7.5 Is het heelal lokaal of non-lokaal?
Wat betekenen deze twee tegenovergestelde uitdrukkingen? In deze vraagstelling gaat het erom of de lichtsnelheid werkelijk de maximale snelheid is, we spreken dan over lokale verschijnselen. Daarmee wordt bedoeld dat twee gebeurtenissen die op enige afstand (tot vele lichtjaren) van elkaar afliggen, hun invloed op elkaar pas na enige tijd, de tijd die het licht heeft afgelegd, kunnen uitoefenen. Dat was wat Einstein bedoelde toen hij stelde dat ‘gelijktijdigheid’ niet bestond, althans niet voor gebeurtenissen die van elkaar verwijderd zijn. Wat zijn ‘lokale’ gebeurtenissen? Aangezien gebeurtenissen, in min of meerdere mate, elkaar beïnvloeden, is de consequentie ervan dat het ‘tijd’ kost eer de uitwerking tot stand komt. Lokaal wil dus zeggen dat de uitwerking van een gebeurtenis wat tijd betreft een plaatselijke (lokale) gebeurtenis is, en nooit op een grotere schaal dan de allernaaste omgeving kán plaatsvinden. In de ontwikkeling en de werking van het heelal zit dus een flinke beperking, temeer omdat de afstanden gigantisch zijn.
Waar gaat het bij ‘non-lokale’ verschijnselen nu eigenlijk om? De invloed van een gebeurtenis, ruimtelijk gescheiden van het doel waarop die gebeurtenis zijn invloed zal doen gelden, zal ‘meteen en onmiddelijk’ plaatsvinden. Een eenvoudig voorbeeld kan dat verduidelijken, het licht van de zon doet er acht minuten over eer het ons bereikt. Stel dat de zon een lamp was die iedere ochtend aangezet wordt, dan duurt het acht minuten voor wij dat merken. Voor ons gaat de zon dus acht minuten later op dan op de zon zelf. Een lokaal of plaatsgebonden verschijnsel, terwijl als op hetzelfde moment dat de zon ‘gaat schijnen’ dat ook bij ons merkbaar zou zijn, we dan van non-lokaal spreken, ofwel een verschijnsel dat op beide plaatsen tegelijk verwezenlijkt wordt. Het is duidelijk dat, dat niet zo is, het duurt echt acht minuten, lokaal of plaatselijk dus. Dat is toch normaal, het kost nu eenmaal tijd om die afstand te overbruggen, zelfs met die enorme snelheid die het licht heeft. En volgens de ‘speciale relativiteitswet’ van Einstein zal het licht van de zon ons ‘nooit’ sneller bereiken. Einde verhaal, of toch niet? Einde verhaal voor ‘alles’ waarop de speciale relativiteitswet van toepassing is! Wat non-lokaliteit betreft is het zo zeker nog niet dat het ‘einde verhaal’ betekent.
De ‘lichtsnelheid’ een ijzersterke grens?
Zo’n paar tiental jaren terug overheerste het gevoel bij de meesten dat de lichtsnelheid een ijzersterke grens was en als daarover al ideeën opdoken dan werden die door weinigen serieus genomen. Reeds in de jaren zeventig stelde Gary Zukav vast dat er gedachten waren over dat onderwerp. Het probleem dat opdook kwam op het volgende neer: ‘Van twee deeltjes die oorspronkelijk met elkaar verbonden waren (bijvoorbeeld twee elektronen die vanuit dezelfde quantumtoestand in tegenovergestelde richting gezonden worden) veranderen we de spin van elektron A, merkwaardigerwijs verandert dan de spin van elektron B tegenovergesteld. Indien spin A neer, dan spin B op (of links en rechts, dat doet niet terzake, het gaat om de verandering van een quantumtoestand). Is het nu zo dat deze verandering van elektron A, als een communicatie aan B doorgegeven wordt met maximaal de snelheid van het licht? Verscheidene experimenten hebben getoond dat de informatie over de quantumtoestand van A ‘meteen en onmiddelijk’ overgedragen wordt op B. Verondersteld kan worden dat er informatie van A uitgaat, nadat de spintoestand van A veranderd is, die van invloed is op de spintoestand van B. Niettemin blijft dan het probleem van de ‘meteen en onmiddelijk’ informatie overdracht. Maar wat deed men? Vanuit het systeem waaruit de elektronen ieder zijn eigen kant gestuurd werden, veranderde men de spintoestand van A, nádat de beide elektronen onderweg waren. Op hetzelfde moment veranderde de spintoestand van B.
Het ‘verbonden’ blijven van deeltjes met hun oorsprong.
Hoewel het een en ander al interessant genoeg is, geeft dit laatste misschien zicht op iets veel omvattenders, namelijk het verbonden blijven van deeltjes met hun oorsprong, dat wordt ‘verstrengeld’ genoemd. In feite komt het er op neer dat het ‘Pauliprincipe’ gehandhaaft blijft, ook al bewegen de deeltjes zich over enorme afstanden van elkaar. Het Pauliprincipe hield in dat slechts twee deeltjes in dezelfde quantumtoestand kunnen verblijven als ze verschillende spin hebben. We zullen zien dat het ‘al of niet houdbaar’ van deze bewering van cruciaal belang is voor het onderwerp. We komen daar nog op terug. De verschillende experimenten zijn gedaan met afstanden van slechts enkele meters tot tientallen, ja zelfs tot enkele kilometers. Het maakt geen verschil, ze geven allemaal de zelfde resultaten, ze ‘schenden’ de speciale relativiteit. ‘Schenden’ moeten we natuurlijk wat genuanceerder bezien, dat zou zo zijn als we de hele kwestie in de ruimte van het Einsteinse heelal plaatsen. Het probleem is dan dat je moet bepalen vanuit welk referentiesysteem je de kwestie beoordeelt? We zouden kunnen ontkennen dat deeltje B de spintoestand van deeltje A ‘ogenblikkelijk’ lijkt te kennen, als we het begrip ‘ogenblikkelijk’ gebruiken ná iedere verandering. Volgens Einsteins speciale theorie is ‘gelijktijdigheid van gebeurtenissen’ slechts mogelijk vanuit één referentiekader. We zitten dan met een probleem. Bij heel kleine afstanden in een laboratorium zou je wellicht nog van gelijktijdigheid kunnen spreken. Hoewel een signaal op zeer korte afstanden praktisch ‘gelijk’ uitgezonden en gedetecteerd lijkt te zijn, is dat natuurlijk niet zo. Met onze nauwkeurige tijdwaarnemingen moet zelfs zo’n klein verschil te meten zijn. Daar komt nog bij kijken dat verdere experimenten gedaan zijn met grotere afstanden.
Er is nog een andere oplossing.
Gary Zukav gebruikt het begrip ruimte-achtig. Het zal duidelijk zijn, dat het is verbonden met het Einsteinse heelal, waar de lichtsnelheid de maximale snelheid voor het overbrengen van informatie is. Wat zou de oplossing dus kúnnen zijn? Dat is een achtergrond van dát Einsteinse heelal, een achtergrond waar andere wetten gelden. De overbrenging van de informatie bewerkstelligt dat als een deeltje een verandering van quantumtoestand ondergaat, het andere deeltje dat ogenblikkelijk ‘weet’ en daarop reageert, door de tegengestelde quantumtoestand aan te nemen. We zagen al dat, dat nog verder gaat want als het signaal uitgezonden wordt vanuit het gebied waar beide deeltjes een eenheid van quantumtoestand vormden, het beide deeltjes ogenblikkelijk doet reageren op de informatie die werd uitgezonden. Dat betekent dat beide deeltjes verbonden blijven mét de oorspronkelijke quantumtoestand, hoe ver ze ook van elkaar verwijderd zijn. De enige echte oplossing bestaat er nu in dat de ‘meteen en onmiddelijke’ overdacht van de benodigde informatie via een achtergrond gebeurt, een achtergrond waar zowel de oorspronkelijke toestand, als de nieuwe toestanden van beide deeltjes mee verbonden zijn. Als we het dus over het begrip ruimteachtig hebben dan lijkt het erop dat, hoewel in de gewone zin, gebeurtenissen elkaar op hetzelfde moment niet kunnen beïnvloeden. Het wordt heel wat anders als we kunnen aantonen dat ruimte niet op zichzelf bestaat, maar verbonden is met een achtergrond waar non-lokale wetten heersen. De opvatting dat er meer is dan puur lokale verschijnselen begon bij sommige fysici te leven zoals we in Zukav’s boek kunnen lezen. Er zou, zo werd gedacht, een diepere fundamentele eenheid kunnen zijn dan de quantumtheorie en de speciale relativiteit te kennen gaven. Dat zou de oorzaak van kunnen zijn dat de zo begeerde eenheid tussen quantumtheorie en de relativiteitstheorieën nog steeds niet gevonden is.
Interacties, niet door ‘signalen’.
Om niet in de knoop met Einstein te komen werd er geopperd dat de verbondenheid gehandhaaft blijft, maar niet door signalen. Een ‘signaal’ in dit verband betekent een interactie tussen twee gebeurtenissen, die met maximaal de lichtsnelheid verwezenlijkt wordt. Door wat dan wel? In de gevolgde opvattingen blijkt telkens weer dat men de snelheid van het licht niet los kan laten, dus er lijkt dan maar een oplossing: ‘snelheden’ groter dan die van het licht. Een nieuw probleem is dan wel dat de tijd dan teruguit zou gaan lopen, de informatie nodig voor de deeltjes komt dan aan voordat het experiment begonnen is. Er is echter een andere oplossing! Als deeltjes of liever gezegd de quantumtoestanden waaraan zij onderhevig zijn en die veranderlijk zijn, verbonden blijven met de door mij geopperde achtergrond, dan kan de informatie die de veranderingen bewerkstelligt via die achtergrond gegeven worden. Moet die informatie dan via die achtergrond dan alsnog met snelheden gaan, vele malen groter dan de lichtsnelheid? Het kan anders, we denken hierbij aan klokken die op dezelfde ondergrond staan. Deze ondergrond heeft een bepaalde frequentie waarin hij trilt, de klokken gaan dan gelijkelijk trillen. Hoewel dit een enigszins simpel voorbeeld is kan het illustreren dat deeltjes (of hun configuratie) ten allen tijde verbonden blijven met die achtergrond. Ja dat de resultaten die wij meten bepaald worden door processen in die achtergrond. Henri Stapp doelt misschien hierop, hoewel hij aan superluminale (snelheden hoger dan de lichtsnelheid) informatieoverdracht vasthoudt. We volgen zijn gedachte: “Alles wat wij over de natuur weten is in overeenstemming met de opvatting dat het fundamentele proces van de Natuur buiten ruimte-tijd ligt…maar dat het gebeurtenissen opwekt die gelokaliseerd kunnen worden binnen ruimte-tijd.”
Zou zo’n gedachte overeenkomen met de discreetheid van de quantumtheorie? Het verspringen van een quantumsysteem van een hoger naar een lager energieniveau (of omgekeerd) zonder tussenliggende overgangen plaatsvind.
Quantumsprongen vinden ‘meteen en onmiddelijk’ plaats, is de opvatting.
Algemeen wordt aangenomen dat er tussen twee toestanden niets is en bijvoorbeeld een elektron ‘meteen en onmiddelijk’ kan overspringen. Dat is een van de ‘mysteries’ van de quantumtheorie en op zijn zachts gesproken merkwaardig. Kán een elektron dat bijvoorbeeld in een laag energieniveau zit en ‘getroffen’ wordt door een foton, zonder enige aanwijsbare tussenfase ‘meteen en onmiddelijk’ een hoger energieniveau innemen? Als we uitgaan van verschillende ‘orbitalen’ voor de verschillende energieniveaus dan is het redelijk dat zo’n elektron van de ene ruimtetijd configuratie verhuist naar een andere ruimtetijd configuratie. We moeten hier natuurlijk niet de denkfout maken dat orbitalen ‘slechts’ de ‘waarschijnlijkheidswolken’ van de elektronen voorstellen, zoals algemeen wordt gedacht. Dat kan natuurlijk niet want een elektron in een laag energieniveau bevind zich dichter bij de kern dan een in een hoger energieniveau. Er is dus een verschil in de ruimtetijdconfiguratie. Natuurlijk wordt dit in de quantumtheorie zo niet verklaard, maar men baseert zo’n ‘meteen en onmiddelijke’ quantumsprong op ‘Plancks quantum van actie’. Daardoor zegt men kunnen er géén tussenliggende stapjes zijn omdat, even simpel gezegd, quantumsprongen alleen maar in veelvouden van de ‘constante van Planck’ kúnnen optreden (of minimaal eenmaal de constante van Planck). Een quantumsprong van het ene niveau naar het andere toont volgens deze opvatting geen enkel vorm van tussenliggende verandering. In werkelijkheid lost dat het probleem niet op, maar het wordt aanvaard en daar blijft het bij. Of is er toch iets aan de hand?
Een wisseling van het informatiepatroon moet zich sneller voltrekken dan de ‘lichtsnelheid’, of is er iets anders aan de hand?
Zukav vervolgens: “Als de enige manier om te communiceren zou bestaan uit het voortplanten van signalen die in snelheid worden beperkt tot de snelheid van het licht, of minder, zou de overgang tussen twee stationaire toestanden niet ‘discreet’ (discontinu) zijn. Er zou een continu reeks van tussenliggende toestanden moeten bestaan die alle overeenkwamen met verschillende fasen van het zich voortplantende signaal. Daarom voert de ondeelbaarheid van Plancks quantum van actie met logische consistentie tot het idee van boodschappen zonder signalen.” Zoals ik al opmerkte gaat het bij een quantumsprong om het verspringen van de toestand van de ene ruimtetijd configuratie naar de andere, blijkbaar zonder tussenliggende ruimtetijdconfiguratie. Maar is dat wel zo? Als we bij het ‘twee spletenexperiment’ een detector plaatsen dan ‘vinden’ we altijd een deeltje en er is geen interferentie op het scherm. Dat houdt in dat er tussen de twee toestanden in, wel degelijk iets moet zijn, anders zouden wij onmogelijk een deeltje kunnen detecteren. Wij zouden dan niets anders kúnnen waarnemen dan het afschieten van het deeltje en de inslag op het waarnemingsscherm, zijnde de beginsituatie (ruimtetijd configuratie) en de eindsituatie (de andere ruimtetijd configuratie). In werkelijkheid kunnen we een deeltje traceren tussen de beginsituatie en de eindsituatie, dus een derde ruimtetijd configuratie, namelijk het getraceerde deeltje. Critici zullen opmerken dat dat geen verschil maakt want nu bevindt die ‘ondeelbare Planck quantum van actie’ zich tussen de beginsituatie én het traceren van het deeltje (de tussenliggende situatie). Nog steeds dus een verandering zonder tussenliggende stapjes! Dat kan waar zijn, maar we blijven nog steeds met die ‘meteen en onmiddelijke’ overgang van de ene toestand naar de andere zitten.
Mogelijkheden voor een tussenliggend traject.
Een mogelijkheid is dat er zich processen afspelen die ‘niet’ onderhevig zijn aan de constante van Planck, omdat ‘hun tijd maal energie’ kleiner is dan de constante van Planck. Zo’n proces zou weerspiegeld kunnen worden door de zogenaamde virtuele deeltjes. Een andere mogelijkheid is dat het ‘tussenliggende gebied’ (tussen twee toestanden) zich afspeelt in het vacuüm (de lege ruimte binnen het atoom) en dat daar supergeleidende effecten meespelen. Te denken valt hierbij aan de speciale toestand van supergekoelde helium II, dat niet plaatselijk verwarmd kan worden. Iedere hoeveelheid van warmte (energie) wordt ‘meteen en onmiddelijk’ over de hele vloeistof verspreidt. Het is een non-lokaal effect dat, in tegenstelling tot wat algemeen gedacht wordt, verder gaat dan quantum-processen, want juist het eigene van quantum processen, het discrete karakter, verdwijnt hier. Het is veeleer een continu proces, of op zijn minst iets dat er tussen in zit. Zoiets als in de eerste mogelijkheid, processen die niet voldoen aan de constante van Planck. Processen die wij niet meten, maar ook niet berekenen omdat ze buiten de quantumtheorie vallen. Dit ‘non-lokale’ effect in het vacuüm van het atoom kan dan logischerwijs alleen maar spelen als het om toestanden gaat binnen het atoom, zoals het verspringen naar een hoger of lager energieniveau.
Helium II als illustratie voor eventuele mogelijkheden.
Waarom haal ik hier nu het voorbeeld van helium twee bij? Wel dit proces zou kunnen illustreren dat er in het vacuüm op een supergeleidende manier energie overgedragen kan worden, dat de verklaring vormt voor het ‘meteen en onmiddelijke’ karakter van een quantumsprong. Het zogenaamde verspringen van de ene toestand in de andere, zonder tussenliggende stapjes. We kunnen ons ook nog in een andere gedachte verdiepen. Dat hangt samen met de vraag: wat meten wij eigenlijk als wij een deeltje detecteren? Het antwoord is: we meten een deeltje met discrete waarden, omdat een deeltje op het moment van detectie nu eenmaal zo is. Wat er tussen twee metingen gebeurt blijft onbekend, maar dat er niets gebeurt is toch enigszins ongeloofwaardig. Dat deeltjes ook golfverschijnselen vertonen ondersteunt deze opvatting alleen maar. Hiermee blijft de gedachte die schuilt in de ‘constante van Planck’ overeind, maar bovendien is het mysterieuze karakter van zo’n quantumsprong aannemelijk gemaakt. Logischerwijs speelt datgene wat er in het vacuüm van het atoom gebeurt zich in een heel klein gebiedje af, het vacuümgedeelte ervan. In alle andere gevallen als er afstand bij betrokken is dan moet het via een ‘achtergrond’ gaan. Dat hoeft niet te betekenen dat het vacuümgedeelte binnen het atoom op zichzelf staat. Zoals we verder zullen beredeneren is ieder atoom verbonden met een universele (coherente) achtergrond, maar ieder atoom is een ruimte-tijd-configuratie, die gevormd wordt door een hoeveelheid ruimtetijdquanta, die meer of minder gecomprimeerd zijn. Zo’n atoom bestaat dan uit een patroon van meer of minder gecomprimeerde ruimtetijdquanta, afhankelijk van of ze een elektron, een proton, een neutron of quarks vormen. In wat gangbare taal gezegd: is ieder deeltje een bepaalde mate van ruimte-tijd-kromming, terwijl het vacuüm binnen het atoom het minst gekromd zal zijn.
Twee stadia van ruimtetijd binnen het atoom.
Binnen het ‘gebied’ van een atoom onderscheiden we dus verschillende stadia van ruimtetijd. Terwijl er in het vacuüm supergeleidende kenmerken aanwezig zullen zijn, die bijdragen tot het totstandkomen van elektronen én de verklaring vormen vóór de tussenliggende stadia van twee toestanden, zal dit supergeleidende vermogen verdwijnen op die momenten wanneer een deeltje (elektron) in zijn ‘deeltjesstadium’ verkeert. Elektronen (en alle fermionen) zijn niet uit zichzelf supergeleidend. Binnen het atoom zijn er dus overgangsgebieden, tussen enerzijds de Plancksituatie, alles onderhevig aan de ‘constante van Planck’, en anderzijds een supergeleidend vacuüm met bosonische verschijnselen. Dit laatste is dan een overgangsgebied naar een continue achtergrond.
Daarnaast hebben we nog te maken met verschijnselen die zich uitstrekken tot buiten het gebied van een atoom. Voor een verklaring van die verschijnselen gaan we dus iets verder en gaan uit van een universele (coherente) achtergrond, dat globaal dezelfde supergeleidende verschijnselen zal vertonen als het vacuüm binnen het atoom. Als wij dus ‘tussen’ twee situaties in (zoals in het twee spleten-experiment) een deeltje traceren, dan kán dat alleen maar als er iets fysisch plaatsvindt tussen die twee situaties. Dat wij dan een deeltje traceren en géén continu toestand of iets dergelijks als virtuele deeltjes, komt omdat onze meetapparatuur daartoe niet in staat is. De conclusie moet dan zijn dat er (1) informatie overgedragen wordt als ‘boodschappen zonder signalen’, dat wil zeggen met snelheden ver boven de lichtsnelheid óf ‘een meteen en onmiddelijke’ overdracht (zonder tussenliggend signaal). Of (2) het ‘tussenliggende’ signaal onttrekt zich aan onze waarneming. Dat kan komen omdat zoals ik veronderstel er een continu achtergrond is, die het signaal zónder tijd in rekening te brengen van de ene toestand op de andere overbrengt.
Experimenten die non-lokaliteit ondersteunen.
In verband met dit laatste worden er experimenten uitgevoerd die dit idee lijken te ondersteunen. Enkele willen hier bespreken. Als eerste een met de titel: ‘Gedoofd licht bestaat meteen elders’ , enkele aanhalingen hieruit: ‘Wat is essentiëler: materie of informatie over materie? Is een atoom meer dan wat wij ervan weten? Het lijkt filosofische scherpslijperij voor de academische bittertafel, maar steeds meer natuurkundigen beginnen te geloven dat materie als zodanig heeft afgedaan. Informatie geeft materie identiteit, denken ze, en niet omgekeerd.’ De opvatting is volgens het artikel, dat ‘het mogelijk moet zijn de identiteit van een quantumdeeltje onverstoord te verzenden’. Is dat dan zo iets vreemds zouden we kunnen vragen. Let op wat er verder gezegd wordt: ‘Wie denkt in termen van papieren blauwdrukken en enveloppen die op de post gaan, zal daar niets vreemds aan vinden. Maar in de wereld van de elementaire deeltjes gelden andere wetten. Een onbespied deeltje verkeert daar in tal van verschillende toestanden. Pas een meting pikt één daarvan op en vernietigt vanzelf en definitief al het andere. Wie dus de identiteit van – bijvoorbeeld – een foton, een lichtdeeltje, wil meten om het te kunnen noteren en verzenden, vernietigt bijna alles wat er over dat ene deeltje is te weten.’ Naar aanleiding van zo’n standpunt kun je, je afvragen, en dat wordt ook gedaan, of het mogelijk is de informatie die bepalend is voor een quantumdeeltje over te zenden naar een ander deeltje zonder het eerste te vernietigen. Hier komen we dus uit bij de proeven van Aspect e.a. die lieten zien dat bepaalde eigenschappen, zoals spin of polarisatie, van elkaar afhankelijk zijn ongeacht de afstand. Verstrengeling of entanglement noemt men dat.
Bij de proef die in dit artikel besproken wordt gaat het wat verder dan het voorgaande, dat ‘slechts’ over de verbondenheid van de een of andere eigenschap gaat. Bij deze proef gaat het om de informatie van een foton die volledig overgezet wordt op een ander foton. In de proefopstelling kwam dat neer op een afstand van enkele meters. Hierbij wordt dan wel het eerste foton vernietigd, maar aangezien men ervan uitgaat dat fotonen gelijk zijn kun je net zo goed zeggen dat het om een identiek gelijk foton gaat. Men heeft berekend dat de eigenschappen van het nieuwe foton dezelfde zijn als die van het vernietigde proefkonijn. Aldus de uiteenzetting. De conclusie luidde dan ook als volgt: ‘Het is belangrijk te beseffen dat er geen materie wordt verplaatst, maar quantuminformatie. Onze stelling is alleen dat je wel degelijk het deeltje transporteert als je alles wat er te weten is overzet op een ander deeltje’.
Wat is er nu eigenlijk aan de hand wordt er nu wel een deeltje getransporteerd of niet?
Dat hangt ervan af wat voor standpunt je inneemt. Als we er vanuit mogen gaan dat informatie fundamenteler is dan een deeltje, het eerste deeltje wordt vernietigd, het kan niet bestaan zónder de informatie, dan zou je inderdaad kunnen denken dat je het deeltje hebt overgezet, naar de tweede lokatie. Het zou er dan op neerkomen dat we de ‘informatie’, die het bestaan van een foton mogelijk maakt, van de ene plaats overgebracht hebben op een andere plaats. In wezen hebben we dan niet het eerste foton vernietigd, maar hebben de bestaans informatie van het foton overgebracht op de tweede plaats. Daarvoor is het dan wel nodig dat we een achtergrond veronderstellen, die ‘meteen en onmiddelijk’ de informatie overbrengt naar de plek van het nieuwe deeltje. Als dit soort dingen dus mogelijk zijn dan betekent dat inderdaad dat informatie ‘materie vorm geeft, in plaats van omgekeerd’. Dit kan van verstrekkende betekenis zijn, het kan betekenen dat alles wat in het heelal, dat wil zeggen quantumdeeltjes verbonden zijn met de informatie in een achtergrond die uiteindelijk bepalend is voor de vorm en de toestand van ‘ieder’ deeltje. En wat misschien nog belangrijker is, op de een of andere manier zijn alle deeltjes weleens partners geweest in een quantumtoestand en daarom verstrengeld. Maar er is meer: als zo’n experiment een foton tot stand brengt mét, of door, de informatie van het eerste foton, dan is informatie inderdaad fundamenteler dan materie (inclusief fotonen).
Informatie als een ons onbekend fysisch systeem.
Als we bovendien even voor het gemak uitgaan van het standpunt dat een foton een deeltje is, dan moet die informatie met een fysisch systeem vereenzelvigd worden. Dat moet zo zijn omdat met behulp van dié informatie een foton gevormd wordt op een heel ander plek dan waar het eerste foton zich bevond. Zo’n fysisch systeem is dan in staat om de energie van het eerste foton (dat een hoeveelheid straling omvat) over te brengen naar de plaats waar het tweede foton gevormd wordt. Dat het om een geheel onbekend fysisch systeem gaat is duidelijk, maar dat hoeft niet af te schrikken, het is niet de eerste keer dat we voor onbekende fysische verschijnselen staan. Dat zijn verschijnselen die we vandaag de dag als ‘doodnormaal’ beschouwen. Geheel in de lijn van dit onderwerp kan het fysische systeem dat hier achter schuilt ook nog anders in elkaar zitten. We komen als vanzelf op zo’n universele achtergrond uit, het fysische systeem zou in plaats dat het de energie van het eerste foton overbrengt naar de plaats waar het tweede gevormd wordt, deze energie doen terugvloeien in die achtergrond en alléén de informatie zou zich op een non-lokale wijze kunnen voortplanten, om op de plek van het tweede foton met de benodigde energie uit die achtergrond het tweede foton tot bestaan te brengen.
Op het eerste gezicht lijken dit wel erg fantastische ideeën, toch hebben we niet meer gedaan dan te trachten dingen die ons vreemd over komen op een logische wijze te verklaren. We moeten ons natuurlijk hoeden voor iedere ‘dogmatische’ aanpak, het doel is veeleer om tot een verklaring van dingen te komen, die we nu nog niet begrijpen. Komen we tot andere inzichten dan is daar niets mis mee, de enige eis die we moeten stellen is, dat ze consistent zijn met al het andere waarvan we denken dat het realiteit betreft. Overigens moeten we altijd rekening houden met de mogelijkheid dat sinds lang aanvaarde ideeën anders geïnterpreteerd zouden kunnen worden. Een ‘open geest’ is belangrijk, maar al te dikwijls is gebleken dat vastgeroeste ideeën iedere vooruitgang en nieuwe inzichten belemmeren.
De consequenties aanvaarden.
Is het nu mogelijk om van dit soort dingen wat meer te weten te komen? Misschien denken we, ook al aanvaarden we het als resultaat, dat als we op onze plek een meting verrichten er een onmiddelijke toestandsverandering elders plaats vindt aan een gecorreleerd deeltje, dit nog steeds alleen maar ‘vastgesteld’ kan worden met eindige lichtsignalen. Dan hebben we er niets van geleerd en komen zo ook niets van zo’n informatie achtergrond te weten. Het is dus zaak om andere wegen te bewandelen, al realiseer ik mij dat, dat verre van eenvoudig zal zijn. Misschien dat de besproken ideeën die in de verschillende delen naar voren kwamen uitsluitsel zullen geven. Dat gaat om ideeën die met oneindigheden te maken hebben, zoals het ‘paden idee’ van Feynman, de door mij geschetste ideeën in verband met fractals, daarnaast ligt er misschien een onontgonnen terrein op het gebied van recursie en isomorfie. Het is niet gezegd dat deze terreinen direct een oplossing zullen geven voor het idee dat informatie voorafgaat aan materie en wellicht van fundamentele aard zal blijken te zijn. Wel kunnen onderzoekingen op deze terreinen een ruimere kijk geven op ‘wat materie eigenlijk is’, waardoor we verschijnselen als non-lokaliteit als wat meer reëel gaan bezien. Een belangrijk terrein dat mijns inziens verder inzichten kan geven is dat van het vacuüm én het gebied van de zéér lage temperaturen, om en nabij het absolute nulpunt. Hiertoe heb ik reeds een eerste aanzet gegeven in de desbetreffende delen. Het doel lijkt mij het onderzoek naar non-lokale verschijnselen verder door te zetten, gecombineerd met een onderzoek naar oneindigheden. Een onderzoek naar de mogelijkheid van een ‘fysisch continuüm’, (niet het ‘Einsteinse continuüm’) een continuüm dat met de huidige wetten niet beschreven kán worden.
De quantumtheorie kan niet alles verklaren.
Een rem op dit alles is het hardnekkig vasthouden aan het idee dat de quantumtheorie alles kan verklaren. Men beseft dan niet dat, hoewel we er veel door te weten zijn gekomen, er terreinen zijn die met de quantumtheorie niet verklaard worden. Een voorbeeld van de quantumtheorie als stoplap voor alles wat we niet begrijpen vinden we in een artikel dat verwijst naar een idee van Gerhard Hegerfeld dat zelfs hele atomen elkaar ‘sneller dan het licht’ kunnen beïnvloeden. Dat gaat als volgt: ‘Volgens hem (Hegerfeld) kunnen ook twee willekeurige atomen elkaar instantaan beïnvloeden. (Let wel het gaat hier om twee willekeurige atomen, ze zijn dus niet verbonden in een quantumtoestand) De redenering in het artikel is, ontdaan van alle formele wiskunde, verbluffend eenvoudig. In de quantumtheorie worden deeltjes niet beschreven als microscopische knikkers, maar in termen van kansen dat ze op een bepaalde plaats worden aangetroffen. In die beschrijving is er op alle plaatsen in het universum een piepkleine kans om het atoom te vinden. Atomen stelt de Duitser hebben misschien in praktische zin niets met elkaar te maken, maar volgens de formele beschrijving zitten ze wel degelijk altijd en overal in elkaars vaarwater. Net als de twee quantumdeeltjes van Bell en Aspect hebben alle atomen dus een gemeenschappelijk verleden. Het is daarom niet uitgesloten dat een vervallend atoom op hetzelfde moment een atoom elders in het universum beïnvloedt.’ De mening van natuurkundige Dieks gevraagd hierover in het artikel: “In praktische zin is een piepkleine trefkans hetzelfde als een kans van nul, een onmogelijkheid. Met dat gemeenschappelijke verleden valt het dus wel mee.” Wat die trefkans betreft, dat berust op het bekende idee van de golffunctie die een waarschijnlijkheidsgolf ‘zou’ zijn. Dat onderwerp is al verscheidene malen aan de orde gekomen, en terecht omdat er minder onduidelijkheden zijn als die golffunctie een fysische realiteit weergeeft. Zo ook hier, als het een waarschijnlijkheidsgolf is, en je gaat er vanuit dat er een piepkleine trefkans is, dan moet je ook aanvaarden dat ‘zo’n waarschijnlijkheidsgolf ‘ zich over het hele heelal kán uitstrekken. In principe zit hier zowel het ‘informatie probleem’ in als wel dat die informatie zich met snelheden groter dan de lichtsnelheid moet voortplanten. Dat is nogal eufemistisch uitgedrukt, want in werkelijkheid moet die informatie zich dan helemaal uitstrekken tot de uiterste grenzen van het heelal (aangenomen dat die er zijn, en anders tot oneindige afstanden) . Die hele informatie kwestie wordt over het algemeen nogal voorzichtig benaderd. Wat is daar mee aan de hand? Wel in de besproken stof over non-lokaliteit en de beschreven experimenten, wordt meestal de ‘oplossing’ gevonden in informatie (sommigen spreken over boodschappen) die zonder ‘signalen’ meteen en onmiddelijk overgezet wordt. Wat met signalen bedoeld wordt, zijn natuurlijk de ‘gewone signalen’ die slechts met de lichtsnelheid gaan, de ‘gewone’ uitwisselingen tussen materiële dingen via elektro-magnetische straling. Onze ‘gewone’ informatie wordt natuurlijk op dezelfde manier overgebracht via tele-communicatie, een medium dus.
De erkenning van feiten is nog maar een eerste stap.
Wat de non-lokale overbrenging van informatie betreft komen we tot nu toe niet verder dan de ‘erkenning’ dat er op ‘een dieper niveau’ eenheid en verbondenheid zal bestaan. Mooie en haast vrome woorden geuit door het ‘geloofsdeel’ van de fysica . Nu heb ik geen enkel bezwaar tegen ‘overtuigingen’, als ze maar goed gefundeerd zijn, en dat is hier dus van het grootste belang. Informatie, als dat inderdaad van fundamenteler belang is dan deeltjes, dient dan via een medium overgebracht te worden. De consequentie is dan toch dat, dat medium van een andere orde is dan de ‘gewone’ elektro-magnetische straling, die van de lichtsnelheid afhankelijk is. Natuurlijk moeten we zonder meer erkennen dat zo’n medium hypothetisch is, dat hoeft echter geen probleem te zijn, want waar gaat het om? Het zal duidelijk zijn dat het om verschijnselen gaat die niet via de ‘gewone’ wetten verklaard kunnen worden. Nu kun je twee dingen doen, (1) je blijft hardnekkig vasthouden aan die ‘gewone’ wetten (die eerst ook niet zo gewoon waren) en je redeneert alles wat daar niet in past weg. Dat wordt ook gedaan zoals we zullen zien bij onze bespreking van de ‘verbondenheids stelling’ van Bell. (2) Je gaat stap voor stap na wat er aan de hand is, om zo tot een oplossing te komen die misschien hypothetisch is, maar logisch volgt úit die voorgaande stappen. In het voorgaande hebben we een aanzet gegeven van zo’n ‘stap voor stap’ onderzoek.
Einstein en Bohm als een opstapje naar de ‘verbondenheidsstelling’ van Bell.
Om dit af te ronden zullen we de stelling van Bell nog bespreken en kijken welke consequenties daaruit getrokken kunnen worden. We zullen ook enkele opvattingen bespreken van toch wel enkele bekende fysici, die menen dat de stelling van Bell in het geheel geen verbondenheid bewijst van gecorreleerde deeltjes. Maar hoe kwam Bell tot zijn stelling? Oorspronkelijk ging het om de EPR redenering opgezet door Einstein om aan te tonen dat de quantumtheorie onvolledig was. Dat lukte niet, maar daar gaan we hier niet verder op in. Degene die net als Einstein niet zo weg was van de quantumtheorie was David Bohm. Hij veronderstelde net als Einstein dat deeltjes wel gedefinieerde dingen waren. Einstein dacht dat als in een tweetal experimenten, die ieder apart positie of impuls van een deeltje kon bepalen, dat je dan exact het deeltje te pakken had, door beide uitkomsten te combineren en te bezien alsof ze de welgedefineerde eigenschappen van een deeltje bepaald hadden. Iets dat volgens de quantumtheorie onmogelijk was, je kon nooit beide eigenschappen tegelijk bepalen omdat je daarvoor verschillende experimenten nodig had. Maar dat was nog niet het ergste, waarop het in de quantumtheorie op neer kwam was dat deeltjes nu eenmaal geen welgedefinieerde eigenschappen bezaten. Vóór een meting was er eenvoudigweg geen gedefinieerde eigenschap, maar verkeerden deeltjes (eigenlijk kon je dan niet eens van deeltjes spreken) in een waarschijnlijkheids situatie van alle mogelijke toestanden, waarvan er een bij meting tot bestaan kwam (impuls óf positie dus). Wat nu met David Bohm? Op zich dacht hij niet onder de quantumtheorie uit te kunnen, maar hij bedacht een versie die daar tegen aanleunde. In plaats van de waarschijnlijke mogelijkheden van de golffunctie te aanvaarden, bedacht hij de zogenaamde quantum potentiaal. Simpel gezegd was het een soort begeleidende golf die constant het deeltje zijn eigenschappen gaf. Deze nieuwe aanpak bleef hij onderzoeken tot aan zijn dood, maar zonder resultaat. Wat was nu zijn overeenkomst met Einstein? Wel beiden waren aanhangers van de zogenaamde ‘verborgen variabelen’ theorie. Zo’n theorie gaat er vanuit dat er buiten de ons bekende eigenschappen, onbekende gegevens of parameters zijn die de deeltjes de zo verlangde welgedefinieerde eigenschappen gaven. Een groot verschil tussen Einstein en Bohm was dat het Einstein er alleen maar om ging aan te tonen dat de quantumtheorie onvolledig was, terwijl Bohm de quantumtheorie op zijn eigen wijze trachtte te om te vormen. Bohm stelde dus een experiment voor dat we het ‘uitgebreide’ Bohm model van het EPR experiment zouden kunnen noemen. Het is het eerder besproken elektron en/of foton experiment.
Hier komt dan John Bell in het beeld.
Het wiskundige plaatje van zijn stelling kunt U in verschillende boeken terugvinden, waar het hier omgaat is dat Bell tot de conclusie kwam dat Bohm had aangetoond dat als er al sprake is van ‘verborgen variabelen’, deze non-lokaal moeten zijn in hun uitwerking. In de uitwerking van zijn stelling toonde Bell dat dit inderdaad zo is. De voorgestelde experimenten die uitgewerkt werden lieten dat in de praktijk zien (zie Aspect, en dat van Clauser en Freeman). Wordt dit nu algemeen aanvaard? Verbazingwekkend genoeg is dat niet zo. Toch hoeft dat ons eigenlijk niet te verbazen, in het bovenstaande (en ook elders) lieten we al zien dat als de quantumtheorie iets niet kan verklaren, het er dan volgens theoretici ook niet is. Eerst zullen we een aanhaling beschouwen van John L. Casti, uitgaande van twee punten namelijk objectiviteit en lokaliteit komt hij (Bell dus eigenlijk) tot de vaststelling van de ‘ongelijkheid van Bell’, de stelling waarom het gaat. De conclusie is dan dat we moeten kiezen tussen objectiviteit of lokaliteit. Casti liet zien dat het probleem is dat lokaliteit en/of objectiviteit niet vol te houden zijn. Objectiviteit is een groot probleem voor quantumfysici, dus kiezen ze voor lokaliteit én dus zijn er in hun visie géén ‘verborgen variabelen’, jammer voor Einstein, het is niet anders. Of is er wel degelijk iets aan de hand? Let op wat Casti er over zegt: “En zelfs als de quantumtheorie uiteindelijk fout blijkt te zijn, blijft de stelling van Bell gelden: Objectiviteit of lokaliteit, maar niet allebei. Dus deze constatering, die ook wel de onderlinge-verbondenheidsstelling, van Bell wordt genoemd, legt elke pretendent voor de werkelijkheidstroon strenge beperkingen op, door de strikte voorwaarde te stellen dat wanneer u een verborgen-variabelenbenadering voorstaat zonder expliciet een plaats in te ruimen voor sneller-dan-lichtverbindingen, u niet hoeft te proberen uw artikel geplaatst te krijgen. Uw theorie kan onmogelijk correct zijn. Het is dan ook geen wonder dat sommigen dit een van de belangrijkste resultaten in de geschiedenis hebben genoemd”
Objectiviteit als uitgangspunt opgeofferd aan zaken die niet begrepen worden.
Dat laatste is wat voorbarig, tot op de huidige dag houden de meesten vast aan de lichtsnelheid, weliswaar binnen zijn context juist, maar dat betekent dat de objectiviteit wordt opgeofferd. Voor de meeste quantum-theoretici is dat geen enkel probleem, zij (en de theorie) gaan er sowieso vanuit dat er géén objectiviteit bestaat. Daarnaast is de strijd tussen de voor- en tegenstanders van verborgen variabelen nog lang niet uitgestreden. Merkwaardig is ook dat Casti verwijst naar de Kopenhagen richting, waarvan de meeste aanhangers vasthouden aan lokaliteit, terwijl juist de quantumtheorie en zeker in zijn meest rigide vorm non-lokaliteit zou moeten toestaan, vanwege de discontinu sprongen, het zonder tussenliggende stapjes overspringen van de ene toestand in de andere en daardoor ook het idee van verborgen variabelen stringent afwijzen. Daarnaast komt kijken dat de meeste ‘verborgen-variabelen’ aanhangers eveneens non-lokaliteit afwijzen. Toch blijkt uit de stelling van Bell en de daaraan gerelateerde experimenten dat we niet om non-lokaliteit heen kunnen. In de modernere experimenten komt dat nog duidelijker naar voren en bovendien dat het om nog heel wat meer gaat dan om de invloed die het ene deeltje op het andere zou hebben, wat betreft een enkele eigenschap als spin en/of polarisatie. Het lijkt er op dat het om de totale informatie gaat die overgebracht kan worden. Informatie die de basis vormt van die eigenschappen die in de oudere experimenten werden overgebracht. Toch lijkt het erop dat niet iedereen zo overtuigd is van de waarde van de stelling van Bell. Hierna zullen we een drietal redenaties volgen die die waarde bagatelliseren. Opvallend is dat in ieder geval twee van die redenaties, gebaseerd zijn op de eigen interpretatie van de quantumtheorie
Resultaten worden gebagatelliseerd.
De eerste is die van Heinz Pagels , uit zijn verhaal blijkt duidelijk dat objectiviteit wat de quantumtheorie betreft voor hem iets archaïsch is. Maar behalve dat is hij van mening dat met Bells ‘ongelijkheid’ niet bewezen kan worden dat er niet-lokale invloeden bestaan. We volgen zijn redenering: “Wanneer we nu de polarisatietoestand van een foton proberen te bepalen, merken we dat dit alleen kan als we de voorwaarde dat beide leden een identieke polarisatie hebben, veranderen. Door de polarisatie van een foton te meten, brengen we het in een specifieke toestand, waarmee we echter de beginvoorwaarden van het experiment wijzigen. ………Zo brengt het bepalen van de objectieve toestand van het foton verandering in de voorwaarden waaronder Bells ongelijkheid werd afgeleid.” Is dit werkelijk zo? We gaan uit van een fotonbron die fotonen uitzendt in paren met een willekeurige oriëntatie. Voor Pagels betekent dat als de fotonen gedecteerd worden er alleen maar willekeurige reeksen ontstaan: ‘En dank zij dit feit ontkomen we aan de conclusie dat er niet-lokale invloeden zijn.’ De uitgangspunten van Pagels berusten op de ‘aanname’ dat er géén ‘objectiviteit’ mogelijk is in quantummechanische beschrijvingen. Op zich lijkt daar niet aan te tornen, maar je kunt evengoed zeggen dat, dat zo lijkt omdat de quantumechanische beschrijvingen niet begrepen worden. Als we terugdenken aan de opmerking van P. Davies, dat het om een formalisme gaat, dat alleen maar duidelijkheid verschaft als we afzien van wat de betekenis van zo’n formalisme is. Davies zegt dat daarover boeken vol geschreven zijn die, afhankelijk van de voorkeur van de schrijver, dan wel de ene of de andere interpretatie bevatten. In overeenstemming met de experimenten, en de noodzakelijke conclusie dat er een ‘achtergrond’ moet zijn die de non-lokale signalen overbrengt, dat ook al aanvaarden wij dat er een ‘willekeurige oriëntatie’ van de fotonen bestaat, het niet gezegd is dat we de ‘voorwaarden’ van het experiment veranderen als we de toestand van het foton A veranderen door zijn polarisatie te registreren. Integendeel want het experiment is juist opgezet óm aan te tonen dat beide fotonen ‘meteen en onmiddelijk’ dezelfde polarisatietoestand aannemen. Dat heeft niets te maken met de gedachte van Einstein dat beide fotonen goed gedefinieerde deeltjes zijn al de tijd dat ze hun weg vervolgen, en dat wij niets anders doen dan hun toestand meten.
Wat wil superpositie eigenlijk zeggen?
Het is heel wel mogelijk dat fotonen een willekeurige (liever gezegd een onbepaalde) polarisatietoestand hebben, echter niet in de zin van ‘een dobbelende God’, (waar Pagels een fervent voorstander van is), maar in de zin van een golftoestand die géén ‘deeltjestoestand’ is. Die polarisatiehoek bepalen wij pas op het moment dat wij het zogenaamde foton dwingen door een ‘polarisator’ te gaan. Het is niet gezegd dat fotonen na het afschieten door de fotonenbron een oriëntatie hebben die ‘toevallig’ overeenkomt met de ‘hoek van de polarisator’ die wij opstellen, zowel bij A als bij B. En zodoende de polarisators A en B, treffers of missers registreren, naar gelang de willekeurige toestand van het foton. In zekere zin is de aanname dat fotonen een willekeurige toestand zouden bezitten, een gevolg van het ‘golf-deeltje probleem’. Een willekeurige toestand veronderstelt dat fotonen deeltjes zijn tússen twee registraties, alleen dan met alle mogelijke toestanden in een superpositie. Met het begrip ‘superpositie’ wordt dat dan goedgemaakt, maar dat begrip is ingevoerd om bepaalde onduidelijkheden (die soms tot paradoxen leiden) in quantum-experimenten te verklaren. Een dergelijk begrip wordt niet als fysische realiteit gezien. In een voorgaand deel heb ik laten zien dat het begrip ‘superpositie’ niet per definitie een toestand hoeft te zijn van een deeltje (of foton) dat zich in allerlei quantumtoestanden tegelijk bevindt, waarvan er een tot ‘klassiek’ niveau verheven wordt. Die ‘superpositie’ is dan gewoon de quantumtoestand van het foton (of een ander deeltje) voordat wij het dwingen tot een klassieke toestand, afhankelijk van hoe wij onze apparaten gebruiken, dat wil zeggen welke eigenschap we willen meten. Dat betekent nog niet dat er voor meting een deeltje is dat al die eigenschappen tegelijk heeft, zoals in het geval van een deeltje dat door twéé spleten tegelijk gaat. Wat wel aanvaardbaar is, is dat er vóór meting een fysische configuratie is, die de mogelijkheden heeft om bij meting een van die ons bekende eigenschappen te vertonen. Eigenschappen die wij ‘klassiek’ kunnen noemen, terwijl wij vóór meting slechts over quantumtoestanden kunnen spreken.
Nogmaals ‘willekeurigheid’.
We willen het nog eens hebben over de willekeurigheid, Pagels zegt dat er twee willekeurige reeksen ontstaan van treffers en missers, de fotonen die al of niet geregistreerd worden in overeenstemming met de hoek van de polarisators. Hij zegt daarover dat alles wat er gebeurt is dat de ene willekeurige reeks verandert in de andere, en je kunt onmogelijk weten wat er gebeurt als je maar een registratie ziet. Nu dat is ongetwijfeld waar, en als de tweede registratie aan de andere zijde van melkweg plaatsvindt dan zit je met een probleem. Gelukkig hoeven we zo’n experiment niet op zo’n grote schaal te doen. Zelfs Pagels begrijpt dat we er niet zomaar van afkomen. Hij zegt dan ook dat het enige wat telt een eventuele correlatie tussen de twee willekeurige reeksen is. De ‘informatie zit in de correlatie, niet in de afzonderlijke registraties’. Met de correlatie wordt dan bedoeld dat de willekeurige reeksen niet-willekeurige informatie bevat. Hierover kunnen we twee dingen zeggen, ten eerste worden de experimenten zodanig gedaan dat ze met enkele paren fotonen werken en je dus géén reeksen treffers of missers krijgt. Het gaat gewoon om twéé fotonen met een gemeenschappelijke achtergrond . En ten tweede als je dan al uit wilt gaan van willekeurige reeksen treffers en missers, dan zul je moeten aannemen dat er in willekeurige reeksen ‘niet-willekeurige’ gedeeltes zitten. Als het echt om willekeurige reeksen gaat dan is de vraag of er überhaupt wel niet-willekeurige gedeeltes in kunnen zitten. Als dat kan, is de reeks dan wel zo willekeurig? De niet-willekeurigheid in de reeksen bestaat dan uit die uitkomsten, waarin de polarisatie beide fotonen een tegengestelde registratie heeft opgeleverd. Alle andere uitkomsten kan dan die fotonenparen betreffen waarvan er maar een geregistreerd wordt zodat de ander als een misser gezien wordt. Als we zeker willen weten dat het willekeurigheid betreft, dan zou het experiment zo opgezet moeten worden, dat het de fotonen paar voor paar uitzend. En dan nagaan voor welke fotonen de correlatie geldt, dat wil zeggen dat ze dezelfde hoek hebben bij de registratie. Wellicht zijn er dan ook fotonenparen waar dat niet voor geldt.
Niettemin erkent Pagels in zekere zin toch ‘meteen en onmiddelijke’ informatieoverdracht. Let op wat hij daarover zegt: “We concluderen dat, zelfs als we aannemen dat de microwereld objectief is, Bells experiment geen niet lokale invloeden impliceert. Het impliceert wel dat je de correlatie tussen twee willekeurige reeksen of gebeurtenissen aan weerszijden van de melkweg ogenblikkelijk kunt veranderen. Maar de correlatie tussen twee reeksen gebeurtenissen op grote afstand van elkaar, is geen lokaal object, en uit de informatie die er eventueel in besloten ligt kan niet worden geconcludeerd dat het principe van lokale causaliteit niet geldt.” Wat zegt Pagels hier eigenlijk? Er kan niet worden geconcludeerd dat het principe van lokale causaliteit niet geldt. Neen vanzelf blijft lokale causaliteit bestaan. Wat zien we dus? Wel de erkenning dat we in staat zijn de correlatie ogenblikkelijk kunnen veranderen, ondanks de enorme afstand. Wat is dat dan anders dan non-lokaal? Pagels zegt hier toch dat het dan niet om een lokaal object gaat. dat is ook zo, maar als er informatie wordt overgebracht tussen twee ververwijderde plaatsen aan weerszijden van de melkweg en daardoor veranderingen kunnen worden overgebracht, dan is dat beslist géén ‘lokale causaliteit’. Of om het anders te zeggen het gaat om twee gebeurtenissen aan weerszijden van de melkweg. Iedere gebeurtenis is dan een ‘lokaal object’, maar de uitwisseling tussen twee ‘lokale objecten’ die, die ‘lokale objecten’ ‘onmiddelijk’ verandert, is dan noodzakelijkerwijs ‘non-lokaal’. Het probleem om dit te erkennen zit dan in de eis van de ‘onveranderlijke’ lichtsnelheid, en wel omdat er alsmaar gedacht wordt dat vanwege die ‘onveranderlijke’ lichtsnelheid het ‘onmogelijk’ is om een signaal, of wat voor informatie maar ook, ‘meteen en onmiddelijk’ over te brengen. Natuurlijk geldt dit onverkort voor het Einsteinse heelal, maar voor non-lokale verschijnselen moeten we naar een uitbreiding van dat Einsteinse heelal zoeken. Hetgeen de opzet is van verschillende benaderingen voorgaand beschreven.
Wat wordt er nu eigenlijk overgebracht?
Dat is informatie, en het belang daarvan wordt niet gezien, omdat er teveel van deeltjes uitgegaan wordt. Dat dus niet kan worden geconcludeerd dat lokale causaliteit niet geldt, is niet van belang, omdat het helemaal niet om lokale causaliteit gaat, dat is appels en peren vergelijken. Eigenlijk zegt hij het zelf de ‘correlatie is geen lokaal object’. En in de volgende uitlating komt naar voren dat het niet ‘begrijpen’ van wat er speelt komt, door te denken dat quantumgrilligheid essentieel zou zijn. “Met Bells ongelijkheid en het EPR-experiment zijn we gekomen bij de essentie van quantumgrilligheid. Laten we naar de werkelijkheidsmarkt gaan om te zien wat voor werkelijkheid je met deze experimenten kunt kopen.” Die werkelijkheidsmarkt, dat zijn de door mij aangehaalde interpretaties. Die worden door Pagels voorgesteld door kooplieden die ieder in zijn ‘kraam’, zijn interpretatie te koop aanbiedt. De vraag is dan welke van die kramen komt met de werkelijkheid overeen? Die vraag wordt niet beantwoord. Komt iedere kraam die gekozen wordt misschien overeen met wat in de eigen kraam van pas komt? In ieder geval is er ook een kraam met ‘quantumgrilligheid’. Dat het een kwestie is van interpretatie blijkt duidelijk dat de redenatie met de willekeurige reeksen, door de een (Pagels) gebruikt wordt om aan te tonen dat Bells experiment geen non-lokale invloeden impliceert, terwijl John Castie juist wel tot de conclusie komt dat er non-lokale invloeden zijn.
Een gemeenschappelijke golffunctie zou de oplossing zijn.
Soms wordt er ook uitgegaan van een golffunctie, die de oorspronkelijke quantumtoestand vertegenwoordigt, en die behouden blijft nadat de deeltjes gescheiden zijn. Dus zegt men er is geen sprake van non-lokaliteit, want bij een meting aan het ene deeltje stort de golffunctie in, en doet dat dan ook voor het andere deeltje. Dat lost natuurlijk niets op, want hoe weet dat deel van de golffunctie dat het tweede deeltje vertegenwoordigt dat het moet ‘instorten’? Bovendien duiken hier ook onmiddelijk de vragen op naar de betekenis van de golffunctie. Is dat slechts een waarschijnlijkheidsgolf of is het iets fysisch? In feite wat voor standpunt men ook inneemt, in beide gevallen moet er een overdracht zijn van informatie die tot gevolg heeft dat het tweede deeltje dezelfde polarisatie, in het geval van fotonen, inneemt, maar in het geval van elektronen de tegengestelde spin.
In samenhang met deze goffunctie die beide deeltjes (quantumsystemen) omvat komen sommigen met het begrip niet-scheidbaarheid in plaats van niet-lokaal. Dat begrip geeft iets duidelijker aan dat, ongeacht de afmeting van de ruimte, de golffunctie het gebied omvat waarin de deeltjes zich van elkaar verwijderen, hoe groot dat ook zou zijn . De conclusie lijkt dan ook voor de schrijvers te zijn: ‘een concrete en zichtbare schending van de ruimte’. Hoe we dat moeten bezien, hangt van het standpunt af van wat ruimte is, maar eerst zullen we bespreken hoe deze schrijvers daar toe komen. Met niet-scheidbaarheid wordt bedoeld dat als er een wisselwerking tussen twee quantusystemen heeft plaatsgevonden, ze tóch nog door een golffunctie beschreven kunnen worden, ongeacht de afstand. In feite is dat ongeveer hetzelfde als het voorgaande, behalve dat hier de nadruk opgelegd wordt, dat het heelal wat ruimte betreft een geheel is. Op zich is dat ook zo, maar bewijst niet dat een golffunctie een geheel blijft over astronomische afstanden. ” Zolang geen van beide systemen is gemeten, is het feit dat ze worden beschreven door een enkele golffunctie verontrustend, maar niet dramatisch. We zouden kunnen zeggen dat de twee systemen eigenlijk potentiële of hypothetische toestanden zijn, wiskundige grootheden. Maar wanneer een van de twee is gemeten, zal het verkregen resultaat dat zichtbaar is op het meetinstrument dat net heeft gewerkt, onvermijdelijk (en ogenblikkelijk) het resultaat vastleggen dat op het tweede meetinstument zal worden gevonden; een resultaat dat zonder de eerste meting willekeurig bepaald zou zijn geweest. De niet-scheidbaarheid resulteert dus in een concrete en zichtbare schending van de ruimte.” Ogenschijnlijk lijkt dit alles nogal ‘hokus pokus’, want hoe kunnen hypothetische toestanden, wiskundige grootheden, een meteen en onmiddelijke invloed uitoefenen op de meting van het tweede instrument, als ze niet iets fysisch zijn? Omdat dit blijkbaar kan meent men dat de ruimte ‘geschonden’ wordt, in de betekenis dat er tussen die twee systemen géén ruimte is, of kan zijn. En dus de informatie ‘meteen en onmiddelijk’ kan worden overgebracht, want er hoeft dan immers géén ruimte overwonnen te worden. Zou ruimte in deze visie een fictie zijn, dan hoef je niet eens over non-lokaliteit te spreken, maar gaat het gewoon om lokaliteit.
Ruimte als realiteit of slechts een fictie.
Over ruimte wordt nogal eens verschillend gedacht, als je bijvoorbeeld het volgende lees van Michel Paty: ‘Voor sommigen….. valt een fysisch systeem niet los te denken van de ruimte; maar het lijkt mij dat het een betwistbaar standpunt is’. Als dat het geval zou zijn dan zouden fysische systemen in het geheel géén ruimte hoeven te overwinnen, maar los daarvan met elkaar kunnen communiceren. Een interessante gedachte, we komen er op terug. Laten we eerst nog een andere uitspraak over ruimte volgen, “volgens d’Espagnat leiden de ‘overwegingen ten aanzien van de niet-scheidbaarheid tot de gedachte dat de ruimte eigenlijk niets anders is dan de wijze waarop onze zintuiglijkheid de werkelijkheid ziet’.” dat zou dus kunnen betekenen dat wat wij als ruimte ervaren heel iets anders is, en dus géén ‘sta in de weg’ is voor non-lokale effecten. Hoe je dergelijke uitspraken ook opvat, in ieder geval gaan beide gedachten over fysische systemen die, zónder door ruimte gescheiden worden, verbonden zijn met elkaar. Als we niet alles wat we geleerd hebben o.a. van Einstein, overboord willen gooien, en dat doen we als we ruimte als een fictie beschouwen, of slechts als iets dat wij als zodanig ervaren, dan rest ons niets anders dan de erkenning dat er een continue achtergrond is.
Vertegenwoordigen ruimtetijdquanta lokaliteit of nonlokaliteit.
Maar hier moeten we, gezien het thema: ‘Is het heelal lokaal of non-lokaal’, verder. We komen dan in het gebied van de door mij beschreven ‘ruimtetijd-quanta’. Deze bevinden zich overal, dat wil zeggen álle ruimtetijd, of die nu door materie is ingenomen of niet, bestaat uit dergelijke ‘ruimtetijd-quanta’. Er is alleen een groot verschil tussen die ruimtetijdquanta die tot materie gevormd zijn, en die ruimtetijd-quanta waaruit de lege ruimte bestaat. Als we even terug denken aan het begrip thermodynamica, dat de dynamica van deeltjes is én verbonden is mét temperatuur, dan is het niet zo moeilijk te beseffen dat de lege ruimte, ‘daar waar geen materie is’ uiterst koud moet zijn. En wat zagen we, bij uiterst lage temperaturen treden er verschijnselen op als supergeleiding en supervloeibaarheid, en wat nog belangrijker is non-lokale verschijnselen, zoals het ‘niet mogelijk plaatselijk te verwarmen’ van helium II. Dat zou kunnen betekenen dat de lege ruimte in ieder geval ‘supergeleidend’ is, energie zou dan zonder verliezen door de ‘lege ruimte’ getransporteerd kunnen worden. Op zich zou de ‘lege ruimte’ niet per definitie ‘non-lokale’ verschijnselen hoeven te hebben, omdat in deze visie ruimte uit ruimtetijd-quanta bestaat. En zoals ik geopperd heb zijn deze de ‘oorzaak’ van de lichtsnelheid en dus van ‘lokaliteit’. De lege ruimte zet dus Einstein niet op zijn kop, maar dat wil nog niet zeggen dat we eruit zijn, we ‘zitten’ nog altijd met de non-lokaliteit of volgens de andere definitie met ‘niet-scheidbaarheid’.
Die ‘verbondenheid tussen quantumsystemen’ had tot gevolg, dat een verandering in het ene systeem een ‘meteen en onmiddelijke’ verandering in het andere systeem veroorzaakte. Behalve in geprepareerde omstandigheden in onze experimenten, bestaan quantumsystemen zelden alleen, meestal bevinden ze zich in grotere gehelen, macroscopisch genoemd. In de ‘gewone thermodynamische’ omstandigheden zal er binnen die grotere gehelen zelden of nooit non-lokale verschijnselen ontstaan, er zullen zelfs geen effecten verwezenlijkt worden die met de lichtsnelheid gaan, vanwege een grotere brekingsindex. Dus zo bekeken ziet het er niet rooskleurig uit voor niet-scheidbaarheid waarvan de verschijnselen non-lokaal overgezet zouden moeten worden. Willen we daar meer over weten, dan moeten we afdalen naar het Planckniveau met een maat van zo’n 10-33 cm. Dat is de basismaat van het gequantificeerde heelal, nu is de opvatting van sommigen dat daar achter niets, in ieder geval niets dat de moeite waard is omdat er niet mee te rekenen valt, wegens wat men denkt dat het onderhevig is aan de Heisenberg onzekerheid, en alleen maar uit onhandelbaar schuim zou bestaan.
Heisenbergs ‘onzekerheid’ op het niveau van de Planckmaten.
Die ‘onzekerheid’ zou lijken te bestaan wegens ons onvermogen om met kleinere maten te werken. Maar dat hoeft ook niet want in de visie die ik heb ontwikkeld, is de Planckmaat weliswaar de kleinste maat, maar dan wat quantificatie betreft. Daar voorbij, of liever gezegd daaronder, is er géén quantificatie, maar is alles vloeiend continu, en omdat daar géén quantificatie is, kunnen er non-lokale effecten optreden. Dat wil zeggen dat de informatie die van het ene quantumsysteem overgebracht wordt naar het andere, zoals de experimenten uitwijzen, kan dat dus non-lokaal, niet gehinderd door quantificatie. Die quantificatie, die boven die continu achtergrond ligt, wordt veroorzaakt door de ruimtetijd-quanta. Weliswaar de kleinst mogelijke quanta, maar toch verhinderen ze een non-lokale beweging, omdat ieder signaal van het ene ruimtetijd-quantum naar het andere ruimtetijd-quantum moet gaan. De niet-scheidbaarheid van twee quantumsystemen zit hem dan in die non-lokale overbrenging van hun gegevens, waardoor ze toch als één systeem reageren. Door deze aanpak vermijden we dus de eerder genoemde schending van de ruimte, en eveneens is er géén schending van de lichtsnelheid (en geen schending van de tijd). Beide, de ruimte en de lichtsnelheid komen volledig tot hun recht in het gequantificeerde heelal.
‘Niet-scheidbaarheid’ gaat een stap verder dan een quantum- en/of een Einsteinheelal.
Maar nu komt het volgende punt, de niet-scheidbaarheid zit hem dus in een non-lokale overbrenging van de gegevens, omdat je alleen op die manier ‘gelijktijdigheid’ tot stand kan brengen. Dat is nodig omdat de quantumsystemen zich bevinden in een Einstein heelal. De vraag rijst dan, als non-lokaliteit niet tot stand kan komen in zo’n Einstein heelal, dan moet er dus een achtergrond zijn. Dat is een logische gevolgtrekking, of anders is er géén non-lokaliteit. Maar zoals we zagen geven sommigen de voorkeur aan signalen met grotere snelheden dan de lichtsnelheid. Is dat een reële optie? Als er geen achtergrond is dan moeten die signalen (superluminaal genoemd door sommigen) zich door dit gequantificeerde heelal voortplanten. Daar is géén fysische duidelijkheid over, maar dat op zich zegt niet zo veel, er zou een niet-ontdekt mechanisme kunnen zijn, per slot van rekening is er ook voor de door mij gepostuleerde achtergrond geen rechtstreeks bewijs. Niettemin zijn er heel wat indirecte aanwijzigingen dat het zo zou kunnen, hetgeen voor ‘super-luminale’ snelheden niet zo is . Niettemin moeten we aangeven hoe die niet-scheidbaarheid tot stand kan komen. Als degenen die een ‘verbondenheid’ van alle deeltjes voorstaan gelijk hebben, dan blijven de tot bestaan gekomen deeltjes verbonden mét zo’n universele achtergrond . Door middel van die ‘verbondenheid mét die achtergrond’ zou dan de ‘verandering’ in een van de deeltjes, (die verbonden was in een quantumsysteem), gevoeld worden door het andere deeltje.
De vraag is ‘het heelal lokaal of non-lokaal’ is niet eenduidig te beantwoorden.
Als we ons bepalen tot het gequantificeerde heelal dan lijkt het antwoord lokaal te zijn, nemen we echter de hiervoor aangehaalde verschijnselen ondersteunt door experimenten dan zijn we geneigd om te zeggen: de ‘achtergrond’ of basis van het gequantificeerde heelal geeft aan dat er wel degelijk reden is om verder te onderzoeken. Non-lokale aspecten zijn niet meer zo vreemd als weleer, helaas zijn redelijke theorieën nog spaarzaam. Deels komt dat wellicht door een al te beperkte kijk op ‘supergeleiding en supervloeibaarheid’, eigenschappen waarvan men denkt dat ze door de quantummechanica verklaard worden. Deze twee zijn echter een onderdeel van een gebied van verschijnselen die zich afspelen bij of nabij het absolute nulpunt. In verschillende delen heb ik laten zien dat er in dat gebied heel wat dingen gebeuren die niet zonder meer door de quantummechanica verklaard worden, integendeel het is eerder een rem om tot een dieper inzicht te komen. We denken bijvoorbeeld aan de zogenaamde ‘nulpuntsenergie’ die door het ‘onzekerheidsprincipe’ verklaard zou worden. We hebben echter gezien dat naarmate we het absolute nulpunt naderen, de normale thermodynamische verklaringen tekort schieten. Deeltjes bij zulke lage temperaturen verliezen hun ‘fermionengedrag’ en worden bosonisch. Nu is het zo dat men ervan uitgaat dat bosonen deel uitmaken van de gangbare quantummechanica, deze gaat uit van de constante van Planck, we zijn daardoor gewend geraakt om deeltjes discreet, dat wil zeggen dat deeltjes door afgemeten quanta beschreven worden. Alle waarden in verband daarmee zijn groter of gelijk aan h, de constante van Planck, dat maakt dat ieder deeltje zijn éigen ruimtetijd configuratie inneemt. Dat nu is bij bosonen heel anders. Hoewel men deze ook ondergebracht heeft in de quantummechanica, is dat niet geheel terecht. Bekeken of berekent als onderscheiden deeltjes zijn bosonen net als fermionen onderhevig aan h, de constante van Planck. Vergeten wordt dan echter dat er een fundamentele omslag komt bij zeer lage temperaturen, fermionen wórden bosonen en verliezen hun eigenheid. Bosonen daarentegen komen dan pas goed tot hun recht. Zij talen niet naar eigenheid, integendeel zij geven die (als ze die al hadden) maar al te graag op. Zij zijn in staat om een grotere ruimtetijdconfiguratie in te nemen, en wat meer is non-lokale verschijnselen zijn hier in hun sas. Non-lokale verschijnselen die bij hogere temperaturen verdwijnen.
In tegenstelling tot het discrete karakter van de quantummechanica (ook wel discontinu genoemd) komt dan bij die zeer lage temperaturen het continu karakter van materie tevoorschijn. Continu wil zeggen niet onderverdeeld in afzonderlijke eenheden. Misschien dat bosonen bij zo’n temperatuur nog niet geheel continu zijn, dat zou kunnen, in ieder geval zijn ze ‘naadloos’ aan elkaar geschakeld en verschijnselen planten zich zonder verliezen en zonder tijdsverschillen voort door alle geschakelde bosonen. De oorzaak van weerstand (en verliezen) bij hogere temperaturen zou kunnen liggen in het verschil tussen bosonen en fermionen, omdat ladingen zich van het ene fermion naar het andere moeten verplaatsen. Omdat dat verplaatsen niet non-lokaal gebeurt is er tijdverlies, omdat iets wat (meer) tijd kost ook meer energie vereist, kan dat de reden van weerstand zijn. In tegenstelling tot bosonen bij lage temperaturen, die zonder tijdverlies ladingen kunnen verplaatsen. Dat alles zou er op kunnen duiden, dat de werkelijke basis van materie (fermionen) in werkelijkheid continu is én non-lokaal.
Als we deze laatste conclusie inderdaad mogen trekken, en veel lijkt er op te wijzen, dan is dat het laatste onderzoeksgebied dat we behandeld hebben. en zijn we dus toe aan een nawoord.