Als ik mijn vakgenoten omschrijf als fysici (ik ben ook wiskundige, maar wiskundigen hebben niet zo’n uitgesproken mening over het volgende), dan kan ik zeggen dat ik het met de grote meerderheid onder hen ronduit oneens ben over het determinisme.
Tot de 17e eeuw werd de vraag naar determinisme (ofwel bepaaldheid van de loop der geschiedenis gegeven het heden) als een religieuze kwestie gezien. Maar sinds Newton spelen ook de natuurwetten een grote rol in deze discussie en tegenwoordig beroept vrijwel niemand zich in dit verband meer op het Goddelijke. Gezien vanuit de klassieke natuurkunde van Newton, lijkt het erop dat de natuur deterministisch is: de toestand ‘nu’ bepaalt de toestand in de toekomst en alles heeft een oorzaak.
Dat dacht men dus tot het begin van de 20e eeuw. Toen kwam de kwantumtheorie op, die in de periode 1900-1930 werd ontwikkeld (Planck, Einstein, Bohr, Heisenberg, Schrödinger). Over het wiskundig formalisme was men het wel eens, maar over de interpretatie ontstond een scherp meningsverschil tussen Bohr met in zijn kielzog de meeste fysici en Einstein, die eigenlijk alleen Schrödinger achter zich had staan. Bohr was van mening dat de natuur volgens de kwantummechanica fundamenteel indeterministisch was: er zijn gebeurtenissen zonder oorzaak.
Waarom je beter voor drie dagen boodschappen kunt doen dan voor een hele week
‘Weggooien is zonde’, meldt de supermarkt als een product bijna over de datum is. Klopt, maar zodra aan het woord ‘afva ...
Twee voorbeelden:
1) Een radioactieve atoomkern vervalt op een bepaalde tijd, dat is zeker. Maar op welke tijd precies? Dat is volgens Bohr toevallig.
2) Een polaroidglas laat de helft van het binnenkomende licht door, de andere helft wordt geabsorbeerd. Stel je nu één enkel lichtdeeltje voor, een foton dus. Wordt het doorgelaten of geabsorbeerd? Ook dat is volgens Bohr toevallig: de kans dat het wordt doorgelaten is 50% en de kans dat het wordt geabsorbeerd ook. Maar een gegeven foton wordt ofwel doorgelaten ofwel geabsorbeerd, voor het een noch voor het ander is er een oorzaak.
Volgens de meeste fysici en filosofen won Bohr dit debat met Einstein en sindsdien denkt vrijwel iedereen dat de natuur op microscopisch niveau indeterministisch is. Bohr had zelf niet veel argumenten, maar had wel een intimiderende en zeer dogmatische persoonlijkheid. En hij mat zich het elan van een revolutionair aan, waarbij hij Einstein wist neer te zetten als een conservatief denker die nog in de 19e eeuw leefde.
Na de dood van Einstein (in 1955) en Bohr (in 1962) werden wel enige wiskundige argumenten gevonden die Bohr inderdaad gelijk leken te geven (Bell, Kochen en Specker, Gleason). De vraag werpt zich dan op hoe het kan dat de klassieke macroscopische natuur toch deterministisch is, als de onderliggende kwantummechanische microscopische natuur dat niet is. Tja, dat moest dan door een soort uitmiddeling komen, maar niemand heeft dat ooit precies uitgewerkt.
Hoe dan ook, het beeld dat bij vrijwel al mijn vakgenoten leeft is: de macroscopische natuur (beschreven volgens de klassieke natuurkunde) is deterministisch en de microscopische natuur is volgens de kwantummechanica indeterministisch. Maar ik geloof dat het precies andersom is: de macroscopische natuur is indeterministisch en de microscopische natuur is deterministisch.
Waarom denk ik dat? Ik houd me al zo’n vijftien jaar met deze zaak bezig, zowel vanuit de wiskunde, de natuurkunde als de geschiedenis en filosofie van de wetenschap. Ten eerste heeft Bohr nooit bedoeld dat de microscopische natuur zelf indeterministisch is, dat hebben zijn volgelingen er van gemaakt en in sommige populaire uiteenzettingen van Bohr (wiens geschriften vaak zeer onduidelijk en verwarrend zijn) kun je dat ook wel lezen.
Wat Bohr wel bedoelde is dat de natuur zoals die zich aan ons voordoet indeterministisch is. Dat is iets anders. Ten tweede zijn er vele voorbeelden uit de klassieke mechanica waarin ook de macroscopische natuur zich indeterministisch blijkt te gedragen.
Neem als zeer simpel klassiek ‘model’ van het universum: een knikker op een tafel. Als de knikker perfect rond is en de tafel perfect vlak en wrijvingloos, is de kans dat de knikker stil blijft liggen verwaarloosbaar klein.
Als de knikker in beweging komt, zal deze na verloop van tijd van de tafel afvallen, en dus verdwijnt hij als het ware uit het universum! Dat is een belangrijke en onderschatte vorm van indeterminisme.
In de kwantummechanica is de knikker geen harde bol meer maar een soort golf die op de tafel heen en weer beweegt. Deze golfbeweging is onderhevig aan een speciale kwantummechanische behoudswet (‘unitariteit’) die ervoor zorgt dat de knikker als het ware nooit van de tafel afvalt.
Kosmologen die ik hierover spreek, zijn hier niet echt in geïnteresseerd, omdat het voor het heelal zoals wij dat nu waarnemen geen consequenties heeft, het is echt een grondslagendiscussie.
Maar de uiterste consequentie van mijn visie is dat de oerknal niet werkelijk kan hebben plaatsgevonden; het is een illusie die veroorzaakt wordt door de speciale bril waardoor wij (mensen) naar de natuur kijken. Wat er ruim 13 miljard jaar geleden met het heelal gebeurde weet ik niet, maar het kan volgens de kwantumtheorie niet uit het niets ontstaan zijn, en kan in de toekomst ook niet in een eindsingulariteit verdwijnen. Deze mening deel ik overigens met Stephen Hawking, die er echter een heel ander verhaal achter heeft.
Klaas Landsman
Radboud Universiteit Nijmegen
Chair of Analysis
IMAPP
