In 2010 verscheen er een bundel essays bij Kok Kampen onder de redactie van Alfred Driessen en Gerard Nienhuis. De titel was: Evolutie: wetenschappelijk model of seculier geloof, Pleidooi voor intellectuele bescheidenheid.
In de tweede bijdrage gaat Alfred Driessen, emeritus hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit Twente, met de ogen van een natuurkundige naar evolutie kijken. Hij tracht aan te tonen dat het al dan niet verwijzen naar toeval reeds een grensoverschrijdende stap is. Want hiermee verlaat de natuurwetenschapper c.q. bioloog het terrein van natuurwetenschap, science, om zich te begeven in de wereld van de ideeën en geesteswetenschap. Daarnaast argumenteert hij dat het kunnen ontleden van biologische systemen tot de kleinste bouwstenen (moleculen en atomen) niet betekent het geheel zonder meer vanuit deze deeltjes kan worden geconstrueerd. Dit kan erop wijzen dat het evolutie proces iets subtieler kan zijn dan alleen met een blokkendoos te spelen.
2. Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 2
Wat kan een natuurkundige hieraan toevoegen? Eerst natuurlijk, denk ik, zou een natuurkundige een
diep respect voor het werk van zijn collega's in de biologie moeten betuigen. Als natuurkundige ben
je gewend alles tot relatief eenvoudige systemen te reduceren. Want alleen deze zijn toegankelijk
voor de beschikbare natuurkundige experimenten en theorieën1. In de biologie echter gaat het niet
alleen om uiterst complexe structuren zoals die bij voorbeeld ook in de scheikunde worden
bestudeerd. Het gaat vooral om de functie die deze structuren hebben. Denk bij voorbeeld aan groei
op basis van celdeling of ook aan voortplanting door het samenbrengen van ei en zaadcel. Het is
duidelijk dat voor de studie van biologische objecten eigen theorieën en eigen methodes moeten
worden ontwikkeld. Zoals later opnieuw wordt opgemerkt is biologie niet alleen toegepaste
scheikunde en deze op haar beurt ook niet alleen toegepaste natuurkunde.
Toch kan een natuurkundige wel degelijk iets betekenen voor de ontwikkeling van een biologische
theorie. Men mag bij voorbeeld verwachten dat fundamentele wetten zoals de gravitatiewet gelden
voor biologische objecten net zo als voor een emmer water of zand. De natuurkunde geeft in dit
opzicht een zeker kader waarbinnen de biologische wetten hun geldigheid hebben. Ook op het
gebied van fundamentele vragen op het gebied van wetenschapstheorie kunnen inzichten van de
natuurkunde verhelderend voor de biologie werken. Iedere natuurwetenschappelijke discipline heeft
een bovenlaag waar logische en methodische veronderstellingen op een systematische manier
worden beschouwd. Sinds Aristoteles wordt deze bovenlaag van de natuurkunde als metafysica
aangeduid, dwz dat wat na de fysica, de natuurkunde komt. Het blijkt nu dat de bovenlaag wel te
maken heeft met de wetenschap in de onderlaag, maar desondanks behoort tot een ander
wetenschapsgebied, namelijk de filosofie. De bovenlaag van een gebied van science (natuurkunde) is
niet meer natuurwetenschap maar geesteswetenschap en valt daarmee binnen de
geesteswetenschappen, de humanities. In analogie tot de fysica en metafysica zou men ook bij de
biologie een onderscheid kunnen maken tussen biologie en de bovenlaag.
Wat de bovenlaag van de biologie betreft kunnen wij helaas geen eigen naam bij Aristoteles vinden.
Zijn metafysica was zo breed dat veel daaruit ook voor de bovenlaag van de biologie bruikbaar is. Bij
gebrek aan een betere uitdrukking kunnen wij deze bovenlaag de metabiologie noemen. In die
bovenlaag kan de wetenschapsfilosoof reflecteren over de betekenis van biologische kennis en, meer
algemeen, natuurwetenschappelijke kennis voor een algemeen wereldbeeld.
De grens tussen beneden- en bovenlaag is misschien niet in alle details exact vast te leggen, maar
bestaat wel degelijk. In de natuurkunde zijn hierover hele polemieken gevoerd. Ongeveer 20 jaar
geleden heeft een bekende Nederlandse natuurkundige, Ad Lagendijk, zijn inaugurele rede gehouden
over De arrogantie van de fysicus2. Op de hem eigen manier stak hij daarbij de draak met de jacht
van sommige collega's op de theorie van alles. Het is een altijd aanwezige verleiding het eigen
vakgebied als normatief of beslissend voor alle wetenschapsgebieden te beschouwen. Een meer
expliciete waarschuwing over de noodzaak van beperking tot het eigen vakgebied komt van De
Broglie, een van de grondleggers van de kwantummechanica en Nobelprijswinnaar. Hij schreef in
1947: Wetenschap eindigt vaak in metafysica, zonder het door te hebben. Dat is niet de veiligste
manier om metafysica te bedrijven.3 Hiermee is natuurlijk niet gezegd dat de natuurkundige of
bioloog niet over de grondslagen en implicaties van zijn vak mag reflecteren. Dit is beslist nodig,
maar dit zou dan wel met de houding van een wetenschapsfilosoof moeten gebeuren, met de
daarmee verbonden methodes en begrippen. De Broglie zegt hierover: Naarmate de wetenschap
vordert, is het noodzakelijk in de theorie begrippen uit de metafysica te introduceren, zoals tijd,
ruimte, objectiviteit, causaliteit, individualiteit3.
In het vervolg zullen de toch enigzins abstracte overwegingen in twee gevallen nader worden
uitgewerkt. De eerste gaat om het begrip toeval en het tegenovergestelde daarvan, namelijk opzet.
De vraag zal zijn of een natuurkundige met zijn methodes op ondubbelzinnige wijze toeval kan
bevestigen of uitsluiten. Alleen als dit mogelijk is, mag men van een (natuur-) wetenschappelijke
conclusie spreken; in het andere geval is het een filosofische conclusie binnen het kader van de
metafysica of metabiologie. Het andere voorbeeld gaat dieper in op een van de grote filosofische
3. Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 3
kwesties, namelijk of het geheel meer is dan de som van de delen. Aangetoond zal worden dat er in
de natuurkunde sterke theoretische en experimentele aanwijzingen zijn die dit bevestigen. Het blijkt
dat het begrip reductionisme dat vaak in de wetenschap gehanteerd wordt alleen met de nodige
nuances kan worden gebruikt. Ten slotte wordt de draad van het verhaal weer opgepakt om te kijken
wat de overwegingen voor de biologie en specifiek voor de evolutietheorie kunnen betekenen.
2. Kan een natuurkundige onderscheid maken tussen toeval en opzet?
In het volgende gaat het om het sleutelbegrip "toeval" en "opzet" dat in de reflectie over evolutie
vaak wordt gebruikt. Als wij in plaats van "opzet" de Engelse term "design" gebruiken ziet men
onmiddellijk dat de gedachten van natuurkundigen over deze term zeker ook voor een bioloog
betekenis hebben. De vraag is of het al dan niet verwijzen naar toeval een wetenschappelijke
conclusie is van een natuurwetenschapper of misschien eerder het resultaat van een overweging op
het metaniveau. Om dit vast te kunnen stellen zullen wij ons afvragen of een natuurkundige
onderscheid kan maken tussen toeval of opzet, d.w.z. of er een methode of procedure bestaat om
toeval of opzet aan te tonen dan wel uit te sluiten.
Sinds de opkomst van de kwantummechanica in het begin van de vorige eeuw weten wij dat de
natuurkundige wetten op microscopische schaal een statistisch karakter hebben. Een gebeurtenis
kan altijd slechts met een bepaalde graad van waarschijnlijkheid worden voorspeld. En dat is niet
wegens gebrek aan informatie over het systeem maar omdat de wetten van de kwantummechanica
geen deterministische voorspellingen toelaten maar alleen voorspellingen met een statistische
waarschijnlijkheid. Het introduceren van zogenaamde verborgen variabelen - de zogenoemde hidden
variables - die het determinisme door een achterdeur zouden binnenlaten leidt in sommige gevallen
zelfs tot tegenspraak met het experiment, zie bij voorbeeld het experimentele werk over schending
van de Bell-ongelijkheden.
In een van zijn lezingen gebruikte John Bell een expliciete manier om de rol van toeval en opzet
nader te onderzoeken4. Hij ontwierp een Gedankenexperiment waarin perfecte munten worden
opgegooid, waarbij iedere worp met gelijke waarschijnlijkheid een kruis of munt liet zien. Dit is een
perfect analogon van een kwantummechanisch systeem dat met gelijke waarschijnlijkheid in een van
de twee eindtoestanden kan geraken. Met behulp van een toevalsgetalgenerator van een computer
genereerde hij een reeks uitslagen en visualiseerde die in een grafiek, waarbij hij een H (head)
plaatste voor kruis en een spatie voor munt, zie Afbeelding 1. Hij introduceerde daarna een magische
kracht die enkele van de munten na de worp stiekem nog een keer omdraaide. Hij verkreeg daarmee
Afbeelding 2. Voor een natuurkundige zijn beide afbeeldingen gewone grafische representaties van
een experimentele observatie van een kansproces. Legt men de beide afbeeldingen over elkaar, zie
Afbeelding 3, dan komen de letters EPR te voorschijn met een knipoog naar het beroemde artikel van
Einstein, Podolski en Rosen5. Wat kan men daaruit concluderen? Twee gebruikelijke representaties
van een zuiver kansproces blijken samen een structuur te bevatten die helemaal niet meer zo
toevallig is. Er moet daarbij worden vermeld dat het resultaat van Afbeelding 3 voor een
natuurkundige net zo toevallig of bedoeld kan zijn als Afbeelding 1 of 2. En er bestaat eenvoudigweg
geen natuurkundige procedure of apparaat om in Afbeelding 2 opzet of bedoeling van de magische
kracht aan te tonen of uit te sluiten.
Wat betekent dit? Nu begeven wij ons op een metaniveau, want de lettercombinatie EPR is alleen
opvallend op dat niveau, niet op het niveau van de natuurwetenschappen. Het betekent dat
conclusies over opzet, intentionaliteit, bedoeling, design of het erkennen daarvan niet tot het
domein van de natuurwetenschappen hoort. Het enige wat gezegd kan worden is of opzet al dan niet
waarschijnlijk is. Binnen zijn eigen discipline is een natuurkundige in zekere zin blind voor het
onderkennen van toeval of opzet.
Nu terug naar biologische systemen. Zijn dat niet in het algemeen macroscopische systemen, waar
de klassieke fysica een afdoende beschrijving geeft? Het blijkt dat ook in biologische systemen
bewegingen en veranderingen hun oorsprong vinden in microscopisch kleine centra, namelijk
4. Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 4
zenuwcellen of DNA-complexen. Als men tot de schaal van de moleculaire biologie gaat worden dan
ook volgens verwachting statistische eigenschappen waargenomen in de vorm van ruis6. Blijkbaar
spelen ook hier de statistische wetten van de kwantummechanica een beslissende rol. Het is daarom
te verwachten dat wat voor de natuurkundige geldt evenzeer van toepassing is op de bioloog.
H HHH HH H H HHHH H H HH H H H H HHH H HHH H H H HHH H HHH HHHHHH HHHHH H HH HHHHH H HH HHH H HHH
HHH H HHHH HHH H H HH H HHHH HH H H H H H H H HH HHH HHHH HH HHHH HHHHH H H H H HH H H HH H H HH H H H
HH H H H HH HH H HHHH HH HH HH HH H HH H HH H H H HHH HH H H H HH H HHH HH HH HH H H HHHH H H HH H H HHH
H H HH H H H H HHHH HH H HH HHHH HHHH H H H H HHH H HHH HH H H H HHH H HHHH H HH H H HH HH H H HHHH HH
H H H H HHH H HHH H HH HHHHH HHHHH H H H HHH HHHH HH HH HH H H HHH H HHH H HH HHHHH HHHHH H H H HHH H H
H HHHHH HHH HHHH H H HHH HH H H H HHH HHHHH H H H HH HH HHH HHHH H H HHH HH H H H HHH HHHHH H HHHH HH
HHHH H HH H HHH HHHH HHH H H HH H H H HHH HHH HHH H H H HH HHH HHHH HHH H H HH H H H HHH HHHHHH H
H HHH HH H HH H H HHH HH H H HH H H HHH H H HH H HHH H HHHH H HH H H HHH HH H H HH H H HHH HH HH H
HH HH HH HH HHH H H HHH H H H H H HHH HHH H H HHH HH HHH H HH H H H H HH H H HH H HHHHHHH HHHH H H
HHH HH HHHHH H HHHH HHH H H H HH HHH H H HHH H HHH H H HHH HHHHH HHH H HHH H H H HHH H HH HHH HHH H
HHH HHH H H H HHHHH H HHHH H HHHH H H H HH H H H H H HH H H H HH H H H H HHH HH HH HHHH HH H HH H HH
H HH H H HHH H HHHHHH H H H HH HH HH H HHHHHH HH H HH HHHHH H HHH H HH H HH HH HHHH HHHHH HHHHHHHHHH HH
HH H H HHH H H HHHH H H HHHH H HH HH HH H HHHHH H HH H H HH H H H HH H H H HH H HHHH H H H H HHHHH HH H HH
H HHHH H HHHH H HHH H HH H HH H HH H HH HH HHH H H HHH HHH H H HHHHH H HH H H HH H H HHH HH H HH HH HH HHH
H HHH HH H H H H H HHH HH HHHHHHH HHH H H H HHHH H H H H H HH H H H HH H H H H H HH HHHH HHH HH HH H HH
HHH HH HH H HHH HHHHHHHH H HH H HHHHHH H H H HH HH H H H HHH H H H HHH HH HHH H HH H HHHHH HH H H
HH H HH HH H
HH H HH
H H HHH H HHHH
HH HHH H
HH H HHHHH HHH HHHHH
HHH H HHHH HHH
H H H HHH
HHH HHHHHH
HHH H
HHH HH H HHH H
HH
HH H
H HHHH HHHH H H HH
H H HH HH H H HH
H HHH H HHHH
HH HH H H HH
H HH
H H HHHH
H H HHHHH H H HH HHH HHH HH HHHH
H HHHHH HH H H HH H H HH
H
HHH
HH H
HH H
HHHHH H H
HH
HHHHH HHHH HH
+ H
HH H HH H HHHH H H H
HH HH HH HHHHHH
H H
H
HH H
H HHHHH
HHH
HHH H
H
HHH HH H HHH H
H HHH HHHHH
HH H HH HHH
HH H
HHH H H HH H H HHHHHHH HHHH HH
HHHH H H H H H H HHHHHHHH
HH H HHH H HHHH
HH HH H H HH
H HH
H H HHHHH H H HH HHH HHHH H
H HHHHH HH H H HH H H HH HHHHH
H
HHH H H
H H HHHH HHHHH H
H H
HH
H HHHH HH H H HH H H H HHHH H H H H H HH HHHH H HH H HHHH H H H HHH H H H HH H H H HHHH HHH HHHH HHHH HH H H
H HHHH HHH HH H HH HHH H HHHHH H HHHHH H HH HH H H H H HHHH HHHH HHH H HH H HHH H HHHH HHH H HHH H HH
H HHH HHH H HH H HH HH H H HH H HHHHHH HH HHH H HHH H H HH HH H HHHH HH HH H H H HH H H H HHH HH H
HHH HHHHHH HH H HHH H H H H H H HHH H H HHH HH H HH HHHH HHH H HH H HH H H HHHH H H H HHH H HHH H
H HHHH H H H HHHH HHH H HH HH H H HHHHHH H H H HHH HH H H HHHH H H HH H H H H H H HHHHHH H H H HH HH HHH
H H H HH H HHHH HHH HHHH H HH HHH H H H H HH H HHHH H HH HH HH HH H H H H H HHH HHH H H H H HH H H
H HHH HH HHH HHH HHHH H H HH H HH H H HHH H HHH HHH H HH HHHHH HHH H H H HH H HH H H H H
H H H H HH H HHH HH H HHH H H HH H H HH HH H HH H H H H H H H HHHHH H HH HH H HH H HH H H HH HH H HH H HHHH
H HH HH HH HH H H H H H H H HHH HH HHH H HH H HHHHHHH HH H HH H H H H HHHHHH HHHHHHHHHHHHHH H H
HH HH HHH H HHHH H HHH H HH HHHH H HH H HHHH H HH HHH H H HHH H HH HH H HHHH HH H H HHHHHHHHHH
HH H HH HH HH HH H H HHH HH H HH H H HHH HH H HH H HHH HH HH HHHH H HH H HHH H HHH HH HHHHH H H HH H
H HH H H HH H H HH HHHHHH H H H H H H HH HHH HH H H H H H HH H HH H H H H HH HH H HHH H H H HHHH H H H HH H H
H H H H H HH H H HHHH H HH HHHHHHH HH HHHH H H H H H H H H HH HH HH H H HHHH H HH HHHHHHH HH HHHH H HH H HHH
H HHH HH H H HHH HH HHHH H HH H H H H HHH HH H H HHH H H HHH HH HHHH H HH H H H H HH HHH H
HH H H H HHH HH HH H H HH HH H H HHH HHHHH HH HH HHHH H HHH HH HH H H HH HH H H HHH HHHH HHHHHHH
HHH H HH H HH HH H H H H HH HH H H H HH HH H HHH HH H HH HH H H H H HH HH H H HHHHH
HHH H HH HH HHH HH HH HH H HHH HHHH H H HHH HH HH HHH H HH H H HH HHHHH HH H HH H H H H
HH HH HH HH H HHHHHH H HHHH HHH HHHHH HH H H HH HHHHHHHHHH H H H H H H HHHH H H HHH HH H
HHHHHHH HH H HHH HHHH H HHHHHHH HH HH H HH HHHHHHHHHHHH H H HHH H HH H H HHHHHHH H HHH HHH HHHHH H
H HHHH H HHHH H H HH HHHHH HH H H HHH HH HH HHH H HH HHHH H H H H HH HHHHH HH HH H HH HH HH H HHH HH
HH HH HHHH HH H HH H HHH H HH HH H H HH HHH H H H H H H H H H HHHHH H HH H HHH H HH HH H H HH HHH H H HH H H
H H H HH H H HH H HH H H H HHH HHH HH H HHH HH H HH HH HH HH HH H H H HH H HH H H H HHH HHH HH H HHH HH H H H
H HHHHHHHH HHH HH H HHH HH HHH H H H H H H H H H H HHH HH H HH HHHHH HH HHH H H H H HH H H H
H HH H HHHH H HHHHH HH HHHH HH HH H H HH H H H HHHH H H HH HH HHH H HHH HHHHH H HH HH HH H H HH H H HHH H
H HH H H HHH H HHHHHHHHHH H HH H H H H HHH H H H H H H H HHH HHH HH HH H HHHH HH H H HHHH H HH HHHH
HH HHHHHHH H H H HHHHHH HHHH H HH HH HHH HHH H H HHHHHHH HH HHH H H HHHHHHH HH HHHHH HH H
HHH H HHH HHHH H H HH HHHH H HH HH HHHHH HHH H HH HH HH HHHH HHH HHH H HHHH H H H H HHHH HHHH
H HHHH HHH H HHH H H HHH HH HHH HH H HH HHHH HHH HHH HHHH H H H H H HH H HHHHHHHHHHH HH H HH HH
HH HHHHH H HH H H H HH H HHH H HHH H HH HHH H H HHHH H HHH HHH HH H H HHHH HHHH HHH HHH HHHH HH
Afbeelding 1 Afbeelding 2
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HH HHH HHHH HHHH HHHH HHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HH HHH HH HH HHH HH HH HHH HHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHH HH HHHH HH HH HHHH HHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHHHHH HHH HH HH HHHHH HHHHH H
HHHHHHHHHH HHH H HHH H HH HHHHH HHHHH H H H HHH H HHHHH HH
HHHHHHHHHH HHH HHHH H H HHH HH H H H HHH HHHHH H HHHHH HHH
HHHHHHHHHHH HHH
H HHHH HHH H H HH H H H HHH HHHHHH HHHH H
HHH
HHHHHHHHHHHH H HH
HH H H HHH HH H H HH H H HHH HH HHH HHH H
H
HHHHHHHHHH HH H HHHHHHHHHHHHH H
HH H HHH HH HHHHHHHH HHHH HH HH HHH
HHH HHH
HHHHHHHHHH HHHHH HHHHHHHHHHHHHHH H
H H H HHH HHHH HHH HHH HHH HH HHH
HH H
HHHHHHHHHH H H HHHHHHHHHHHHHHH H HHH HH HHH HHHHH HH H HH HH HHH H
H HHHH H
HHHHHHHHHHH H HHH HHHHHHHHHHHHHHH HH HHHH HHHHHHH H HHHHHHHHHH HHHH
H H HH HHHHHH
HHHHHHHHHHHH
HH HHHHHHHHHHHHHH HHHH H HHH HHH HHH H HHHHH HH HHH HHH H
H
HHHHHHHHHHH H HHHHHHHHHHHHHHHHHH
H HHHH HH H HHHHHH HHH HH HH HH HH HHHH H
H HHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHHHH HHHH HHHHHH HHH HH HHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HH HHHHHH HHH HHH HHH H
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HH HH HHHHHHHHH HHHHH HHHH H
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HH HHHHHHHHHH HHHHHH HHH HH
HHHHHHHHHHHHHH
HHHH HHH H HH H HHH H HHHH H HH H
HHHHHH HH H
HHHHHHHHHH HHH HH H HHH H HH HH H H HH H H HHHH HHHHH HHH
HHHHHHHHHHH HHH HHHHH
H HH H H H HHHHH H H HH HHH HHHH HHH HHHH
HHH
HHHHHHHHHHHH HHH
HH H HHHHH HH H H HH H H HH HHHHH HHHHHH HH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH H H HHHH HHHH HHHHH HHHH HH HH HHH H
H H HH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH H HHH H HHHHH HHHHH H HHH HHH HHH H
HHHHH HHH HH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH H HH HH HHHHHHH HH HHH H HHH HHHH H
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH H H HHHH HH HHHH H H HHH H HHHHH HH
H
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH H H H HHHHHH H H H HH HH HHHHH
HHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHH H
HH H H H HH HH HHHHH H
=
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH H HH HH H HH H HH HHHH HH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH H HH H H HH HH H HH HH HHHHH H
H
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHHHHHHHHHHHHHHHH HHH HHHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHH HHH HH HHHHHHHHHHHHHH H
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHHH HHHHHH HH HHHH HHHH HH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHHHH HHH HHHH HHH HHH HH HH H
HHHHHHHHHHH HH H H HHHH
H H HH HHHHHHH HH HHHH H HH HH HHHH H
H
HHHHHHHHHH H H HHH HH HHHH H HH H H H H HH HHH HHH H
HHH
HHHHHHHHHHH H HHH HH HH H H HH
H HH H H HHH HHHH HHHHHHH
HHHHH
HHHHHHHHHH HH H HH HH H H H H HH HH H H HHHHHH HH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HH HH HHHHH HHHH H
H HH HHHH HH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH H HHHH HHHHH HHHHH HHH HHH HH HH
HH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH H HHHHHHH HHH HHHHH HHHH HHHHH
HH HHHHHHHHHHHHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHH H HH HHHHH HH HH HH HHH HHH HH HH H HHH HHH
HHH
HHHHHHHHHHHHHHHH H HH H HHH H
HH HH HH H H HH HHH H H HHH HH HH H
HHHHHHHHHHH H
H H HH H HH H H H HHH HHH HH H HHH HH H HH HHH HH
HHHHHHHHHH HHH HH H HH HHHHH HH
HHH HHH H H H H HH HH HH HH H
H
HHHHHHHHHHHHH H HHH HHHHHHHHHHHH HH
HHH HHHHH HH HH H H HH H H HHH HHHHH H
H
HHHHHHHHHH HHH HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHH HH HH HHHHH HHHH HHH HHHHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHH HHHHHHH HHHH HHHH HHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHH HHH HHHHHH HHHHHHH HHHHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHHHHHHHHHH HHHH HH HHHH HHHHHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH HHHHHH HHHH HHHHHH HHHHH
Afbeelding 3
3 Is het geheel meer dan de som van de delen, of wat is leven?
Het is een feit dat biologisch materiaal tenminste tot op heden niet kan worden gesynthetiseerd
door uitsluitend gebruik te maken van chemische elementen. Nog minder geldt dat voor een cel. Het
leven in al zijn verschijningsvormen, van de meest primitieve, zoals een virus, tot de hogere niveaus
in flora en fauna, blijft een mysterie. Sommigen menen dat het een kwestie van tijd is dat de
wetenschap leven zal kunnen verklaren, en zelfs in staat zal zijn biologische processen te
5. Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 5
reproduceren. Om zo ver te kunnen komen zou men de chemische processen moeten ontrafelen en
in detail de onderliggende fysische fenomenen moeten bestuderen. In deze visie, wordt biologie
toegepaste scheikunde, die op haar beurt weer toegepaste natuurkunde is. Anderen geven de
voorkeur aan een holistische visie en beschouwen levende materie als iets dat niet tot levenloze
blokken kan worden gereduceerd.
Niet alleen de wetenschapper houdt zich bezig met de fundamentele aspecten van leven. Ook de
filosofen hebben vanaf de Griekse oudheid diepe gedachten over het leven ontwikkeld. In
vergelijking met levenloze dingen kwam Aristoteles tot de conclusie dat bij levende wezens op de
eerste plaats een nieuw niveau van informatie aanwezig is. De naam organisme duidt reeds op de
aanwezigheid van een structuur bestaande uit delen met verschillende functies. Deze informatie
(vorm in de filosofische vaktaal)7 is er niet alleen voor verantwoordelijk dat het levende wezen is
zoals het is, maar ook voor het gedrag en de verdere ontwikkeling in de tijd. Hierbij moet men
denken aan groeien en herstel na een verwonding en ook aan voortplanting. Bij Democritus, de
grondlegger van het atomisme en in zekere zin een voorloper van Aristoteles was de informatie in de
dingen beperkt tot het geometrische patroon waarin de extreem kleine deeltjes gerangschikt waren.
Deze deeltjes, die hij atomen noemde, waren allen aan elkaar gelijk en ondeelbaar (daarvan de naam
a-tom, Grieks voor ondeelbaar). Met dit model maakt Democritus aannemelijk dat alle ons bekende
dingen uiteindelijk kunnen worden gereduceerd tot elementaire deeltjes. Maar aan de sterke
eenheid in de levende wezens wordt hierbij geen recht gedaan. Een deling van een steen levert
gewoon 2 stenen op, de deling van een zoogdier, zoals een hond, levert iets geheel nieuws op,
namelijk de twee delen van een dood wezen.
Het reductionisme in zijn meest consequente variant is wijd verbreid onder wetenschappers. Het
geheel is niet meer dan de som van de delen. Dat we nu nog gedwongen zijn het geheel afzonderlijk
te beschouwen is alleen maar het gevolg van de nu nog gebrekkige stand van de wetenschap. In feite
is alles, inclusief planten, dier en mens niets anders dan een agglomeratie van elementaire deeltjes
met een bepaalde rangschikking. Bekend is de visie van Descartes in de 17e eeuw. Voor hem waren
levende wezens niets anders dan complexe machines, zoals een horloge. Voor velen is dit schokkend,
maar het geeft toch uitdrukking aan een belangrijke waarneming. Als wij het lichaam van een levend
wezen, bij voorbeeld een mens, analyseren vinden wij uiteindelijk niets anders dan wat wij van de
levenloze materie kennen. De wetten van de natuurkunde zijn net zo geldig voor de ingenieur als
voor de bioloog en de arts. Deze waarneming alleen is niet in staat het volledige spectrum van
biologische fenomenen te verklaren, maar wel sluit die zekere vormen van het vitalisme8 uit. Daarin
wordt namelijk gesteld dat bepaalde niet lokaliseerbare substanties verantwoordelijk zijn voor
specifieke biologische functies.
De theoretische natuurkundige en Nobelprijs winnaar P.W. Anderson bracht in een artikel van 19729
in Science een belangrijk argument naar voren dat rechtstreeks met ons probleem te maken heeft.
Hij maakt namelijk onderscheid tussen de weg van het complexe systeem naar de delen
(reductionisme) en de omgekeerde weg van de delen naar het geheel (constructionisme). Hij schrijft:
De hypothese van een reductionist betekent beslist niet dat de hypothese van een "constructionist"
juist is. Het vermogen alles tot eenvoudige fundamentele wetten te reduceren is niet voldoende om
uitgaande van deze wetten een reconstructie van het heelal te maken. Hij aanvaardt de stelling van
de reductionist zonder daarbij bij voorbaat uit te sluiten dat het geheel onderworpen is aan nieuwe
wetten die alleen op het hogere niveau verschijnen.
In zijn artikel brengt hij enkele voorbeelden van zijn vakspecialisme naar voren waarbij hij aantoont
dat bij toenemende schaal en complexiteit een verschuiving te vinden is van kwantitatieve naar
kwalitatieve veranderingen. Dat betekent dat er reeds in de natuurkunde relatief eenvoudige
systemen bestaan die niet begrepen kunnen worden in termen van de wetten en eigenschappen van
de afzonderlijke delen. De door Anderson genoemde voorbeelden kunnen niet binnen de klassieke
natuurkunde van voor 1930 worden begrepen. Concepten uit de kwantummechanica zoals
superpositie en verstrengeling (entanglement) spelen hierbij een belangrijke rol. De daarmee
verbonden fenomenen zoals supergeleiding, superfluiditeit en fotonverstrengeling zijn reeds vele
decennia bekend en worden intensief bestudeerd met het oog op veelbelovende toepassingen. Het
6. Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 6
is niet de bedoeling deze voorbeelden hier nader te bespreken. Maar het is belangrijk op te merken
dat zelfs in relatief eenvoudige systemen in de levenloze natuur nieuwe wetmatigheden een rol gaan
spelen die niet op de afzonderlijke delen kunnen worden toegepast. Maar als men het geheel gaat
ontleden, dan vindt men in overeenstemming met het reductionisme slechts de delen met hun
welbekend gedrag.
4. Discussie
Na de overwegingen in de twee voorgaande secties is het nu tijd om de rode draad van de inleiding
weer op te pakken. Het ging erom na te gaan of de natuurkundige met de resultaten van zijn
vakgebied relevante bijdragen kan leveren tot een beter begrip van evolutie. Tegelijk zou een
vergelijking met fysica en metafysica een scherpere scheiding mogelijk maken tussen evolutie als
science en evolutie als filosofisch wereldbeeld (metabiologie). De grote uitdaging daarbij is te komen
tot een visie die rekening houdt zowel met de sterke eenheid van levende organismen als met de
wetten van de levenloze natuur, die immers ook in levende materie gelden.
In sectie 2 werd onderzocht of een natuurkundige in staat is met zijn methodes toeval of opzet te
onderscheiden. Het bleek dat het statistische karakter van de natuurwetten op microscopische
schaal dit onderscheid fundamenteel onmogelijk maakt. Het is te verwachten dat ook de bioloog niet
over gereedschap beschikt om dit onderscheid te maken. Er is de schrijver in ieder geval geen
gefundeerde claim in de literatuur bekend. Deze overweging leidt tot een belangrijke conclusie: Als
een bioloog meent te moeten constateren dat in de biologische objecten een ontwerper of zelfs een
schepper zichtbaar wordt dan kan hij zich daarbij niet op de natuurwetenschappen beroepen. Zo’n
uitspraak is niet die van een natuurwetenschapper, maar van een beoefenaar van de
geesteswetenschappen, of van iemand die uiting geeft aan zijn diepe overtuigingen. Hetzelfde moet
gezegd worden als met evenveel nadruk geclaimd wordt dat alles toeval is en meer niet. Ook hier
spreekt niet de natuurwetenschapper. Beide klassen van uitspraken behoren bij het metaniveau
waarbij de natuurwetenschappelijke feiten in het kader van een bepaalde metafysica of een bepaald
wereldbeeld worden geanalyseerd.
In de derde sectie ging het om de verhouding tussen het geheel en zijn delen. Als het geheel kan
worden verkregen door het zuiver geometrisch rangschikken van de delen dan zou evolutie van het
eenvoudige tot het complexe een enigzins inzichtelijk proces kunnen blijken. Verstoringen van de
ruimtelijke verdeling van de delen zouden immers vroeger of later tot een nieuw complex geheel
kunnen leiden. Maar in dat beeld blijft de verbazingwekkende organische eenheid van de hogere
levende wezens volledig onderbelicht. Volgens de bovengenoemde visie van Anderson moet men
echter genuanceerder naar de overgang van de delen naar het geheel kijken. Het blijkt dat zelfs in
relatief eenvoudige systemen het geheel niet kan worden geconstrueerd uit alleen de delen en de
bijhorende wetten. Het is daarom te verwachten dat ook de meest complexe systemen, de levende
wezens, niet uitsluitend uit de delen en de bijhorende wetten kunnen worden geconstrueerd. De
extreme uitspraak van Karl Marx, Der Mensch ist was er ißt (de mens is wat hij eet) gaat niet alleen
tegen de overtuiging van veel mensen in maar is ook wetenschappelijk gezien op zijn minst
twijfelachtig.
Voor de bijhorende powerpointpresentatie zie:
http://www.slideshare.net/ADriessen/905-evolutie
7. Alfred Driessen: Evolutie en natuurkunde pagina 7
5. Literatuur
1
A. Driessen Complexiteit, NTvN
2
A. Lagendijk, De arrogantie van de fysicus, inaugurele rede 1989
3
De Broglie, Revue de metaphysique et de morale, 1947, 3, p 278.
4
voor een transcript van deze voordracht zie: John S. Bell, in Mathematical Undecidability, Quantum
Nonlocality and the Question of the Existence of God, A. Driessen and A. Suarez, eds., Kluwer Academic
Publishers, 1997.
5
A. Einstein, B. Podolsky and N. Rosen, Can quantum-mechanical description of physical reality be considered
complete?, Phys. Rev. 47, 777-780 (1935).
6
zie bij voorbeeld: Blake, W.J., Kærn, M., Cantor, C.R., & Collins, J.J., Noise in eukaryotic gene expression,
Nature 422, 633-637 (2003).
7
Voor de materie-vorm leer van Aristoteles, het Hylemorfisme, zie bij voorbeeld Störig, Geschiedenis van de
filosofie, Aula pockets, het Spectrum, 1994.
8
W.M. Kruseman, Vitalisme en Mechanisme, Synthese (Springer), 1, December 1935, pp 21-24.
9
P.W. Anderson, More is different, Science, 177, pp 393-396 (1972)