De spooky wereld van kwantum fysica
De relatie centraal: hoe kwantum fysica ons uitnodigt de wereld anders te begrijpen.
Deze week: deel vier in mijn onderzoek naar interconnectedness. In vorige edities schreef ik over…
We bestaan bij de gratie van de relatie: een overzicht.
Een injectie van hoop: over het verhaal van een bioboerderij.
Human survival is a niche interest: interbeing als uitnodiging
Hi,
Een tijd terug ging ik nog eens naar het Gents Universiteitsmuseum. Zoals je weet vond er een grote verandering plaats in mijn denken over de relatie tussen mens en natuur. Ik vond het interessant om met die blik het museum nog eens te bezoeken.
Op weg naar buiten, na het bezoek, kocht ik een boek. Een impulsaankoop. Het boek ging namelijk over kwantumfysica. Het leek logisch om in een museum dat zich als ode aan de twijfel presenteert, een boek te kopen over de tak van de wetenschap die zo verwarrend is.
Helgoland
In Helgoland neemt Carlo Rovelli je mee naar de plaats waar de kwantumfysica is ontdekt. Een eiland tussen Nederland en Denemarken. Daar werd voor het eerst de radicale denkstap gezet voor ‘de ingrijpendste wetenschappelijke revolutie aller tijden’.
We schrijven 1925. De Duitse fysicus Werner Heisenberger trekt naar het kleine Helgoland op de vlucht voor zijn hooikoorts. Daar, kijkt hij, diep geschokt, om drie uur snachts, naar het resultaat van zijn berekeningen.
Die nacht zette hij de eerste stappen voor de formalisering van de kwantumfysica. Later werkte hij de theorie uit met collega’s.
Kwantumfysica dus. Wat moet je er over weten?
Ten eerste: dankzij kwantumfysica kunnen we laserstralen maken! (En de transistor, wat de basis vormt van de computer, kortom, de ganse moderne maatschappij is er op gebouwd).
Daarnaast is het de meest nauwkeurige wetenschappelijke theorie om de natuur te beschrijven. Anders gezegd: het is een theorie die ons nog nooit teleurgesteld heeft. Dat wil zeggen, we hebben de grenzen van de theorie nog niet ontdekt. Dat laatste is bijzonder, want er zitten enkele totaal contra-intuïtieve bevindingen in de kwantumfysica.
Tenslotte: ik zal niet beweren de fysica van de kwantumwereld te begrijpen. De formules gaan mijn petje te boven. Wat me interesseert zijn de consequenties van de theorie. Want als deze theorie echt de natuur beschrijft, moeten we de ogenschijnlijk onlogische bevindingen overwegen.
Ik kom hierop op terug.
Drie keer 😲.
Hier start het feest. Drie zotte aspecten van de kwantum.
Om te beginnen. Door de fysica kunnen we berekenen waar de allerkleinste materiedeeltjes zich bevinden. Dat doen deze deeeltjes echter enkel als we er naar kijken. Zodra we er niet naar kijken, veranderen de kwantumdeeltjes van eigenschappen. Kwantumfysica leert ons dus dat de kwantumdeeltjes eigenlijk geen vaste eigenschappen hebben als we ze niet waarnemen. Anders uitgedrukt: zodra we de kwantumdeeltjes waarnemen, veranderen de eigenschappen van de deeltjes. 😲
Laat dat even binnenkomen. ”De meest krachtige theorie die de wetenschap ooit heeft voorgebracht, leert ons dat de natuur een mysterie is” schrijft Rovelli hierover. We weten dat we niets kunnen weten (zolang we het niet observeren). Iets staat maar vast, als we er naar kijken.
Dat hoeft op zich geen probleem te zijn. Ware het niet dat kwantumdeeltjes in superpositie kunnen verkeren. Dit betekent dat ze tegelijkertijd meerdere posities en toestanden kunnen innemen. Ja-ha, een kwantumdeeltje kan tegelijkertijd aan en uit zijn, warm en koud, wakker en slapend, boven en onder, dood en levend. 😲
Enter: Schrödingers cat.
Stel je een kwantumdeeltje in een hotelkamer voor. Tussen de kamer en de hotelkamer ernaast staat een muur met daarin twee deuren. Om van de ene hotelkamer naar de andere te gaan, kan het kwantumdeeltje op hetzelfde moment door de twee deuren gaan. Yolo.
Dit idee, dat een deeltje zich op verschillende plaatsen kan bevinden totdat het wordt waargenomen, tart ons begrip van de fysieke wereld. Bovendien verstoort het actief observeren van een deeltje de superpositie ervan. Door onze observatie verliest het zijn overal tegelijkertijd-zijn aspect. Dit suggereert dat onze waarneming niet passief is, maar actief ingrijpt in het weefsel van de realiteit.
Een derde, zowaar nog gekkere ontdekking van de kwantumfysica, is die van de verstrengeling. Het beschrijft het fenomeen waarbij twee deeltjes op een onlosmakelijke manier met elkaar verbonden zijn, ongeacht de afstand tussen hen. Verander je de eigenschappen van het ene deeltje, dan beïnvloed je onmiddellijk het andere, zelfs als ze kilometers van elkaar gescheiden zijn. 😲
Kortom, als het deeltje in Parijs kiest naar een andere hotelkamer te gaan, zal het deeltje waarmee hij in verstrengeling verkeert in Tokyo, dat ook doen. Wederom kan je het omdraaien. Je kan de eigenschappen van het ene deeltje niet meer beschrijven, zonder dat ook van het ander te doen.
Net zoals de liefde; onbegrijpelijk, maar romantisch.
Spooky action
Een kleine eeuw geleden ontcijferde Heisenberg en co de logica van de fysica. De voorbije decennia werden deze assumpties ook werkelijk wetenschappelijk getest en geobserveerd. Tot in space! En ongeacht het amper te geloven valt, de theorie is sluitend.
Einstein heeft het lang moeilijk gehad met deze bevindingen. Hij vond het “spooky action at a distance.” Niet onbegrijpelijk. De wetenschap vertelt ons namelijk hoe en wat er gebeurt, maar het vertelt ons niet waarom het zo is. We begrijpen als het ware de fysica ervan, maar niet de metafysica.
Voor de duidelijkheid, volgens Rovelli is er geen metafysica in het spel. (Lees: geen God ofzo). Hij neemt vrede met de analyse dat kwantumdeeltjes geen eigenschappen hebben, behalve dat ze in relatie tot elkaar staan. De relatie is dus de eigenschap.
Ta-da. 🥁
Maar zelf hiermee kon Einstein geen vrede nemen. Hij was niet tevreden met het idee dat de theorie alleen probabilistische voorspellingen kon doen en dat, volgens de kwantumtheorie, sommige fenomenen inherent onvoorspelbaar zijn. “God dobbelt niet” zei hij hierover met een typische Einstein-metafoor. Waarop Niels Bohr, een collega van Heisenberg, antwoordde: “Houd op met God te vertellen wat hij moet doen.”
Dus ja.
Hier staan we dan.
Aan de rand van ons denken.
Blijkt dat de manier hoe we dagelijks de wereld beleven, niet de structuur van de werkelijkheid weerspiegelt.
Die kwantum fysica voelt als een afgrond die ons vraagt om naar beneden te springen. Ken je dat gevoel ook? Je verstand zegt: doe het niet. Maar je gevoel nodigt je toch uit.
Van kosmologen tot fysici en hersenwetenschappers, er zijn bibliotheken geschreven over de betekenis van kwantum fysica. Een consensus is er niet. We weten hoe het werkt, maar niet waarom.
Voor mij heeft de kwantum fysica ook een andere betekenis. Het is -zoals ik vorige week al schreef - een uitnodiging om de wereld, ons dagelijkse leven, anders te bekijken.
Het is een uitnodiging om de wereld als een interactie te begrijpen. Een groot gesprek of dialoog. Niet enkel Boeddhisten of hippies zeggen dat alles met elkaar verbonden is.
Tenslotte moeten we de natuur niet proberen controleren. Laten we naar de natuur luisteren, onbevangen, en open staan voor het idee dat we deel zijn van het prachtige complexe systeem.
Kortom.
We passen de fysica en mechanica van de kwantum wereld toe. Hoog tijd dat we ook ons wereldbeeld erop herzien.
Heel erg benieuwd wat je hiervan denkt.
Fredo
Foto’s:
Luistertip:
Carlo Rovelli vertelt in deze podcast - veel beter dan ik - over zijn kijk op kwantum.
Deel 1: hoe het werkt.
Deel 2: wat het betekent.
Wat een mooie, interessante brief Fredo! Dankje voor het werk dat je erin gestopt hebt en me iets hebt geleerd hierover.
Onbevangen luisteren en accepteren dat we deel zijn van het prachtige complexe systeem.
Daar ben ik ook meer en meer van doordrongen.
Wat hippies en vooral Alain Watts me in de 60-er jaren al toonden.
Ook vind ik dat dichters en filosofen dit met hun specifieke talenten tastbaar maken.
En alles is met alles verbonden: deze week schreef Jonathan Rowson over de conversational nature.
Wat aansluit bij jouw uitnodiging tot interactie en dialoog.
https://open.substack.com/pub/jonathanrowson/p/the-conversational-nature-of-reality