Caspar Jacobs onderzoekt wat natuurkundige theorieën werkelijk zeggen over de wereld
ERC-beurs beeld: Nehir Aksel
Natuurkundige theorieën staan vol dimensies, constanten en eenheden, en toch weet niemand hoe deze concepten zich verhouden tot de werkelijkheid. Universitair docent Caspar Jacobs ontvangt een ERC Starting Grant om daar verandering in te brengen.
‘In het algemeen kun je stellen dat de theorieën in de natuurkunde de wereld beschrijven’, begint Jacobs. ‘Van sommige elementen in die theorieën kun je je echter afvragen of ze echt onderdeel zijn van die beschrijving of dat ze die alleen structureren, zoals punten en komma’s dat doen bij geschreven teksten.’
Vergeten discussie
Sinds de kwantummechanica in zwang kwam, zijn de meeste onderzoekers geneigd om te zeggen dat deze onderdelen inderdaad niet beschrijvend zijn – of zich daar überhaupt niet meer over uit te laten. ‘Dat komt deels doordat die theorie zo mysterieus is’, legt Jacobs uit. ‘“Ik ga me er niet mee bezighouden wat dit betekent, zolang het maar werkt”. Hoe die kwantumwereld in elkaar zat en wat dat betekende, bleek te vreemd, te lastig om te doorgronden. Ik denk dat daardoor andere discussies, zoals die over dimensies ook naar de achtergrond zijn verdwenen.’
Zonde, vindt Jacobs. Hij wil zijn nieuwe project gebruiken om de hypothese te testen dat concepten als dimensies en eenheden wel degelijk beschrijvend zijn. ‘In de natuurkunde wordt gebruikgemaakt van taxonomieën om grootheden in te delen in categorieën’, legt hij uit. ‘Massa is bijvoorbeeld een ander type grootheid dan afstand. Waar het interessant wordt, is dat sommige grootheden gelinkt worden aan andere grootheden. Snelheid verhoudt zich bijvoorbeeld tot afstand, omdat je het berekent als afstand gedeeld door tijdsduur. Volume is dan weer afstand tot de derde macht.’
Andere classificatie
Die categorieën kunnen ook anders worden ingedeeld. Jacobs: ‘Je zou ook kunnen zeggen dat tijdsduur gelijk is aan afstand. Hoelang iets duurt, meet je dan door te kijken hoeveel afstand een deeltje aflegt. Snelheid is dan niet langer afstand gedeeld door tijdsduur, en dus niet meer het ene gerelateerd aan het andere. Hoewel het in zekere zin een conventie is welke taxonomie je gebruikt, zien we dat de ene keuze een betere uitkomst heeft dan de andere. Dat zou erop kunnen wijzen dat de ene indeling dichter bij de manier waarop de wereld daadwerkelijk in elkaar zit staat dan de andere. Daarom denk ik dat we daar nog eens goed naar moeten kijken.’
Dimensies en constanten
Wanneer zijn project in januari begint, concentreert Jacobs zich eerst op dimensies. ‘Dat is een systeem om grootheden als massa, lading en tijdsduur te classificeren’, legt hij uit. ‘Ik wil een opzet maken voor een duidelijkere theorie. Tot nu toe hebben filosofen vooral per grootheid gekeken: hoe werkt massa? Hoe werkt lading? Ik wil dimensies binnen dat plaatje krijgen, zodat ook zichtbaar wordt hoe deze grootheden met elkaar verbonden zijn.’
Zodra Jacobs in de zomer van 2027 versterking krijgt van een promovendus en een postdoc, wil hij zich samen met hen verdiepen in de tweede fase van het project, dat betrekking heeft op constanten. ‘Dat zijn termen die voorkomen in natuurwetten. Je hebt bijvoorbeeld de constante lichtsnelheid, of de constante van Planck. Het vreemde van die constanten is dat ze niet overeen lijken te komen met iets in de wereld. Waar m staat voor de massa van een object in de wereld, is G een constante die alleen voorkomt in de wet. Als filosoof vind ik dat raar. Zou zo’n constante niet met iets in de werkelijkheid moeten corresponderen? We gaan daarom een aantal voorbeelden van een aantal constanten in een aantal theorieën bekijken. Daarmee hebben we ook meteen weer een link met de dimensies, omdat het systeem van dimensies dat ik kies, beïnvloedt welke constanten er in de natuurwet voorkomen. Uiteindelijk wil ik hier een boek over schrijven en de promovendus zal uiteraard een proefschrift verdedigen.’