In een kubistisch schilderij is de werkelijkheid meer dan een enkel perspectief kan vangen. wikipedia, CC BY-SA
Wat leert de kwantummechanica, de meest succesvolle theorie die ooit door de natuurkunde is voorgesteld, ons over de werkelijkheid? Het uitgangspunt voor de meeste natuurfilosofen is dat de kwantummechanica op de een of andere manier een beschrijving moet geven van de wereld zoals die is, onafhankelijk van ons, de gebruikers van de theorie.
Dit heeft geleid tot een groot aantal onverenigbare wereldbeelden. Sommigen geloven dat de implicatie van kwantummechanica is dat er parallelle werelden zijn zoals in het Marvel Comic universum; sommigen geloven dat het signalen impliceert die sneller reizen dan het licht, in tegenspraak met alles wat Einstein ons geleerd heeft. Sommigen zeggen dat de toekomst het verleden beïnvloedt.
Volgens het QBisme, een benadering ontwikkeld door Christopher Fuchs en mij, is de grote les van de kwantummechanica dat het gebruikelijke uitgangspunt van de filosofen gewoon verkeerd is. De kwantummechanica beschrijft op zichzelf niet de werkelijkheid zoals die is. In plaats daarvan is het een hulpmiddel dat agenten in de wereld helpt wanneer zij overwegen acties te ondernemen op delen ervan die buiten henzelf liggen.
Bij dit artikel hoort een podcastserie genaamd Great Mysteries of Physics, waarin de grootste mysteries waar natuurkundigen vandaag de dag mee te maken hebben aan het licht komen – en de radicale voorstellen om ze op te lossen worden besproken.
Het gebruik van het woord “agent” in plaats van het bekende “waarnemer” benadrukt dat kwantummechanica gaat over acties die deelnemen aan het creëren van de werkelijkheid, in plaats van waarnemingen van een werkelijkheid die onafhankelijk van de agent bestaat.
Het QBisme en zijn homofoon, de kunstbeweging kubisme, delen het inzicht dat de werkelijkheid meer is dan wat het perspectief van een enkele agent kan vastleggen. Maar, in tegenstelling tot de kunstbeweging, probeert het QBisme de werkelijkheid niet weer te geven. Het probeert niet de verschillende perspectieven samen te brengen in één “derde persoon”. Het QBisme is fundamenteel anti-representatief en eerste persoon.
De vrije wil redden
Dit plaatst het QBisme in directe tegenspraak met de twee pijlers van de 19e-eeuwse opvatting van een mechanistisch universum. De ene is dat de natuur beheerst wordt door natuurkundige wetten, zoals een mechanisch stuk speelgoed beheerst wordt door zijn mechanisme. De andere is dat het in principe mogelijk is om een objectieve kijk op het universum te hebben van buitenaf – vanuit het oog van God of de derde persoon.
Deze mechanistische visie is nog steeds dominant onder 21e-eeuwse wetenschappers. Zo schrijven Stephen Hawking en Leonard Mlodinow in hun boek The Grand Design uit 2010: “Het is moeilijk voor te stellen hoe de vrije wil kan werken als ons gedrag wordt bepaald door natuurkundige wetten, dus het lijkt erop dat we niet meer zijn dan biologische machines en dat de vrije wil slechts een illusie is.”
De QBistische visie is daarentegen die van een onvoltooid universum, van een wereld die echte vrijheid toelaat, een wereld waarin agenten ertoe doen en deelnemen aan het maken van de werkelijkheid.
Een belangrijk aspect van de kwantummechanica is willekeur. In plaats van vaste voorspellingen te doen, houdt de kwantummechanica zich bezig met de waarschijnlijkheid van potentiële meetresultaten. De natuurkundige Ed Jaynes heeft beroemd gezegd dat om de kwantummechanica te begrijpen, men eerst de waarschijnlijkheid moet begrijpen.
Frank Ramsey, een van de grondleggers van de personalistische Bayesiaanse benadering.
wikipedia, CC BY-SA
In deze geest is het uitgangspunt van QBism de personalistische Bayesiaanse benadering van waarschijnlijkheid (oorspronkelijk een methode voor statistische inferentie en nu een volwaardige theorie van besluitvorming onder onzekerheid). In deze benadering zijn waarschijnlijkheden de persoonlijke graden van overtuiging van een agent.
Dus eerder dan de statistieken van een of ander experiment te beschrijven, geven waarschijnlijkheden een leidraad voor agenten over hoe zij moeten handelen. Met andere woorden, waarschijnlijkheden zijn niet beschrijvend maar “normatief” – analoog aan een handleiding. Het blijkt dat de standaard waarschijnlijkheidsregels kunnen worden afgeleid uit het (normatieve) principe dat iemands waarschijnlijkheden op een zodanige manier in elkaar moeten passen dat er geen zeker verlies optreedt bij het nemen van beslissingen.
Het grote inzicht van QBism was dat de kansen die in de kwantummechanica voorkomen niet anders zijn. Zij zijn niet, zoals in de standaardopvatting, vastgesteld door fysische wetten, maar drukken de persoonlijke graden van geloof van een agent uit over de gevolgen van meetacties die de agent overweegt.
In het QBisme is de rol van de kwantumwetten het verschaffen van extra normatieve principes over hoe de waarschijnlijkheden van een agent in elkaar moeten passen. In plaats van een beschrijving van de wereld te geven, zijn de regels van de kwantummechanica een aanvulling op de standaard waarschijnlijkheidsregels; op de klassieke (niet-kwantum) beslissingstheorie. Zij helpen natuurkundigen bij beslissingen als hoe een kwantumcomputer moet worden ontworpen om de kans op fouten zo klein mogelijk te maken, of welke atomen in een atoomklok moeten worden gebruikt om de precisie van tijdmetingen te vergroten.
Metingen zijn handelingen
Net als “waarnemer” kan de term “meting” misleidend zijn, omdat het een reeds bestaande eigenschap suggereert die door de meting wordt onthuld. In plaats daarvan moet een meting worden gezien als een actie die een agent onderneemt om een reactie aan de wereld te ontlokken. Een meting is een scheppingsdaad die iets geheel nieuws in de wereld brengt, een resultaat dat gedeeld wordt tussen de agent en de externe wereld van de agent.
Kwantummechanica wordt vaak afgeschilderd als “raar” en moeilijk, of zelfs onmogelijk, om te begrijpen. In feite is de vreemdheid van de kwantummechanica een artefact van het verkeerd bekijken ervan. Zodra de twee belangrijkste QBistische inzichten – dat de kwantumregels richtlijnen zijn voor actie en dat metingen geen reeds bestaande eigenschappen onthullen – worden overgenomen, verdwijnen alle kwantumparadoxen.
Neem bijvoorbeeld de kat van Schrödinger. In de gebruikelijke formulering wordt het onfortuinlijke dier beschreven door een “kwantumtoestand” die wordt beschouwd als een deel van de werkelijkheid en die impliceert dat de kat noch dood noch levend is.
De QBist daarentegen beschouwt de kwantumtoestand niet als een deel van de werkelijkheid. De kwantumtoestand die een QBist agent zou kunnen toekennen heeft geen invloed op de vraag of de kat levend of dood is. Het enige wat het uitdrukt zijn de verwachtingen van de agent betreffende de gevolgen van mogelijke acties die hij op de kat zou kunnen ondernemen. In tegenstelling tot de meeste interpretaties van de kwantummechanica respecteert het QBisme de fundamentele autonomie van de kat.
Of neem kwantum teleportatie. Volgens een gebruikelijke manier om deze operatie voor te stellen, verdwijnt de kwantumtoestand van een deeltje, wederom beschouwd als een deel van de werkelijkheid, op de ene plaats (A) en verschijnt op mysterieuze wijze weer op een andere plaats (B) – letterlijk zoals in een transporter in de science fiction Star Trek.
letterlijk zoals in een transporter in de Star Trek science fiction serie.
Voor een QBist wordt echter niets werkelijks getransporteerd van A naar B. Het enige dat gebeurt bij quantum teleportatie is dat de overtuiging van een agent over het deeltje in A, na de operatie, de overtuiging wordt van dezelfde agent over een deeltje in B. De quantumtoestand waarin de overtuiging van de agent over het deeltje in A aanvankelijk tot uitdrukking komt, is mathematisch identiek aan de quantumtoestand waarin de overtuiging van diezelfde agent over het deeltje in B na de operatie tot uitdrukking komt. Kwantumteleportatie is een krachtig instrument dat wordt gebruikt in toepassingen zoals kwantumrekenen, maar in het QBisme is er niets contra-intuïtiefs of raars aan.
Het QBisme is een lopend project. Het beschrijft duidelijk de betekenis van alle wiskundige objecten in de theorie en is dus een volledig ontwikkelde interpretatie van de kwantummechanica. Toch is het QBisme ook een programma voor de ontwikkeling van nieuwe fysica en heeft het al diepe inzichten opgeleverd, ook al is het nog werk in uitvoering.
Het QBisme heeft ook geleid tot een vruchtbare dialoog met de verwante filosofische denkscholen van het pragmatisme en de fenomenologie. Haar visie op de wereld is er een waarin agenten echte vrijheid bezitten en elkaars autonomie respecteren. Ik denk graag dat dit is wat de kwantummechanica ons al die tijd heeft proberen te vertellen over de werkelijkheid.
Ruediger Schack ontvangt financiering van de John Templeton Foundation.