Wow! Een boek over kwantumfysica, relativiteitstheorie en andere interessante inzichten dat ik nog niet eerder ben tegenkomen. En een boek dat écht meer aandacht verdient.
Wel een waarschuwing vooraf als je het gaat lezen. De verklarende woordenlijst achter in het boek, dekt bij lange na niet de rijkdom aan natuurkundige inzichten die de revue passeren. Voordat je start met lezen, raad ik je eerst aan wat huiswerk te doen bijv. door het lezen van Govert Schillings boekjes ‘de Oerknal (een definitief ABC van de kosmologie)’ en ‘Higgs (het elementaire ABC van een elementair deeltje)’.
Maar ook als je leest, een tablet bij de hand te hebben om verschillende begrippen snel even te kunnen opzoeken. Begrippen als kwantumgravitatie, lichtkegel, inflatie, inflatonveld, ADS/CFT, isotroop en Hawkings oppervlaktestelling vliegen je om de oren. Als je die van te voren hebt bestudeerd met bovenstaande kleine boekjes, leest het heel wat makkelijker.
Ondanks deze extra voorbereidingen, is dat het lezen van dit boek meer dan de moeite waard. Als je al een werkelijkheidsperceptie hebt, ‘be prepared’ dat die serieus kan gaan veranderen gedurende het lezen. Onderstaand een zeer uitgebreide samenvatting die je zal helpen het boek gemakkelijker te lezen.
Samenvatting
In ‘Einsteins achtertuin’ beschrijft auteur Amanda Gefter haar 17 jarige zoektocht naar de aard van de werkelijkheid die ze, gestimuleerd door en samen met haar vader, vanaf haar 15-de jaar inzette. En dat brengt je aan de randen van het denken in de fysica….maar eigenlijk ook van wetenschap in zijn algemeenheid.
Een van de eerste gedachten die Amanda ontdekte in discussies over de aard van de werkelijkheid in de natuurkunde was het antropisch principe. Dat roept de hulp in van ons eigen bestaan om bepaalde kenmerken van het universum te bepalen: de grootte ervan, de fysieke constanten, het bestaan van sterren en sterrenstelsels. Als die kenmerken ook maar een heel klein beetje anders zouden zijn geweest, zouden wij er niet zijn geweest. Daar blijken diverse wetenschappers wat moeite mee te hebben.
Amanda Gefter vertelt over een interview dat ze afnam van Leonard Susskind, een voormalig loodgieter die het schopte tot grondlegger van de snaartheorie. Die parodieërde David Gross, die in 2004 de nobelprijs kreeg voor de natuurkunde, op de volgende wijze:”Als we de verleiding van het antropisch principe niet weerstaan, zullen jonge mensen niet meer naar de mathematische, rationele redenen voor dingen zoeken. Het gevaar dat de werkelijke verklaring over het hoofd wordt gezien, is zo groot en het antropische principe is zo verleidelijk dat we het denken erover maar beter kunnen ontmoedigen.”
Wat hiermee verder wordt bedoeld, zal je bij het verder lezen van deze samenvatting duidelijk worden.
Van wie het boek is dat je leest & hoe het begon
Bij aanvang beschrijft Gefter een aantal oorzakelijke situaties en zegt daarbij:
”Maar het vreemdste is nog wel dat ik nu niet meer geloof, dat een van deze dingen het begin was. Want na alles wat ik heb geleerd, besef ik nu dat dit verhaal met jou begint. Met jou terwijl jij een boek openslaat, de rug zachtjes hoort kraken, een blad fluisterzacht hoort omslaan. Begrijp me niet verkeerd – ik zou het heerlijk vinden om te zeggen dat dit mijn verhaal is. Mijn heelal. Mijn boek. Maar na alles wat ik heb meegemaakt, weet ik behoorlijk zeker dat het van jou is.”
Zie hier in enkele mooie zinnen een omschrijving zoals de natuurkunde anno 2014 de werkelijkheid ‘ziet’. De diepere achtergronden achter deze zinnen worden je eveneens pas duidelijk als je je door het boek heen worstelt.
Amanda Gefter zelf begint haar verhaal, althans de aanleiding voor dit boek, met de volgende (hier samengevatte) anekdote.
”Ik was 15 jaar en mijn vader (een cardioloog) had me meegenomen naar ons favoriete Chinese restaurant, vlak bij waar we woonden in een westelijke buitenwijk van Philadelphia. Meestal gingen we daar met met mijn moeder en oudere broer eten, maar die keer waren mijn vader en ik alleen.
Ik zat met een eetstokje een cashewnoot mijn bord rond te schuiven, toen hij aandachtig naar me keek en vroeg:
”Hoe zou jij niets definiëren?”
……wat mijn vader daarna probeerde te doen, was nu juist ‘niets’ te definiëren niet in termen van wat het niet is, maar van wat het wél is: een toestand van oneindige onbegrensde homogeniteit.
‘Leuk,’ zei ik na zijn uitleg.
Hij glimlachte.
En toen gebeurde er dit. Mijn vader keek naar mij, zijn 15-jarige dochter, en vroeg in alle ernst:
’Denk je dat dat zou kunnen verklaren hoe het heelal is begonnen?’
Ik deed mijn mond open om iets te zeggen, aarzelde even, met mijn mond nog open zoekend naar de juiste woorden – welke dat ook mochten zijn – om mijn stijgende bezorgdheid over zijn geestelijke gezondheid over te brengen.
Had hij aan de hasj gezeten die ik onder mijn matras verstopt hield?
‘Je vraagt me hoe het heelal is begonnen? ………………….
‘Is dat niet, zeg maar natuurkunde?’ vroeg ik……….
Mijn vader wenkte de serveerster om te betalen.
’Nou, ik denk dat we het eens moeten uitzoeken’………………..
In een ogenblik had mijn vader mijn wereld veranderd in een schatgraverij, en alsof dat nog niet genoeg was, had hij nu de aap uit de mouw gelaten: we zouden de schatkaart voor onszelf moeten tekenen.”
John Archibald Wheeler
Een van de belangrijke gidsen voor de Gefters was John Archibald Wheeler (9 juli 1911 – Hightstown (New Jersey), 13 april 2008). Die had vier eigenaardige vragen/slogans die als inspiratiebron dienden voor een symposium waar Wheeler aanwezig was, en vader en dochter Gefter dank zijn handig optreden van dochterlief ook. De vier vragen luidden:
- It from bit?
‘It from bit’ was Wheelers slogan voor de gedachte dat het tastbare universum niet is gemaakt van materie maar van informatie. In de kwantumtheorie staat een waarneming doen gelijk aan het stellen van een ja/nee-vraag. Wheeler stelde dat het stellen van de vraag een bit informatie creëert en dat dat soort bits de fundamentele bouwstenen van de werkelijkheid zijn. Kortom om het praktisch uit te drukken volgens Amanda Gefter: een huis is gemaakt van bakstenen maar de bakstenen zijn in werkelijkheid gemaakt van informatie als ‘grondstof’. - Een waarnemersuniversum?
Als metingen van het universum ‘bit voor bit’ zijn opgebouwd, zoals Wheeler vermoedde, dan zaten de waarnemers op de een of andere manier besloten in de schepping van de werkelijkheid – een extreem beeld dat, als het waar is, zou betekenen dat ons universum een participatief universum is, een waarnemersuniversum. - Waarom het kwantum?
De kwantummechanica met zijn elementaire ‘deeltjes’ levert een beeld op van de werkelijkheid dat niet lijkt te kloppen met de wereld zoals wij die kennen. - Hoezo existentie?
Waarom is er ‘iets’ en is er niet gewoon ‘niets’?
In een kort gesprek dat dochter en vader Gefter met de toen al stokoude Wheeler hadden voordat hij overleed, kwam er nog een punt bij.
‘Als waarnemers de werkelijkheid creëren, waar komen de waarnemers dan vandaan?’
Wheeler glimlachte.
‘Uit de fysica. Ik zou willen zeggen….’ hij pauzeerde even, probeerde de juiste woorden te vinden,
’….dat het universum een door zichzelf veroorzaakt circuit is.’
Mijn vader knikte waarderend en vervolgde peinzend.
’Dus het komt allemaal uit het niets?’
Wheeler knikte en sprak langzaam en zei:
5. ‘Er is een principe dat zegt dat de grens van een grens nul is’
De enige ultieme werkelijkheid volgens Wheeler/er is geen duidelijke grens tussen de klassieke wereld en de kwantumwereld
Wheeler stelde dat de enige ultieme werkelijkheid de waarnemer is en in zijn ogen was het universum een ‘door zichzelf veroorzaakt circuit.’
Dit was iets anders dan Einstein dacht. Die was er heilig van overtuigd dat de ware aard van de werkelijkheid niet zou moeten afhangen van een arbitraire keuze van coördinaten. Dat er één enkele werkelijkheid is, uniek en onze gefragmenteerde kijk op de wereld overstijgend. Dat de wereld op de een of andere manier iets echts was, als zodanig, ongeacht wie er keek of hoe die waarnemers tijdens het kijken bewogen.
Maar de kwantummechanica zegt heel iets anders. Die laat zien dat deeltjes ‘weten’ wanneer ze in de gaten worden gehouden en zich daar naar gedragen. Met andere woorden ‘de werkelijkheid is waarnemersafhankelijk’. In plaats van dat er iets is dat, á la Einstein, waarnemersonafankelijk is.
Er is vanuit de kwantummechanica ook in wat wij als de ‘normale’ wereld zien, geen duidelijke grens tussen waarnemer en het waargenomene te trekken. Ook al gaat de kwantummechanica over piepkleine deeltjes, en dat erkende zelf een geleerde als Bohr, als je die lijn doortrekt blijkt er geen duidelijke grens te zijn tussen de klassieke (newtoniaanse) wereld en die kwantumwereld. Er is idem geen grens die zegt ‘welkom in de non-kwantumwereld, de ‘normale’ wereld. Daar waar appels appels zijn en peren peren.
Niet-Booleaanse logica en het universum van de afzonderlijke waarnemer
Een van de vele interessante verhalen in het boek gaan over de ontmoeting van Amanda Gefter met de zogenaamde niet-Booleaanse logica, die intuïtionistische logica heet en waarbij enkele jongere geleerden zoals Markopoulou deze toepasten op de kosmologie. Dit in een mathematische vorm die Heytinger-algebra heet.
Dat leidde niet tot een kwantumbeschrijving van het universum maar tot een kwantumbeschrijving van het universum van elke afzonderlijke waarnemer. Werkelijkheid is daarbij metaforisch het product van twee ouders en niets anders dan de afbeelding van het samenspel van die twee op een oplichtend beeldscherm.
De ene ouder is de waarnemer, degene die participeert. De andere ouder is het complex van onbeslisbare proposities uit de wiskundige logica. De “waarnemer” kent uit vrije wil waarden toe aan bepaalde proposities en terwijl hij dat doet, ontrolt de overeenkomstige wereld zich op zijn scherm. Zonder waarnemer geen wereld. De proposities zijn geen proposities over zomaar iets. Het zijn de abstracte bouwstenen, oftewel de “pre-geometrie” waaruit we onze werkelijkheid opgebouwd denken. Daarbij geldt dat bij niet-booleaanse algebra een propositie tegelijkertijd waar én onwaar kon zijn afhankelijk aan wie je het vraagt. En tegelijkertijd geldt dat een gewone sterveling als waarnemer zowel waar én onwaar, tegelijk kan zien.
Een kwantummeting = kiezen van een referentiesysteem
In de kwantumtheorie blijkt informatie veel fundamenteler te zijn. Informatie ligt buiten de Newtoniaanse fysica, maar is onderdeel van de kwantumfysica. In de klassieke wereld gaat informatie over iets, kwantuminformatie is iets. Informatie is fysisch.
Als, volgens Wheeler, een waarnemer de juistheid of onjuistheid van een propositie vaststelt, en daardoor een informatiebit vaststelt, of liever gezegd die in de wereld introduceert door middel van een keuze, bouwt hij stukje bij beetje aan de werkelijkheid.
Het uitvoeren van een kwantummeting komt dan neer op het kiezen van een referentiesysteem. Bij een niet-booleaanse superpositie (er is dan nog niet iets bepaald) van alle mogelijke gezichtspunten is er geen differentiatie, geen informatie. Als je een meting uitvoert door één enkel gezichtspunt te kiezen (een boleaanse logica, ja of nee), breek je de symmetrie van de superpositie en creëer je willekeurig een informatiebit.
Dan blijkt dat je überhaupt in een referentiesysteem gevangen moet zitten om een werkelijkheid te hebben! Je hebt de gebroken symmetrie nodig om over informatie te beschikken. Een eindig referentiesysteem creëert de illusie van een wereld, maar zelfs het referentiekader is een illusie. Waarnemers creëren de werkelijkheid, maar waarnemers zijn niet werkelijk. Er is niets ontologisch (iets onderscheidends) aan een waarnemer, want je kunt altijd een referentiekader vinden waarin die waarnemer verdwijnt: het kader van het kader zelf, de grens van de grens.
Bitkeuze is het instorten van de golffunctie
In de kwantummechanica staat het ineenstorten van de golffunctie voor de overgang van twee mogelijke toestanden door waarneming/meting in één enkele werkelijkheid. De Gefters leerden tijdens hun vele interviews dat een bitkeuze te vergelijken met het laten instorten van de kwantummechanische golffunctie waarmee werkelijkheid wordt gecreëerd.
Wheeler schreef:”We vormen wat ons vormt.” Het universum – het éne universum – is een enorme constructie waar we allemaal deel aan hebben. De hele kwestie bleek samengevat te kunnen worden in wie, wat en waar is de waarnemer? En daarbij begint ook het begrip bewustzijn een rol te spelen waarvan Wheeler dacht dat dit in fysica een speciale status heeft. Daarbij wordt ook het niveau van bewustzijn van belang.
In dat kader stelt Amanda Gefter de vraag of haar vader een andere waarnemer is dan haarzelf als ze opmerkt:”We wisten altijd precies wat de ander dacht. We spraken in half uitgesproken gedachten, we maakten moeiteloos elkaars zinnen af en ik had hem diverse keren gebeld om hem deelgenoot te maken van een plotseling nieuw inzicht, om er even later achter te komen dat hij mij op hetzelfde moment aan het bellen was met precies hetzelfde inzicht.
“Als ik niet een van de betrokkenen was geweest bij die gevallen van telepathie, zou ik het nooit hebben geloofd. Zulke bovennatuurlijke gebeurtenissen vonden zo vaak plaats dat degenen die ons het beste kenden, zoals mijn moeder, ervan overtuigd waren dat we allebei de helft van één brein waren.”
De geschiedenis wordt bij elke waarnemingskeuze LETTERLIJK opnieuw geschreven
De consequenties van een gemaakte waarnemingskeuze blijken in de ogen van Wheeler nog veel verder te reiken. Waarnemers maken keuzen die informatie in de wereld brengen en zo, volgens Wheeler, het universum ‘bit voor bit’ construeren. Als de keuze van de waarneming van een elementair deeltje in kwantummechanisch opzicht is gemaakt, is ook de route van een deeltje pas bepaald…..terug in de tijd. Welke route het heeft genomen.
Dan betekent dit dat er gewoon geen ‘echt’ is totdat we kiezen welke meting we doen. En op het moment dat we dat doen, creëren we pas een verleden van miljarden jaren terug…… Voorafgaand aan de waarneming bestaat er geen geschiedenis. Alleen maar een waas van mogelijkheden, een ‘verleden’ dat op zijn geboorte wacht. De begintoestand kan worden gereconstrueerd aan de hand van de eindtoestand. Elkje waarneming/meting schept een nieuw verleden.
Wheeler zegt daar volgens Amanda Gefter over:
“Er is geen opmerkelijker eigenschap van deze kwantumwereld dan de vreemde koppeling die wordt bewerkstelligd tussen toekomst en verleden.
Als waarnemingen die we nu doen een verleden van een miljard jaar oud kunnen creëren dan kunnen waarnemingen die in de toekomst worden gedaan ook bijdragen aan de constructie van het universum dat we nu zien.”
We vormen wat ons vormt en iedereen vindt het universum opnieuw uit. Maar ook ‘wat vanuit het ene perspectief uitziet als ruimtetijd, lijkt vanuit een ander perspectief een concreet object.’
Verder sloten vele van deze gedachten aan bij een stroming die Amanda Gefter kenschetst als ontisch structureel realisme en stelt dat structuur alles is dat er bestaat. De wereld is gemaakt van wiskunde in plaats van dingen (zie ook Wheelers ‘it from bit’. De wereld is gemaakt van informatie).
Kortom, de werkelijkheid is niet van kleine dingen gemaakt. Aan deeltjes kun je dan niet meer denken als ‘dingen’.
Informatie & entropie
Als het over informatie gaat, blijkt ook het begrip ‘entropie’ een rol te spelen. De wet van entropie en energie (2-de hoofdwet van de thermodynamica) stelt dat elk systeem streeft naar een maximale entropie en minimale energie.
Box: entropie en thermodynamica
Van Soest (1960:252):’Twee der postulaten van de thermodynamica handelen over de energie in een stelsel; het eerste handelt over de kwantiteit, het tweede over de kwaliteit van de energie. Onder bepaalde, hier niet te noemen voorwaarden, blijft met het voortschrijden van de tijd de kwantiteit gelijk, maar gaat de kwaliteit achteruit. Men zegt dat de energie dan degradeert, de entropie verhoogt, de ’vervlakking’ toeneemt. De entropie streeft naar een maximum, de tendens is wanorde-vergrotend.
Entropie is eigenlijk een maat voor verborgen informatie. Als je een stelletje moleculen bij elkaar hebt in een afgesloten ruimte, dan hebben die voortdurend veranderende positiemogelijkheden en impulsen door hun permanente bewegingen. En die nemen toe bij verhoogde temperatuur of druk. Hoe groter het aantal microscopische bewegingen daardoor is, hoe moelijker het is voor ons is te raden welke ‘ordening’ de werkelijke is.
Met andere woorden: hoe minder precies onze informatie over de talloze microtoestanden van de verschillende moleculen is, hoe hoger de entropie van een systeem. Op systeemniveau ga je dan het ‘gemiddelde’ van een systeem meten in de vorm van temperatuur waarbij je specifieke informatie verliest. Entropie neemt, volgens de natuurkunde nooit af omdat statistisch gezien wanordelijke toestanden waarschijnlijker zijn dan ordelijke toestanden.
Maar dat wil weer niet zeggen dat een ordelijke toestand niet kan plaatsvinden. Boltzmann, de vader van het entropiebegrip zei:
”Als een systeem in een eindige entropie heeft en in evenwicht verkeert, zodat het alle mogelijke toestanden cyclisch doorloopt, zal het, als je maar lang genoeg wacht, ooit in een toestand van lage entropie komen waarin complexiteit kan ontstaan.”
Dit betekent op kosmische schaal echter dat het universum moet zijn begonnen in een buitengewoon onwaarschijnlijke lage entropietoestand (hoge ordening). In zo’n situatie blijkt temperatuur (entropie als ‘warmte’) minder relevant maar wel de zwaartekracht die ook de microscopische toestand codeert.
Entropie, symmetrie & Lao-Tse
Entropie als een maat voor ontbrekende informatie is te verbinden met symmetrie. Informatie is dan tevens een vorm van asymmetrie.
Om een informatiebit op te slaan heb je twee van elkaar onderscheidbare toestanden nodig: zwart of wit, nul of een. Je hebt binariteit nodig en dat kun je zien als een vorm van asymmetrie. Een hoge entropie heeft een relatie met een hoge symmetrie. En symmetrie kan tevens worden gezien als redundantie van informatie. Vanuit een klein deel van het systeem kun je het geheel beschrijven. Vergelijk het met een vijfpuntige sneeuwvlok. Als je weet hoe een punt in elkaar zit, ken je de andere punten ook.
Over het begrip ‘symmetrie’, zo citeert Amanda Gefter, schreef een natuurkundige als bijv. Wilczek:
”De meeste symmetrische fase van het universum blijkt over het algemeen instabiel te zijn. Je kunt vermoeden dat het universum in een toestand van de groots mogelijke symmetrie begon en dat er in een dergelijke toestand geen materie bestond…..uiteindelijk zal er een stukje als minder symmetrische fase verschijnen….als kwantumfluctuatie als het al niet op een andere manier gebeurt…Die gebeurtenis is wellicht te vergelijken met de oerknal. Het antwoord op Leibniz’ grote vraag:”Waarom is er iets en niet niets?”wordt dan:”Het ‘niets’ is instabiel.”
In dat kader is een opmerking van de vader van Amanda Gefter relevant die in zijn jonge jaren had stilgestaan bij een uitspraak van Lao-Tse:
”Het vinden van de aller kostbaarste parel is niet te vergelijken met het ontdekken van de oorsprong aller dingen.”
Maar vader Gefter schreef ook:
”Vorm is leegte omdat het altijd mogelijk is een referentiesysteem te vinden waarin het object verdwijnt. Dan wordt interessant om te begrijpen in welk referentiesysteem het object verdwijnt. Dat is….in zichzelf. Dat geldt voor elke eigenschap. Beschouw maar wat je wilt. Bijvoorbeeld een kleur, een voorwerp, een massa, een deeltje en plaats je er zelf binnen in. In dat ding. Dan verdwijnt het. Er is geen kleur IN de kleur. Wat de kleur maakt is de golflengte. Als je kleiner bent dan de golflengte, bestaat het begrip kleur helemaal niet. Net zoals, als je IN het licht bent, onderdeel van de beweging van het licht, verdwijnen licht en tijd (dat begreep Einstein al toen hij 15 jaar was). Stel je dan eens de vraag: hoe ziet het universum er uit voor het licht? Wat ‘ziet’ een foton?”
Dat is wat Wheeler bedoelde met ‘de grens van een grens is nul’. Als je in de grens, of in iets zit, verdwijnt het.
De ‘werkelijkheid’ wordt ‘bottom-up’ gevormd!
Als entropie als temperatuur een rol begint te spelen, verschijnt pas zoiets als ‘deeltjes’. Daarvoor is het anders en blijkt dat kwantumzwaartekracht niet een enkele objectieve en complete beschrijving van het universum toelaat. Dit mede vanuit ontdekkingen van Stephen Hawking en Gary Gibbons.
(Terzijde: Waar thermodynamica gaat over energie en materie, is zwaartekracht volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie bepalend voor ruimte en tijd. Vind het verband tussen de twee en je bent aardig op weg naar de kwantumzwaartekracht)
Dan komt ook de snaartheorie om de hoek kijken die, gecombineerd met het begrip inflatie (wat staat voor een uitdijend heelal), de werkelijkheid laat zien als een soort multiversumantropie. Er is niet één universum.
Een discussie over het begrip horizoncomplementariteit wordt afgeconcludeerd met de opmerking:”Fysica klopt alleen binnen het referentiekader van één enkele waarnemer.”
Box: horizoncomplementariteit
Afhankelijk van de waarnemingspositie kan een gebeurtenis verschillend worden beschreven: de astronaut die de waarnemingshorizon passeert merkt weinig, de buitenstaander ziet dat heftige processen plaatsvinden en zeer hoge temperaturen ontstaan.
Susskind noemt dit verschil in beschrijven van een gebeurtenis de ‘Black Hole Complementariteit’.
De werkelijkheid blijkt niet top-down, vanuit één universeel gezichtspunt te kunnen worden omschreven maar wordt ‘bottom-up’ gevormd.
Interferentie is daarbij volgens de natuurkundige Rovelli geen term die aangeeft wat er werkelijk gebeurt. Het is een term die verwijst naar een vergelijking tussen wat door één waarnemer wordt waargenomen en wat door een andere waarnemer wordt waargenomen.
Interferentie is tevens een term die verwijst naar de vergelijking van twee verschillende referentiestelsels. Daarbij bestaat er niet één enkele werkelijkheid die door alle waarnemers wordt gedeeld. Iedereen zit opgescheept met zijn eigen, zelf in elkaar geknutselde papier-maché wereld. Interferentie is nodig om de conflicten tussen onze perspectieven letterlijk op te heffen. Interferentie is de fysische manifestatie van niet-booleaanse algebra en die bestaat omdat niets ‘werkelijk’ is…..of omdat de werkelijkheid ‘niets’ is.
Logica wordt niet-booleaans als je probeert verschillende referentiekaders aan elkaar te breien tot één enkele werkelijkheid. Bij dat laatste, die ene enkele werkelijkheid, kloppen de waarheidswaarden van proposities niet met elkaar. Wheelers vraag ‘waarom het kwantum?’ zegt dat kwantumlogica niet-booleaans is omdat werkelijkheid waarnemer-afhankelijk is.
En dan kan de werkelijkheid ‘niets’ zijn, een toestand van oneindige, onbegrensde homogeniteit die niet verandert en voor een waarnemer aan de binnenkant tegelijkertijd ‘iets’ zijn dat wél verandert.
Twee natuurkundigen van het eerste kwantummechanische uur, Heisenberg en Bohr, wisten dat allemaal maar gingen de fout in door te vooronderstellen dat de waarde van een eigenschap voor ALLE waarnemers vastligt, zodra die eigenschap wordt gemeten en de golffunctie ervan vastligt. Wheeler wist dat dit niet vol te houden was.
Box: Snaartheorie
Snaartheorie is de extreemste vorm van theoretische fysica en de belangrijkste kandidaat voor een kwantummechanische beschrijving van de zwaartekracht. Dat is nodig omdat de huidige theorieën, in het bijzonder de relativiteitstheorie, onvolledig zijn. Snaartheorie werkt niet met elektronen of quarks maar met een soort mini-elastiekjes die op allerlei wijzen kunnen trillen. Alle verschillende elementaire deeltjes om ons heen zouden dan ontstaan als de trillingen van één enkele snaar, zoals de boventonen van een vioolsnaar. Op deze wijze is het mogelijk de zwaartekracht volgens de wetten van de kwantummechanica te beschrijven. Met dat uitgangspunt kan snaartheorie bijvoorbeeld extreem zware én erg kleine objecten beschrijven, zoals zwarte gaten en het universum vlak na de oerknal. Bron: http://nl.wikipedia.org/wiki/Snaartheorie
De waarnemer binnen het universum: beperkte meetbare informatie
Een waarnemer kan niet buiten het universum staan, zoals in Einsteins covariantie-principe én tegelijkertijd niet binnen het universum staan omdat dan, als je er naar kijkt de golffunctie van de kwantummechanica van het universum niet kan instorten. Dat ‘instorten’ staat voor het doen van concrete waarnemingen.
De kwantummechanica heeft externe waarnemers nodig om de golffunctie te laten instorten en daarmee een bit informatie te creëren, maar de algemene relativiteitstheorie schaft de externe waarnemers af. Je kunt de geldigheid van beweringen over een systeem niet binnen dat systeem zelf vaststellen of ze waar of onwaar zijn.
Box: algemene covariantie
Het principe van algemene covariantie zegt, in de formulering van Einstein (1916), dat de fundamentele vergelijkingen van de theorie een vorm moeten hebben die geldig is in ieder coördinaten systeem. Einstein meende dat het principe van algemene covariantie het principe van algemene relativiteit impliceert”. Bron: http://www.astronomie.be/Stevens/index_files/Page1491.htm
Dan speelt ook de onvolledigheidsstelling van Gödel een rol die zegt dat, zodra er sprake is van zelfverwijzing, er grenzen zijn aan wat we kunnen weten. Waarnemers kunnen zichzelf niet meten. Naar zichzelf verwijzende beweringen binnen een systeem dat die bewering doet, zijn onbewijsbaar.
In de fysica betekent ‘bewezen’ dat iets is ‘gemeten’ waarbij meten staat voor informatie verzamelen. Dat legt grenzen, fundamentele beperkingen op aan wat we kunnen weten vanuit fysisch perspectief. Zelfverwijzingen die inherent zijn aan een universum dat zijn eigen waarnemers bevat, beperken ook de meetbare informatie van een waarnemer.
De werkelijkheidstest van de Gefters
De belangrijkste ’test’ die de Gefters gebruikten in hun onderzoek naar de aard van de werkelijkheid vanuit natuurkundig perspectief, was het antwoord vinden op deze zoekvraag:”Vind de invarianten en je vindt de werkelijkheid.”
Invariante staat voor gelijk-zijn. Een kenmerk is invariant als het van het ene referentiekader tot het andere niet verandert. Invariant betekent dat het in elk referentiestelsel hetzelfde is. In algemene termen is dan iets waarnemersonafhankelijk.
Ze stelden dat als ze de ultieme werkelijkheid wilden vinden, ze alle eigenschappen moeten schrappen die waarnemer-afhankelijk zijn.
Ze sloten daarbij aan bij een opmerking van Max Born uit een artikel dat van zijn hand in 1953 verscheen onder de titel ‘ Physical Reality’. Born zag in het idee van invariantie de aanwijzing voor een rationeel concept van de werkelijkheid. Tegelijkertijd stelde Born dat de fysica vooruitgang boekte door te beseffen dat dingen waarvan men eens aannam dat ze invariant waren, in werkelijkheid alleen maar waarnemer-afhankelijk zijn.
‘Wat werkelijk is, is invariant’, zo concludeerden de Gefters mede vanuit Born’s gedachten. De werkelijkheidstest gaat zo. Als je één referentiesysteem kunt vinden, waarin het ding verdwijnt, dan is het niet in-variant. Dan is het variant. Je kunt zoals Einstein zelf aangaf, ook in foton zitten en van daaruit de wereld bezien. En dat is zoals al aangegeven wat Wheeler bedoelde als hij stelde dat de grens van een grens nul is. Grenzen zelf, als je er in zit/staat, hebben geen grenzen.
Ruimtetijd, zwaartekracht, elektromagnetisme, de nucleaire krachten, massa, energie, impuls, impulsmoment, lading, dimensionaliteit, deeltjes/velden/vacuüm, snaren, het universum, het multiversum, de lichtsnelheid en ga zo maar door, vielen bij het onderzoek van de Gefters af. Allemaal als variant te classificeren.
Gedegradeerd tot een illusie, bleken alle begrippen niet waarnemersonafhankelijk te zijn, zo ondervonden de Gefters in alle gesprekken die ze met top-onderzoekers hadden. Van de grondlegger van de snaartheorie tot aan nobelprijswinnaars.
En naarmate de uiterlijke schijn van de werkelijkheid verder wegviel, restte er slechts één ding: Niets.
De fysica blijkt niet het mechanisme achter de werking van de wereld te zijn maar het mechanisme te zijn achter de illusie dat er een wereld is……
Dan blijken de antwoorden op de vier vragen van Wheeler eenvoudig te zijn:
- It from bit?
Ja, maar iedere waarnemer creëert andere ‘its’ uit diezelfde ‘bits’. Bits die zelf waarnemer-afhankelijk zijn en voortkomen uit de asymmetrie die is gewrocht door een eindig referentiekader. - Een waarnemersuniversum?
Waarnemers, ja. Universum, nee. Er is één waarnemersuniversum per referentiekader en je kunt maar over één referentiekader tegelijk praten. - Waarom het kwantum?
Omdat de werkelijkheid waarnemer-afhankelijk is. Omdat waarnemers uit het ‘niets’ informatiebits creëren. Omdat er geen ultieme werkelijkheid is. - Hoezo existentie?
Omdat existentie de interne verschijningsvorm van ‘niets’ is.
Tot slot
Zoals aangegeven, een geweldig boek over natuurkunde, dat de wereld weer aan jezelf teruggeeft. Als jij je eigen universum creëert vanuit infomatiebits, weliswaar interfereert met andere waarnemers, dan kunt je bewust-zijn en je daarbij behorende eigen innerlijke waarheid weer gaan vormgeven. Tegelijkertijd dient dat ‘bewust-zijn’, in mijn ogen, een prominentere plek in de natuurkunde te krijgen om van daaruit nieuwe wegen te verkennen. Dit in het verlengde van Wheelers opmerking over de speciale status die het bewust-zijn in de natuurkunde diende te krijgen.
Daarbij moet ik denken aan de eminente psycholoog Carl Gustav Jung. Jung, toen hij eens over de dood sprak’, benoemde bepaalde bijzondere aspecten van de psyche die niet zijn veroordeeld tot een leven in tijd en ruimte (zie http://tinyurl.com/6uvfldq ). Wellicht tijd om de relatie Jung-kwantummechanica (opnieuw) te bestuderen?
De wereld is een groot blanco logboek
Dat wacht op jouw woorden
Laat ieder het ritme horen,
het ritme van JOUW woorden.
– gedicht van vader Gefter voor dochter Amanda –
Max Herold
oktober 2014
Meer weten?
Gefter, Amanda.
In Einsteins achtertuin: Een duizelingwekkende toer langs de mooiste ideeën uit de natuurkunde.
Maven Publishing, 2014.
Interessante fysica-sites
http://edge.org
http://arxiv.org
Informatie drie meter geteleporteerd
Bron: wetenschap in beeld. Nr. 11/2014
Onderzoekers van de TU Delft hebben een doorbraak binnen de kwantumteleportatie teweeggebracht. Ze hebben informatie geteleporteerd van één kwantumbit naar een andere over drie meter afstand. dat is een nieuwe ontwikkeling binnen de kwantumteleportatie .
Telkens als het experiment werd overgedaan, werd 100 procent van de geteleporteerde data hersteld. Dit is een nieuwe fase in het onderzoek naar kwantumteleportatie, waarbij snelheden hoger dan die van het licht mogelijk zijn. Deze teleportatie bestaat dankzij een verschijnsel in de kwantummechanica dat verstrengeling wordt genoemd: twee deeltjes op een willekeurige afstand van elkaar kunnen elkaar in theorie beïnvloeden alsof ze met elkaar verbonden zijn.
Albert Einstein twijfelde aan kwantumteleportatie. Volgens Albert Einstein zou kwantumteleportatie in het lab niet echt mogelijk zijn, wat het resultaat nog spectaculairder maakt. De onderzoekers hopen nu supersnelle kwantumcomputers te kunnen bouwen die met behulp van atomen rekenen en sneller zijn dan de bestaande supercomputers.
Zo werkt kwantumteleportatie:
Dankzij zogeheten kwantumverstrengeling kan informatie geteleporteerd worden. Dat is nog steeds een mysterieus verschijnsel.
Kwantumbit
Gewone computers rekenen met bits, die de waarde 0 of 1 kunnen hebben. Bij een kwantumcomputer wordt de informatie in kwantumbits opgeslagen, die tegelijk 0 en 1 kunnen zijn. Zo worden zeer hoge snelheden mogelijk.
1: Een kwantumbit zit in een diamant en draait rond met een stikstofatoom. In het atoom wordt informatie opgeslagen die de spin of draai van de kwantumbit beïnvloedt. De informatie wordt over drie meter naar een andere bit geteleporteerd.
2: De kwantumbit is via laserlicht ‘verstrengeld’ met een andere kwantumbit. Veranderingen in de toestand van de ene bit beïnvloeden nu de andere. Dankzij dit merkwaardige verschijnsel is teleportatie van eenvoudige informatie mogelijk.
3: Als de toestand van de ene kwantumbit verandert, wordt de informatie razendsnel overgedragen op de andere bit. Op het moment dat dat gebeurt, worden de gegevens in de ene diamant gewist en verschijnen ze in de andere.
