te voorspellen. Dit blijkt op verschillende plaatsen in de brochure, b.v. op b. 14: ‘Du même coup, disparait le déterminisme des phénomènes admis par l'ancienne Physique et qui était lié à la possibilité de se faire une image précise de la réalité physique dans le cadre de l'espace et du temps’. Ook Vigier blijkt in zijn bijdrage tot deze brochure dezelfde opvatting te huldigen.

Ondanks de gesignaleerde feilen is de hier besproken publicatie om de bovengenoemde redenen van belang. Men kan er een symptoom in zien van een terugkeer tot de meer realistische en meer gezonde opvattingen aangaande de natuur, zoals ze gangbaar waren voordat de Wiener Kreis en het daaruit zich ontwikkelend neo-positivisme de natuurwetenschappelijke wijze van denken en werken als de alleen-zaligmakende hebben uitgeroepen, en de waarheid van alle

4) E. Schrödinger: Science and Humanism; Cambridge, University Press, 1951.

[p. 144]

uitspraken omtrent de stoffelijke realiteit hebben onderworpen aan het criterium van de zintuigelijke verifieerbaarheid. Als zulk symptoom is deze brochure inderdaad van belang. Trouwens ze staat als zodanig niet alleen. Wie de moderne literatuur op dit gebied enigszins volgt, zal meer van dergelijke tekenen van kentering in de wijsgerige opvattingen van physici kunnen waarnemen. Het zal interessant zijn deze ontwikkeling van nabij te volgen.

Voor een meer uitvoerige beschouwing aangaande de problemen van causaliteit en determinisme in de stoffelijke natuur wordt de lezer verwezen naar de volgende publicaties: A.G.M. van Melsen: Natuurwetenschap en wijsbegeerte; Utrecht, Het Spectrum, 1946; b. 133 e.v.; en The Philosophy of Nature; Pittsburgh, Pa, Duquesne University Press, 1953; b. 206 e.v.; verder de speciaal aan deze problemen gewijde publicaties van schrijver dezes: Causaliteitsbeginselen en moderne physica; Euclides, 23, 15-26, 1947/1948; Causaliteit, determinisme, voorspelbaarheid; Euclides 23, 209-213, 1947/1948; en vooral: Causalité, déterminisme, prévisibilité et science moderne; Revue philosophique de Louvain 48, 510-526, 1950.