Covariance was a collaboration between artist Lyndall Phelps (lyndallphels.com) and particle physicist Dr Ben Still Commissioned by the Institute of Physics, London Photography Richard Davies

Weten is meten

Het zou mij niet verwonderen als de kreet 'alternative facts' de ondertitel wordt voor de annalen van het boekjaar 2017. Aanvankelijk klinkt het begrip als een oxymoron. Een alternatief feit overstijgt met verve het niveau van 'met zonder jas' en laat 'gematigd extremisme' keurig links liggen. Een feit impliceert per slot van rekening dat de oorzaak-gevolg relatie eenduidig is, een alternatief is in die zin uitgesloten. Niettemin stel ik dat een alternatief feit minder stupide is dan wij veronderstellen. Wat volgt is geen handreiking aan Donald Trump, maar een bespiegeling over de constructie van een alternatief feit.

Hoe komt een feit tot stand? Feiten zijn gebaseerd op kennis en de mens vervaardigt kennis door middel van metingen. Wij zijn veroordeeld tot de empirie, of we het nu willen of niet, wij zijn allen inductiemachines. Meten is immers gelijk aan weten en zelfs in het dagelijks leven experimenteren wij er flink op los. Wellicht was u er niet van op de hoogte, maar een doodgewone boom bekleedt naast haar taak als zuurstofgenerator ook de functie van meetapparaat. Ziet u de takken van de boom bewegen, dan weet u, de waarnemer, in ieder geval dat het niet windstil is. Toch gaat achter de simpel ogende uitspraak 'meten is weten' meer schuil dan wij misschien zouden willen. Wat is een 'meting' precies?

Hoe komt een feit tot stand?

In de klassieke natuurkunde wordt een meting beschouwd als een normale fysische wisselwerking. Aan de fysische wisselwerking tussen de takken van de boom, de wind en u, is niets vreemds op te merken. Maar in de quantummechanika kent het begrip meting een controversiële inhoud: een meting kan niet begrepen worden als klassieke fysische interactie tussen object-systeem (wind), meetapparaat (boom) en waarnemer (u). Een meting heeft in de quantummechanika een speciale status. Dit vloeit voort uit de wiskunde achter de Schrödingervergelijking, de fundamentele relatie binnen deze tak van de natuurkunde.

In simpele termen beschrijft de Schrödingervergelijking de toestand van een fysisch systeem in termen van een superpositie. Een superpositie is een toestand van een fysisch systeem die tenminste twee gelijksoortige natuurkundige grootheden bevat. In het geval van de boom als windmeter zou dit bijvoorbeeld neerkomen op een samenvoeging van de toestanden 'het waait' + 'het is windstil'. Maar, als we de boom aanschouwen, dan zien we toch echt maar één meetresultaat, namelijk: 'het waait' of 'het is windstil'. Zo levert de quantummechanika dus geen eenduidig meetresultaat af, wat zou betekenen dat het een incomplete theorie is.

Dit probleem wordt het meetprobleem genoemd. De Hongaarse mathematische fysicus John Von Neumann poogde in 1932 (en later in 1955) de quantummechanika te complementeren middels enkele postulaten. Een postulaat is een stelling die volgens de strikte normen van een wetenschap niet bewezen kan worden, maar die niettemin moet worden aangenomen omdat er anders ongewenste gaten vallen in een theorie of filosofisch systeem. Volgens Von Neumann kon het meetprobleem verholpen worden door beroep te doen op het Projectiepostulaat. Het Projectiepostulaat stelt dat de superpositie, beschreven door de Schrödingervergelijking, bij een meting 'ineenstort', waarna het eenduidige meetresultaat volgt (bijvoorbeeld: 'het waait' of 'het is windstil'). Maar wat is precies de reden van deze abrupte ineenstorting? Von Neumann stelde dat de menselijke geest hier de boosdoener is. Het is in het bijzonder het menselijke bewustzijn van de waarnemer dat op het moment van de meting op telekinetische wijze de ineenstorting veroorzaakt, waaruit het eenduidige meetresultaat volgt.

De theorie van Von Neumann is een empirisch adequate interpretatie van de quantummechanika en is de standaardinterpretatie binnen de natuurkunde geworden. Naast Von Neumann’s theorie zijn er tientallen (empirisch adequate) interpretaties van de quantummechanika, die elk verschillende interpretaties van de realiteit bieden. Maar al met al is er geen consensus over wat meten nu echt is.  Er wordt dus nog steeds druk gewerkt aan een ondubbelzinnige oplossing van het meetprobleem. Buiten kijf staat dat volgens de standaardinterpretatie de objectiviteit van een meting aan autoriteit heeft verloren. Om een feit tot stand te brengen zijn we genoodzaakt te meten, maar hoe kunnen we de objectieve oorzaak-gevolg relatie van een feit tot stand brengen als een meting subjectief is geworden, omdat we niet weten wat meten is? Door deze subjectiviteit ligt een alternatief feit dan al snel op de loer.

Vaak wordt verondersteld dat de quantummechanika enkel gaat over microsystemen. Dat is niet terecht. De reden dat wij quantummechanische effecten op macroscopisch niveau niet waarnemen is een gevolg van de constante van Planck. Deze constante komt voor in de Schrödingervergelijking en heeft een onvoorstelbaar kleine waarde, waardoor de contra-intuïtieve effecten van de quantummechanika enkel  op een minuscule schaal optreden. Omdat quantummechanische effecten op macroscopisch niveau uitblijven, zal een alternatief feit op macroscopisch niveau bij benadering dus echt doorgaan voor flauwekul.

We weten niet wat meten is

Je zou deze afwezigheid van effecten kunnen vergelijken met het verschil tussen de klassieke bewegingswetten en de geavanceerdere relativiteitstheorie. De uitkomsten van beide theorieën zijn bij lage snelheden (bij benadering) identiek. Maar voor zeer hoge snelheden schieten de klassieke bewegingswetten significant tekort ten opzichte van de relativiteitstheorie. Alhoewel er dus omstandigheden zijn waarin beide theorieën adequaat functioneren, is de verklaring van de relativiteitstheorie adequater.

In het geval van 'meten is weten' kan een vergelijkbare conclusie worden getrokken. Onze intuïties over metingen zijn gebaseerd op een verklaring die voor het dagelijks leven misschien als pragmatisch kan worden beschouwd. Maar, in essentie leunen onze intuïties op een foutieve klassieke verklaring. Ons dagelijkse idee over 'meten is weten' schiet tekort: waar we aanvankelijk metingen verrichtten om zo te weten, daar moeten we nu eerst helder weten wat meten is om überhaupt te kunnen meten: 'weten is meten' is daarom treffender. Een alternatief feit, gebaseerd op de inzichten van de quantummechanika, dient op microscopisch niveau wel serieus genomen te worden: op zichzelf genomen is een alternatief feit dus een feit. Gelukkig behoedt de constante van Planck ons voor alternatieve feiten op macroscopisch niveau, dat kunnen we wel gebruiken met Donald Trump aan het roer.

Gerelateerde artikelen
Reacties
Nog geen reacties.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Naar boven