Door Pim Lemmens (Technische Universiteit Eindhoven en Universiteit Utrecht (gepensioneerd))

Stel je voor: jij bent de wereld. Je bent het enige dat bestaat. Er valt niets te zien, niets te horen. Heb je dan eigenlijk wel een bewustzijn? Is er in dat geval wel iets van betekenis? En is er zonder betekenis wel een bestaan?

Voeg aan die situatie een mens toe, en de wereld verandert radicaal. Er is dan iets om je op te richten. Er is de mogelijkheid van interactie. De wereld krijgt dan betekenis, bepaald door de relatie tussen twee objecten die op elkaar kunnen reageren.

Wittgensteins Tractatus begint met de stelling: “De wereld is alles wat het geval is.” De theoretisch natuurkundige en schrijver Carlo Rovelli ziet het anders. In zijn boek Helgoland probeert hij duidelijk te maken dat het om relaties gaat, niet om objecten. Zijn stelling is: de wereld is het geheel van alle relaties en zonder relaties is er niets.

Kwantumtheoretici waren als magiërs die niet weten wat de toverformules betekenen

Helgoland is enerzijds een historisch overzicht van de totstandkoming van de kwantummechanica, maar bevat anderzijds een filosofische reflectie op het wetenschappelijk relativisme. Bij de behandeling daarvan beperkt de schrijver zich overigens niet tot de westerse filosofie.

Een splinternieuwe fysica

Rovelli vertelt hoe aan het begin van de twintigste eeuw werd gereageerd op experimenten die zich niet in het kader van de klassieke fysica lieten voegen. Rond die eeuwwisseling ontdekte Max Planck dat de straling van een zwart lichaam niet continu oploopt met de toegevoegde energie. Albert Einstein beschreef het foto-elektrisch effect dat elektronen produceerde onder invloed van lichtstraling.

De wereld van het kleine bleek opgebouwd uit afzonderlijke bouwstenen, en vereiste daarmee een compleet nieuwe natuurkunde. De eerste stap daartoe werd gezet door Werner Heisenberg, toen hij zich terugtrok op het rotseiland Helgoland, om te ontkomen aan de hooikoorts die hem kwelde op het vasteland. Rovelli ontleent de titel van zijn boek aan die plaats, waar Heisenberg de eerste versie van de kwantummechanica schiep.

Mensen zijn op zichzelf leeg van betekenis

De wereld van de kwantummechanica is geen verkleinde kopie van onze wereld, maar verschilt ingrijpend van de wereld zoals wij die kennen. De fysica van vóór de twintigste eeuw hield zich bezig met krachten en objecten, met energie en materie als afzonderlijke zaken.

Die wereld was deterministisch en continu. Als je een papiertje in tweeën zou knippen en dat met de delen ook weer zou doen, zou je daar in principe oneindig mee door kunnen gaan, met steeds kleinere snippertjes. De kwantummechanica maakte aan die opvatting een einde. Ergens houdt het op.

De zogenaamde Planck-afstand is de kleinste afstand waarop nog zinvol van twee afzonderlijke punten kan worden gesproken. De kwantummechanica levert slechts kansen op voor de plaats waar een deeltje zich bij het meten ervan manifesteert, geen concrete waarden.

En hoewel de kans dat een deeltje zich op een bepaalde plaats bevindt of over een bepaalde energie beschikt nauwkeurig te berekenen is, zijn die plaats en die energie niet nauwkeuriger te bepalen dan binnen door de theorie toegestane grenzen. Onzekerheid is dus niet iets van storingen van buitenaf, maar wordt gedicteerd door de theorie.

What you see is what you get

De verschijnselen op de schaal van die kleine deeltjes vroegen om een heel nieuwe metafysica, één van kansen in plaats van objecten. De theorieën van Heisenberg en, iets later, Schrödinger bieden goede beschrijvingen van de werkelijkheid van het heel kleine.

Toch waren de theoretici die zich met de kwantumverschijnselen bezighielden als magiërs die de nodige toverformules kennen, zonder te weten wat ze betekenen. Ze vroegen zich af of er achter die verschijnselen iets bestond dat hun werking bepaalt.

In de natuurkunde van de microwereld is geen mechanisme te vinden

De interpretatie van Rovelli legt de nadruk op onderlinge relaties. Waar zijn boek vooral over gaat, is het relativiteitsbeginsel dat zegt dat er geen overkoepelend standpunt is van waaruit we de werkelijkheid kunnen beschouwen. Er is geen verborgen motor die het systeem aandrijft en die bepaalt waar en wanneer er deeltjes opduiken, wanneer je een meting doet.

‘What you see, is what you get’. Rovelli betoogt dat het enige wat we kunnen doen is beschrijven wat we waarnemen.

Bij de behandeling van dat relativiteitsprincipe betrekt de schrijver inzichten uit de boeddhistische wijsbegeerte, zoals zijn verwijzing naar ‘sunyata’, een centraal begrip dat vaak als ‘leegte’ wordt vertaald.

Het idee is dat mensen, net als al het andere, op zichzelf leeg zijn van betekenis. Wij beschikken niet over een afzonderlijk zelf, maar zijn slechts een knooppunt in een netwerk van relaties die ons betekenis geven. Je kunt je niet buiten de wereld plaatsen om die van daaruit te observeren.

Dat is waar het relativiteitsprincipe om draait. Rovelli laat zien hoe dat principe niet alleen ten grondslag ligt aan Einsteins relativiteitstheorieën, maar ook aan de kwantummechanica, en dat het daarmee een centrale rol speelt in de hedendaagse fysica.

Zu den sachen selbst

Rovelli’s boek beschrijft hoe theoretici geconfronteerd werden met de nieuwe wereld van elementaire deeltjes. De gangbare fysica bekeek de wereld als een uurwerk: men probeerde een beschrijving te geven van het mechanisme achter de wijzerplaat van bewegende wijzers en getallen. Dat bleek niet te werken voor de natuurkunde van de microwereld.

Inmiddels is de kwantummechanica doorgedrongen tot de kern van ons bestaan

Nergens was daar een mechanisme te vinden, wat theoretici noopte om hun heil te zoeken in een precieze beschrijving van de waargenomen verschijnselen. In termen van Edmund Husserls fenomenologie: “zurück zu den Sachen selbst” / “terug naar de dingen zelf”, van mechanisme naar relativisme.

Inmiddels is de kwantummechanica doorgedrongen tot de kern van ons bestaan. De theorie ligt aan de basis van vrijwel elke natuurwetenschap, zelfs van onderzoek naar het menselijk bewustzijn. Hedendaagse computers zijn niet denkbaar zonder de theorieën die in de eerste helft van de twintigste eeuw zijn ontwikkeld en de computertechnologie van de toekomst is nog sterker verankerd in de kwantummechanica.

Een interessant aspect van Rovelli’s boek is dat het bijna twee millennia oude boeddhistische denkwijzen serieus neemt. Het boek geeft een goed beeld van het hedendaagse wetenschappelijke denken, dat zich voor een deel aan dezelfde bronnen laaft als het hedendaagse filosofische denken. Het is jammer dat fysici als Feynman en Hawking dat niet wilden erkennen.

Theorievorming is niet een exclusief natuurkundige aangelegenheid. Zoals Popper heeft laten zien is er een grote overeenkomst tussen fysici en filosofen op zoek naar een theorie. Ook Rovelli is die mening toegedaan.