I - Kleine deeltjes
hebben grote wensen
Stel u een kraan voor. Een kraan voor warme en koude
vloeistof, maar geen gewone mengkraan met een blauwe en rode knop, maar een
kraan zonder knoppen die constant open staat. Het bijzondere is dat de
vloeistof die uit de kraan komt of
gloeiend heet, of ijskoud is, één van
de twee, dus geen mengvorm. Ook de vloeistof is bijzonder: we kunnen nergens
aan afleiden of de vloeistof heet of koud is, we kunnen dit enkel controleren
door onze hand in de straal te steken. En nu komt het: tot op het moment dat we
onze hand in de straal steken, is de
vloeistof nog niet warm of koud, en staan beide mogelijkheden nog open,
maar op het moment dat de vinger de straal raakt, wordt de vloeistof
ogenblikkelijk het één of het ander:
warm of koud.
De bovenstaande beschrijving (losjes gebaseerd op een artikel
van de wiskundige Douglas R. Hofstadter in The
Mind's I) is een poging om een conceptueel probleem uit de kwantummechanica
inzichtelijk te maken, dat bekend staat als de ineenstorting van de golffunctie. In de normale natuurkundige
wereld, zoals die in kaart is gebracht door Newton, heeft een meting geen
invloed op de toestand van datgene wat gemeten wordt. Op subatomair niveau is
dat echter anders. Het is alsof de materie op het allerkleinste niveau nog niet
goed weet hoe zij zich wenst te gedragen, en de verschillende mogelijkheden
open wenst te laten, als een kind dat maar niet kan stoppen bij het schrijven
van een verlanglijstje. Die mogelijkheden worden beschreven in een golffunctie uit de kwantumtheorie, het
verlanglijstje van de allerkleinsten onder ons. Pas op het moment dat een
meting wordt verricht, wordt beslist welke mogelijkheid wordt gerealiseerd.
Om die reden spreken natuurkundigen van proeven met een
causale waarnemersstatus: net als bij de speciale kraan, bepaalt de waarneming
de uitkomst. Voordat de natuurkundige een meting uitvoert op kwantumniveau, is
de toestand waarin het systeem zich bevindt ongewis. Men spreekt in dit verband
van potenties (mogelijke toestanden) in superpositie.
Op het moment dat de meting wordt verricht, springt het systeem in één
toestand, de zogenaamde eigentoestand, en vallen alle andere
potenties, alle mogelijke toestanden weg.
II - De God van de
Natuurkunde ...
Veel natuurkundigen en filosofen zijn niet erg gelukkig met
dit onderscheid tussen systemen met en zonder waarnemersstatus. Het idee dat de
tussenkomst van een waarnemer de status bepaalt en de golffunctie of
superpositie van eigentoestanden doet instorten, lijkt een vorm van toeval, van willekeur aan de basiswetten van de natuur toe te voegen. De
allergrootsten onder ons, raken erdoor van slag. In een beroemd geworden brief
aan Max Born wees Albert Einstein de
complicaties van de kwantumtheorie van de hand:
"Jij gelooft in
een god die dobbelt, en ik in volstrekte orde, in een wereld die objectief
bestaat en die ik, op een speculatieve manier, in de greep probeer te krijgen.
(...) Zelfs het aanvankelijk grote succes van de kwantumtheorie doet me niet
geloven in het fundamentele dobbelspel, hoewel ik ervan doordrongen ben dat
jongere collega's dit uitleggen als een gevolg van seniliteit."
Het argument van Einstein is bekend geworden als "der Herrgot würfellt nicht",
oftewel: God dobbelt niet. Hoewel het
strikt gezien geen religieuze redenering betreft, is het toch typerend dat
Einstein naar God verwijst. De reden waarom men de natuur op een gegeven moment
zo druk is gaan bestuderen, ook (of zelfs met name) in kloosters, is dat men de
natuur zag als Gods werk: door de Schepping te bestuderen, dacht men de
Schepper op het spoor te komen. De achterliggende gedachte daarbij was dat een
goede God ons nooit doelbewust een vals beeld zou willen voorhouden.
III - ... en de Natuurkunde
van God
Gelovigen zijn extra gevoelig voor het idee dat de
werkelijkheid voor en deel wordt bepaald door toeval. Volgens de christelijke
leer is de werkelijkheid een schepping van God en zijn wij de kroon op zijn
schepping. De Schepping is deterministisch en God heeft zelf bepaald dat Het
goed was. Dat was ook het beeld dat mensen als Descartes en Newton voor ogen hadden. De kwantummechanica stelt
echter dat de allerkleinste deeltjes zich, afhankelijk van de waarneming,
gedragen als golf of klassiek deeltje; pas op het moment van de waarneming wordt
beslist of het deeltje het zich wenst te gedragen, welke potentie het wenst te
realiseren. God lijkt hier van zijn
Troon te worden gestoten: de materie dan wel de mens komt in opstand
tegen de Almachtige God door zijn eigen werkelijkheid te scheppen. De Schepping
is indeterministisch geworden. God wikt,
de mens beschikt. Of misschien is het wel de materie op het allerkleinste
niveau.
Gelovigen zijn erg handig in het ontwijken van voetangels en
klemmen, en hetzelfde toevalsprincipe dat de God van zijn troon zou stoten,
wordt in sommige lezingen juist aangegrepen om hem vaster op diezelfde troon te
zetten. Men klampt zich daarbij onder meer vast aan een uitspraak gedaan door
de natuurkundige Freeman Dyson, bij
het in ontvangst nemen van de Templeton Prize:
"Atomen zijn
vreemd spul, ze gedragen zich eerder als actieve tussenpersonen dan als willoze
substanties. Ze maken onvoorstelbare keuzes tussen alternatieve mogelijkheden
volgens de wetten van de kwantummechanica. Het blijkt dat verstand, als we dat
omschrijven als de capaciteit om keuzes te maken, tot bepaalde mate inherent is
aan elk atoom."
Dyson legt de beslissingsbevoegdheid dus bij het deeltje, en
gelovige wetenschappers, zoals de Joodse natuurkundige G. L. Schroeder, hebben
hier een aanwijzing in gezien dat het heelal tot op het allerkleinste niveau
'bezield' is.
IV - De Vele Werelden van Everett
Maar ook gewone natuurkundigen, zij die God het Zijne laten
en de Keizer willen geven wat hem toebehoort, worstelen met het indeterminisme
van de kwantummechanica. Natuurkundigen zijn, zo pleegt Vincent Icke vol te
houden, praktisch ingestelde mensen, jongens van de gestampte pot. Wat zulke
jongens (en meisjes) vooral bezig houdt is de vraag wat er gebeurt met de
mogelijkheden die niet worden
gerealiseerd op het moment dat de golffunctie instort. Moeder natuur moet
zuinig zijn: ze moet werken met wat haar wordt aangeboden, en kan zich niet
veroorloven om iets 'weg te gooien'.
Een zeer radicale, en
even vreemde als fascinerende theorie staat bekend als de Vele-Werelden-hypothese (VWH), bedacht door Hugh Everett. De oplossing van Everett houdt in dat de golffunctie niet instort (dat Moeder Natuur dus
niets weggooit) maar dat de verschillende potenties in verschillende 'werelden'
worden gerealiseerd. De superpositie van mogelijke toestanden stort dus niet
in, maar ontwikkelt zich vloeiend en continue langs verschillende vertakkingen.
In deze visie worden voortdurend nieuwe vertakkingen afgespitst, vertakkingen
van vertakkingen, waarin nieuwe mogelijkheden - potenties - worden
gerealiseerd. Wij zitten toevalligerwijs op die ene tak waar onze potentie werd
gerealiseerd. We leven dus niet in beste der mogelijke werelden van Voltaire, maar
in één van de vele werelden van Everett.
Zoals Hofstadter opmerkt, heeft de theorie duizelingwekkende
complicaties wanneer je haar toepast op jezelf, op het hier en nu:
"Bij ieder
kwantummechnisch vertakkingspunt (en er zijn er miljarden en miljarden geweest)
ben je gesplitst in twee of meer 'jije' die naast elkaar voortleven in paralllelle
maar gescheiden van elkaar bestaande takken van één grote golffunctie."
Of is dit een niet-geoorloofde uitbreiding van de theorie? De
VWH heeft aanleiding gegeven tot nogal wilde speculaties (zoals romans over werelden
waarin Hitler de Tweede Wereldoorlog heeft gewonnen) die bij natuurkundigen tot
nogal wat frictie hebben geleid. Sylvia Wenmackers zegt er over in een bijdrage
op haar blog:
"Die voorbeelden
stoorden me omdat het helemaal niet duidelijk is of een dergelijke alternatieve
geschiedenis het gevolg had kunnen zijn van louter kwantumgerelateerde
variaties op de geschiedenis zoals wij die kennen."
Er was, zo heb ik de indruk, sprake van een zeker
territoriuminstinct: de natuurkundige had het gevoel dat anderen zich meester
wilden maken van haar speelterrein. Tegenwoordig is ze wat dat aangaat milder
geworden (toegeeflijkheid komt met de jaren):
"Terwijl ik het
multiversum destijds als iets intrinsiek kwantumfysisch omarmde, zie ik het
verwijzen naar andere werelden nu veeleer als een natuurlijke reactie van
mensen wanneer ze geconfronteerd worden met indeterminisme."
Afgaande op wat Hofstadter erover zegt, schijnt Everett zelf
nogal laconiek met deze complicaties van zijn theorie te zijn omgegaan. Met een
stalen gezicht, aldus Hofstadter, veegde hij alle mogelijke bezwaren onder
tafel als zijnde betekenisloos. De theorie van Everett met haar vele werelden
en verschillende jij-en die in die verschillende werelden leven, gaat in tegen
iedere intuïtie. Zoals ik elders uiteen heb gezet, is het altijd gevaarlijk om bij
de beoordeling van wetenschappelijke theorieën op je gevoel af te gaan. Toch
ontkom je gewoon niet aan de vraag hoe het nu eigenlijk komt dat je het gevoel hebt
dat je slechts in één wereld leeft. Iemand als Hofstadter, toch een van de
grootste geesten van onze tijd, worstelt daar ook mee, dus we hoeven ons op dit
punt niet te schamen. Hij zegt:
"Welnu, volgens
Everetts theorie heb je dat gevoel niet - je voelt alle alternatieven tegelijkertijd,
het is alleen maar deze jij, die langs deze ene taak beweegt, die niet alle
alternatieven ervaart. Dat is verbijsterend. Waarom is deze ik op deze tak,
waarom voel ik - ik bedoel deze ik - zichzelf - ik bedoel mezelf - niet
gespleten?"
(At least not in your world)
Noten:
(1) Douglas Hofstadter, Daniel C. Dennett, The Mind's I
(Vertaald als: De Spiegel van de Ziel, Uitgeverij Contact, 1996)
(2) Ian Stewart, Speelt God een spelletje? De structuur van
de Chaos, Uitgeverij Het spectrum, Aula boeken, 1989, p. 335-337
Geen opmerkingen:
Een reactie posten