Hoofdbanner

De quantummechanica stelt ons nog altijd voor vele raadsels. Het gedrag van kleine deeltjes is vaak te bizar om met ons gewone verstand te bevatten. Zoals de befaamde natuurkundige Richard Feynman eens stelde: "Degene die beweert dat hij quantummechanica begrijpt is òf gek òf hij liegt."
Zo hebben deeltjes ook een golfkarakter en kunnen ze zich net als een staande golf bij een snaar in verschillende toestanden tegelijk bevinden. Bij een snaar die is aangeslagen hoor je naast de grondtoon verschillende boventonen. Alle tonen hoor je tegelijk, hoewel de grondtoon het beste hoorbaar is. Zo bevindt een deeltje zich in verschillende toestanden tegelijk, wat in de natuurkunde met het begrip superpositie wordt aangeduid. Het deeltje bevindt zich dan op hetzelfde moment op verschillende plekken. Heel vaag natuurlijk en in strijd met onze intuïtie. Pas bij een waarneming is er nog maar één toestand mogelijk, is het deeltje tot één plek teruggebracht. Dit wordt de eigentoestand genoemd. Alle andere mogelijkheden zijn door de waarneming vernietigd. 

Anders gezegd, er vindt bij iedere waarneming een verstoring plaats. Hoe die verstoring eruit komt te zien, is van tevoren niet te voorspellen. Neemt bijvoorbeeld eerst waarnemer A waar en daarna waarnemer B, dan is de totale verstoring anders dan wanneer eerst waarnemer B en dan pas waarnemer A zou waarnemen. Dit alles is vervat in wiskundige formules die telkens experimenteel bevestigd worden. 

Er is dus uitsluitend nog een kans om een deeltje ergens aan te treffen. Tenminste, wanneer we nog niet hebben waargenomen. Quantummechanica is om die reden gebaseerd op waarschijnlijkheidsverdelingen. De natuur van de kleine deeltjes zit kennelijk zo in elkaar. Einstein verzette zich hiertegen, getuige zijn uitspraak: "God dobbelt niet". Hij bleef het zoeken in eenduidige verklaringen met vaste uitkomsten. Experimenten toonden echter keer op keer zijn ongelijk aan. Als slotsom was er het theorema van Bell dat de bizarre wereld van de quantummechanica definitief bevestigde en de bevindingen van Einstein voor altijd naar de prullenbak verwees.

De verdeling van de kans om een deeltje op een bepaalde plek of in een bepaalde toestand aan te treffen, is af te leiden uit de golffunctie van het deeltje, namelijk als het kwadraat ervan. Deze golffunctie is ruim 90 jaar geleden door Erwin Schrödinger wiskundig beschreven. Die functie is voor te stellen als een simpele golfvorm, met een top en aan beide kanten een geleidelijk aflopende helling. Waar de functie het hoogst is, is de kans om het deeltje aan te treffen het grootst. 
Volgens de Kopenhaagse interpretatie van de quantummechanica, ontwikkeld door Niels Bohr en Werner Heisenberg, verdwijnt die kansverdeling op het moment dat je ernaar kijkt of het op een andere manier observeert. Het deeltje is dan op één duidelijk gedefinieerde plek en de golffunctie is ‘ingestort’, zoals natuurkundigen dat noemen. Het meten zelf is dus iets bijzonders dat invloed heeft op de eigenschappen van het deeltje.

Maar dit is een bizarre wereld. Wat is meten precies? En vooral, wie kan er meten, een mens, een dier soms ook, en misschien zelfs een steen? Er is dus sprake van een meetprobleem, een belangrijk gegeven binnen de quantummechanica waar relatief weinig mensen zich mee bezig houden. En, hoe kan het dat de golffunctie bij het meten ineens instort? 

In de jaren vijftig van de vorige eeuw ontwikkelde de Amerikaan Hugh Everett* een theorie die dit instorten van de golffunctie tegenging. Dit leidde tot zijn veel-werelden-interpretatie. In die interpretatie blijft de golffunctie gewoon bestaan en voortbewegen in de tijd. Wat er wel gebeurt, is dat de wereld vertakt. Stel bijvoorbeeld dat wij met elkaar zitten te praten terwijl er een radioactief deeltje in de kamer is dat wel of niet vervalt. Het universum vertakt dan in één wereld waarin het radioactieve deeltje vervallen is en één waarin dat niet zo is. Je krijgt dan meerdere werelden die naast elkaar bestaan, maar onderling geen contact met elkaar hebben. Het klinkt vreemd, maar het is wel wat de vergelijkingen van de quantummechanica voorspellen. Die beschrijven namelijk geen plotselinge ineenstortingen van golffuncties.

Je bent dan, volgens de veel-werelden-interpretatie, zelf ook quantummechanisch. Dus je voldoet zelf ook aan een golffunctie. Het totale systeem van jou en het radioactieve deeltje is in een zogenoemde superpositie, dus in twee toestanden tegelijkertijd: het deeltje is vervallen en dat is wat jij meet, en het is niet vervallen en je meet dat het niet vervallen is. Beide mogelijkheden bestaan, maar zodra ze ontstaan zijn, omdat jij bent gaan meten, kunnen ze geen informatie meer met elkaar uitwisselen. Je kunt de ene mogelijkheid niet meer detecteren vanuit de andere mogelijkheid. Bij elke keuze die je maakt, soms door alleen al te kijken, kom je in een afgesplitste werkelijkheid. Heel apart natuurlijk, dit idee. En ook nauwelijks te bevatten. De wereld bestaat dus, volgens deze theorie, uit ongelooflijk veel verschillende werelden. Allemaal van elkaar afgesplitst, met geen mogelijkheid om in contact met elkaar te treden.

Er valt uit te rekenen hoeveel werelden er dan ongeveer zouden moeten zijn: ontzettend veel, maar niet oneindig veel. Het is ook niet zo dat al die universums zomaar uit het niets ontstaan. Er hoeft namelijk geen extra energie of materie te verschijnen om die werelden te maken. Want alle vertakkingen zijn er altijd al geweest. Alleen merk je pas in welke opsplitsing je leeft wanneer je observeert. Alle andere opsplitsingen of mogelijkheden in je leven ben je op dat moment kwijt. Helaas pindakaas. Alleen wie niet kiest (of niet leeft) heeft oneindig veel mogelijkheden.



*Mark Everett, frontman van de popgroep Eels, zichzelf ook wel Mister E noemend, is de zoon van deze natuurkundige Hugh Everett. In verschillende popsongs verwijst hij naar zijn beroemde vader. 

  • 0 # Rob Jakobs 14-juni-2019 @22:03
    Je voorbeeld is de bekende "kat van Schrödinger", die door superpositie tegelijk dood en levend is; het oordeel wordt pas geveld als de doos wordt open gemaakt en wij er in kijken. Wat vind je ervan als ik het nog bizarder (?) maak: Ik kijk als enige in de doos en zie dat de kat nog leeft. De golffunctie is voor mij dan ineengestort. Jij staat in de kamer ernaast te wachten op de uitslag. Voor jou stort de golffunctie pas in op het moment dat ik jou vertel dat de kat nog leeft.
    Of niet? Wat vind je hier van?
    Antwoorden | Antwoorden met citaat | Citeer
    0 # Fred 17-juni-2019 @11:15
    Dat laatste klopt. Zodra jij in de doos kijkt, is de golffunctie voor jou ingestort. Voor mij als buitenstaander nog niet. Pas als ik zelf kijk, stort voor mij de golffunctie ook in. Of, wanneer ik erop kan vertrouwen dat jij de waarheid spreekt, op het moment dat jij mij de toestand van de kat mededeelt.
    Antwoorden | Antwoorden met citaat | Citeer
    0 # Rob Jakobs 14-juni-2019 @21:57
    "... verdwijnt die kansverdeling op het moment dat je ernaar kijkt of het op een andere manier observeert. Het deeltje is dan op één duidelijk gedefinieerde plek en de golffunctie is ‘ingestort’, zoals natuurkundigen dat noemen."
    [unquote]

    Is het echt zo dat de golffunctie instort, of alleen de superpositie. De onzekerheidsrelatie van Heisenberg blijft toch overeind, zodat we de exacte positie van het deeltje nooit kunnen meten?
    Antwoorden | Antwoorden met citaat | Citeer
    0 # Fred 17-juni-2019 @11:17
    De golffunctie stort in, en daarmee de superpositie. Inderdaad, de onzekerheidsrelatie van Heisenberg blijft gelden. De exacte positie van het deeltje of de exacte hoeveelheid beweging kunnen we niet te weten komen.
    Antwoorden | Antwoorden met citaat | Citeer