Shutterstock

Stel je voor dat je de weekendkrant opent en de puzzelpagina's doorzoekt voor de Sudoku. Je besteedt je ochtend aan het doorwerken van deze logische puzzel, alleen om je bij de laatste paar vierkanten te realiseren dat er geen consistente manier is om het af te maken.

"Ik moet een fout hebben gemaakt", denkt u. Dus probeer je het opnieuw, deze keer beginnend vanuit de hoek kon je niet afmaken en de andere kant op werken. Maar hetzelfde gebeurt weer. Je bent tot op de laatste vierkanten en ontdekt dat er geen consistente oplossing is.

Het uitwerken van de fundamentele aard van de werkelijkheid volgens de kwantummechanica is een beetje als een onmogelijke Sudoku. Waar we ook beginnen met de kwantumtheorie, we eindigen altijd bij een raadsel dat ons dwingt om de manier waarop de wereld fundamenteel werkt te heroverwegen. (Dit is wat de kwantummechanica zo leuk maakt.)

Laat me je meenemen op een korte reis, door de ogen van een filosoof, door de wereld volgens de kwantummechanica.

1. Griezelige actie-op-afstand

Voor zover we weten, is de lichtsnelheid (ongeveer 300 miljoen meter per seconde) de ultieme snelheidslimiet van het universum. Albert Einstein spotte met het vooruitzicht dat fysieke systemen elkaar sneller zouden beïnvloeden dan een lichtsignaal tussen hen in zou kunnen reizen.

In de jaren 1940 noemde Einstein dit "spookachtige actie-op-afstand”. Toen de kwantummechanica eerder dergelijke griezelige gebeurtenissen leek te voorspellen, voerde hij aan dat de theorie nog niet af moest zijn, en dat een betere theorie het ware verhaal zou vertellen.

We weten tegenwoordig dat het zeer onwaarschijnlijk is dat er zo'n betere theorie is. En als we denken dat de wereld bestaat uit welomschreven, onafhankelijke stukjes "spul", dan moet onze wereld er een zijn waar spookachtige actie-op-afstand tussen deze spullen is toegestaan.

2. Onze grip op de werkelijkheid verliezen

"Wat als de wereld niet bestaat uit welomschreven, onafhankelijke stukjes 'spul'?" Hoor ik je zeggen. "Kunnen we deze griezelige actie dan vermijden?"

Ja dat kunnen we. En velen in de kwantumfysica-gemeenschap denken ook zo. Maar dit zou geen troost zijn voor Einstein.

Einstein had een langlopend debat met zijn vriend Niels Bohr, een Deense natuurkundige, over deze vraag. Bohr voerde aan dat we inderdaad het idee moesten opgeven dat de dingen van de wereld goed gedefinieerd zijn, zodat we griezelige actie-op-afstand kunnen vermijden. Volgens Bohr heeft de wereld geen definitieve eigenschappen tenzij we ernaar kijken. Als we niet kijken, dacht Bohr, is de wereld zoals we die kennen er niet echt.

Maar Einstein stond erop dat de wereld gemaakt moet worden iets of we er nu naar kijken of niet, anders zouden we niet met elkaar over de wereld kunnen praten, en dat geldt ook voor de wetenschap. Maar Einstein zou niet zowel een goed gedefinieerde, onafhankelijke wereld kunnen hebben als geen spookachtige actie-op-afstand ... of toch?

3. Terug naar de toekomst

Het Bohr-Einstein-debat is redelijk bekend in de geschiedenis van de kwantummechanica. Minder bekend is de mistige hoek van deze kwantumlogica-puzzel waarin we zowel een goed gedefinieerde, onafhankelijke wereld kunnen redden zonder spookachtige actie. Maar we zullen op andere manieren raar moeten worden.

Als het doen van een experiment om een ​​kwantumsysteem in het laboratorium te meten, op de een of andere manier invloed zou kunnen hebben op hoe het systeem eruit zag vaardigheden de meting, dan kon Einstein zijn cake hebben en die ook opeten. Deze hypothese heet "retrocausality”, Omdat de effecten van het doen van het experiment zouden moeten reizen achteruit in de tijd.

Als je dit vreemd vindt, ben je niet de enige. Dit is niet erg gebruikelijk in de kwantumfysica-gemeenschap, maar het heeft zijn aanhangers. Als je geconfronteerd wordt met het accepteren van griezelige actie-op-afstand, of geen wereld-zoals-we-die-die-het-wanneer we niet kijken, lijkt retrocausaliteit toch niet zo'n rare optie.

4. Geen uitzicht vanaf Olympus

Stel je voor dat Zeus bovenop de berg Olympus zat en de wereld overzag. Stel je voor dat hij alles kon zien wat er is gebeurd en zal gebeuren, overal en voor altijd. Noem dit het "Gods oog" van de wereld. Het is normaal om te denken dat de wereld op de een of andere manier is, ook al kan deze alleen gekend worden door een alziende God.

Recent onderzoek in de kwantummechanica suggereert dat een blik van God op de wereld onmogelijk is, zelfs in principe. In bepaalde vreemde kwantumscenario's kunnen verschillende wetenschappers zorgvuldig naar de systemen in hun labs kijken en grondige opnames maken van wat ze zien - maar ze zullen het oneens zijn over wat er is gebeurd als ze aantekeningen gaan vergelijken. En misschien is er geen absoluut feit over wie er gelijk heeft - zelfs Zeus zou het niet kunnen weten!

Dus de volgende keer dat u een onmogelijke Sudoku tegenkomt, kunt u er zeker van zijn dat u zich in goed gezelschap bevindt. De hele gemeenschap van kwantumfysica, en misschien zelfs Zeus zelf, weet precies hoe je je voelt.

Over de auteur

Peter Evans, ARC Discovery Early Career Research Fellow, De universiteit van Queensland

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

books_science