Wat zou er gebeuren als uit de ruimte plotseling alle objecten zouden verdwijnen? Blijft er dan lege ruimte over, of is er helemaal niets meer? Met andere woorden: is de lege ruimte zelf ook een soort ‘object’?

Waarom zouden we ons hier druk om maken?

De vraag of ruimte onafhankelijk van de objecten erin bestaat lijkt op het eerste gezicht misschien niet erg zinvol. Wat doet het ertoe of de ruimte blijft bestaan als er geen objecten in de ruimte zijn? Deze situatie doet zich in het echt toch nooit voor: echte vacua (100% lege ruimte) bestaan niet; zelfs niet in het allerbeste laboratorium. Daarnaast is het zo dat wanneer de vraag of ruimte leeg kan zijn gesteld wordt, er tenminste één object in de ruimte is: de persoon die de vraag stelt.

Toch Interessant

Om ten minste twee redenen is de vraag toch interessant. Ten eerste is het een interessante vraag omdat we willen weten hoe de wereld om ons heen in elkaar zit. We willen weten of de concepten en objecten in gevestigde wetenschappelijke theorieën (zoals ruimte en tijd in Einstein’s relativiteitstheorie) werkelijk bestaan of dat zij alleen bestaan in onze beschrijving van de werkelijkheid.

Daarnaast is de kwestie van belang voor de vooruitgang van de wetenschap. Stel dat alle wetenschappers als uitgangspunt zouden hebben dat ruimte een essentieel onderdeel is van de natuurkunde; dat natuurkundige theorieën eenvoudigweg niet kunnen worden opgesteld zonder het concept ruimte. Dan zullen ze niet zomaar op een theorie uitkomen die geen gebruik maakt van het concept ruimte. Het is dus belangrijk dat de opvatting die het uitgangspunt van wetenschappelijk onderzoek vormt, de juiste opvatting is. Een onjuist antwoord op de vraag of ruimte bestaat zou de vooruitgang van de wetenschap erg kunnen afremmen.

Theorie en werkelijkheid

De vraag of lege ruimte bestaat lijkt misschien een vraag die beantwoord kan worden door de wetenschap. Laten we eens kijken of dat zo is.

De theorie waarvan de meeste natuurkundigen denken dat ze de ruimte om ons heen beschrijft is de relativiteitstheorie van Einstein. Welk antwoord geeft deze theorie op de vraag wat er gebeurt met ruimte als alle objecten eruit zouden verdwijnen?

Zoals de meeste wetenschappelijke theorieën bestaat de relativiteitstheorie uit een wiskundig raamwerk (het formalisme; bestaande uit de relativistische veldvergelijkingen) dat geïnterpreteerd moet worden: er moeten aannames worden gedaan over welke wiskundige symbolen representatief zijn voor welke meetbare grootheden (snelheid, massa, positie). Als we in experimenten herhaaldelijk zien dat bepaalde meetbare grootheden zich tot elkaar verhouden zoals bepaalde wiskundige grootheden dat doen, dan nemen we aan dat ze dat in toekomstige experimenten ook zullen doen. Zo kan het wiskundige raamwerk ons helpen te voorspellen wat er in toekomstige experimenten zal gebeuren. Op deze manier kan de theorie ons iets vertellen over de werkelijkheid. Dat geldt niet alleen voor de relativiteitstheorie maar ook voor andere theorieën, zoals die van Newton. Neem bijvoorbeeld een steen in vrije val. Door herhaaldelijk experimenteren zijn we erachter gekomen dat een steen in vrije val en de kracht die erop lijkt te werken zich verhouden volgens de formule (de zwaartekracht is gelijk aan de massa maal de gravitatieversnelling).

Dergelijke wetenschappelijke theorieën vertellen ons hoe bepaalde objecten zich gedragen als deze objecten gerepresenteerd kunnen worden door bepaalde wiskundige symbolen. De theorieën vertellen ons niet welke wiskundige symbolen representatief zijn voor welke objecten (en dus welke meetbare grootheden). Misschien representeren sommige wiskundige symbolen zelfs helemaal geen meetbare grootheden maar zijn deze symbolen slechts een handig rekenmiddel om de werkelijkheid beter te kunnen beschrijven.

We kunnen dit inzicht toepassen op de relativiteitstheorie. Het concept ‘ruimte’ speelt een belangrijke rol in deze theorie in de vorm van een geordend coördinatenstelsel. Maar de relativiteitstheorie vertelt ons niet of dat coördinatenstelsel een betekenis heeft onafhankelijk van de objecten in dat stelsel of dat het coördinatenstelsel – en dus wellicht het concept ‘ruimte’ – slechts een handig rekenmiddel voor ons is.

De relativiteitstheorie geeft ons dus geen antwoord op de vraag waarmee we begonnen: of er zoiets bestaat als lege ruimte. De lezer vraagt zich nu misschien zelfs af of er überhaupt iets zinnigs te zeggen is over deze kwestie. Dat is zeer zeker wel het geval. Er is een hele tak van de wetenschapsfilosofie die hieraan gewijd is: de filosofie van ruimte en tijd. Het is mijn bedoeling om in toekomstige blogposts diverse onderwerpen uit deze tak van de wetenschapsfilosofie te bespreken.