Hoofdbanner

In de jaren dertig van de vorige eeuw begonnen steeds meer natuurkundigen zich te verzetten tegen de jongste bevindingen in de quantummechanica (dat het gedrag van deeltjes op atomair niveau bestudeert). Onder hen Albert Einstein en Erwin Schrödinger, de grondlegger van de beroemde Schrödingervergelijking die de waarschijnlijkheid van de aanwezigheid van deeltjes wiskundig perfect beschrijft. Einstein vooral moest niets hebben van die waarschijnlijkheidsverdeling. God dobbelt niet, was zijn bekende uitspraak. Samen met Schrödinger bedacht hij het fictieve experiment van de kat van Schrödinger om dit basisidee van de quantummechanica onderuit te kunnen halen.

In dit gedachtenexperiment uit 1935 zit een kat in een gesloten doos samen met één radioactief atoom. Zoals je misschien weet heeft elke radioactieve stof een zogenaamde halveringstijd: na een zekere tijd zal de helft van de stof zijn vervallen.
Van een enkel atoom is echter niet te zeggen wanneer dit zal vervallen, maar zodra dit gebeurt zal (in dit experiment) een dun glazen buisje gevuld met cyanide breken en de kat sterft onmiddellijk. Omdat wij buiten de doos zijn weten we niet of het radioactieve deeltje vervallen is of niet en dus weten we niet of de kat dood is of levend. Wel kunnen we zeggen wat de kans is dat de kat één van beide is.
Naarmate de tijd verstrijkt wordt de kans dat de kat nog leeft steeds kleiner, vroeg of laat zal de radioactieve stof vervallen zijn. In quantummechanisch opzicht is het beest zowel dood als levend met een zekere, steeds kleiner wordende waarschijnlijkheid. Maar als we in de doos kijken zien we maar één van deze twee toestanden: de kat is dood of levend. 

  De kat van Schrödinger 
                   De kat van Schrödinger

We zeggen ook wel dat de kat in de afgesloten doos in een superpositie van beide toestanden verkeert. We weten niet in welke toestand de kat zich bevindt, dus bevindt hij zich in beide. Hij is dood en levend tegelijk. Onzin, beweerde Einstein. Zoiets strookt niet met de ons bekende werkelijkheid. Met andere woorden, de bevindingen van de quantummechanica deugen niet.

Vanuit de klassieke redenering (die Einstein volgde) geldt dat de atoomkern óf vervallen is óf niet vervallen, dus het apparaat is óf ingeschakeld óf niet ingeschakeld. Dus het flesje is óf kapot óf niet kapot, dus de kat is óf dood óf levend.
Quantummechanisch is het idee dat het atoom óf wel óf niet vervallen is, onjuist. Beide mogelijkheden gelden tegelijkertijd. De kat is tegelijkertijd én dood én levend! Pas als je de doos opent, weet je welke van de twee mogelijkheden het geval is (voor zowel de kat, het flesje, het apparaat, als het atoom). Vóór je meting bevindt de kat zich in een mengseltoestand (superpositie) van leven en dood.
In het algemeen, de waarnemer bepaalt de toestand waarin zich iets bevindt. Ofwel, door waar te nemen helpt hij talloze mogelijkheden om zeep en houdt hij slechts één werkelijkheid over, datgene hij ziet. Waarnemen blijkt zodoende vooral vernietigen te zijn, met slechts één overwinnaar als uitkomst. 

Hier dienen zich heel wat filosofische vragen aan. Wat is een meting? Kan de kat al meten, of het flesje, of …? Is er bewustzijn nodig voor een meting (en bestaat het heelal alleen omdat iets als een God waarneemt)?
De quantummechanica werkt wiskundig welhaast perfect. Alle experimenten bevestigen dat.
Niels Bohr, die met zijn Kopenhaagse interpretatie de basis legde voor hoe de meeste natuurkundigen de quantummechanica momenteel beschouwen, was hierin heel praktisch. Kijk naar de resultaten, zei hij meermaals tijdens zijn vele discussies met Einstein. Accepteer het tegen-intuïtieve karakter van de quantummechanica en, zette hij Einstein op zijn plaats: “Zo revolutionair als je was met je relativiteitsleer, zo conservatief gedraag je je hier.”

Vraag je je af wat al die wiskunde betekent, wat voor wereldbeeld dit ons geeft, dan sta je met lege handen. Ja, een deeltje kan zich op twee verschillende plaatsen tegelijk bevinden, zoals het dubbele spleet experiment van Young met elektronen aantoont. Deeltjes kunnen ook met zichzelf interfereren, vanwege hun golfkarakter, waarbij ze zichzelf kunnen uitdoven of versterken, ook kunnen ze instantaan (dus onafhankelijk van tijd en ruimte) met elkaar communiceren. Dit laatste heet entanglement, ook al zo’n onbegrepen gedrag van deeltjes.
We moeten tot de conclusie komen dat die hele quantummechanica voor ons niet te vatten is. Of, zoals Richard Feynman dat stelde: “Degene die beweert dat ie quantummechanica begrijpt is gek, of hij liegt.”

Dit doortrekkend naar de klassieke mechanica, kunnen we ook daar heel wat wetenschapsfilosofische vragen stellen. Wat is Newton’s zwaartekracht eigenlijk? Een onzichtbare hand die uit de aarde komt en de dingen omlaag trekt? Er is namelijk nooit een uitwisselingsdeeltje dat voor die kracht zou moeten zorgen gevonden. Het hypothetische graviton, bedacht om de theorie te bevestigen, blijkt zo goed als zeker niet te bestaan. Ook Newton zelf twijfelde aan de basis van zijn ontdekte zwaartekracht.
Zeggen dat zwaartekracht datgene is waardoor de dingen omlaag vallen, is slechts een aanduiding, een woordspeling. Het verklaart niets. Het natuurkundige ofwel wetenschappelijke aan Newton’s zwaartekracht is alleen het wiskundige gedeelte; alle dingen vallen niet zomaar omlaag, maar precies volgens:

                   h = ½ g t2

en niet volgens bijv.  √h/2Π= g3/√t  (en dat alleen als het geel van kleur is en op woensdag de 15e van de maand om 8.00 uur 's ochtends bij een temperatuur van 20 º C).
Is de wereld alleen wiskunde (en dus niet te begrijpen), of is wiskunde de hele wereld (ook niet te begrijpen)?

Dit gedachtenexperiment van Einstein en Schrödinger is intussen wereldberoemd geworden. Bijna iedereen heeft er wel eens van gehoord. Er worden grappen over gemaakt, filosofische verhandelingen over verricht, etc. Zie onder andere de cartoon hieronder.

  schrodinger cat cartoon

(Met dank aan Gijs Lumey)