In mijn SF-verhalen speel ik graag met de randjes van onze realiteit. Een voorbeeld is het verhaaltje ‘Alice in kwantumland’ – daar kom ik later op terug. In deze blog gaat het over de vreemdheid van onze wereld.
Model en werkelijkheid
De geniale fysicus en geweldige docent Richard Feynman maakt onderscheid tussen ‘wetenschappelijke modellen’ en ‘de werkelijkheid’.
De natuurkunde werkt mathematisch, niet intuïtief. De uitkomsten van de modellen passen vaak niet bij het gevoel dat wij aan ons dagelijks leven ontlenen over wat kan en wat niet kan. Toch: wiskunde beschrijft het universum met verbazingwekkende precisie. Onze intuïtie gokt maar een beetje.
Wat Feynman zegt, is: modellen zeggen niet hoe de werkelijkheid is, maar hoe hij zich gedraagt. Dat is een écht verschil.
Brein vs wiskunde
Menselijke ervaringen zijn gebaseerd op een minuscuul klein deel van de werkelijkheid: wij zijn (evolutionair en/of individueel) gevormd bij gemiddelde temperatuur, gemiddelde snelheid, gemiddelde grootte. In dat kleine stukje van de realiteit is ons brein gevormd: ons waarnemen, ons denken, onze intuïtie en onze logica. Onze hersenen denken dat we daarmee alles kunnen begrijpen. Neem het ze niet kwalijk: zo is de boel nu eenmaal bedraad.
Wiskunde werkt anders. De strakke formele aanpak. Het gebruik van imaginaire getallen, oneindige reeksen, integralen en matrices en nog meer zaken ‘die niet echt bestaan’. De berekeningen zijn niet gebonden aan wat wij ons kunnen voorstellen. En wat blijkt?
De modellen doen soms bizarre voorspellingen. Uit de berekeningen komen nieuw te vinden deeltjes tevoorschijn. Onbekende krachten. Niet te begrijpen kwantumeffecten. Idiote relativistische verschijnselen. De voorspellingen gaan in tegen ons boerenverstand en onze intuïtie. Alles in ons roept: dit kán niet waar zijn! Maar (verrassing): als we gaan meten, blijken ze te kloppen.
Massa, elektron
De modellen zijn dus heel erg goed in het voorspellen van het gedrag van onze realiteit. Maar hoe zit het met ons zicht op ‘het diepste wezen’ ervan?
Neem bijvoorbeeld massa. We definiëren het op macroniveau als ‘de hoeveelheid materie’ en op deeltjesniveau als ‘interactie met het Higgsveld’. De formules kloppen, want de voorspellingen zijn correct, of het nu gaat over botsende biljartballen, of de energieopbrengst van kernsplitsing, of over de banen van deeltjes in een bellenvat. Maar wat massa ten diepste ‘is’?
Tussen haakjes: u begrijpt hopelijk dat een antwoord als ‘het is een verschijningsvorm van energie’ alleen het probleem maar verlegt. En verergert.
Ander voorbeeld: het elektron. Een bolletje kunnen we ons voorstellen: we denken aan biljartballen. Draaien, botsen, en verplaatsen – veel experimenten met elektronen laten zich ermee verklaren. Dat hetzelfde bolletje zich bij andere experimenten gedraagt als een golf, is lastiger te begrijpen. Golven zelf snappen we wel: we hebben het wateroppervlak als voorbeeld. Daarmee kunnen we uitdoving en versterking in een twee-spleten-experiment begrijpen.
Dat het elektron tegelijk deeltje en golf is, is al lastiger, omdat er in onze macro-omgeving geen parallel voor is. Wat er eigenlijk ‘golft’ is ook ingewikkeld: er is geen drager. En het wordt nog idioter: dat het ene elektronbolletje anderen op afstand dwingt om rekening met hem te houden (het zgn Pauli-uitsluitingsprincipe); dat een groepje elektronen zich als een vloeistof kan gedragen; dat elektronen onderling zo volledig identiek zijn dat serieuze onderzoekers zich afvragen of we niet naar allemaal kopietjes van één elektron zitten te kijken; dat energieën van een elektron in een atoom gekwantificeerd zijn… Het zijn allemaal eigenschappen, die niet passen bij hoe wij intuïtief onze wereld ervaren. De denkmodellen voor ons brein ontbreken.
Onkenbaar
Het wezen van de dingen… Feynman zegt ongeveer (in mijn woorden 😉) : ‘Theorieën zeggen er niets over. Aan de verleiding om het model als realiteit te zien, moeten we niet toegeven.‘ Bescheidenheid, dus.
Massa. Spin. Lading. Electron. Wat is het precies? De modellen geven geen antwoord. Ze komen niet verder dan ‘het is een eigenschap die we gebruiken in berekeningen’. De diepste grond blijft niet alleen onbekend, maar is blijkbaar ook wetenschappelijk onkenbaar. Waarom dingen zijn zoals ze zijn, waarom ze doen zoals ze doen: we hebben vanuit onze modellen geen flauw idee.
Onze fantasie zegt er ook niets wezenlijks over, want die is beperkt tot wat wij ons kunnen voorstellen. Wij kunnen ons geen ‘diepste wezen’ voorstellen waaruit de benodigde eigenschappen volgen – zelfs als we het willen, blijft onze bedrading er ongeschikt voor. Dezelfde beperking geldt als we het proberen met ‘een sprong in het geloof’ – religieus of anderszins (zie de PS helemaal hieronder).
Alice
De meest vreemde effecten treden op in de kwantumwereld. Het domein is vol onvoorstelbare en contra-intuïtieve effecten. Golfvergelijkingen in plaats van objecten, waarschijnlijkheden in plaats van locaties, interferentie en superpositie, tunneleffect, verstrengeling, de invloed van de waarnemer. De allergewoonste dingen in die wereld zijn te vreemd voor ons denken.
Ik vroeg me af: wat zou er gebeuren als een rationeel mens die wereld zou betreden? Iets als ‘Alice in Wonderland’, maar dan met een écht wonderlijk land: ‘Alice in Kwantumland’. Een land waarin de vreemde kwantumwetten onze intuïtieve werkelijkheid vervangen. Niet een land met oppervlakkige rariteiten zoals een verdwijnende kat, maar écht fundamenteel vreemd. Ik gebruikte mijn gedachten erover in een kort verhaal over een vrouw, die…
Nee, ‘Alice in Kwantumland’ moet u zelf lezen. Het is een van de vijftien verhalen in de SF-bundel ‘Zwervers – liederen van tijd en ruimte’, met als ondertitel ‘is dit heelal ons thuis, of een duister doolhof?’
Informatie over deze bundel vindt u op: hptts://www.wettum.org/zwervers. Via de bestelpagina kunt u daar ook de paperback bestellen.
Het ebook is oa te krijgen bij kobo: https://www.kobo.com/nl/nl/ebook/zwervers-liederen-van-tijd-en-ruimte Ook als kobo-plus.
PS: de wetenschappelijke methode volgens Karl Popper
Uitspraken over het ‘wezen van de dingen’ die in een (geloofs-)overtuiging worden gedaan, zijn niet (natuur-) wetenschappelijk, om de eenvoudige reden dat onze wetenschap daar niet over gaat. Die gaat over gedrag.
Voor onszelf kan spreken over het ‘wezen van de realiteit’ wel degelijk betekenisvol zijn (ik ben zelf zeer geïnspireerd door Jezus). Echter: pas wanneer er consequenties worden geformuleerd voor het gedrag van de werkelijkheid, ontstaat er een raakvlak met (natuur-) wetenschap. Je kunt dan denken aan uitspraken: ‘volgens … is de aarde plat’, ‘klimaatverandering bestaat niet’, ‘edelstenen hebben genezende kracht’, of ‘helderziend bestaat’. Dat zijn modellen geworden. Ze zijn toetsbaar.
Of het nu om astrologie gaat, magische of paranormale verschijnselen, platte aarde-theorieën, jonge Aarde-model, aardstralen, edelstenen-geneeskunde, homeopathie, waren-de-goden-kosmonauten, Atlantis, Aliens, of welk andere modeluitspraak uit overtuiging dan ook: drie vragen bepalen of het in wetenschappelijk opzicht betekenisvol is.
1) Is het in overeenstemming met (of nog mooier: verklaart het) alle reeds gedane waarnemingen? Zo niet: dan klopt het model niet;
2) Doet het model ‘riskante’ en toetsbare voorspellingen? Zo niet: dan voegt het niets toe en is het wetenschappelijk zinloos;
3) Zijn de (riskante) uitspraken falsificeerbaar? Zo niet: een model dat elke mogelijke uitkomst verklaart, verklaart niets. Het heeft geen betekenis.
Meer hierover lezen? Begin uw zoektocht dan bijvoorbeeld bij Karl Popper.
Natuurlijk kan een niet-wetenschappelijk denkmodel wel degelijk ethische of anderszins nuttige bijdragen leveren aan het mensenleven: ‘(natuur-) wetenschappelijk’ is niet alles in het leven en zeker ook niet het belangrijkste. Waar iemand inspiratie vindt, waarden en normen herkent, zijn behoefte aan veiligheid of andere menselijke behoeften ziet vervuld, mag ieder mens uiteraard zelf bepalen.
Wettum.org 