{"id":15113,"date":"2026-05-13T07:18:44","date_gmt":"2026-05-13T07:18:44","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/robert-van-leeuwen\/"},"modified":"2026-05-13T07:19:02","modified_gmt":"2026-05-13T07:19:02","slug":"robert-van-leeuwen","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/robert-van-leeuwen\/","title":{"rendered":"Robert van Leeuwen"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":7,"featured_media":15114,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-15113","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"String theorists and reality","samenvatting":"De droom om een wiskundige theorie te formuleren die alle fundamentele natuurkrachten omvat vormt een terugkerend thema in de twintigste-eeuwse natuurkunde. Halverwege de jaren tachtig won een specifieke benadering sterk aan populariteit onder natuurkundigen: de snaartheorie. Het leek mogelijk om in dit wiskundige raamwerk, gebaseerd op het uitgangspunt dat de elementaire deeltjes in wezen extreem kleine snaartjes zijn, empirisch adequate beschrijvingen af te leiden van de bekende deeltjes-interacties: de elektromagnetische kracht (die elektrische en magnetische verschijnselen beschrijft), de zwakke kernkracht (verantwoordelijk voor radioactieve processen) en de sterke kernkracht (die de eigenschappen van atoomkernen bepaalt). Bovendien bood de snaartheorie de mogelijkheid om berekeningen te doen waarin de zwaartekracht en de kwantumtheorie, die twee ogenschijnlijk onverenigbare pijlers van de moderne natuurkunde, samenkomen.\n\nRond het jaar 1985 kwam de snaartheorie op als een prominente benadering, zelfs een mogelijke \u2018theorie van alles\u2019. Dit gebeurde op het eerste gezicht vrij plotseling: fysici spreken wel van de \u2018snaarrevolutie\u2019. Tegelijkertijd was (en is) er geen enkel direct empirisch bewijs voor de theorie. Gezien het feit dat de snaartheorie voortkwam uit de deeltjesfysica, historisch gezien een vakgebied met een sterke nadruk op het experiment, is dat opmerkelijk.\n\nDoor de jaren heen is de snaartheorie dan ook geregeld onderwerp van discussie geweest. Sommige critici betogen dat fysici met de snaartheorie een verkeerde afslag hebben genomen, omdat het zonder experimenten niet mogelijk is om vooruitgang te boeken in de natuurkunde. Anderen zijn daarentegen van mening zijn dat natuurkundigen met de snaartheorie een nieuwe, betrouwbare manier van theorie\u00ebn beoordelen hebben ge\u00efntroduceerd, die niet op empirische argumenten berust. Historisch-filosofisch gezien is deze discussie echter onvoldoende onderbouwd: hoe kon het gebeuren dat in de sterk op het experiment gerichte onderzoekstraditie van de deeltjesfysica een wiskundige benadering als de snaartheorie, zonder directe empirische component, ogenschijnlijk plotseling zo populair werd? Dat is de centrale vraag in mijn dissertatie.\n\nEen dergelijk onderzoek vergt aan de ene kant inzicht in de bredere evolutie van het vakgebied van de deeltjesfysica: met welke problemen worstelden natuurkundigen door de jaren heen, welke benaderingen bleken succesvol, en welke idee\u00ebn en personen waren invloedrijk? Aan de andere kant roept het historisch-filosofische vragen op: hoe wordt vastgesteld wat wetenschappelijke vooruitgang is in de natuurkunde, welke rol spelen wiskundige theorie en experiment daarin, en hoe is dat historisch bepaald? In mijn proefschrift voeg ik beide aspecten samen, via een diepgravende historische analyse van de praktijken en standpunten van deeltjesfysici in de jaren zestig, zeventig en tachtig van de vorige eeuw. Hiermee breng ik in kaart hoe met de ontwikkeling van de snaartheorie de driehoeksverhouding tussen experiment, wiskunde en de blik op de werkelijkheid binnen de theoretische deeltjesfysica veranderde. In brede zin is de belangrijkste historische lijn die ik naar voren haal in mijn proefschrift er \u00e9\u00e9n van empirisme (de filosofische positie dat een theorie alleen iets zegt over wat waargenomen kan worden) naar realisme (het standpunt dat een theorie een \u2018ware\u2019 beschrijving biedt van een onafhankelijke werkelijkheid \u00e1chter de verschijnselen).\n\nIn de jaren zestig van de vorige eeuw was de deeltjesfysica in hoge mate gericht op het experiment. In plaats van een overkoepelende theorie om de vele experimentele data uit deeltjesversnellers mee te beschrijven, was er een verscheidenheid aan benaderingen die elk succesvol waren in een beperkt empirisch domein. Vrijwel al deze methoden waren linksom of rechtsom verbonden met de zogenaamde kwantumveldentheorie, maar een volledige theorie op basis hiervan was theoretisch niet mogelijk. Een populaire benadering voor de sterke kernkracht probeerde in plaats daarvan om genoeg wiskundige beperkingen uit de veldentheorie te halen om de \u2018verstrooiingsmatrix\u2019, die het experimenteel detecteerbare gedrag van botsende deeltjes vastlegt, uit te rekenen. De wiskunde zelf speelde hierin voornamelijk een instrumentele rol.\n\nHet was uit deze manier van werken dat wat we nu kennen als de snaartheorie ontsproot, via de formulering van zogenaamde \u2018duale modellen\u2019, die ge\u00efnterpreteerd konden worden op basis van deeltjes als snaartjes. In de late jaren zestig en vroege jaren zeventig waren deze duale modellen enige tijd erg in trek onder natuurkundigen, en sommige fysici hoopten dat met duale modellen alle verstrooiingsmatrices van de sterke kernkracht wiskundig bepaald konden worden. Theoretisch kenden duale snaarmodellen wel de nodige problemen: ze bevatten bijvoorbeeld beschrijvingen van deeltjes die niet werden waargenomen, en werkten alleen in een hoger aantal ruimtelijke dimensies dan de drie dimensies die we om ons heen zien.\n\nIn de jaren zeventig vonden er grote verschuivingen plaats in de deeltjesfysica, waarbij het werken aan duale modellen vlug uit de mode raakte. Volgend op enkele theoretische doorbraken en succesvolle empirische tests raakte onder natuurkundigen het perspectief geaccepteerd dat de elementaire-deeltjesinteracties w\u00e9l succesvol beschreven konden worden met kwantumveldentheorie, in het zogenaamde Standaardmodel. Rond 1980 was de heersende opvatting dat het Standaardmodel in principe alle deeltjesverschijnselen naar tevredenheid kon beschrijven. Deze opkomst van het Standaardmodel had verregaande gevolgen voor de blik van theoretisch natuurkundigen op de verhouding tussen theorie en experiment. Sommige fysici, zoals de prominente Amerikaanse natuurkundige Steven Weinberg, beargumenteerden bijvoorbeeld zelfs dat de empirische beschrijvingen in wezen afgeleid konden worden uit de symmetrieprincipes en andere theoretische eigenschappen van het Standaardmodel.\n\nMisschien nog wel belangrijker is dat natuurkundigen zich in de loop van de jaren zeventig direct begonnen te richten op een mogelijke theorie die het nieuwe Standaardmodel kon verbeteren. Dit kwam onder andere omdat het vermeende succes van het Standaardmodel fysici noopte om nieuwe doelen te stellen en de theorie in nieuwe richtingen te ontwikkelen. Zo construeerden ze benaderingen die probeerden ook de zwaartekracht erin te betrekken, een verenigde beschrijving te vinden van de andere drie krachten, of een theoretische verklaring te geven voor parameters waarvan de waarde nu nog op basis van experimenten moest worden vastgesteld. Dit alles had tot gevolg dat fysici zich impliciet steeds meer als realisten positioneerden: het doel was niet langer hoofdzakelijk om de empirische werkelijkheid te beschrijven, maar om een \u2018diepere\u2019 theoretische laag voorbij de bekende verschijnselen te vinden.\n\nHet was tegen deze achtergrond dat in de loop van de jaren tachtig de snaartheorie opkwam. Op dat moment hadden theoretisch natuurkundigen al geruime tijd besteed aan het uitwerken van verschillende, deels overlappende, \u2018unificerende\u2019 theorie\u00ebn om het Standaardmodel te overtreffen. In dit wiskundige werk speelden nieuwe symmetrieprincipes, met name wat \u2018supersymmetrie\u2019 wordt genoemd, een belangrijke rol. E\u00e9n van deze theorie\u00ebn was de snaartheorie: in 1973-1974, tegelijk met de opkomst van het Standaardmodel, hadden de Amerikaanse fysicus John Schwarz en de Fransman Jo\u00ebl Scherk (en onafhankelijk van hen de Japanse natuurkundige Tamiaki Yoneya) voorgesteld dat de duale modellen voor de sterke kernkracht misschien meer geschikt waren als een verenigde theorie van \u00e1lle fundamentele krachten, inclusief de zwaartekracht. Hoewel aanvankelijk andere benaderingen populairder waren, begon in de vroege jaren tachtig de snaartheorie meer de aandacht te trekken, mede door werk van Schwarz, de Britse fysicus Michael Green, en de jonge Amerikaanse natuurkundige Edward Witten.\n\nIn 1984-1985 beleefde de snaartheorie haar doorbraak. Van belang hiervoor was een serie resultaten die de wiskundige consistentie van de theorie verder aantoonde, en het mogelijk leek te maken om, misschien zelfs op unieke wijze, theoretische beschrijvingen van elementaire deeltjes zoals die van het Standaardmodel af te leiden. In mijn proefschrift laat ik bovendien zien dat een andere belangrijke verklaring voor de \u2018plotselinge\u2019 populariteit van de snaartheorie is dat verschillende onderzoeksprogramma\u2019s inhoudelijk samenkwamen in de theorie, zowel op het gebied van deeltjestheorie en unificatie als ook in andere richtingen zoals statistische en mathematische fysica. Zodoende zag een grote groep onderzoekers de kans zag om relevante bijdragen te leveren.\n\nMet het enthousiast omarmen en verder uitwerken van de snaartheorie consolideerde een groep natuurkundigen binnen de deeltjesfysica een sterk wiskundige praktijk en daarmee een bepaalde blik op hoe de wiskunde onze kennis over de natuur vooruit zou kunnen helpen. Deze blik is tot op de dag van vandaag invloedrijk binnen de fundamentele natuurkunde.\n\nEen deel van de inspanningen in de snaartheorie in de tweede helft van de jaren tachtig bleef gericht op het afleiden van de eigenschappen van elementaire deeltjes die experimenteel waarneembaar zijn, maar in toenemende mate ging de aandacht uit naar de wiskundige structuur van de theorie z\u00e9lf. Een leidende motivatie voor zulk wiskundig werk, verkondigd door bijvoorbeeld Witten en ook de Amerikaanse deeltjesfysicus en invloedrijk pleitbezorger van de snaartheorie David Gross, benadrukte hoe wonderlijk de wiskundige structuur van de snaartheorie in elkaar paste, en hoe verbazingwekkend goed ze overeenkwam met de bekende natuurkundige theorie\u00ebn die w\u00e9l empirisch ondersteund waren. Zodoende zou voortgang in het verkrijgen van een dieper begrip van de natuurlijke wereld het beste kunnen komen uit verdere geometrische of anderzijds wiskundige verheldering van de snaartheorie. De (impliciete) veronderstelling hierbij was dat de benodigde wiskundige structuren daadwerkelijk bestaan, en door natuurkundigen en wiskundigen ontdekt kunnen worden. Op deze manier ging de snaartheorie, in de ogen van sommige theoretische deeltjesfysici, wel degelijk nog steeds over een \u2018echte\u2019 wereld, maar dan die van de wiskundige structuren achter de empirische realiteit.","summary":"The dream of formulating a mathematical theory that unifies all fundamental forces of nature has been a recurring theme in twentieth-century physics. In the mid-1980s, a particular approach called string theory attracted widespread attention among particle physicists. In string theory, a mathematical framework based on the premise that the elementary particles are in fact extremely tiny strings, it appeared plausible that one could derive empirically adequate descriptions of the familiar particle interactions: the electromagnetic force (describing electric and magnetic phenomena), the weak force (responsible for radioactive processes), and the strong force (determining the properties of atomic nuclei). Moreover, in string theory one could theoretically contemplate a quantum description of gravity, thereby potentially unifying general relativity and quantum theory, the two pillars of modern physics.\n\nAround 1985, string theory took off as a popular approach, even a purported \u2018theory of everything\u2019. This increase in interest apparently happened quite sudden, a development frequently referred to as the \u2018string revolution\u2019. At the same time, there is to this day no direct empirical evidence for string theory. Since string theory emerged out of particle physics, a field whose practitioners traditionally operate in close collaboration with experimentalists, this seems rather surprising.\n\nFor this reason, string theory has been the subject of debate throughout the years. Some critics contend that string theorists took a wrong turn, because one cannot attain progress in physics in absence of experiments. Others, meanwhile, argue that with string theory, physicist have introduced a new, reliable means of theory assessment which is of a non-empirical nature. These debates, however, are in a historical-philosophical sense insufficiently informed: how could string theory, as a mathematical approach with no direct empirical component, emerge so dramatically out of the experimentally-oriented research tradition of elementary-particle physics? That is the central question in this dissertation.\n\nOn the one hand, an answer to this question requires an engagement with the broader evolution of the field of particle physics. What were the central problems physicists were grappling with throughout the years, what methods and approaches turned out successful, and which ideas and people were influential? On the other hand, it brings to the fore a historical-epistemological dimension to science: what constitutes scientific progress in physics, how do (mathematical) theory and experiment contribute to this, and how is this historically conditioned? In my thesis, I bring these two aspects together, via an in-depth historical analysis of the practices and viewpoints of theoretical particle physicists in the 1960s, 1970s, and 1980s. Historically, I demonstrate how with the development of string theory the reciprocal relations between experiment, mathematics, and physicists\u2019 views on reality changed in the field of particle physics. Broadly speaking, the main historical trend that I identify in my dissertation is a shift from empiricism (the philosophical position that a theory only accounts for what is observable) to realism (the viewpoint that a theory yields a \u2018true\u2019 picture of an independent reality behind the phenomena).\n\nIn the 1960s, particle physics was strongly directed toward experiment. In these years, there was no overarching theory that could account for the abundance of experimental data from particle accelerators. In attempts to describe the data, physicists deployed a variety of methods and approaches which were only successful in limited empirical domains. While almost all of these methods were in some way related to so-called quantum field theory, a complete description of elementary particles based on quantum fields was theoretically not at hand. A widely pursued scheme for the strong force was instead to extract out of field theory enough constraints to calculate the \u2018scattering matrix\u2019, which describes the measurable outcomes of particle collisions. In this approach, the mathematical formalism played foremost an instrumental role.\n\nIt was out of this line of work that what we now know of as string theory emerged, via the formulation of so-called \u2018dual models\u2019, which could be interpreted on the basis of string-like constituents. In the late 1960s and early 1970s, dual models were very popular among particle physicists, and some theorists hoped that with dual models all the scattering matrices of the strong force could be mathematically determined. At the same time, dual models faced theoretical problems: they for instance predicted particles which were not observed experimentally and could only be consistently formulated in a higher number of spatial dimensions than the familiar three dimensions we see around us.\n\nIn the 1970s, the state of particle physics shifted dramatically. Following a series of theoretical breakthroughs and successful empirical tests, physicists got convinced that quantum field theory could successfully account for elementary-particle interactions after all, contrary to earlier expectation, in what became known as the Standard Model. Correspondingly, it quickly became unfashionable to work on dual models. Around 1980, the dominant viewpoint was that the Standard Model offered a satisfactory description of all elementary-particle phenomena. The rise of the Standard Model had profound implications for the outlook of particle theorists on the relation between theory and experiment: some physicists, such as the prominent American field theorist Steven Weinberg, for instance even argued that the empirical descriptions could de facto be derived from the symmetry principles and other theoretical properties of the Standard Model.\n\nPerhaps even more importantly, in the 1970s theorists quickly started to forward proposals that could potentially improve the newly formulated standard theory. Partly, this was because the Standard Model\u2019s perceived success required physicists to pursue new goals and to develop the theory in new directions. They for instance attempted to include gravity in the framework, to give a unified description of the other three forces, or to offer a theoretical explanation for parameter values which in the Standard Model had to be determined on an experimental basis. As a result, theoretical particle physicists increasingly positioned themselves implicitly as realists: the main goal was no longer to describe empirical reality, but instead to arrive at a \u2018deeper\u2019 theoretical understanding beyond the experimentally accessible phenomena.\n\nIt was against this background that string theory emerged in the 1980s. At that point, theoretical physicists had already spent multiple years developing a number of new, partially overlapping, unified theories, attempting to supersede the Standard Model. New symmetry principles, particularly what is called \u2018supersymmetry\u2019, played an important role in this mathematical work. One of these candidate theories was string theory: in 1973-1974, simultaneously with the rise of the Standard Model, American physicist John Schwarz and Frenchman Jo\u00ebl Scherk (as well as, independently, Japanese theorist Tamiaki Yoneya) had proposed that the dual models for the strong force might be better suited as a unified theory of all particle interactions, including gravity. While other unified theory approaches were initially more widely studied, in the early 1980s string theory started to gain traction, among others due to work from Schwarz, British theorist Michael Green, as well as the young American physicist Edward Witten.\n\nIn 1984-1985, string string theory experienced its breakthrough. Partly, this was due to a series of results that further demonstrated the theory\u2019s mathematical consistency, as well as its potential uniqueness, and apparently opened up the possibility to derive theoretical descriptions of elementary particles in it like those from the Standard Model. As I show in my thesis, another important explanation for the \u2018sudden\u2019 rise of interest in string theory was that various lines of work, in particle physics and unification but also in partly distinct areas of statistical and mathematical physics, were brought together in string theory. As such, a large group of physicists from various backgrounds could seize the opportunity to contribute to the string program.\n\nThe group of physicists that enthusiastically took up string theory in the mid-to-late 1980s consolidated a highly mathematical practice in theoretical particle physics and an accompanying perspective on how mathematics can potentially advance our understanding of the natural world. This perspective remains influential in fundamental physics to this day.\n\nWhile part of the efforts in string theory in the late 1980s continued to be directed to deriving experimentally observable descriptions of elementary particles, string theorists\u2019 focus of study increasingly became the mathematical structure of the theory itself. A leading motivation for such mathematical work, expressed by for instance Witten but also by the American particle physicist and influential proselytizer of string theory David Gross, emphasized the \u2018miraculous\u2019 structure of string theory, which fitted together in a very delicate manner and displayed a surprising consistency with the empirically supported theories of particle physics and gravitation. Consequently, the idea was that progress in attaining a deeper understanding of the natural world could best come via the geometrical or otherwise mathematical elucidation of string theory. The (implicit) assertion here was that the required mathematical structures really exist, and could be discovered by physicists and mathematicians. As such, string theory was, in the eyes of some theoretical particle physicists, still concerned with a \u2018real\u2019 world: no longer primarily the observable world of particle experiments, but instead the mathematical world behind empirical reality.","auteur":"Robert van Leeuwen","auteur_slug":"robert-van-leeuwen","publicatiedatum":"12 juni 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/robertvanleeuwen?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/52c7c298-ba4b-4f8d-b853-921aa693b067\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"18915","isbn":"","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Universiteit van Amsterdam","afbeeldingen":15115,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Universiteit van Amsterdam","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15113","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=15113"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15113\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":15116,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15113\/revisions\/15116"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/15114"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=15113"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=15113"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}