Bronnen bij Methodes, begrippen: faseovergang

Faseovergang is een begrip komende uit de natuurkunde en extreem belangrijk overal elders in de wetenschap en het denken.

Het standaardvoorbeeld is dat van het bevriezen van water of het omgekeerde: het smelten van ijs. Voor natuurkundigen is het essentiële verschil dat in water de watermoleculen vrij door elkaar kunnen bewegen, en in ijs niet - in ijs zijn ze netjes aan hun plaats gebonden. Voor het gewone dagelijkse gebruik is het meest zichtbare essentiële verschil dat je op ijs kunt lopen, en op water niet - de verbinding met de natuurkundige versie zijnde dat als je met je gewicht op water gaat staan, de moleculen opzij kunnen bewegen, en de moleculen in ijs niet.

Kenmerk van een faseovergang is dat het plotseling gebeurt. Je laat de temperatuur, vanaf zeg 20 graden, langzaam naar beneden gaan, en voortdurend lijkt er weinig tot niets lijkt te gebeuren. En plotseling, als bij toverslag, bevriest het water in bijna één enkele klap.

In de natuurkunde zijn er talloze voorbeelden en vele variaties van faseovergangen. Een andere bekende is die van het ontstaan van (permanent) magnetisme in stoffen als ijzer. Andersoortige faseovergangen kunnen een variabele mate van geleidelijkheid hebben - de geleidelijk faseovergang van boter of margarine komt omdat het een mengsel is van verschillende stoffen.

Een ander essentieel aspect dat ook van belang is voor andere wetenschappen, is dat van de verandering van wat natuurkundigen "vrijheidsgraden" noemen, te vertalen als: "meetbare en geleidelijk verlopende aspecten" - links-rechts, voor-achter en onder-boven zijn de drie "ruimtelijke vrijheidsgraden", temperatuur is een ander. Bij het bevriezen verliezen de watermoleculen hun ruimtelijke vrijheidsgraden.

Aan de andere kant: op ijs kan je lopen, en dat erop kunnen lopen gaat samen met andere nieuwe eigenschappen, zoals bijvoorbeeld de rekbaarheid of indrukbaarheid van ijs - iets dat ijs gemeen heeft met alle vaste stoffen: ijzer is redelijk rekbaar, goud en zilver veel meer. Enzovoort.

De rekbaarheid is dus een eigenschap of vrijheidsgraad die het water erbij krijgt, door ijs te worden.

Het begrip faseovergang is nauw verwant aan de stappen op de abstractieladder , zie aldaar.

De verandering in meetbare eigenschappen als gevolg van faseovergangen is iets dat in alle wetenschappelijke beschrijvingen voorkomt. Wie zich niet bewust is van dit feit, maakt op een gegeven moment ernstige denkfouten omdat hij een begrip toepast dat niet meer van toepassing is, zoals deze (de Volkskrant, 10-04-2014, door Henk Müller, opinieredacteur van de Volkskrant. Herman de Regt is associate professor wetenschapsfilosofie aan Tilburg University):
  Twistgesprek | Henk Müller met Herman de Regt

'Iemand die nu een moord pleegt, is niet schuldig'

Mensen kiezen in vrijheid welk leven ze willen leiden en of ze moreel juist zullen handelen. Daarvoor zijn ze zelf verantwoordelijk. Of is dat toch niet zo?

... U gelooft niet in de vrije wil en u wilt daarom ook een ander rechtssysteem.
'Klopt, ik ben wat ze in filosofisch jargon een 'harde determinist' noemen, iemand die op basis van onze wetenschappelijke kennis inziet dat de vrije wil een illusie is omdat alle gevolgen een oorzaak hebben.'

Ja hè, hè, daar hoef je geen filosoof voor te zijn.
'Oorzaken en gevolgen vormen een lange keten die bij wijze van spreken teruggaat tot de oerknal. Iemand die nu een moord pleegt, is niet schuldig maar staat simpelweg aan het eind van zo'n keten van oorzaken en gevolgen, waarover hij verder niets te zeggen had.'

Het proces van de faseovergang leidt ertoe dat de keten van oorzaak en gevolg wordt vanaf de primitieve deeltjes en velden waaruit de oerknal bestaat op talloze manieren wordt onderbroken voordat je op het niveau van het menselijke handelen en beslissen terecht komt. Vanwege onbekendheid met dit proces, begaat deze prominente wetenschapper ...
  Herman de Regt is associate professor wetenschapsfilosofie aan Tilburg University. Hij schreef onder meer Stof tot Denken (over brein en bewustzijn) en Durf te Denken, Filosofie voor VWO (2014).
...
Zaterdag discussiëren vwo-leerlingen in Tilburg op de Dag van de Filosofie over de vrije wil, het onderwerp van het filosofie-eindexamen dit jaar. Ze gebruiken daarvoor het boek Vrije Wil van twee bij u afgestudeerde auteurs. ...

... dus enorme fouten. Voor zover filosofie dus een wetenschap is, want iedere wetenschapper dient op de hoogte te zijn van het bestaan van de faseovergang, en wie dat niet is, faalt als wetenschapper, en vrijwel geen enkele filosoof is er van op de hoogte. Deels omdat ze dat niet willen, juist omdat faseovergang de ketens van het door hen geliefde causale ketens doorbreken.

Iets dergelijks geldt voor het overgrote deel der overige alfa- en gamma-wetenschappers , met voor met name de laatste de veelvuldige en hardnekkige ontkenning van het bestaan van sociologische groepen, zoals gecanoniseerd in de prominente sociale wetenschappers voorgegeven uitspraak van destijds prinses Maxima: "Er bestaat niet zoiets als dé Nederlandse identiteit" .

Hieronder wat voorbeelden van misverstanden rond faseovergangen, om te beginnen met een hoogabstracte (de Volkskrant, 26-03-2011, door Peter van Walsum):
  Vrije wil valt niet te bewijzen of te weerleggen

Niemand wil eraan dat mensen geen vrij wil hebben. Maar wie eenmaal met de 'demon van Laplace' is geconfronteerd, blijft twijfelen aan die vrije wil.

Peter van Walsum | De auteur is oud-diplomaat. Hij stelt dat determinisme het uitgangspunt van wetenschap is. Dat principe bepaalt ook het menselijk lichaam en gedrag. Het kost echter miljarden jaren om dat in kaart te brengen. Tot die tijd hebben we een vrije wil.

De Franse mathematicus en astronoom Pierre-Simon Laplace heeft in 1814 geschreven dat wij ons de huidige staat van het heelal moeten voorstellen als het gevolg van zijn eerdere staat en de oorzaak van de staat die erop zal volgen. Een intellect dat op een gegeven moment alle krachten waarvan de natuur bezield is en de positie van elk der wezens die er deel van uitmaken zou kennen, en dat voorts immens genoeg was om al die gegevens aan analyse te onderwerpen, zou in één en dezelfde formule de bewegingen van de grootste hemellichamen en die van het lichtste atoom omvatten: niets zou voor dat intellect onzeker zijn, en de toekomst zou zich even duidelijk voor zijn ogen openen als het verleden.    ...

Dus niet: uit het gedrag van water kan je niet het gedrag van ijs voorspellen - en omgekeerd.
    Maar aan dit idee zijn eindeloos veel gedachten en woorden besteed:
  Dit was de demon van Laplace, die in één onschuldig klinkende formule het hele leven van zijn zin beroofde. De benaming 'demon' komt overigens niet van Laplace zelf: latere schrijvers hebben het hypothetische 'intellect' waar zijn formule om draait, deze bijnaam gegeven. Het woord zal zeker spottend bedoeld zijn geweest, maar voor mij was het een passende benaming omdat de demon van Laplace mij nooit meer heeft losgelaten.
    Eenmaal van de schrik bekomen kwam ik geleidelijk tot de conclusie dat ik dit determinisme van Laplace tegelijk overtuigend en ondraaglijk vond. Overtuigend omdat alles, ook wat wij willen, een oorzaak heeft en zulke oorzaken niet zelf oorzaakloos kunnen zijn.
    Ondraaglijk omdat een leven helemaal zonder vrije wil een leven zonder verantwoordelijkheid zou zijn ...

Enzovoort. Weer eindeloze hoeveelheden woorden lang.

Uit een wat mondainer vakgebied (de Volkskrant, 23-02-2016, rubriek De kwestie, door Peter de Waard):
  Is Piet Paulusma de betere econoom?

Als de Europese Centrale Bank ervoor kiest de rente te verlagen, zijn de effecten van dit besluit vooraf getest met een economisch model dat uitgaat van een gemiddelde burger die rationeel handelt.
    Daar komt dan steevast uit dat die geneigd is sneller geld te gaan lenen voor de aankoop van een huis of een auto. Dat in werkelijkheid het omgekeerde gebeurt - er wordt juist meer gespaard - is een economisch-wetenschappelijke onmogelijkheid. Niettemin is de monetaire verruiming waarop de economen zo hebben aangedrongen, geëindigd in het tranendal van een negatieve rentespiraal. Nu roepen dezelfde economen op er weer een einde aan te maken, omdat er geen klandizie is voor al dat gratis geld.
    In het blad Science heeft een groep wetenschappers een oproep gedaan hun modellen voor ijsvorming, weersveranderingen of migraine-aanvallen ook in de economie te gebruiken. Als beleidsmakers dat in het verleden hadden gedaan, zou de kredietcrisis mogelijk drie jaar eerder kunnen zijn voorspeld.
    In de ecologie, natuurkunde, epidemiologie en sociologie wordt gebruikgemaakt van complexe netwerken. Niet het gedrag van één rationeel handelend gemiddeld individu wordt als ijkpunt genomen, maar de reeks van interacties tussen heel veel individuen, die het gevolg is van een bepaald besluit. ...

Met dus een misverstand: bij de overgang van het beschouwen van het gedrag van één individu, één watermolecuul, naar dat van vele, is het beslist niet nodig om 'complexe netwerken' te introduceren. Gewoon het aantal kan het ook al prima af:

  ...    Zelfs als alle banken individueel stabiel zijn, kan het hele financiële systeem in crisis raken. Dat de val van Lehman Brothers een domino-effect tot gevolg had waardoor het financiële systeem op zijn grondvesten kwam te schudden, was nu een totale verrassing. Andere wetenschappen werken met kantelmomenten, waardoor bij een bepaalde interactie van moleculen een meer kan bevriezen of oerwoud in savanne kan veranderen. Zulke indicatoren zou de economie ook moeten hebben om de interactie van alle radertjes te duiden.    ...

Inderdaad.
    Helaas heeft ook de natuurkunde nog geen methode gevonden om uit het gedrag van water dat van ijs te voorspellen. Dus zal het in andere vakgebieden voorlopig ook wel behelpen blijven ...
    En die Piet Paulusma uit de kop: dat is een populaire weersvoorspeller.

Dan de aanleiding voor het maken van deze verzameling (de Volkskrant, 29-02-2020, door George van Hal):
  Natuur-/bedrijfskunde

Van gek idee naar groot succes

Hoe kan een bedrijf malle ideeën een kans blijven geven, ofwel creatief blijven? Kijk naar de natuurkunde van bevriezend water, zegt Safi Bahcall, die aan de weg timmert met zijn boek Loonshots.

Welk voorbeeld die Bahcall kan hanteren, omdat hij natuurkundige is. Die in het bedrijfsleven is gaan werken om te bemerken dat het idee van faseoverging ook daar van toepassing is:
  Eind september 1922. Twee radioamateurs installeren bij een vliegtuigbasis van de Amerikaanse marine een kortegolfontvanger ...
   Zo luidt het verhaal van de ontdekking, puur bij toeval, van de radar. Maar ondanks succesvolle vervolgonderzoeken, onder meer bij vliegtuigen, en meerdere berichten aan de legerleiding, blijft de vinding jarenlang op de plank liggen.    ...

Eindeloos veel andere voorbeelden van: iemand komt met een nieuw idee dat een beetje buiten de gebaande paden valt, en wordt voor gek versleten. Oude versie: Frank Whittle en de straalmotor, nieuwe versie: James Dyson en de cycloon-stofzuiger.
  ...    De starheid waarmee grote organisaties dergelijke ideeën behandelden, was de Amerikaanse ingenieur Vannevar Bush een doorn in het oog. Bush, academicus, zakenman en reservist bij de marine, kwam tijdens de Tweede Wereldoorlog aan het hoofd te staan van iets dat de Office of Scientific Research and Development (OSRD) zou gaan heten. Die club moest uit naam van president Franklin D. Roosevelt onder meer de samenwerking tussen leger en wetenschap bevorderen.    ...

Ondanks deze wetenschap is het verschijnsel van organisatorische starheid eindeloos herhaald. Zodat nu die Bahcall er een boek over kan schrijven:
  U schrijft in uw boek steeds over fase-overgangen en moleculen. Wat heeft natuurkunde met het bedrijfsleven te maken?
'Heel veel, al zien economen dat over het hoofd. Neem bijvoorbeeld de organisatie-economie, het vakgebied waarbij men organisaties bestudeert in plaats van de gehele markt. Daar kijkt men steevast naar het gedrag van individuele werknemers. Wanneer je de vakliteratuur induikt, ontdek je dat die hele discipline onthutsend zwak onderbouwd is. Het is alsof men wil beschrijven hoe ijs breekt door alleen het profiel van één enkel watermolecuul te bestuderen. Dat kan niet.'
    In plaats daarvan, stelt Bahcall, moeten economen, bedrijfskundigen en managementadviseurs de natuurkunde van bevriezend water leren begrijpen. Wanneer water verandert in ijs - iets dat fysici een fase-overgang noemen - is dat het gevolg van het collectieve gedrag van een voor ons onzichtbare zee van watermoleculen. Net zo zijn bedrijven niets anders dan een complexe samenballing van werknemers. Hun individuele motieven, wensen en gevoelens vertalen zich volgens hem, net als bij de moleculen, in gezamenlijk gedrag dat je in formules kunt vangen.
    Ook bedrijven kunnen in zekere zin dus 'bevriezen'. Ze slaan dan om van innovatief naar star. 'Bij een groot bedrijf wordt politiek steeds belangrijker. Je kans op promotie is groter wanneer je je verzet tegen risicovolle ideeën die kunnen mislukken. Bij kleinere bedrijven werk je juist met z'n allen aan dat ene gekke idee dat de gehele onderneming tot een succesverhaal kan maken.'
    Het omslagpunt, de fase-overgang, tekent zich af rond de 150 werknemers, schrijft Bahcall. Onder die grens zit een bedrijf in wat hij de loonshotfase noemt. Boven die grens zit je in de franchisefase, vernoemd naar de eindeloze filmreeksen met vervolgen op eerdere successen die Hollywood produceert.    ...

Het recept is dus simpel:
  ...    Volgens Bahcall biedt de methode-Bush uitkomst. Zonder dat hij de achterliggende natuurkunde kende, wist Bush beide fasen namelijk te scheiden. Op die manier kun je zowel je 'artiesten', zoals Bahcall ze noemt - de mensen die de nieuwe ideeën ontwikkelen - als de 'soldaten' die werken aan beproefde concepten, in hun waarde laten en stimuleren.    ...

Voorbeelden bekend genoeg uit de ICT: het grafische windows-system-met-muis is ontwikkeld door een kleine club binnen een groot concern: Xerox (het Palo Alto Research Center of PARC).
    En ook er er zelfs bewust gebruik van gemaakt: toen de computerreus IBM besefte dat de personal computer toch iets zou worden en ze niets hadden, hebben ze een klein team (voor IBM-termen ... Iets als honderd man) geformeerd dat volledig gescheiden mocht werken en carte blanche had).
    De werking van de betrokken faseovergang is al geformuleerd.
    Deze redactie kende het verhaal al grotendeels van eerdere beschrijvingen.
    En het waargenomen hebbende, ook aan de persoon zelve.


Naar Methodes, begrippen , of site home ·.

3 mrt.2020