Category: Philosophy of Physics

  • De tweeling/postbode paradox

    To view this content, you must be a member of Fedde’s Patreon at $2.5 or more
    Already a qualifying Patreon member? Refresh to access this content.
  • The twin/postmen paradox

    To view this content, you must be a member of Fedde’s Patreon at $2.5 or more
    Already a qualifying Patreon member? Refresh to access this content.
  • Quantum theory, free will and justice

    A student of mine is writing his bachelor thesis on “free will, quantum mechanics and the system of justice”. I’m very happy about that, because it gives me an excuse to dive into matters I’ve been interested in since childhood. I want to use this blogpost as a noteblock on which I roughly sketch my thoughts on these matters. Sometimes the attempt to write down a coherent story about your point of view shows you that there are gaps in your argumentation you hadn’t expected.

    (more…)
  • Time in Physics – catchphrases and concepts

    I’ve written a paper in which I put into perspective the media catchphrase “time does not exist”. Below you’ll find the introduction to my paper and a link to the whole thing. Enjoy!

    (more…)
  • Coping with covid II: English translation

    I promised that I would write another blogpost (click here for the first) about how I cope with the whole quarantine situation, so here it is. The second part of my strategy is to do a lot of writing. That works very well for me, because it makes me feel less alone, as if I am interacting with those who read my texts.

    But this strategy is not as easy as it seems. The moments I need company the most, the moments I am most lonely, are also the moments at which it is most difficult to put myself to work, to actually start writing. So this strategy only works in combination with something else: I need to plan my writing activity. On the evening before a writing day, before I go to bed, I try to come up with an idea about what I want to start writing about the next morning. Only that makes it possible for me to start writing even when I am feeling lonely or sad.  

    In the past few days I coped with the quarantine by translating the first chapter of my book about relativity theory into English:

    Down the rabbit hole

    It is often said that the beginning of the 20th century is an era in which physics has become too complicated for ordinary mortals. We have a clear intuition for the ideas of Newton and his contemporaries (often called classical physics), in which gravity explains why stones fall and the earth moves around the sun. This intuition comes to a sudden end when relativity theory and the theory of quantum mechanics appear.

    In Newton’s physics, space and time are abstract but simple concepts, that can be measured with clocks and measuring sticks. Space and time enable us to understand the world around us, because they make it possible to describe any kind of physical change. But in the 20th century we no longer know which measuring sticks are straight and which clocks are synchronous, so it has become a challenge to understand what space and time are, which makes the transition from Newton’s to Einstein’s worldview seem like a radical transformation.  In this book I will show that the transition from classical to modern physics is not as abrupt as it is often presented – Newton and Einstein are more alike than we think.

    The classical Newtonian worldview is not as obvious or easy-to-understand as is usually assumed, because much interpretation is needed to get from Newton’s physics (his mathematical equations) to a coherent view of what ‘reality’ is like. When we try to find out what Newton’s formulas tell us about the world outside ourselves, we will see that the concepts that lie at the foundations of classical physics are the same as those on which early 20th century physics is built.

    Gerard ‘t Hooft and Alice in Wonderland

    A couple of years ago I was at a physics conference with a philosophical bend, a conference about the foundations of spacetime theories. During one of the coffee breaks I had a chat with the keynote speaker of the conference, the Nobel laureate Professor Gerard ‘t Hooft. We agreed on many things – the location of the conference, Varna, Bulgaria, was great, and the weather was perfect. Then he said something that really surprised me: he was not there for the philosophy of space and time. “Then what are you doing here?!” I asked him full of surprise. “I have a new theoretical toy-model for black holes, and I want to discuss that”, he said, shrugging his shoulders.

                Gerard (we have become very good friends since then) is not the only physicist for whom the philosophy of space and time, and philosophy in general, is not the primary reason to visit a conference on physics. I find that difficult to grasp. Why are we interested in physics? Of course, we want technological advance, so we want to know how we can make new discoveries and which experiments are necessary for that, but we also want to find out something about the world – We want to understand the reality that exists independently of us and our experiments.  

                Physics gives us a model of reality outside of us, but that model does not say of itself whether it is a good model. It’s as if you’re trying to check a calculation that you made with a calculator by using the calculator itself. If the calculator made a mistake the first time, for example because of a loose key or because something went wrong in the factory when the calculator was manufactured, then probably the calculator will make the same mistake when checking the calculation. The physicist who wants to check whether their model of reality is a good model, is also checking their own calculations, just as the calculator.

    The plight of the physicist is comparable to that of Alice in Wonderland. Alice wants to know whether she has grown after she drank from a small bottle and she tries to find out by holding her hand above her own head. That doesn’t work because she has no external point of reference, like a measuring stick. When physicists try to find out whether their model of reality is a good model, they are doing the same thing as Alice. They do not have an external point of reference, so the best they can do is hold their own hand above their heads.

  • What is the philosophy of physics?

    What is the philosophy of physics?

    To view this content, you must be a member of Fedde’s Patreon
    Already a qualifying Patreon member? Refresh to access this content.
  • Verloren hoofdstuk: ‘Newton, Astronoom of Astroloog?’

    Het is dan eindelijk zover: vanaf deze week ligt mijn boek “Op zoek naar de grenzen van de natuurkunde” in de boekhandel! Door het gedoe rondom corona zal er geen officiële boekpresentatie plaatsvinden, maar dat betekent natuurlijk niet dat de publicatie geruisloos voorbij gaat. Via Twitter, Instagram, Facebook en LinkedIn zullen jullie veel van me horen de komende tijd. Als voorproefje hieronder vast een ongepubliceerd hoofdstuk uit een eerdere versie van het boek.

    Het hoofdstuk gaat over de natuurkunde van Isaac Newton, die wordt beschouwd als een van de grondleggers van de moderne wetenschap.

    “Was Newton Astronoom of Astroloog?

    Toen ik aan de universiteit van Utrecht sterrenkunde studeerde, vertelde onze docent over een foutje dat zijn secretaresse enkele jaren eerder gemaakt had. Op de doctorandesbul van een de studenten van onze docent stonden de woorden “doctorandus in de astrologie”, in plaats van de doctorandus in de astronomie.” Vanaf dat moment ging de grap rond dat er in heel Nederland maar één universiteit is waar je een doctorandus-titel in de astrologie kunt krijgen.

    Waarom noemen we astronomie een wetenschap, terwijl we astrologie – de overtuiging dat de stand van de sterren invloed heeft op menselijk handelen –  beschouwen als pseudo-wetenschap? En hoe dacht Newton daarover? Laten we ons eerst richten op de eerste vraag: waarom is astrologie geen echte wetenschap? Het standaardantwoord is dat de uitspraken van astrologen vaak zó vaag en multi-interpretabel zijn dat ze niet met behulp van experimenten kunnen worden weerlegd.

    Zwaartekracht in Newtons theorie is een beetje als de portemonnee die wordt weggetrokken in de klassieke ‘practical joke’ – waar is het touwtje en wie trekt eraan?

    Uitspraken van astrologen zijn vaak vaag, terwijl de meeste astrologische uitspraken niet weerlegbaar zijn. ‘Vaak’, ‘de meeste’, …zijn er dan ook gevallen waarin astrologie wel wetenschap is? Er is een tweede reden waarom velen astrologie onwetenschappelijk vinden: het ontbreken van een mechanisme dat beschrijft hoe astrologie werkt. Als een astroloog bijvoorbeeld een verband ziet tussen de stand van de sterren tijdens iemands geboorte en het feit dat de geborene graag appels eet, dan is het niet duidelijk hoe de sterren invloed op de persoon in kwestie kunnen hebben gehad. Het is niet duidelijk hoe de correlatie tussen de sterrenstand en de geboorte een oorzakelijk verband met zich meebrengt. Deze kritiek op astrologie hangt samen met het begrip lokaliteit.

    Lokaliteit

    We zien om ons heen dat objecten invloed op elkaar kunnen uitoefenen als ze elkaar raken (zoals botsende biljartballen). Als we zien dat een object plotseling versnelt of vertraagt, dan gaan we ervan uit dat deze werking wordt veroorzaakt door iets dat het object raakt; we gaan ervan uit dat alle beïnvloeding lokaal (plaatselijk) is. Als er een afstand is tussen het object dat versnelt en het object dat deze versnelling veroorzaakt, dan gaan we ervan uit dat we iets missen van wat er gaande is. Astrologische invloed – de invloed van de stand van de sterren op menselijk handelen – is niet-lokaal, waardoor astrologie heel sterk het gevoel oproept dat we iets missen.

    Gedegen wetenschap?

    Laten we nu eens kijken naar Newtons werk. Iets dat vaak over Newton gezegd wordt is dat hij astroloog, alchemist en dogmatisch religieus was, maar desondanks gedegen wetenschappelijk werk verrichtte. Is dat wel zo? Zijn wet van de traagheid stelt dat een object waarop geen krachten werken voor altijd op dezelfde manier door zal bewegen (zonder wrijving zou een bal voor altijd verder blijven rollen). Maar hoe is dat te toetsen in een experiment? We moeten dan van een object waarop geen krachten werken nagaan of het steeds even snel blijft gaan, maar dat kan helemaal niet: Op ieder object werken altijd krachten (denk alleen maar eens aan de gravitatiekracht van degene die het object bestudeert)! De wet van de traagheid is niet te weerleggen, omdat de wet gaat over een situatie die we niet in een experiment kunnen nabootsen.

    Naast de wet van de traagheid is de zwaartekracht een erg belangrijk onderdeel van Newtons theorieën. Newton zelf zegt dat zwaartekracht een werking-op-afstand veroorzaakt: de aarde en de maan trekken elkaar aan, terwijl er een grote afstand tussen de twee is. Ook dat is verre van wat we tegenwoordig gedegen wetenschap noemen. Net als bij de astrologie is de beïnvloeding niet lokaal, en dus krijgen we weer het gevoel dat we iets missen. Hoe kan Newtons zwaartekracht een niet-lokale werking hebben? Voor alle duidelijkheid: Newton zegt dat er een relatie is tussen de stand van de maan en vallende stenen hier op aarde (beide veroorzaakt door de zwaartekracht), en stelt dat een of andere occulte en mysterieuze kracht die relatie veroorzaakt. Hoe is dat anders dan astrologie?!

    Als we Newtons theorieën bekijken in het licht van weerlegbaarheid en lokaliteit, dan komen we tot de verbazende conclusie dat Newton zich altijd met astrologie heeft beziggehouden. Hoe werd er door Newtons tijdgenoten over dit soort zaken gedacht?

    Molière

    De tijd van Newton (eind 16e en begin 17e eeuw) was de tijd van de Wetenschappelijke Revolutie. Het was een tijd van vernieuwing, niet alleen wat betreft de inhoud van de wetenschap (zoals de wetten van Newton), maar ook wat betreft de wetenschappelijke methode. De ideeën die we hadden over wat telt als echte wetenschappelijke kennis, en hoe we aan deze kennis kunnen komen, veranderden radicaal. Zo werd bijvoorbeeld de waarde die werd gehecht aan (reproduceerbare) experimenten erg groot (denk aan Galileï’s experimenten).

    De toneelstukken van Jean-Baptiste Poquelin, beter bekend onder zijn artiestennaam Molière, illustreren deze veranderende tijdgeest. In zijn laatste toneelstuk, ‘Le Malade Imaginaire’ (‘De Ingebeelde Zieke’), steekt Molière de draak met doktoren van de oudere generatie (van vóór de Wetenschappelijke Revolutie), die de slaapverwekkende werking van een medicijn verklaren door te zeggen dat het medicijn een slaapverwekkende kracht, een ‘virtus dormitiva’, heeft. De onderliggende gedachte van Molière is dat doktoren met hun ‘slaapverwekkende kracht’ eigenlijk niets anders doen dan verdoezelen dat ze geen idee hebben waarom het medicijn werkt door een moeilijke Latijnse naam voor ‘slaapverwekkende werking’ te geven: ‘dormire’ is Latijn voor slapen en ‘virtus’ is het Latijnse woord voor kracht – zeggen dat een slaapwekkende werking wordt veroorzaakt door een ‘vitus dormitiva’ is dus allesbehalve een verklaring.

    Had Molière aan Newton niet eenzelfde soort verwijt kunnen maken? Newton stelde dat alle massa’s elkaar aantrekken, en dat daarom massa’s ‘zwaar’ zijn. De aantrekkende werking wordt veroorzaakt door een onzichtbare ‘zwaartekracht’ waarover Newton niet verder wilde speculeren. Newton gebruikte het Latijnse woord voor zwaar (‘gravitas’) om zijn kracht te benoemen. Doet hij niet precies hetzelfde als de doktoren van Molière – het kiezen van een dure Latijnse naam om te verdoezelen dat hij geen idee heeft van waarom dingen gebeuren zoals ze gebeuren? …”

    Wil je hier meer over lezen, of ben je benieuwd wat Einstein hierover te zeggen heeft?

    Bestel en lees dan mijn boek door hier te klikken!

  • “Op zoek naar de grenzen van de natuurkunde”

    In mei gaat Prometheus mijn boek “Op zoek naar de grenzen van de natuurkunde” publiceren. Een mooie kans om al je zorgen even van je af te zetten en helemaal op te gaan in diepe gedachten over wetenschap en filosofie. Zet Netflix even op pauze, en kijk vast naar het lijstje hieronder, met de termen die in de index (‘zakenregister’) komen. De komende weken ga ik meer bloggen over mijn boek, dus abonneer je op mijn blog door je e-mailadres in te vullen op de startpagina (bij: Follow Blog via Email).

    Alice in wonderland

    Gerard ‘t Hooft

    bewegingswetten

    natuurwetten

    model

    werkelijkheid

    rekenmachine

    Narcissus

    waarneming

    subatomair deeltje

    normale verdeling

    gemiddelde

    meetverstoring

    cern

    meetfout

    higgsdeeltje

    deeltjesversneller

    standaardmodel

    Newtons vallende appel

    Einstein

    Zwaartekracht, universele

    Archimedes

    Galileï, inquisitie

    Stukeley

    Relativiteitsbegrip

    Relativiteit, Einstein

    Relativiteit, Galileï

    Grootheid, absoluut/relatief

    Postulaat

    Bewegingswetten van Newton

    Waarnemer

    Parabool

    Galileï, schip

    Constante snelheid

    Versnelling

    Traagheidskracht, ontstaan

    Assyriërs

    Atomen

    Demokritos

    Leukippos

    Coördinatenstelsel

    Functie

    Coördinatenstelsel, oorsprong

    substantivalisme

    Ruimte, absolute

    tijd, absolute

    Snelheid, absolute

    Ordening, absolute

    Ruststelsel

    Rust, absolute

    Versnelling, absolute

    Versnelling, relatieve

    Traagheid

    Impuls

    Massa

    Vector

    Gewicht

    Wetten van Newton

    Traagheidswet

    Wrijving

    Krachtwet

    Oneindig

    Impulsbehoud, principe van

    zwaartekrachtswet

    werking-op-afstand

    gravitatieconstante

    G (zie: gravitatieconstante)

    Cavendish

    Jan Klaassenspel

    Onderbepaaldheid

    Celsius

    Fahrenheit

    sociaal construct

    Latour, Bruno

    Puntdeeltjes

    Atomen, botsen/kruisen

    Ontelbaar

    Singulariteit

    Hilbert, David

    Leibniz, Gottfried Wilhelm

    Informatie kopieren

    Popper, Karl

    Theoriegeladen

    Lineaire samenhang tussen variabelen

    Galileï, experiment Pisa

    vrije val

    equivalentie van zwaartekracht en traagheidskracht, bij Newton

    energie, kinetische

    energie, potentiële

    hoogtekaart

    veld

    potentiaalveld

    Lagrange, Joseph-Louis

    Gps

    kleinste werking, Het principe van de

    mozaïek

    Hawking, Stephen

    Tijd als verandering

    tijdsymmetrisch

    Boltzmann, Ludwig

    Clausius, Rudolf

    Entropie

    Wanorde

    Tijdrichting

    Evenwichtstoestand

    Equilibrium, zie: Evenwichtstoestand

    kans, entropie en

    ruimte als relatie tussen objecten

    standaardmaten

    relativiteitstheorie, Einsteins algemene

    relativiteitstheorie, Einsteins speciale

    lengtecontractie

    ruimtetijd

    AltaVista

    ‘Over de elektrodynamica van bewegende lichamen’

    Elektrodynamica

    Veld, magnetisch

    Veld, elektrisch

    Geleider

    magneet

    Maxwell, wetten van

    Kracht, elektromagnetische

    gedachte-experiment

    snelheid, ten opzichte van de absolute ruimte

    snelheid, relatieve

    lichtsnelheid, voor iedereen hetzelfde

    lichtsnelheid, absolute

    tijdsdilatatie

    lichtklok

    gamma (γ)

    Lorentz, Hendrik Antoon

    Synchronisatieprobleem

    Gelijktijdigheid

    Skype

    Relativiteitspostulaat

    Lichtpostulaat

    Beschrijving/model

    Mechanica, klassiek

    Mechanica, van Newton (zie: Mechanica, klassiek)

    Equivalentie van zwaartekracht en traagheidskracht, bij Einstein

    Equivalentie, Einsteins principe van

    Kuipers, André

    kromming van ruimte en tijd

    ruimtetijd

    Eddington, Sir Arthur Stanley

    Afbuiging, licht-

    Foton

    Langeafstandswerking (zie: werking-op-afstand)

    Lokaal

    Ligo

    Zwaartekrachtsgolven

    Zwart gat

    Gauss, Carl Friedrich

    180 graden-regel

    Rovelli, Carlo

    Scheermes, van Ockham

    Cox, Brian

    Maudlin, Tim

    kwantumgravitatie

    Kwantumtheorie

    Unificatie

    Wheeler-DeWitt-vergelijking

    Tijd, als illusie

    Snaartheorie

    Laplace, Pierre-Simon

    Kans, Laplace’s definitie

    Kans, het principe van gelijke

    Kans als relatieve frequentie van uitkomsten

    Aristoteles

    Elektronenmicroscoop

    ‘Metaphysica’

    diepte zien

    kracht, middelpuntvliedende

    Franse revolutie

    Dainton, Barry

    Looney Tunes