19 March 2018

Klaas Landsman (2). Het zgn. fine-tuning for life argument

Klaas Landsman (2018)
Naar alle onwaarschijnlijkheid.
Klaas Landsman (2018) geeft in zijn boek Naar alle onwaarschijnlijkheid een zeer goede uiteenzetting van finetuning van de kosmos voor het leven. De Hoyle-resonantie was niet alleen het eerste voorbeeld van de finetuning, maar tevens de enige echte voorspelling van finetuning [1].
Ik vind finetuning een fascinerend onderwerp. Het heeft alles te maken met Big History (verbanden leggen!), evolutie en creationisme. Ik zou er nog vele blogs over kunnen schrijven.

Ik geef hier enige aanvullingen op de uitstekende uiteenzetting van Landsman.

Finetuning for what?
Landsman noemt het finetuning for life argument een understatement, omdat het niet alleen fine-tuning for life zou zijn, maar voor alle materie, en zelfs voor het bestaan van het universum zoals wij dat kennen. Ik noem het een overstatement precies omdat er te véél wordt geclaimd. En omdat ze het totaal niet kunnen waar maken.

Als je goed kijkt naar het finetuning for life argument, dan blijkt dat het helemaal geen finetuning for life is, maar hoogstens fysische finetuning voor de bouwstenen C, H, N, O, P, S van leven. Finetuning specifiek for life kan dus helemaal niet. Dat is een misverstand dat gretig in leven wordt gehouden door religieuze denkers. Bovendien, als er echt finetuning for life zou bestaan dan zou je moeten verwachten dat het leven op een planeet zoals de aarde spontaan zou ontstaan. Maar wat blijkt? Na al die onvoorstelbaar precieze finetuning van de fysische natuurwetten moet de Schepper-God het leven op aarde alsnog handmatig creëren (Genesis). Wat een afgang. Een ingreep in de natuurwetten! Dus, de hele uitdrukking 'de kosmos is gefinetuned for life' klopt niet en gelovigen gaan er niet consequent mee om. Ik noem het dus een overstatement.

David Foster (1993)
The Philosophical Scientists
Evolutie
Religieuze denkers richten hun aanvallen ook in de context van de evolutietheorie op kleine kansen. Onlangs kreeg ik nog een onthullend commentaar op een oude bespreking op mijn WDW website van een creationistisch anti-evolutieboek (de moeite waard om over te bloggen). Het argument draaide om de extreem kleine kans dat een hemeglobine eiwit door zuiver toeval zou ontstaan: 10 tot de macht 650. Zo werkt evolutie niet. Maar zo werken de argumenten tegen evolutie bijna altijd. Toen realiseerde ik mij dat ook het finetuning argument draait om extreem kleine kansen. In feite zijn volgens mij alle creationistische en Intelligent Design (ID) argumenten gericht tegen  extreem kleine kansen, dus tegen toeval. Religieuze denkers zien extreem kleine kansen en roepen: dat kan geen toeval zijn! Dat moet God zijn!

Heelal: een reality check
 
Een volgend probleem met het the cosmos is fine tuned for life is dat die extreem kleine kansen zo oogverblindend zijn, dat de kille feiten van het heelal aan het oog onttrokken worden. Het heelal is bepaald niet een extreem efficiënte en doelmatige machine om leven voort te brengen, laat staan 'intelligent leven'. Ik zet een paar voorbeelden op een rijtje ter illustratie:
  1. Het heelal is een onmetelijk grote, koude, donkere en vrijwel lege ruimte waar het bepaald niet wemelt van het leven. Fine tuned for life?
  2. het zichtbare heelal heeft 100 miljard melkwegstelsels met ieder 100 miljard sterren. Zijn die allemaal nodig? Moeten we dat verwachten onder de finetuning (ft) hypothese?
  3. 95% van het heelal bestaat uit zgn. donkere materie en energie: wat voor nut heeft dat voor het leven? Idem: zwarte gaten (black holes).
  4. De belangrijkste chemische elementen voor het leven zijn: Koolstof (C), Zuurstof (O), Stikstof (N), Fosfor (P), etc. en die werden niet geproduceerd door de Big Bang. Die werden pas veel later in de geschiedenis van het heelal geproduceerd. Is dit begrijpelijk onder de ft hypothese?
  5. Het heelal bestaat voor 75% uit waterstof (H) en 25% Helium-4. Een objectieve waarnemer zou moeten concluderen dat deze kennelijk de belangrijkste elementen zijn. Maar volgt dat uit de ft hypothese?
  6. Als je het Periodiek systeem der elementen bekijkt (zie hier onder) dan zie je dat slechts 19 van de 115  van de elementen essentieel zijn voor menselijk leven (paarse kleur in illustratie). Wat is het nut van de rest? Dat lijkt niet op een doelgerichte, efficiënte finetuning for life.

  7. Essential Elements for Life (paars). groen: mogelijk essentieel.
    grijs: niet essentieel of relevant voor leven.

  8. Levende organismen gebruiken 20 aminozuren terwijl er minimaal 80 aminozuren bestaan ("over 80 amino acids created abiotically in high concentrations and about 900 are produced by natural pathways"; source). Hoe verklaart finetuning for life dit?
  9. Alle golflengtes van UV licht van 220 - 390 nm (UV-C, UV-B, UV-A) veroorzaken mutaties in het DNA. UV-B licht produceert pyrimidine dimers, dat is schadelijk. Dus: DNA en de zon als energiebron voor onze planeet, zijn niet op elkaar afgestemd. Zie: DNA damage.
  10. Kan het zijn dat de planeet Aarde een beetje té gevoelig is voor opwarming door CO2? Is dat compatibel met de ft hypothese?

De chronologie

An updated time line of the universe shows the first stars
being born by about 180 million years after the big bang.
bron
Een vraag: ziet het er naar uit dat de mens het doel van het universum is? De Schepper-god zou met extreme precisie aan enkele tientallen knoppen gedraaid hebben en dan:
  • de eerste 150 miljoen jaar van de geschiedenis van de kosmos heerste er volledige duisternis (Chronology of the universe). [4] Was dat nodig?
  • ons zonnestelsel (zon, aarde, etc) heeft zich pas 4.6 miljard jaar geleden gevormd, dus pas na 9,1 miljard jaar. Waarom duurde dat zo lang als ons zonnestelsel zo belangrijk is?
  • Boring Billion is een periode van een miljard jaar na het ontstaan van het leven op aarde zien we alleen eencelligen. Pas vanaf 600 - 500 miljoen jaar geleden zien we meercelligen. Moeten we dat verwachten onder de ft hypothese? Idem: snowball earth, mass extinctions; late atmospheric oxygen arrival.
  • Als de mens 'de bedoeling was', waarom duurde het zo'n slordige 3,5 miljard jaar na het verschijnen van het eerste leven op aarde dat de mens verscheen? (zie bekende klok figuur hieronder )
  • History of Earth in 24-hour clock
    de mens verschijnt de laatste paar seconden
  • Als het leven in het heelal de bedoeling is, waarom dan de warmtedood van het heelal? (heat death of the universe).

Leven is tegennatuurlijk
Een belangrijk en relevant punt dat Landsman in het geheel niet noemt:
  • het verschijnsel leven is in feite 'tegennatuurlijk'. Leven is een semi-stabiel verschijnsel dat alleen kan blijven voortbestaan door voortdurend materie en energie (=voedsel) uit de omgeving te importeren. Per definitie. Houdt die toevoer op dan vervalt het leven snel tot dode materie. Het lijkt heel vanzelfsprekend dat we moeten eten om in leven te blijven, maar het is tegelijk het ultieme bewijs dat het leven tegennatuurlijk is. Waarom? Door een zeer fundamentele natuurwet: 'The Second Law of Thermodynamics'! Leven is een far-from-equilibrium state [2].  Met als bijkomend nadeel dat organismen (uitgezonderd planten) ander leven moeten doden om zelf in leven te blijven.
OK, het is duidelijk dat leven mogelijk is met de huidige natuurwetten. Maar hoe logisch zijn de huidige natuurwetten als een Schepper leven wil scheppen? Als de kosmos gefinetuned was voor leven, zouden er dan niet meer 'leven-vriendelijke' natuurwetten bestaan hebben? Zoals het nu is, is het bepaald niet elegant ontworpen. Waarom zijn de natuurwetten niet zodanig dat ze inherent stabiele levensvormen mogelijk maken? Dus, zonder dat we continue moeten eten (=doden) om in leven te blijven? De natuurwetten van de kosmos zouden ontworpen moeten worden voor leven en niet voor de dood! [2]

Omgekeerde finetuning
Landsman noemt een paar keer dat organismen zich aanpassen (finetuning) aan de omstandigheden en niet andersom. Dat ben ik met hem eens. Dat is evolutie. Dat is natuurlijke selectie. Zeker een belangrijk punt. Maar de natuurwetten moeten wel zodanig zijn dat ze een complexe (koolstof-)chemie mogelijk maken. Dat is een fysische randvoorwaarde. Daarna past het leven zich aan aan de eigenschappen van de fysica en chemie. Hier is nog veel meer interessants over te zeggen [3].

Metaforen
Ik denk dat ik Landsman goed samenvat met: alle metaforen (kaartspel, etc) door gelovigen naar voren gebracht om finetuning een theïstische interpretatie te geven, hebben een menselijke context: ze bevatten artefacten, en mensen met bedoelingen. Maar dan neem je al op voorhand een Schepper aan. Wat we nodig hebben is een zuiver wetenschappelijke behandeling van finetuning zonder de kwestie te verontreinigen met misleidende, antropocentrische metaforen.

Landsman concludeert dat het Antropische Principe (zwak of sterk) niet leeg, tautologisch of onjuist is, maar ook geen serieuze bijdrage aan een beter begrip van finetuning levert. 

De uiteenzetting van Landsman zal nog jaren de moeite waard zijn om te lezen. Verplichte kost.

Volgende keer over Jezus.

Vorig blog over dit onderwerp

Over het boek Naar alle onwaarschijnlijkheid. Toeval in de wetenschap en filosofie van Klaas Landsman (1)

 

Noten

  1. Landsman noemt nog enkele andere voorbeelden van fine tuning. De voorbeelden van finetuning (hij schrijft finetuning nooit tussen aanhalingstekens!) zijn fysische realiteit, ze zijn echt. Het zijn geen verzinsels van creationisten.
  2. Over dit onderwerp zou ik makkelijk een apart blog kunnen maken. Creationisten vinden dit geen leuke materie. Zie o.a. Addy Pross, Tibor Ganti en Eric J Chaisson (2001) Cosmic Evolution. The Rise of Complexity in Nature. Zeer de moete waard, ook om over te bloggen.
  3. De lichaamstemperatuur van 37 graden is op de meeste plaatsen op aarde hoger dan de omgevingstemperatuur. Waarom 37 graden? Het kost energie om dat temperatuurverschil te handhaven (vooral 's winters!). Had dat niet anders gekund? Het zou minder energie kosten als de lichaamstemperatuur gelijk is aan de omgevingstemperatuur. Bijvoorbeeld als de temperatuur op aarde overal 37 graden zou zijn.
  4. Recente info: "...the earliest stars didn’t turn on until about 180 million years after the big bang..." bron

07 March 2018

Over het boek Naar alle onwaarschijnlijkheid. Toeval in de wetenschap en filosofie van Klaas Landsman (1)

Klaas Landsman (2018)
Naar alle onwaarschijnlijkheid.
Toeval in de wetenschap en filosofie

Theoretisch fysicus prof Klaas Landsman schreef een fascinerend boek over toeval in de natuurkunde, kosmologie, evolutie, filosofie en religie zoals niemand anders in Nederland het had kunnen doen.

fine tuning

Na een inleidend hoofdstuk over het begrip coïncidentie begint Landsman met het idee Fine Tuning van de kosmos voor het leven. Om dit op een wetenschappelijk verantwoorde manier te kunnen doen, behandelt hij eerst de Algemene Relativiteitstheorie, het Standaardmodel van de deeltjesfysica en kosmologie. Dit is voor een bioloog zonder meer een pittig hoofdstuk. De dierentuin van elementaire deeltjes, met o.a. down-quark en up-quark, is voor mij duizelingwekkend zelfs angstwekkend ingewikkeld. Een bioloog hoeft dit allemaal niet te begrijpen om zijn werk te kunnen doen [2]. Wat van belang is dat wij ons leven te danken hebben aan x fundamentele constanten die zo onwaarschijnlijk precies zijn 'afgestemd' dat atomen, moleculen, sterren en planeten zijn ontstaan. Nemen we dit soort conclusies aan, dan weten we voldoende om de rest van het verhaal te kunnen volgen.

Het hoofdstuk over Fine Tuning vond ik zeer de moeite waard. Ik heb in het verleden veel over het onderwerp gelezen, maar de aanpak van Landsman is origineel. Hij maakt een verhelderende maar compacte analyse van Fine Tuning, verwerpt uiteindelijk zowel Fine Tuning als het Multiversum (!) en met name de conclusies die men er doorgaans uit trekt, omdat ze beide op een aantal denkfouten berusten. Dat doet hij niet zomaar. Hij geeft het idee Fine Tuning een kans. Hij vraagt: wat als Fine Tuning toch een zinnig concept zou zijn? Wat kunnen we dan van Fine Tuning leren? Het is voor mij een hoofdstuk dat ik zeker vaker zal lezen. Er wordt het nodige denkwerk vereist. Mijn gevoel is dat hier een gezaghebbende bespreking van Fine Tuning op tafel ligt.

natuurkunde

Klaas Landsman
Toeval is niet altijd een onderdeel van natuurwetten geweeest: Newton's wetten waren deterministisch. Boltzman introduceeerde toeval in natuurwetten. Einstein introduceerde als eerste toeval in de kwantummechanica. Het aardige van de uiteenzetting van Landsman is dat het niet als kant-en-klare theorie wordt gepresenteerd maar als een historische ontwikkeling met veel onzekerheden en (persoonlijke) controverses. Het blijkt dat Landsman werkt aan een oplossing voor de Schrödingers kat paradox. Dat behoort tot zijn vakgebied Foundations of Quantum Theory.


evolutie

In het hoofdstuk 'Toeval in evolutiebiologie' behandelt Klaas Landsman de rol van het toeval in evolutie. De rol van toeval wordt goed belicht, maar gaat enigszins ten koste van de rol van natuurlijke selectie. Bijvoorbeeld: neutralisme (whistleblower Kimura) vind hij erg belangrijk en fascinerend. Over het neutralisme van Kimura schrijft hij: "bracht hem tot de ketterse conclusie dat de klassieke darwinistische selectie via het recht van de sterkste nauwelijks een rol speelt in de evolutie... " [1]. Dat er later correcties (afzwakkingen) van Kimura's model zijn gekomen staat niet in de hoofdtekst, maar zet hij in een eindnoot (33).
Landsman noemt ook Stephen Jay Goulds 'rewinding the tape of life' [10] die uitstekend past binnen het thema toeval in evolutie.

De rol van toeval in evolutie heeft voor Landsman een speciale betekenis. In de epiloog schrijft hij: "Ook evolutie vind ik fascinerend omdàt het proces door toeval wordt aangestuurd" in plaats van dat het een voorgeprogrammeerd, deterministisch, doelgericht proces is. Voor hem betekent het dat evolutie een open-einde-proces is, dat nieuwe dingen kan voort brengen. Dus toeval heeft bij hem in dit verband een positieve betekenis. Dit contrasteert hij met de christelijke visie waarin alles doelgericht moet zijn.

Landsman noemt geen literatuur die de rol van toeval relativeert zoals convergentie [4]. Convergentie is het meerdere malen onafhankelijk ontstaan van dezelfde aanpassingen in diverse families in de Tree of Life. Het oog is een goed voorbeeld. Het beeldvormend oog met lens is niet minder dan 50 tot 100 maal ontstaan in de evolutie. D.w.z. het oog van alle hedendaagse organismen is niet via gemeenschappelijke afstamming van een verre voorouder afkomstig, die toevallig de juiste mutaties had. Toeval sluit dus niet uit dat evolutie meerdere malen dezelfde aanpassing voortbrengt. Je zou kunnen zeggen dat het ontstaan van het cameraoog onvermijdelijk was.
Verder heeft mathematisch bioloog Stuart Kauffman [3] betoogd dat het ontstaan van het leven in het universum geen toevalligheid is maar onvermijdelijkheid.

Nergens maakt Landsman fouten op het gebied van de evolutiebiologie, hij heeft de nodige literatuur geraadpleegd ([8], waaronder één leerboek [6]). Soms kwam ik een enkel boek tegen dat ik niet kende, maar de moeite waard lijkt (Chance in Evolution [7]). Bij sommige passages kan ik kanttekeningen plaatsen [5] [9]. De paragraaf 'De moleculaire structuur van mutaties' suggereert een uitleg van het mechanisme van mutaties op chemisch niveau. Maar dat is er niet. Toen hij het boek schreef kon Landsman nog niet weten dat chemische tautomerie van de bases A,T,C,G ten grondslag ligt aan mutaties in het DNA (zie mijn vorige blog Het is nu bewezen dat DNA noodzakelijkerwijs mutaties genereert. DNA mutability by design). Het zou goed passen in het betoog van een theoretisch fysicus [11].

In een volgende blog zal ik aandacht besteden aan het hoofdstuk 'Toeval en religie'. [12]

Noten

  1. Klopt niet helemaal: Kimura heeft het over DNA sequence niveau, niet morfologisch! Zie mijn review. Kimura was een whistle-blower en revolutionair; gooide een knuppel in het hoenderhok. De orthodoxe neo-Darwinisten waren de gevestigde orde en het doelwit van de aanval. KL laat zich een beetje meeslepen. Het ware beter dat zijn afzwakking niet in een noot maar in de hoofdtekst was terecht gekomen. Het 'recht van de sterkste' is een foute uitdrukking.
  2. Naar aanleiding van de uitspraak "beschrijvingsniveau van de fysica is irrelevant voor de mens". Speculatief: zou leven mogelijk zijn met atomen en moleculen zonder dat die weer uit nog kleinere deeltjes bestaan? Zijn die deeltjes echt nodig? Fotosynthese misschien? Gekscherend: het zal organismen een worst wezen hoeveel elementaire deeltjes er zijn, als ze maar voedsel, partner en een slaapplaats hebben. Misschien zijn ze nodig voor fysische processen in de zon en als je per se alles uit een oerknal wilt laten ontstaan.
  3. De populaire versie is: At home in the Universe. De wetenschappelijke versie is: The Origins of Order. Self-organization and selection evolution.
  4. Zie wikipedia artikel convergent evolution. Paleontoloog Simon Conway Morris heeft nogal aan de weg getimmerd met convergentie: Life's Solution. Inevitable Humans in a Lonely Universe; Fitness of the Cosmos for Life: Biochemistry and Fine-Tuning; The Runes of Evolution, How the Universe Became Self-Aware. Maar zie ook: George R. McGhee (2011) 'Convergent Evolution: Limited Forms Most Beautiful'.
  5. Ziekte van Huntington: hierbij speelt mee dat bij een veel voorkomende vorm van Huntington de ziekte verschijnselen pas optreden op oudere leeftijd nadat de drager zich heeft voortgeplant. Daardoor heeft natuurlijke selectie er geen vat op. We worden ouder dan vroeger. 
  6. Ridley (2004) 3d ed. textbook Evolution. Zie voor overzicht van moderne texbooks Evolution hier.
  7. Chance in Evolution. Edited by Grant Ramsey and Charles H. Pence (met bijdrages van specialisten)
  8. Han Brunner (2016) When Chance Strikes: Random Mutational Events as a Cause of Birth Defects and Cancer  
  9. Landman schrijft: "Mutaties moeten ooit een keer ontstaan en zijn van oorsprong dus altijd somatisch, " dat is een vreemd gebruik van het woord somatisch. In ieder geval zijn somatische mutaties evolutionair van minder belang. Het zijn mutaties in de geslachtscellen (germline) die impact hebben op de volgende generaties.
  10. S. J. Gould: 'rewinding the tape of evolution would not guarantee the re-occurrence of the human species' in zijn boek Full House. Volgens wikipedia: "Gould's thesis in Wonderful Life was that contingency plays a major role in the evolutionary history of life." (in Wonderful Life). Zie ook mijn review van Gould.
  11. In het Trouw interview komt hij héél dicht in de buurt: "Zo'n replicatiefoutje af en toe zit als het ware ingebakken in de structuur van het DNA, alleen de locatie is toevallig."
  12. Nog even geduld aub: ik ben voor de tweede (!!) keer geveld door het griepvrius! (11 mrt). Over fine tuning gesproken: het menselijk lichaam is niet gefinetuned om bestand te zijn tegen een extreem simpel virus!

Bronnen/Literatuur