Van Mythische-mens tot Kwantum-mens.
Of hoe wij naar de werkelijkheid kijken
Deel 1

We gaan nu eens kijken hoe Sapiëns de manier waarop de werkelijkheid werd gezien heeft vorm gegeven en hoe daarmee werd omgegaan. We laten de denkbeelden van de oosterse cultuur hier even buiten beschouwing. Niet omdat die niet belangrijk zijn voor ons onderwerp. Integendeel, ze komen verder in het boek nog uitgebreid ter sprake. Voor de Mythische-mens was er geen scheiding tussen zichzelf en de wereld. De natuur was bezield, de mens was verweven met het grotere geheel, en de goden of geesten waren alomtegenwoordig. Ook voor de vroege Filosofische-mens—van de pre-Socraten tot Plato en Aristoteles—was er een innige verbondenheid met de wereld. De kosmos had een innerlijke orde, een logos, en de mens waren deel van dat patroon. Deze vanzelfsprekende eenheid begon echter langzaam te verdwijnen toen de wetenschap en het rationalisme aan kracht wonnen. De Renaissance en de opkomst van de natuurwetenschappen leidden tot een andere manier van denken.

Ook Erasmus realiseerde zich dat: Hij beschouwde het leven op aarde als een tijdelijke reis en niet als een permanente verblijfplaats. Hij verwoordde dit als volgt:

"Wij zijn reizigers op deze wereld, geen bewoners. Wij trekken van herberg naar herberg, of beter: van tent naar tent, wij leven niet in een vaderland."

In deze omwenteling speelde René Descartes een cruciale rol. Zijn radicale twijfel bracht hem tot de beroemde uitspraak Cogito ergo sum "Ik denk, dus ik ben." Dit markeerde een fundamentele verschuiving: de mens werd zich bewust van zichzelf als een afzonderlijk denkend subject, los van de wereld die hij observeerde.
Descartes stelde dat de werkelijkheid uit twee fundamenteel verschillende substanties bestond: de res extensa (de uitgebreide, meetbare materiële wereld) en de res cogitans (de denkende geest). De wereld werd hiermee een soort theater waarin de mens niet langer een deelnemer was, maar een toeschouwer. Alles wat buiten het denkende subject viel, kon in mechanische termen begrepen worden, als een machine die functioneerde volgens vaste wetten.

Newton zou deze scheiding verder versterken. Zijn wiskundige beschrijving van de natuur bood een bijna perfect model van een objectief, onafhankelijk universum waarin alles voorspelbaar en meetbaar was. De kosmos werd een mechanisch uurwerk, en de mens een toeschouwer die dit uurwerk bestudeerde zonder er zelf deel van uit te maken. Dit was de triomf van de Newton-mens: een rationele denker die zich geplaatst zag tegenover een ordelijke, berekenbare werkelijkheid.

Maar hoe overtuigend dit wereldbeeld ook leek, het bevatte een diepere paradox. Als de mens slechts een toeschouwer was van een onafhankelijke wereld, hoe kon hij dan zeker zijn van zijn kennis? Als de werkelijkheid louter een mechanisch proces was, hoe paste het bewuste denken van de waarnemer daar dan in?
De Waarnemende-mens. Een uitgelezen en select gezelschap dat vooraan dicht bij het podium mag staan. Een enkeling mag zo nu en dan iets aanraken, helpen met de opbouw van de bühne of zijn mening geven over de werkelijkheid. Maar hoe kan die uit materie gemaakte mens overleggen en accorderen met de grote geest? Waar hebben die twee een binding en hoe kunnen ze elkaar beter begrijpen om op een zinvolle manier over de reden van ons verblijf op de planeet te communiceren? Wellicht kennen ze elkaar nog niet zo goed als wij veronderstellen en komen wij nu net op dit moment de kamer in om het er eens uitgebreid met elkaar over te hebben!

Deze vragen zouden sluimerend blijven tot de twintigste eeuw, toen Relativiteit en Kwantummechanica de grondvesten van dit wereldbeeld deden wankelen. Er zou een nieuwe fase aanbreken—een waarin de mens zich niet langer als buitenstaander kon beschouwen, maar opnieuw werd opgenomen in het weefsel.

 

Van Mythische-mens tot Kwantum-mens.
Of hoe wij naar de werkelijkheid kijken
Deel 2

In die eerste decennia van de twintigste eeuw raasde een storm door het landschap van de wetenschap. In Denemarken, Berlijn en Göttingen bogen briljante geesten zich over het mysterieuze gedrag van de allerkleinste deeltjes. De betekenis van Einsteins relativiteit begon nu langzaam door te dringen, terwijl Niels Bohr in Kopenhagen een kring van uitzonderlijke jonge denkers om zich heen verzamelde en in de diepte dook. Zij durfden zich een vraag te stellen die de fundamenten van de fysica op hun grondvesten deed schudden: bestaat de werkelijkheid wel zoals we die dachten te kennen?
Bestonden zaken die we konden meten wegen verwerken en vastpakken eigenlijk wel echt? De strikte scheiding tussen waarnemer en werkelijkheid begon te vervagen en materie leek niet zo te bestaan als wij dachten. Het was een tijdperk van onzekerheid—niet alleen op politiek, maar ook op wetenschappelijk gebied. De oude natuurkunde had houvast geboden: de zekerheid van het mechanisme, van een wereld die ordelijk, meetbaar en voorspelbaar was. De werkelijkheid leek een toneel, waarop de waarnemer toekeek, terwijl slechts enkelen af en toe iets mochten aanraken of helpen bij de bouw van het decor. Alles wat in gang werd gezet, volgde een logische, onafwendbare keten van oorzaak en gevolg. Geen enkele gebeurtenis ontstond zomaar uit het niets. Alles had een oorsprong, een aanzet, een reden. Dat was de essentie van het determinisme.

Want, Niels Bohr en zijn team vonden zaken die raadselachtig vreemd en nogal griezelig leken. De eerste signalen kwamen via het dubbel spleten experiment. Al vroeg in de negentiende eeuw was aangetoond dat licht zich zowel als materieel deeltje als op de manier van een golf kan vertonen. Verfijning van het experiment gaf later aan dat dit gedrag zich niet alleen beperkt tot licht. Ook deeltjes materie, zoals elektronen leken zich op raadselachtige manier te gedragen door zich soms als discrete deeltjes en soms als golven te manifesteren, afhankelijk van hoe ze werden waargenomen. Dit opende de deur naar een onvoorstelbare werkelijkheid, waarin de waarnemer zelf een cruciale rol leek te spelen in wat zich daadwerkelijk voltrok en waar de begrippen object en subject vervagen.
De experimenten toonden aan dat een elektron, zolang het niet werd gemeten, geen vaste positie of baan had, maar zich eerder verspreid als een golf door de ruimte bewoog. Pas wanneer een meting plaatsvond—alsof het oog van de waarnemer erop rustte—leek het elektron opeens een specifieke locatie in te nemen. Dit vreemde fenomeen, bekend als de ‘ineenstorting van de golffunctie,’ stelde de klassieke ideeën over een objectieve werkelijkheid ernstig op de proef. Bohr begreep dat ze niet zomaar een vreemd natuurkundig effect op het spoor waren. Ze stonden aan de rand van een diepe afgrond, waar de fundamenten van de Newtoniaanse mechanica afbrokkelden. De wereld was niet langer een machine waarin gebeurtenissen zich ordelijk en voorspelbaar voltrokken. In plaats daarvan ontvouwde zich een werkelijkheid waarin kans, waarschijnlijkheid en waarneming zelf deel uitmaakten van de structuur van het universum.

Het lijkt er dus op dat de kop koffie naast je laptop inderdaad staat te dampen op je bureau, klaar voor de eerste slok. Maar tegelijkertijd – afhankelijk van hoe je er naar kijkt – zou hij even later kunnen vervliegen in een wolk van ongrijpbare, golfachtige waarschijnlijkheden, als een verzameling onbestemde deeltjes zonder vaste vorm. Dat is wat verteld wordt. En het klopt!  Op subatomair niveau is dat precies wat er gebeurt met deeltjes op het allerkleinste niveau.

 Dat is de essentie van de grote discussie die de natuurkunde sinds die eerste twee decennia van de twintigste eeuw verdeelde. De materie die ons omringt bestaat niet zoals wij dat ervaren en intuïtief aanvoelen. Op subatomair niveau is materie onbestemd en niet bestaand, tot op het moment dat er contact is. (we gaan hier verderop uitgebreid op in).

 

Van Mythische-mens tot Kwantum-mens.
Of hoe wij naar de werkelijkheid kijken
Deel 3

We zien al de signalen van de diepgaande controverse die de gemoederen onder natuurkundigen in de jaren die daarop volgden volop zou bezighouden.

Nadat Einstein met zijn baanbrekende onderzoek naar het foto-elektrisch effect – waarin hij licht als kwanta beschreef en uiteindelijk een Nobelprijs won – de aanzet had gegeven, stortten ook onderzoekers in Denemarken en andere Europese landen zich op dit raadselachtige fenomeen. In Kopenhagen was het Niels Bohr die met een aantal bollebozen om zich heen ook op het vreemde gedrag van de deeltjes dook. Met de Duitser Heisenberg – van wie hij later vervreemdde vanwege diens veronderstelde bijdrage aan het ontwikkelen van een atoombom voor Duitsland – introduceert hij de Kopenhaagse interpretatie van de kwantummechanica waarbij het deeltje pas kiest op welke manier het zich laat zien; na meting. Bohr, via moederszijde joods, ontvlucht in 1943 uiteindelijk zijn land en belandt na een kort verblijf in Zweden uiteindelijk in de V.S. waar hij zich aansluit bij het Manhattan project en meewerkt aan de ontwikkeling van het Amerikaanse atoomwapen. Na de tweede wereldoorlog keert hij terug in Denemarken en wordt hoogleraar theoretische natuurkunde aan de universiteit van Kopenhagen. Ook Einstein mengt zich in de strijd. Hij heeft grote aarzeling bij de niet-doelgerichte en schijnbaar willekeurige manier waarop de kleinste deeltjes van materie zich volgens de Deense theorie aan ons zouden presenteren. Zijn beroemde uitspraak dat "god niet dobbelt" komt voort uit zijn onvoorwaardelijke overtuiging dat we in een deterministische werkelijkheid leven, waarin elke gebeurtenis een oorzaak heeft en niets zomaar uit het niets ontstaat. Hij verzet zich tegen het idee dat de kwantumwereld slechts in waarschijnlijkheden kan worden beschreven en zoekt naar een onderliggende, nog onbekende orde die deze schijnbare willekeur verklaart.

Vragen, eindeloze vragen en discussies die de arena van de natuurkunde decennialang in hun greep hielden. Vragen waarop we zelfs vandaag de dag nog geen sluitend antwoord hebben. Want die strijd tussen Einstein en Bohr draaide om de kern van de werkelijkheid zelf. Een zoektocht naar de bedoeling en de aard van wat ons sinds onze geboorte overkomt en bezighoudt. De onstuitbare drang om te begrijpen wat het allemaal betekent. Wat die eindeloze verscheidenheid van dingen om ons heen voor doel dient tijdens ons, niet eens vrijwillige, bezoek aan deze eenzame uithoek van het universum. Het dispuut spitste zich toe op twee zienswijzen die sinds toen in beide richtingen door anderen weer werden uitgebreid veranderd en weer heroverwogen.

Erasmus wist het zo’n tweehonderd jaar vóór Newton al:

‘Bezoekers en reizigers zijn wij slechts’  

Het causaal determinisme, waarin Einstein zich comfortabel voelde, is nauw verweven met de leer van Newton. Newton beschreef de natuur als een gigantisch uurwerk, bestaande uit afzonderlijke, meetbare onderdelen die volgens vaste, onveranderlijke wetten functioneren. Zijn wetten van beweging en de zwaartekracht legden de basis voor een wereldbeeld waarin alles, van de baan van de planeten tot de val van een appel, op wiskundige wijze verklaarbaar was. In feite vormt Newtons mechanica de hoeksteen van het deterministische wereldbeeld zoals dat zich in de zeventiende eeuw begon te vormen.
Kamp-Einstein ging uit van een onafhankelijke, deterministisch georganiseerde werkelijkheid, waarin een diepe, onderliggende orde alles voorspelbaar en begrijpelijk maakte. Hoe vreemd en revolutionair Einstein’s inzichten ook waren, zijn wereld bleef een Newton-wereld — voorspelbaar, meetbaar en begrijpelijk. Een wereld waarin niets gebeurde zonder dat er eerst een duidelijke oorzaak aan voorafging. En precies daar wrong de schoen met de mannen in Kopenhagen van het Kamp-Bohr. In hun visie stond de wereld niet alleen op zijn kop. Dat zou tenminste nog een soort orde suggereren. Nee, de nieuwe fysica van Bohr leek meer een chaotisch onvoorspelbaar psychedelische wirwar van elkaar verdringende en om aandacht vechtende mogelijkheden. Op fundamenteel, microscopisch niveau was volgens Kopenhagen de wereld compleet anders dan we gewend zijn. We zijn gewend aan een wereld waarin alles meetbaar is. Een wereld waarin iedere situatie voortkomt uit een oorzaak die zelf ook weer een oorzaak had.  Maar op het niveau van atomen en subatomaire deeltjes gelden andere regels. Volgens de Kopenhagen-interpretatie bestaan de deeltjes niet op één vaste plek met een bepaalde snelheid totdat we ze daadwerkelijk meten. In plaats daarvan bevinden ze zich in een soort wazige, onbepaalde toestand waarin alle mogelijkheden tegelijkertijd bestaan. Dit wordt beschreven door een zogenaamde "golf-functie", die alle mogelijke uitkomsten bevat. Pas op het moment dat een waarneming of meting plaatsvindt, "stort" deze golf-functie in elkaar, en krijgen we één duidelijke uitkomst te zien. Dit betekent dat het de handeling van het meten zelf is die bepaalt welke van de mogelijkheden werkelijkheid wordt. De werkelijkheid is dus fundamenteel onzeker en afhankelijk van waarnemer of meting.

Dat deze ontdekkingen verstrekkende gevolgen zouden hebben voor onze beleving van de werkelijkheid, moge duidelijk zijn. We hebben al gezien dat tijd misschien helemaal niet bestaat, of op zijn minst heel anders werkt dan wij altijd hebben gedacht. En toen bleek ook nog dat wanneer we alle materiedeeltjes van het heelal zouden samenpersen, we niet meer overhouden dan een klomp ter grootte van een gemiddelde supermarkt.

En nu lijkt het erop dat de allerkleinste deeltjes zich alleen aan ons vertonen wanneer we ernaar kijken... Het moet niet gekker worden.

 

Van Mythische-mens tot Kwantum-mens.
Of hoe wij naar de werkelijkheid kijken
Deel 4

Het is geen wonder dat deze ideeën voor flink wat onbegrip, discussie en verwarring hebben gezorgd. Het idee dat een waarnemer – simpelweg door te kijken of te meten – zou bepalen of materie zich wel of niet manifesteert, klinkt op zijn minst wat griezelig. Voor sommigen roept het zelfs ongemakkelijke associaties op met scheppingsverhalen waarin de werkelijkheid tot bestaan komt door een bewuste handeling of blik. Het idee dat wij als waarnemers een rol spelen in het bestaan van de wereld lijkt voor velen een stap te ver. Toch zijn de bevindingen van de kwantummechanica door en door wetenschappelijk getest. De vergelijkingen kloppen. De wiskunde lijkt alles te bevestigen. De werkelijkheid is volgens Kopenhagen niet iets dat onafhankelijk van de waarnemer bestaat zoals Einstein geloofde. Het verschil tussen het object en het subject verdwijnt. Maar, wanneer we spreken over het oog van de waarnemer, meten en een meetinstrument, ligt het misverstand voor het grijpen. Want toen Niels Bohr en zijn collega’s de Kopenhaagse interpretatie van de kwantummechanica ontwikkelden, kwam er een idee naar voren dat nogal wat stof deed opwaaien:
Het zogenaamde meetprobleem. Volgens deze interpretatie bevindt een deeltje zich vóór de meting in een superpositie van alle mogelijke toestanden. Pas tijdens de meting kiest het deeltje één specifieke toestand — bijvoorbeeld een bepaalde positie of snelheid.

Omdat dit idee nogal moeilijk te bevatten was, werd het al snel geïnterpreteerd als iets wat te maken zou hebben met het bewustzijn van de waarnemer. Het idee ontstond dat een deeltje pas zijn echte eigenschappen onthult op het moment dat een bewust wezen ernaar kijkt of meet. Deze gedachte werd door sommige wetenschappers en filosofen omarmd, maar ook door populaire schrijvers en het publiek opgepikt, wat leidde tot het beeld dat de werkelijkheid afhankelijk zou zijn van de menselijke waarneming. En dat klopt natuurlijk niet. Op de tijdschaal van het universum loopt Sapiëns hier nog niet zo lang rond. Menselijk waarnemen of meten is dus niet aan de orde. Wat Bohr en zijn mannen bedoelden te zeggen was dat er op het moment van interactie tussen kwantumsystemen een uitkomst veroorzaakt wordt die de toestand bepaalt. Daar komt geen mens, dier of meetinstrument aan te pas. Het heeft dus niets te maken met menselijke bewustzijn, maar alles met fysieke interacties. Het contact van de deeltjes. Het contact van kwantumsystemen die pas op het moment van meting of contact uit alle waarschijnlijkheden die het in zich heeft een positie kiezen.

Deze ontwikkelingen in de natuurkunde en moderne fysica gedurende de eerste helft van de twintigste eeuw dwongen ons de fundamenten van de werkelijkheid op een radicaal andere manier te herzien. Alleen al het begrip materie blijkt in de kwantummechanica iets totaal anders te betekenen dan in de klassieke natuurkunde. En omdat hetzelfde geldt voor tijd en ruimte, worden we geconfronteerd met de noodzaak om onze visie op de wereld grondig te herzien. Steeds duidelijker wordt het dat wetenschap, filosofie en religie wellicht samen verder moeten bouwen aan ons begrip van de werkelijkheid.

 

Van Mythische-mens tot Kwantum-mens.
Of hoe wij naar de werkelijkheid kijken
Deel 5

Lokaal versus non-lokaal: Een fundamenteel dilemma.

Je zou je na het lezen van het vorige hoofdstuk kunnen afvragen of Einstein in dit boek nu een beetje op het zijspoor is gerangeerd. Maar nee, niets is minder waar. Maar Einstein en Bohr stonden wel lijnrecht tegenover elkaar in hun poging de werkelijkheid te doorgronden. En precies in het verschil tussen de begrippen lokaal en non-lokaal lag hun meningsverschil besloten.

Voor Einstein, de onverzettelijke bewaker van het klassieke wereldbeeld, moest alles lokaal zijn. In zijn visie konden gebeurtenissen alleen beïnvloed worden door wat zich in hun directe omgeving bevond. Oorzaak en gevolg hoorden verbonden te zijn door een fysiek pad. Volgens hem was het ondenkbaar dat iets aan de andere kant van het universum onmiddellijk zou kunnen reageren op iets wat hier gebeurt. Hij vond het zelfs absurd en beschouwde het als een teken dat de kwantumtheorie nog onvolledig was.

Bohr had daarentegen geen moeite met non-lokaliteit. Vanuit zijn Kopenhagen-interpretatie van de kwantummechanica was de werkelijkheid niet gebonden aan onze klassieke verwachtingen. Wat ertoe deed, was wat we konden meten en voorspellen. Als de theorie resultaten opleverde die klopten met experimenten, dan was dat de werkelijkheid. Punt. Of dat nu lokaal of non-lokaal gebeurde, vond Bohr niet relevant. Einstein, zo vond hij, bleef gevangen in oude denkpatronen die niet geschikt waren voor deze nieuwe kwantumwereld. Het grootste struikelblok tussen hen was het fenomeen dat we nu kwantumverstrengeling noemen. Einstein wees erop dat als twee deeltjes op een mysterieuze manier met elkaar verbonden zijn, een meting aan het ene deeltje direct invloed heeft op de toestand van het andere, ongeacht de afstand tussen hen. Voor hem leek dit in strijd met de principes van lokaliteit. Hij noemde het zelfs spottend: "spooky action at a distance" — een spookachtige werking op afstand.

Voor Bohr was dat geen probleem. De theorie werkte, dus waarom zou je moeilijk doen over hoe dat precies in elkaar zat? Maar Einstein liet niet los. Voor hem moest er een diepere, onderliggende orde zijn die deze vreemde verschijnselen kon verklaren. Het is precies deze vraag die sindsdien door de wetenschap blijft spoken. Is de werkelijkheid fundamenteel lokaal, zoals Einstein dacht? Of is er iets diepers, een non-lokale kern die onze werkelijkheid bestuurt zoals de kwantummechanica lijkt te suggereren?

Het was een respectvolle discussie onder heren. Een dispuut waarin beiden uitgingen van hun diepgewortelde overtuiging en fundamentele verschillen in hun kijk op de natuurkunde en de werkelijkheid. Ondanks hun contrasten wisten ze elkaar intellectueel uit te dagen te respecteren en de wetenschap te verrijken. Beiden vonden steun bij wetenschappelijke stromingen en collega’s die hun standpunt deelden of waardeerden.