Een kwestie waarover ik het met bijna al mijn vakgenoten oneens ben, betreft de vraag wat men verwachten mag van een volledige theorie van de natuurverschijnselen, de Theory of Everything.


Waar we het wel meestal over eens zijn (afgezien van details) is:

1) Het is zeer te betwijfelen of de mensheid ooit in staat zal zijn de exacte universele natuurwetten te formuleren, maar het is wel goed denkbaar dat dit zal kunnen. Dit denken we omdat de wetten van de kwantummechanica en die van de zwaartekracht tezamen suggereren dat er een 'kleinste afstand' is. Op nog kleinere schaal bekeken, verliest het begrip 'ruimte' of 'afstand' elke betekenis. Dit is te vergelijken met inzoomen op een digitaal plaatje: zodra je afzonderlijke pixels kunt onderscheiden heeft verder uitvergroten geen zin meer, en het is onzin om een halve of een kwart pixel individuele eigenschappen toe te kennen.
Op dat niveau zou wel eens een fundamentele, universele bewegingsvergelijking kunnen bestaan, die met oneindige precisie bepaalt wat er gebeurt. De rest is inductie en wiskunde.

2) We mogen niet verwachten dat je met zo'n theorie alle verschijnselen op macroscopische schaal exact kan beschrijven, laat staan voorspellen. Daar zou je blijvend zijn aangewezen op benaderingstechnieken met zeer beperkte nauwkeurigheid. Dus in de praktijk zou zo'n theorie slechts een geringe impact hebben.

Tot zo ver de overeenstemming. Nu het meningsverschil:

3) Zal een universele bewegingsvergelijking volledig bepalend zijn voor alle gebeurtenissen in het heelal, of zal deze, geheel zoals we gewend zijn in de theorie van de kwantummechanica, slechts kansverdelingen opleveren op wat er allemaal kan gebeuren? Dit is wat alle huidige theorieën doen. Bij iedere experimentele opstelling waar de gedragingen van heel kleine deeltjes, zoals atomen, worden bestudeerd, kan de kwantummechanica alleen maar waarschijnlijkheidsverdelingen geven.

Zo is volgens de huidige inzichten principieel onvoorspelbaar wanneer een individueel radioactief atoom vervalt, de theorie zegt alleen iets over de kans per tijdseenheid dat het zal vervallen (en beschrijft dus zeer nauwkeurig hoe snel een macroscopische hoeveelheid radioactief materiaal vervalt).
Dit werkt in de praktijk zo goed, dat niemand er meer over klaagt. Als je een deterministische theorie had voor de atomen en moleculen zou die geen betere voorspellingen geven dan de kwantummechanische theorie, omdat je in de praktijk bij een experiment toch al niet in staat bent om van alle spelers in het veld, die miljoenen atomen en andere deeltjes, de beginsituatie exact te kennen, zodat je sowieso al aangewezen bent op statistische technieken.

Ik ben een van de weinigen die stelt dat een volledige theorie alleen maar over zekerheden mag gaan. Weliswaar verwacht ik dat de natuur zoveel bewegende radertjes bevat dat het voor altijd onmogelijk zal zijn voor ons om die allemaal tot in oneindige precisie te volgen, maar het gaat me nu om de principes waarop zo'n theorie gebaseerd zou moeten zijn. Als je van alle dynamische variabelen in een systeem de beginsituatie exact zou kennen, zou de eindsituatie slechts een enkele gedaante mogen aannemen, niet een kansverdeling.

De meeste van mijn collega's vertellen me, met wisselende hoeveelheden takt, dat mijn opvatting sinds het begin van de vorige eeuw achterhaald is, en dat het naïef zou zijn te proberen 'de geschiedenis terug te draaien'. Kwantummechanica is te mooi om van af te stappen. Zij denken dat de gehele natuur, inclusief de meest fundamentele wetten waarop alle verschijnselen zijn terug te voeren, fundamenteel kwantummechanisch is. Mijn vermoeden is dat niet de natuur, maar onze huidige kennis ervan kwantummechanisch is. De wetten die wij kennen, leveren slechts kansverdelingen op, omdat wij de eigenlijke wetten (nog?) niet kennen.

Mijn collega's slaan me om de oren met theorema's van John Bell en anderen, waaruit zou moeten blijken dat mijn opvatting onhoudbaar is. Maar wat die theorema's bewijzen is slechts dat hun interpretatie van mijn ideeën onhoudbaar is. Die 'werkelijkheid' waarover ik spreek bestaat namelijk niet uit atomen, elektronen of andere deeltjes die energieniveau's hebben en om hun as draaien, maar uit radertjes die miljarden maal miljarden malen kleiner zijn. Hun collectieve gedragingen leiden ertoe dat je in een kwantummechanische taal over atomen en elektronen kunt spreken, maar de gedragingen daarvan zijn nooit helemaal los te zien van wat er op veel kleinere schaal gebeurt. Dit zou een natuurlijke verklaring kunnen zijn van de merkwaardige verschijnselen die wij 'kwantummechanica' noemen.

De grote moeilijkheid van mijn opvatting, die ik mij terdege realiseer, is dat ik niet in staat ben een waterdichte demonstratie te geven van de wiskundige wetten die verantwoordelijk zijn voor deze bijzondere situatie.

Gerard 't Hooft
Hoogleraar theoretische natuurkunde
Utrecht