Kwantumquatsch

Als bij toeval doorbladert onze hypothetische Anouk op een mooie dag in de lokale boekhandel een boek met als titel: Waarom niemand kwantum begrijpt en iedereen er toch iets over moet weten. Op pagina 90 leest ze het volgende:

Bref’: alle deeltjes zijn golven. Elektronen, protonen, golfballetjes, het bestaat uiteindelijk allemaal uit golven. [...] Voor dagelijkse dingen hebben we de kwantumfysica op het eerste gezicht niet nodig. Maar dat wil natuurlijk niet zeggen dat kwantumfysica niet van belang is in het dagelijks leven. Want wat zorgt ervoor dat de materie hard is? Kwantum! Wat maakt chemische reacties en bindingen mogelijk? Kwantum! Wat geeft aan alles in het leven kleur? Kwantum!

Hmmm, interessant. Ze leest verder. Op pagina 134 beginnen haar oren te flapperen:

Doe je een meting op het ene deeltje, dan heeft dat onmiddellijk een weerslag op de eigenschappen van het andere deeltje, zelfs al bevindt deeltje 1 zich in Anatolië en deeltje 2 in Zwevegem. Instantaan.

Ze doet zich tegoed aan een laatste willekeurige passage (de kids moeten worden opgehaald) op pagina 153:

Conclusie: de uitkomst van de metingen hangt af van het soort meting (‘de context’). We kunnen metingen enkel een waarde toekennen wanneer we ook de context van de meting kennen. Vanuit filosofisch oogpunt leidde de contextualiteit van de kwantumfysica tot een enorme breuk met de klassieke fysica. Observeren we een systeem, dan doen we dat niet als een buitenstaander. Een meetresultaat is afhankelijk van alle andere metingen en heeft dus geen objectieve waarde; het hangt volledig af van de manier waarop je meet/kijkt. Alles wat we zien, is het resultaat van de impact die onze observatie onvermijdelijk veroorzaakt op een meting. Op die manier staat in de kwantumfysica diegene die meet helemaal niet boven, of buiten, het experiment. Het ‘ik’ met zijn mensenoogjes maakt er integraal deel van uit.

Anouks twijfels smelten weg als sneeuw voor de zon: opeens werd alles duidelijk. De ideeën van telepathie, energiegolven en alternatieve therapieën blijken warempel onderbouwd te zijn door één van de meest accurate theorieën ooit, ontwikkeld door de meest briljante geesten van de twintigste eeuw: de kwantumfysica!

Ze voelt het in al haar ledematen: kwantumfysica slaat onmiskenbaar een brug tussen de wetenschap en het spirituele; het verschaft ons een verklaring voor het feit dat al het fysieke dat ons omringt, is samengesteld uit energetische golven. De kwantumfysica levert het bewijs dat de geest meetbare veranderingen aanbrengt aan de fysieke realiteit. Wat haar tot de conclusie brengt dat telepathie wel wetenschappelijk onderbouwd móét zijn; het is de uiterst tastbare toepassing van een fenomeen genaamd kwantumverstrengeling, zodoende is iedereen in de wereld een onderdeeltje van één gigantische golffunctie en innig met elkaar verstrengeld. Deze redenering lijkt op het eerste gezicht zeer aannemelijk. Maar valt dit te rijmen met de kwantumfysica? We nemen de proef op de som. Laten we allereerst iets verder inzoomen op de kwantumfysica.

Spectaculair succesvol

Kwantumfysica is de tak van de fysica die zich bezighoudt met het beschrijven van de allerkleinste deeltjes en de manier waarop deze deeltjes met elkaar interageren. En kwantumfysica werkt wel degelijk. Geen enkele theorie in de fysica heeft ooit zo’n spectaculaire successen gekend. Van volledige onwetendheid over de structuur van de materie vóór de kwantumfysica hebben we in minder dan een eeuw tijd een begrip van de materie gekregen dat zo breed, krachtig en precies is dat zo goed als alle moderne technologie ervan afhangt. Transistoren, lasers, MRI-scanners en dergelijke; het zijn stuk voor stuk toepassingen van de kwantumfysica en meer bepaald van het feit dat kwantumdeeltjes een golfkarakter hebben (wat tot de technische term ‘superpositie’ leidt).

Volgens de kwantumfysica is elk deeltje gedelokaliseerd. Het zit niet eenduidig hier of daar, neen, het is als het ware ‘uitgesmeerd’ waardoor het zich op verschillende plaatsen tegelijk bevindt. Er is zelfs een formule, genaamd naar de Franse prins en natuurkundige Louis de Broglie (1892-1987), die weergeeft hoeveel dat deeltje nu precies is uitgesmeerd. Deze ‘De Broglie-golflengte’ staat voor een ontzettend klein getal (met 22 nullen na de komma!), gedeeld door m.T , de vierkantswortel van de massa van het deeltje maal haar temperatuur, allemaal uitgedrukt in standaard eenheden, oftewel: 0.00000000000000000000017/m.T. Maar dat terzijde. 

Wat ons hier aanbelangt, is dat deze golflengte kleiner wordt naarmate de massa van het object en/of de temperatuur toenemen. Laten we als voorbeeld een elektron in een metaal nemen. De golflengte van dit elektron is veel groter dan de afstand tussen de afzonderlijke elektronen. Hierdoor gaan de golfjes van de verschillende elektronen elkaar heel sterk overlappen, ergo: een sterke invloed uitoefenen op elkaar. Dit verklaart waarom we, als we het gedrag van deze elektronen willen begrijpen, niet om de kwantumfysica heen kunnen. Zonder kwantum blijft dit een gesloten boek. 

Nemen we nu een object dat een grote massa heeft. Een voetbal, bijvoorbeeld. De De Broglie-golflengte van een voetbal bedraagt 0.000000000000000000000001 meter (met 23 nullen na de komma!). Deze afstand, die nog miljarden keer kleiner is dan de grootte van de kern van een atoom, is niet zichtbaar, zelfs niet onder de beste microscoop. Wat we hiermee willen aantonen is dat er, om het traject van een voetbal te beschrijven, helemaal geen kwantumfysica nodig is. Waarom niet? Omdat de kwantumfysica dicteert dat als de afstand tussen twee objecten (veel) groter is dan hun respectievelijke De Broglie-golflengte, de kwantumfysica dan niet aan de orde is, vermits de golfjes elkaar niet overlappen. Het is allemaal een kwestie van proporties. In principe zou je de kwantumfysica wel kunnen gebruiken voor de beschrijving van het traject die een voetbal aflegt nadat je er eens stevig op trapte, maar de kwantummechanische effecten zullen nooit zichtbaar worden.

Verstrengeling

Wie kwantumfysica zegt, denkt doorgaans aan nog een andere bizarre eigenschap: verstrengeling. Als je twee deeltjes heel sterk met elkaar laat interageren (dat kan enkel door ze dichter bij elkaar te brengen dan hun respectievelijke De Broglie-golflengte) dan zullen ze, eens ze weer uit elkaar werden gehaald, verstrengeld blijven. Deze verstrengeling leidt tot het fascinerende gevolg dat een meting op één van de deeltjes een ogenblikkelijk effect heeft op het andere deeltje. Einstein hechtte trouwens weinig geloof aan deze ‘spooky action at a distance’ (spookachtige werking op afstand), maar hij bleek ongelijk te hebben.

Deze verstrengelde toestand kan echter niet gebruikt worden om informatie te versturen. De resultaten van een meting op verstengelde deeltjes zijn misschien wel gecorreleerd, ze zijn en blijven altijd volledig willekeurig, wat maakt dat de uitkomst van de metingen in geen enkel geval kan worden beïnvloed. Zoals verwacht, kunnen we deze correlaties niet zomaar observeren als waren het diertjes in de zoo. Dat kan enkel onder heel strikte voorwaarden. De voornaamste voorwaarde is dat de twee verstrengelde deeltjes zowel tijdens de scheiding als tijdens de hele duur van de meting perfect geïsoleerd moeten zijn van hun omgeving. En dat is geen sinecure: bij het minste beetje licht dat invalt op de atomen raakt de verstrengeling helemaal overstuur. In technisch jargon heet dat ‘decoherentie’, en het is de grootste lastpost wanneer we de kwantumfysische effecten in de praktijk willen observeren op macroscopisch niveau. Diezelfde praktijk wees ook uit dat het (vooralsnog) enkel mogelijk is om verstrengelingen te creëren met microscopisch kleine objecten van enkele atomen groot – die, opnieuw, nog altijd miljarden keer kleiner zijn dan ‘grotere’ objecten, te beginnen met de neuronen in onze hersenen.

Ineenstorting

Een laatste mysterieuze kwantumeffect dat we in deze context niet onbesproken mogen laten, is de ineenstorting of collapse van de golffunctie. De golftoestand, met stip hét centrale studie-object in de kwantumfysica, stort in elkaar wanneer de superpositie en/of de verstrengeling gebroken wordt doordat het kwantumsysteem ergens geïnterageerd heeft met een meetinstrument of met de omgeving (zie ‘decoherentie’). Het klopt dat een meting de toestand van een kwantumsysteem beïnvloedt; de observator staat niet zomaar buiten het experiment, hij maakt er integraal deel vanuit. Alleen is het effect dat de observator daarmee bereikt ook hier weer volledig onderhevig aan de willekeur; hij kan onmogelijk een invloed uitoefenen op de uitkomst van een experiment. De kwantumfysica doet dus niets anders dan voorspellen wat de kans is dat een experiment deze of gene uitkomst zal opleveren; ze verschaft geen zekerheden.

Inmiddels is Anouk, die deze kwantummechanische effecten heel herkenbaar heeft gevonden, tot de slotsom gekomen dat bovenstaande puntjes de gezochte wetenschappelijke basis verschaffen voor de paranormale verschijnselen waarin zij stellig gelooft. En gelijk heeft ze. De overeenkomsten zijn, dat geven wij grif toe, bijzonder treffend. 

Tal van fenomenen waarvan we de neiging hebben om ze als onverklaarbaar te bestempelen, vinden op de een of andere manier toch aansluiting bij de niet-lokale correlaties uit de kwantumfysica (het feit dat een meting op het ene deeltje een instantaan effect heeft op het andere verstrengelde deeltje, hoe groot de afstand tussen beide deeltjes ook is) of bij het feit dat alles bestaat uit golven. Denk aan twee mensen die op hetzelfde moment exact hetzelfde denken. Of het feit dat de aanwezigheid van één persoon de sfeer van een heel feestje kan beïnvloeden. Of de idee dat mensen positieve en negatieve energie zouden uitstralen. Er vallen trouwens veel parallellen te trekken tussen het kwantumverhaal en het Hindoeïsme en Boeddhisme. Energie, vacuümfluctuaties, de interactie tussen observator en experiment, het geloof dat iedereen en alles verstrengeld is met elkaar, het komt allemaal uitgebreid aan bod in de oude geschriften. Is dit toeval? Of zit er meer achter? Anderzijds, het is niet omdat er gelijkenissen bestaan met de kwantumwereld, dat er ook een wezenlijk verband is. Correlatie of causatie; het eeuwige dilemma ...

Franse natuurkundige Louis de Broglie kreeg de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor zijn ontdekking van het golfgedrag van het elektron en zijn De Broglie-hypothese © Welcome Images/Harcourt

Klinklare onzin

Natuurlijk gaapt er een enorme kloof tussen de kwantumfysica enerzijds en de paranormale verschijnselen en religie anderzijds. Waar de eerste voorspellingen doet over het gedrag van de materiële wereld, hebben de laatste twee veeleer betrekking op onze gevoelswereld, en die is tot nader orde niet meetbaar. De kwantumfysica is dat wél. Precies deze meetbaarheid maakt het mogelijk om ‘uit te rekenen’ of de intuïtie van Anouk klopt. Wat is de kans dat de hersenen van twee mensen verbonden zijn via verstrengelde kwantumdeeltjes, hetgeen zou  leiden tot paranormale verschijnselen? Of, anders gesteld: wat is de kans dat onze hersenen niét onderhevig zijn aan decoherentie? Hoe groot is de kans op genezing louter op basis van langdurig, intens oogcontact? Het punt is: de neuronen die bepalend zijn voor onze gevoelswereld zijn macroscopisch klein, ze zijn nog net zichtbaar onder de microsc     oop, in tegenstelling tot de eerder aangehaalde en onmogelijk zichtbare kwantumeffecten. Natuurlijk bestaan neuronen in essentie ook uit kwantumdeeltjes, maar deze staan helemaal los van de manier waarop die neuronen informatie uitwisselen en opslaan. Het is, wederom, allemaal een kwestie van proporties. 

Ter vergelijking: de kans dat een neuron uit mijn brein verstrengeld is met een neuron uit jouw brein, is nog kleiner dan de kans dat er zich plots een ijsblokje gaat vormen in een glas water op kamertemperatuur. Die kans is dus niet nihil, maar lachwekkend onbestaande. Het grote aantal nulletjes in de formule van prins De Broglie zijn ervoor verantwoordelijk dat we deze kwantumeffecten onmogelijk kunnen zien in het dagelijkse leven. Als ik vannacht toevallig dezelfde droom had als mijn beste vriend, dan is dat niet de verdienste van de kwantumfysica. De verklaring is dat wij als mens nu eenmaal slechts een heel beperkt aantal dromen kunnen dromen, wat de kans vergroot dat er af en toe een overlap plaatsvindt. Het idee dat de wereld één grote verstrengeling zou zijn, is in flagrante tegenspraak met de decoherentie die overal om ons heen plaatsvindt. 

En zelfs al waren onze neuronen wél verstrengeld, al was het maar een klein beetje, dan nog zou het volstrekt onmogelijk zijn om verstrengelingsgewijs informatie uit te wisselen met elkaar, gezien de volledige willekeur die de correlaties kenmerkt en waardoor er absoluut geen informatie kan verzonden worden. Dus hoezeer we het Anouk ook gunnen, kwantumfysica is niet verstrengeld met telepathie. Net zomin als er een verband zou bestaan tussen ‘*quantum healing*’ (of kwamtumgenezing, de populaire genezingstechniek van pleitbezorger Deepak Chopra) en de kwantumfysica, of tussen ‘onze zogenaamde geest en de biologie van ons lichaam’. Het is een mooie metafoor, dat wel.

Frank Verstraete is natuurkundige en verricht onderzoek op vlak van kwantummechanica. 

Céline Broeckaert is theatermaakster, schrijfster en impactproducente die vooral bekend is om delicate en moeilijke thema’s bespreekbaar te maken.