VU Magazine 1991 - pagina 207

CO

en

van de duizend zal liggen. Dat is een statistisch betrouwbaar gegeven. Maar de uitkomst van één enkele worp valt nooit of te nimmer met enige zekerheid te voorspellen. Wat betreft het gedrag van de allerkleinste deeltjes waaruit materie is opgebouwd, is dit voorspellend onvermogen beslist geen gevolg van de nog ontoereikende kennis van de fysici. "Nee", schrijft Van den Beukei. "het ligt in de fundamentele aard van de krachten dat zij dit dobbelkarakter hebben, en daardoor is het principieel onmogelijk er ooit meer over te weten dan we nu doen." Zijn conclusie: "Dat betekent natuurlijk dat de causaliteit op het niveau van atomaire gebeurtenissen verloren is gegaan."

van de kleinste deeltjes. Zo wordt de relativiteitstheorie gebruikt om processen op astronomische schaal, waarbij de zwaartekracht een doorslaggevende rol speelt, te begrijpen, terwijl de kwantumfysica uit de la komt bij de bestudering van het allerkleinste, waarbij de zwaartekracht een verwaarloosbare rol speelt.

G CO

espleten of niet; fysici blijken met groot gemak, en zonder daardoor aantoonbare psychische schade op te lopen, van de ene theorie naar de andere te kunnen switchen, al naar gelang de aard van het te onderzoeken object. Moeilijker wordt het echter wanneer dat onderzoeksobject het prilste begin van de kosmos betreft en op beide theorieën een beroep moet worden gedaan. Zeer kort na de oerknal namelijk, zou het heelal zo compact zijn geweest, dat er omtrent het gedrag van materie, ruimte en tijd niets zinnigs meer te zeggen valt. Alleen een gecombineerde kwantum-zwaartekrachttheorie die er dus nog niet is - zou hier uitkomst kunnen bieden om de basis te vormen voor die ene ultieme formule. Behalve de voorlopige onverenigbaarheid van deze twee theorieën, zijn er nog wat redenen waarom de natuurkunde, na de introduktie van de kwantumfysica, zich terdege bewust had moeten worden van haar eigen onoverschrijdbare grenzen en de bijbehorende beperkingen. Einstein, die nota bene zelf bouwstenen voor de nieuwe kwantumleer had aangedragen, bleek van de feitelijke implicaties ervan nog het moeilijkst te overtuigen. Hij deed in dat verband de beroemd geworden, afwijzend bedoelde uitspraak: "God {the Old One) dobbelt niet". Dat dobbelen was echter wèl de consequentie in-

D

dien de kwantumtheorie op juistheid berustte. Onzekerheid bleek een fundamentele karaktertrek in de wereld van de kleinste deeltjes. Had in het causaal-deterministische denken van de klassieke natuurkunde dezelfde oorzaak per definitie steeds hetzelfde voorspelbare gevolg, en

Hlustratie ontleend aan Paul Davies' 'God and the new physics'.

20

omgekeerd, de kwantumfysica relativeerde de wetmatigheid van dit soort processen, én de omkeerbaarheid ervan. Op de schaal van atomen viel niet verder te komen dan een kans of waarschijnlijkheid dat iets al dan niet zou gebeuren.

P

Schrödingers kat Schrödinger, een van de pioniers in de kwantumfysica, introduceerde zijn eigen kat om de bizarre implicaties van deze leer aanschouwelijk voor te stellen. Linksboven bevindt de kat zich onbespied in een gesloten doos, samen met een glazen ampul gevuld met giftig cyanide en een mechanisme dat via een kwantumproces kan worden geactiveerd. Gebeurt dit dan slaat een hamer de ampul stuk en sterft de kat. De kans dat deze calamiteit al dan niet plaatsvindt is precies fifty-fifty. Volgens de regels van de kwantumfysica verkeert de kat, zolang hij niet wordt waargenomen, in een spookachtige staat waarin hij zowel levend als dood is. Pas door observatie zal één van de twee situaties - een dode dan wel een springlevende kat - zich als de uiteindelijke wer-

De laatste formule waarin alle drijfveren van de kosmos zijn samengebaid zou moeten passen op een snipper papier. Stephen Hawking verwacht dat deze formule vóór het jaar 2000 een feit zal zijn.

kelijkheid aan de waarnemer voordoen. In feite is het lot van de kat dus afhankelijk van de waarneming,D

VU-MAGAZINE—MEI 1991

rof. van den Beukei, de Deiftse natuurkundige, illustreert deze nogal ingrijpende beperking in het natuurkundige kennen, aan de hand van thallium; een stof met een niet stabiele atoomkern. Deze kern valt uiteen waarbij elektronen vrijkomen, die weer kunnen worden opgevangen en geteld. Daaruit blijkt dat van een stukje thallium na vier minuten de helft van de miljarden maal miljarden atoomkernen uiteen gevallen is. De helft van de overgebleven kernen volgt na weer vier minuten, enzovoort. Deze 'halveringstijd' is dus statistisch heel exact vast te stellen en te voorspellen. Wat voor grote aantallen kernen geldt, geldt echter n/ef voor één afzonderlijke kern. Over het lot daarvan valt niet meer te voorspellen dan dat deze ergens tussen de volgende fractie van een seconde en duizend jaar uiteen valt. Maar wanneer precies? Op die vraag valt gewoon geen antwoord te geven. Hoe Einstein daartegen ook ageerde: de gelijkenis met het dobbelspel is verbluffend. Wie zesduizend maal gooit zal zien dat het aantal malen dat men zes heeft geworpen, dicht in de buurt VU-MAGAZINE—MEI 1991

it is nog maar een van de illusies van de positivistisch ingestelde natuurwetenschappers die door de kwantumfysica werden ontzenuwd. De tweede betrof het onomstotelijke geachte feit dat licht (uitsluitend) een golfverschijnsel is. Deze werd door Einstein om zeep geholpen toen hij ontdekte dat licht ook een deeltjes-karakter heeft. Hoewel niemand het zich kon voorstellen (ook Einstein niet) werd het duale karakter van materie en straling al snel als feit bevestigd. De twee aspecten - golf én deeltje - heten, sinds Niels Bohr die term lanceerde, 'complementair'. Maar één samenhangende voorstelling van die twee gaat het menselijk bevattingsvermogen nog altijd te boven. Werner Heisenberg maakte in 1925 de verwarring als gevolg van de kwantumfysica zo mogelijk nog groter met zijn beroemd geworden 'onzekerheidsrelaties'. Daarin formuleerde hij dat het fundamenteel onmogelijk is van één deeltje tegelijk de positie (de plaats waar het zich op zeker mo-

Het is de vraag of fysici het beginpunt ooit zullen bereiken, of dat het-als bij de schillen van een ui -altijd bij benaderingen zal blijven. ment bevindt) en de 'impuls' (een combinatie van massa en snelheid) vast te stellen. Hoe nauwkeuriger men bijvoorbeeld de positie tracht te meten, des te onnauwkeuriger zal de uitkomst met betrekking tot de impuls zijn. De oorzaak hiervan komt er kortweg op neer dat wie de positie van een deeltje wil waarnemen, de impuls ervan verstoort met niet te voorspellen consequenties. Van den Beukei is ook hier glashelder in zijn conclusie: "Het is duidelijk dat dit alles verstrekkende gevolgen heeft. Het determinisme is van de baan. Het idee van de 'objectieve werkelijkheid' eveneens." En, voor de zekerheid: "Er is 21

Deze tekst is geautomatiseerd gemaakt en kan nog fouten bevatten. Digibron werkt voortdurend aan correctie. Klik voor het origineel door naar de pdf. Voor opmerkingen, vragen, informatie: contact.

Op Digibron -en alle daarin opgenomen content- is het databankrecht van toepassing. Gebruiksvoorwaarden. Data protection law applies to Digibron and the content of this database. Terms of use.

Printen