Natuurkundige Sean Carroll denkt dat hij in voortdurend splitsende universa leeft (twitter.com)

Ja, dat denk ik bijna elke dag als ik het nieuws lees.... blijkbaar weer op een verkeerde wereld wakker geworden! Ik wil terug naar mijn parallelle universum uit de jaren '70 Veel leukere tijden.

Inhoud NRC artikel:
De theorie achter de quantummechanica is bizar en contra-intuïtief. De Amerikaanse natuurkundige Sean Carroll probeert haar te doorgronden. Hij denkt dat er heel veel werelden zijn, en heel veel versies van hemzelf.
Er is niks raarders dan quantummechanica. Oké, het is een van de meest succesvolle natuurkundige theorieën. En ja, voorspellingen komen tot op hoge nauwkeurigheid overeen met de resultaten van experimenten. Maar de theorie echt snappen? „De meeste natuurkundigen gaan ervan uit dat niemand quantummechanica ooit zal begrijpen”, zegt Sean Carroll, hoogleraar natuurkunde aan de technische universiteit Caltech in de VS. „En dat het ook zonde van je tijd is om het te proberen. Ik ben het daar niet mee eens.” Carroll probeert, als een van weinigen, de theorie wél te doorgronden. Hij was onlangs in Nederland, om aan de Universiteit Leiden een colloquium te geven.

Quantummechanica is compleet anders dan andere theorieën. Klassieke mechanica, waar je op de middelbare school over leert, kun je intuïtief bevatten. Je kunt aanvoelen dat een blok boven aan een helling naar beneden glijdt en dat een omhooggeschoten kogel weer naar beneden komt. Maar quantummechanica druist tegen alle gevoel in. Deeltjes hebben geen duidelijke eigenschappen. Je kunt ze zien als kleine kogeltjes, maar ook als dansende golven. En soms zijn ze ook nog op twee plekken tegelijkertijd.
Vertakkingen

Hoe is dat te verklaren? Carroll hangt de zogeheten many-worlds interpretation aan, het idee dat er meerdere universa bestaan, en ook meerdere versies van hemzelf. Een paar uur voordat hij het colloquium geeft, legt hij dit bizarre idee uit. „Zodra je een quantumdeeltje meet of bekijkt, splitst het universum zich in twee vertakkingen”, zegt Carroll geroutineerd. Zijn uitleg verraadt dat hij veel publieke lezingen geeft en gewend is aan de verbaasde reacties. „Voordat je keek was het deeltje volgens de quantummechanica op twee plekken tegelijkertijd; bijvoorbeeld rechts en links. Op het moment dat je kijkt is dat nog steeds zo, maar het universum heeft zich dan opgesplitst in een wereld waarbij het deeltje links is en jij het deeltje daar ziet, en een wereld waarbij het deeltje rechts is en een andere versie van jou het deeltje rechts ziet.” Quantummechanica is niet bedacht door geleerden die op een avond samen zaten te filosoferen, vertelt Carroll. „We werden gedwongen tot de theorie, door de uitkomsten van experimenten. We hebben haar nodig om observaties van het gedrag van subatomaire deeltjes te kunnen beschrijven en voorspellen.”

Volgens de quantummechanica hebben deeltjes geen duidelijk gedefinieerde eigenschappen. Hun locatie is niet precies aan te wijzen. Een elektron bijvoorbeeld bevindt zich vóór een meting niet exact op plek A. Het enige dat je over het deeltje kunt zeggen, is wat de káns is dat het zich op plek A bevindt. Daarnaast is er dus ook een kans dat het deeltje rechts van, links van, onder of boven plek A is. Pas zodra je meetapparatuur aanzet en observeert waar het elektron is, zie je het op één duidelijk gedefinieerde plek. Maar voordat je ging meten was er geen enkele manier om zeker te weten dat het deeltje precies daar zou zijn. Bij de klassieke mechanica van Newton is het tegengesteld. Als je alle details weet van een deeltje en zijn omgeving kun je alles precies voorspellen. Dat voelt intuïtief realistischer. Daarom zou je zeggen dat het deeltje voor de meting wel op een duidelijke plek was, maar dat de onderzoeker niet wist waar het was, dus dat-ie zich moest behelpen met procenten en kansen. Maar dat is volgens de quantummechanica niet het geval. Die theorie zegt dat het deeltje voor de meting echt op meerdere plekken tegelijkertijd was. In quantumjargon: de locatie van het elektron was in een superpositie van verschillende locaties.

De verdeling van de kans om een deeltje op een bepaalde plek (of in een bepaalde toestand) aan te treffen, heet de golffunctie van het deeltje. 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.

De golffunctie doet uitstekende voorspellingen, maar roept ook veel vragen op. Hoe moeten we die kansverdeling interpreteren? Wat betekent het dat een deeltje geen duidelijke locatie heeft? En waarom zien we het wél op één duidelijke plek zodra we gaan meten?

Kopenhaagse interpretatie:
Natuurkundestudenten leren tijdens de colleges quantummechanica meestal de zogenoemde Kopenhaagse interpretatie, in de jaren twintig van de vorige eeuw ontwikkeld door Niels Bohr en Werner Heisenberg in Kopenhagen. Volgens die interpretatie is een quantumdeeltje niet op één plek (het is dus een golffunctie) tot je ernaar kijkt, of het op een andere manier observeert. Op het moment dat je het deeltje meet, verdwijnt die kansverdeling. Het deeltje is dan op één duidelijk gedefinieerde plek. De golffunctie is ‘ineengestort’, zoals natuurkundigen het noemen. Het meten zelf is dus iets bijzonders dat invloed heeft op de eigenschappen van het deeltje.

We zouden als supersterren behandeld moeten worden, maar het tegendeel is waar

„Het is bizar dat we studenten dat leren”, zegt Carroll. „Waarom zou een meting zoveel invloed hebben? En wat is een meting precies? Kunnen alleen bewuste wezens dat doen of kunnen stenen ook iets observeren?” Dit heet het meetprobleem en er is geen duidelijke oplossing voor. Daarom bestaan er naast de Kopenhaagse interpretatie verschillende andere manieren om de vergelijkingen van quantummechanica te interpreteren.

„Quantummechanica is verschrikkelijk, want je hebt verschillende regels nodig om te beschrijven wat een systeem doet als je er niet naar kijkt (de golffunctie) en wanneer je er wel naar kijkt (de ineengestorte golffunctie). Ik kan me niet voorstellen dat dat is hoe de natuur werkt. We zitten dus in de vreemde positie dat we een theorie hebben en gebruiken, zonder dat we die echt begrijpen.”

Volgens Carroll zou dat hoge prioriteit moeten krijgen. „De wetenschappers die eraan werken om de theorie fundamenteel te begrijpen zouden als supersterren behandeld moeten worden. Maar het tegendeel is waar. Als je eraan wilt werken, dan kost het veel moeite om een onderzoekspositie aan een universiteit te vinden. Er zijn maar twee groepen mensen die zich ermee bezighouden: bijna gepensioneerde wetenschappers, en promovendi die vaak daarna de wetenschap verlaten.”
Lees ook: Hoe de natuurkunde worstelt met de kosmos

Hoe is het zo gekomen dat u werkt aan de fundamenten van quantummechanica?

„Ik begon met theoretisch werk op het gebied van kosmologie en de oerknal. Daar werk ik nog steeds aan. Daarnaast ben ik me bezig gaan houden met quantummechanica. Ik probeer heel hard de fundamenten daarvan te begrijpen. Die kennis hoop ik te gebruiken om vraagstukken te beantwoorden over kosmologie en de oorsprong van het universum. Het hele universum zou namelijk de wetten van de quantummechanica moeten volgen. De theorie is ontwikkeld om dingen op de kleine schaal te beschrijven, zoals atomen en elektronen, maar het geldt ook voor mensen, planeten en het universum als geheel.”

Waarom is er nog geen eenduidige interpretatie van de quantummechanica?

„Door dat meetprobleem. Als we niets zouden meten, dan zou de quantummechanica volkomen duidelijk zijn: we hebben een golffunctie, zoals ruim negentig jaar geleden door Schrödinger beschreven, en er is een vergelijking waar die golffunctie aan gehoorzaamt. Dat werkt allemaal prima. Maar in de ‘echte wereld’ is meten en observeren tamelijk belangrijk. En op het moment dat je dat doet, verdwijnt die goed beschreven golffunctie.”

Wat is volgens u de beste manier om het meetprobleem te begrijpen?

„Ik ben een voorstander van de veel-werelden-interpretatie. Die ontwikkelde de Amerikaan Hugh Everett tijdens zijn promotie in de jaren vijftig. In die interpretatie stort de golffunctie nooit in. Hij blijft 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. Dit is lastig om te bevatten, het klinkt vreemd. Maar het is wel wat de vergelijkingen van de quantummechanica voorspellen. De quantummechanische Schrödingervergelijking, die goede voorspellingen doet, beschrijft namelijk geen plotse ineenstortingen van golffuncties. Sommige natuurkundigen vinden de veel-werelden-interpretatie zo vreemd dat ze ervan af proberen te komen door de vergelijkingen te veranderen, zodat het wel ineenstortingen beschrijft.

„Volgens de veel-werelden-interpretatie vergeet je als observator één ding: je bent zelf ook quantummechanisch, dus je hebt zelf 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. Of, als ik het voorzichtiger formuleer: het is ongelofelijk onwaarschijnlijk. Het is net als melk in koffie mengen. Als je heel lang wacht, is het in theorie mogelijk dat ze spontaan weer van elkaar kunnen scheiden, waarbij je een laagje koffiemelk overhoudt en een laag koffie. Maar je moet vele malen langer wachten dan de leeftijd van het universum. En dat is net zo met de vertakkingen van het universum; ze hebben geen interacties met elkaar, behalve in hele zeldzame gevallen als je veel geluk hebt.”

Dan moeten er bijna oneindig veel universa zijn. Kan dat?

„Je kunt berekenen hoeveel het er ongeveer moeten zijn: ontzettend veel, maar niet oneindig veel. En het is niet zo dat er universa uit het niets ontstaan. Er hoeft niet plots 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 als je observeert.

„De veel-werelden-interpretatie accepteren is een kwestie van lef. Als je ‘gelooft’ dat quantummechnica klopt en dat deeltjes in verschillende toestanden tegelijkertijd (superpositie) kunnen zijn, dan moet je ook kunnen geloven dat je zelf in een superpositie kunt zijn en dat het universum in een superpositie kan zijn.”

Hoe wordt er door andere wetenschappers gedacht over de veel-werelden-interpretatie?

„Heel verschillend. Van de natuurkundigen negeert het grootste deel de fundamentele vragen van quantummechanica. Ze gebruiken haar om voorspellingen mee te doen, maar ze denken niet over de fundamentele vragen na. Filosofen willen meestal wel de fundamenten van quantummechanica begrijpen. Maar, zoals David Wallace [filosoof met een achtergrond in de natuurkunde, red.] hierover zei: ‘natuurkundigen denken: alles wat we nodig hebben is beter filosofisch begrip en filosofen denken: alles wat we nodig hebben is betere natuurkunde’.”

Is het mogelijk om de veel-werelden-interpretatie te bewijzen?

„Het is mogelijk haar te weerleggen. De interpretatie gaat ervan uit dat de golffunctie geleidelijk in de tijd evolueert. Als je ooit ergens een golffunctie ziet die zich niet zo gedraagt, en bijvoorbeeld plots ineenstort, dan weerleg je veel-werelden.”

Dat is precies waarmee fysici aan de Universiteit Leiden bezig zijn. Onder leiding van Tjerk Oosterkamp testen ze een alternatieve theorie die de veel-werelden-interpretatie weerlegt. Die theorie breidt de Schrödingervergelijking uit en beschrijft hoe de golffunctie wel kan instorten. Die toevoeging heeft gevolgen. Het voorspelt dat er bij zo’n ineenstorting een heel klein beetje warmte vrijkomt. In theorie zou dat meetbaar moeten zijn als een minuscule temperatuurstijging. In Leiden testen ze dat met een klein bladveertje, gemaakt van silicium, dat in een vaste, afgesloten, extreem koude opstelling in de gaten wordt gehouden. Het is nu wachten totdat het veertje een beetje warmer wordt.

„De kans dat ze in Leiden iets zullen zien is heel klein”, zegt Carroll. „Maar als ze het overtuigend kunnen aantonen dan winnen ze een Nobelprijs. En dan accepteer ik dat de veel-werelden-interpretatie niet klopt.”

Komt omdat de mens denkt en de natuur doet. De mens is een toevalligheid in de natuur.

het is helemaal niet nieuw.
De idee was al vijftig jaar geleden in een hoorspel serie verwerkt (Testbemaning staat online).
Toen was het al verre van nieuw.

Het probleem is nog steeds het zelfde:
Waar komt die energie vandaan om telkens nieuwe universa te creëren?

Jammer voor hem, maar het is een beetje risico van het vak.

@4 Nee, het is een van de niet-wetenschappelijke tegenwerpingen zoals Sean Carroll beweert.
Toevallig gaat hij in het artikel even op dit punt in:

"Je kunt berekenen hoeveel het er ongeveer moeten zijn: ontzettend veel, maar niet oneindig veel. En het is niet zo dat er universa uit het niets ontstaan. Er hoeft niet plots 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 als je observeert."


De vertakkingen divergeren in de loop van de tijd van elkaar. Terug in de tijd zaten ze op elkaar, zo moet je het ongeveer zien. Het is erg ingewikkeld om uit te leggen. Tenzij je eerst verdiept in zaken als Hilbert ruimte en abstracte vectoren ruimte. Het komt uit de functionaalanalyse, een deelgebied van de wiskunde.

De vele werelden "theorie" is niet een theorie als zodanig, zoals Sean het eens heeft uitgelegd. Het is een voorspelling van de quantummechanica, meer specifiek de schrodingervergelijking, de golffunctie. Aangezien quantummechanica de meest succesvolle theorie aller tijden is, lijkt me dat je ook haar voorspellingen serieus moet nemen. Het is het letterlijk overnemen van wat de wiskunde van deze theorie je verteld.


Wanneer we niet kijken kan een deeltje overal zijn. Het heeft een bepaalde waarschijnlijkheid dat het zich op een bepaalde plek bevindt. Dat is niet een gevolg van onze onwetendheid, maar dat is omdat de werkelijkheid kennelijk zo in elkaar zit. Wanneer we kijken, meten, of beter gezegd; het deeltje heeft een interactie met haar omgeving, zien we het deeltje, bijvoorbeeld een electron, toch maar op één plek. Ra ra hoe kan dit??? Dat is het beroemde "measurement problem" Men zegt ook wel dat de golffunctie ineenstort.

Echter met het ineenstorten van de golffunctie zijn grote conceptuele problemen. Dit zou dan oneindig snel moeten gebeuren. Veel sneller dan het licht. En wanneer stort het dan precies in? Wanneer er een bewust persoon naar kijkt, of een muis, of een virus? Kortom, je moet dan met een theorie van de "verdwenen werelden" komen volgens Sean Carroll. Je moet van alles aan de wiskunde van de quantummechanica toevoegen.

Sean Carroll zegt gewoon dat deze andere mogelijkheden blijven bestaan, precies zoals de golffunctie voorspelt. Jij ziet een electron op punt A maar er is ook een andere versie van jou die het electron op punt B ziet. Jij bent op dat moment entangled (verbonden) met het deeltje. Iemand anders ziet dat jij het electron op positie B ziet en twitter naar de rest van de wereld dat jij het deeltje op positie B ziet etc..etc..de 2 universums divergeren van elkaar.


Het is waar dat deze interpretatie al sinds de jaren 50 bestaat. Hugh Everett III kwam hiermee. Later zijn David Deutch, David Wallace en vele anderen er weer mee verder gegaan. David Deutsch is zelfs zo overtuigd van het bestaan van deze parallelle werelden, dat hij verbaast is dat er nog mensen zijn die er aan twijfelen. David Deutsch zegt dat wanneer je Everett's Many Worlds beschouwt als een interpretatie dit hetzelfde is als praten over dinosaurussen als een 'interpretatie' van het fossielenarchief '
http://imaginingthetenthdimension.blogspot.com/2012/02/poll-87-many-worlds-fossils-and.html

Hugh Everett, Sean Carroll en vele andere zeggen gewoon dat wij ook uit elementaire deeltjes bestaan. En dus ook onderhavig zijn aan de quantumwetten..

@4 "Als ik het bestaan van deze parallelle werelden extravagant vindt en om deze reden zou verwerpen, dan zo ik geen goede wetenschapper zijn." Quote van Sean Carroll
Hier kun je een lezing van hem over het onderwerp zien.


In 2019 verschijnt er weer een boek van hem over dit onderwerp: "Something Deeply Hidden"
Hij zit achter het oude bureau van Richard Feynman op de Universiteit.

De Kopenhagen theorie verliest nogal wat aanhangers momenteel. Aan de pilot wave theorie. In die laatste bestaan er dan weer géén splitsende universa. Hier een uitleg:

@6 Mijn vermoeden is dat we nog zo weinig daadwerkelijk snappen van de kwantummechanica dat roepen over 'splitsende universa' etc. wel heel erg voorbarig is. Lijkt me haast een beetje aandachttrekkerij. Maar goed, het is niet mijn vakgebied, dus ik zal geen verregaande conclusies trekken.

Het multiverse is een mooie mogelijkheid om de superpositie van deeltjes te verklaren. Deeltjes bestaan in potentie overal totdat ze geconformeerd worden aan onze werkelijkheid. Echter zit hier volgens mijn theorie geen multiverse achter waar elke mogelijkheid een aparte werkelijkheid heeft, maar goniometrie op galactische schaal daar conformeert onze werkelijkheid zich aan.

@10 : kortom de overige mogelijkheden en keuzes bestaan niet in een andere werkelijkheid. Ze vormen geen geheel met onze of een andere werkelijkheid en zijn daardoor overbodig om de snelheid van het universum op gang te houden. Superpositie komt dus omdat geen enkel deeltje echt stilstaat maar alles beweegt met een vaste snelheid. Een resultaat verwachten zoals in oorzaak en gevolg werkt voor de diepere realiteit dus niet meer. Omdat dit tegenspreekt dat alles beweegt.

S.F. .... of iets boven/buiten onze aardse pet ?

Quote van een Hoogleraar>
"Je denkt en je hersenen /neuronen vonken in een Pas-de-deux met
je micro-universum waarin je leeft en dat als een sluier in/ om je heen vibreert .
Je denkt meteen weer aan iets anders en je hersenen/neuronen vonken
in een Pas de deux met je micro-universum waarin je leeft en dat als een
sluier in/om je heen vibreert.
Deze 'sluier ' is -1- met je gedachten die vanuit je autonome ziel opkomen en via het zenuw-modem( hersenen) a.h.w. vonken vanuit. deze zeer fijne
micro-universele sluier waarin zeer veel ervaringen uit vele doorleefde
trappen van bewustwording zijn verzameld , uit alle voorscheppingen
vanuit dat specifieke Universum en vanuit deze specifieke Aardse
natuurwereld"

En hij vervolgt>

"Gij zijt micro-universa "
Er zijn net zoveel micro-universa als er mensen zijn, waren of nog
gaan komen op Aarde..... door alle tijdsruimten heen .
Er waren, zijn en ontstaan net zoveel macro-universa als er micro-universa
waren, zijn of gaan komen op deze Aarde door alle tijdsruimten heen."

Die hoogleraar voegde daar o.a. nog aan toe >
" Deze Aarde is byzonder en uniek in het grote AL en jullie zijn als geesten
in het vlees Mijn lievelingskinderen . Wij zijn in wezen -1- geestelijk Wezen.
Wij zijn allen broeders en zusters uit -1- Oersprong en wij zijn allen
met elkaar verbonden door een Universele Kracht die Zelf in elke monade
(deeltje) van alle Universa , zonnen en werelden dit Alles tot leven brengt
en levend houdt telkens weer opnieuw .
Die Kracht is dat wat ik telkens genoemd heb > De Vader die in mij leeft
en mij deze woorden doet spreken en mij de byzondere tekenen heeft doen verrichten die jullie met fysieke/aardse ogen hebt kunnen aanschouwen."

Aldus de Hoogleraar die later o.a. daarom gekruisigd werd
en zich als Universele Geest weer losmaakte uit de Aardse materie .
(Hetgeen wij dezer dagen herdenken in de zgn. Paasweek )

@11 : kortom in de diepere werkelijkheid gaan objecten sneller dan ons zonder af te kunnen remmen, met constante snelheid. Je krijgt dan een soort stroboscopisch effect.

@6
@citaat:
De vertakkingen divergeren in de loop van de tijd van elkaar. Terug in de tijd zaten ze op elkaar, zo moet je het ongeveer zien. Het is erg ingewikkeld om uit te leggen. Tenzij je eerst verdiept in zaken als Hilbert ruimte en abstracte vectoren ruimte. Het komt uit de functionaalanalyse, een deelgebied van de wiskunde.
===========================

Wel wat weerhoud je om het me voor te leggen?