Sinds Thales van Milete hebben intelligente mensen vragen geformuleerd over tijd, materie en ruimte. Dat doen ze nog steeds natuurlijk. Alleen lijken de filosofen hun handen ervan afgetrokken te hebben. En dat is jammer, want gedurende de eerste paar decennia zijn de natuurkundige opvattingen over deze begrippen sterk veranderd. Zelf ben ik er groot voorstander van dat filosofen zich deze nieuwe opvattingen eigen maken en daarover driftig gaan speculeren. Ik zou er zelf een boek over willen schrijven als ik de capaciteiten had. Helaas heb ik die op beide vakgebieden niet. Stephen Hawking heeft een poging gedaan in zijn bekende Het Heelal (A brief History of Time). Maar ook Hawking is geen filosoof en allerlei colleganatuurkundigen zijn ook al niet erg tevreden.LordDragon schreef:mnb
kan je eens wat uitwijken over die quantumaspecten?Wat houdt dat volgens jou juist in?
MVG, LD.
Hoe dan ook, ik begin met één verzoek. Niet boos worden als ik zaken te erg vereenvoudig aub. Want net als Hawking ga ik geen formules presenteren.
De meesten zullen het planetaire atoommodel wel kennen. Laten we de eenvoudigste nemen, waterstof. Er is een proton (een positief geladen deeltje) in het middelpunt en op een zekere afstand draait er een electron (een veel kleiner negatief geladen deeltje) omheen, zoals de Maan om de Aarde. De zwaartekracht is hierbij vervangen door de electromagnetische kracht.
Deze theorie is heel aardig. Al die vervelende reactievergelijkingen die we vroeger bij scheikunde en biologie kregen zijn er op gebaseerd. Maak het een beetje ingewikkelder en we kunnen best begrijpen waarom H2O (water) een stabiele stof is, kookt bij 100 en bevriest bij 0 graden Celsius.
Er is alleen een probleempje. De aloude causale wetten van Newton voorspellen correct dat de afstand Aarde-Maan geleidelijk kleiner wordt. We hoeven ons daarover geen zorgen te maken, want het duurt nog wel een tijdje.
Iets soortgelijks is er met het planetaire atoommodel aan de hand. Het electron wordt verondersteld steeds kleinere cirkeltjes rond het proton te draaien en er in ongeveer een miljardste seconde op neer te storten. En we weten dat dat niet kan, want waterstofballonnen blijven heel wat langer in de lucht.
Dus moest de natuurkunde het planetaire atoommodel vervangen. Dat heeft nogal wat jaren gekost, maar in de jaren 30 was men toch het meest tevreden over een golfmodel, dat lijkt op de golftheorie van onze geachte landgenoot Huygens (ik weet nooit welke van de twee, Constantijn of Christiaan; ze waren nog familie ook). Dat golfmodel geeft een waarschijnlijkheidsverdeling. Dwz we kunnen de kans berekenen dat het electron zich op een bepaalde afstand van het proton bevindt. We hebben het nog steeds over waterstof, maar bij ingewikkelder atomen gaat het op dezelfde manier. De berekeningen worden alleen een stuk ingewikkelder en saaier. En men was er tevreden over, omdat het de tot dan bekende experimenten prima beschreef.
De quantummechanica is niets meer dan een wiskundig model, dus een setje vergelijkingen. Theoretische natuurkundigen maken voor hun lol en hun salaris zulke modellen. Dat gebeurt niet in het wilde weg. Er zijn een paar belangrijke eisen. De lijst is onvolledig.
1) Popper's principe van falsifieerbaarheid. De quantummechanica voldoet daaraan. Sterker nog, al in de jaren 30 voorspelde de quantummechanica de atoombom. Niets maakt een theoretisch-natuurkundige gelukkiger dan een voorspelling die uitkomt. Er worden Nobelprijzen voor uitgereikt, en terecht. Sindsdien is de quantummechanica verbeterd, maar de essentie is hetzelfde gebleven.
2) Het nieuwe model moet ook alle oude experimenten kunnen beschrijven. Daaraan voldoet de quantummechanica ook. Ze voorspelt dat water net zo stabiel is als het planetaire model.
3) Er is ook het correspondentieprincipe. Een nieuwe theorie moet een uitbreiding zijn van de oude. Maw door enkele vereenvoudigingen door te voeren moet uit het quantummechanische golfmodel het oude planetaire model tevoorschijn komen. Ik heb die berekening voor waterstof moeten uitvoeren, al zou ik het nu, ruim 20 jaar later, niet meer kunnen.
Er is één groot probleem met de quantummechanica. Ze is in strijd met de Algemene Relativiteits Theorie van Einstein. Dat levert normaal gesproken geen problemen op. Als we de één gebruiken hoeven we meestal geen rekening te houden met de andere. Er zijn twee uitzonderingen. Wie de mentaliteit van natuurkundigen kent begrijpt dat die de meeste interesse wekken: de oerknal en het zwarte gat. Om over die twee meer te weten te komen geven ze in Geneve bakken met geld uit. Men hoopt namelijk dat de vondst van het Higgs Boson - die te maken zou hebben met de zwaartekracht - de nodige informatie oplevert om de tegenstrijdigheid op te kunnen lossen (Nobelprijs!).
Een belangrijk onderdeel van de quantummechanica is Heisenberg's Onzekerheidsprincipe. Deze volgt uit het golfmodel (nogmaals, dat is een waarschijnlijkheidsberekening) van elementaire deeltjes. Het principe zegt dat of de positie van een deeltje of zijn snelheid volkomen nauwkeurig kunnen bepalen, maar niet beide tegelijk (zie voor nadere informatie de Constante van Planck). En dat is onverenigbaar met het determinisme. Want als we, om Hawking te citeren, de huidige toestand van het heelal niet eens met volkome nauwkeurigheid kunnen bepalen, dan kunnen we toekomstige gebeurtenissen al helemaal niet voorspellen.
Nu moeten we één ding goed voor ogen houden. Ook de quantummechanica is niet het alpha en het omega. Het Nederlandse genie Gerard 't Hooft speculeerde er op dat de quantummechanica gebaseerd zou kunnen zijn op een onderliggende causale theorie. Daarmee zouden onze deterministen weer gered zijn. Niemand kan de mogelijkheid uitsluiten.
Toch merk ik op dat in steeds meer vakgebieden het begrip toeval - beter is waarschijnlijkheidsverdeling, maar goed - een rol speelt. Ik heb al eens verwezen naar mutaties in de evolutietheorie. Het zou prettig zijn als alle onderwerpen van studie met zulke kleine schaal - een miljardste meter is een aardige vuistregel, maar de grens is geleidelijk en niet abrupt - dit quantummechanische toevalsprincipe konden verwerken. Want dan hebben we een stel onderling consistente theorieën.
Hoe het determinisme vastloopt zien we nog het beste bij het onderwerp vrije wil. Het determinisme ontkent dat, want veronderstelt een eindig aantal ketenen van oorzaak en gevolg. Ook volgens deterministen moeten die ketenen in de hersenen terug te vinden zijn. We weten dan dat die ketenen zodanig kleine schaal hebben, dat het quantummechanische toevalsprincipe mee gaat doen. En dan zijn de causale schakels van die ketenen plotseling behoorlijk zwak. Hoe een quantummechanische waarschijnlijkheidsverdeling op hersencellulair niveau zich verhoudt tot de vrije wil, ik zou het niet weten. Maar ik vermag er geen tegenstrijdigheid in te zien, alleen een onvolkomenheid.
Ik heb geen flauw idee of neurologie al deze kant op gaat. Van de Engelse wikipedia weet ik dat verschillende afmetingen zo tussen de 1 en 50 micrometer (miljoenste meter) liggen. Dat is dus vele malen groter dan een waterstofatoom. Maar verschillende onderdelen lijken veel kleiner te zijn.
Een aardige uitbreiding van de quantummechanica is Feinman's padintegraal. In klassieke Newtoniaanse en ook Einsteinse natuurkunde heeft elk systeem een unieke tijdevolutie, ook wel pad genaamd. Dit is gewoon het ons bekende determinisme: geef de begintoestand en in de tijd kunnen we theoretisch elke nieuwe toestand berekenen. Hersenen zijn een dergelijk systeem. Wat wij keuze noemen is niets anders dan een dergelijke tijdevolutie. De uitkomst ligt vast. Vrije wil bestaat niet.
Volgens de quantummechanica kan het systeem echter elk mogelijke tijdevolutie volgen. De kansen echter verschillen. Vandaar mijn analogie met de verzwaarde dobbelsteen. De klassieke deterministische tijdevolutie heeft de meeste kans.
wanneer komen de aliens sarnian? 
