Het consensus probleem in de kwantumfysica

Is de werkelijkheid die wij ervaren een objectief feit? Kan het zijn dat ik een andere werkelijkheid ervaar dan mijn vrienden? Wie heeft er gelijk? Of allemaal? Denk eens aan tegenstrijdige getuigenverklaringen, iets dat regelmatig voorkomt in processen. Was die auto nu rood of blauw?

Wigners’s Friend

Een van de problemen bij de interpretatie van de kwantumfysica is het consensusprobleem. Nobelprijswinnaar Eugene Wigner heeft daar al op gewezen met zijn gedachte-experiment Wigner’s Friend.

In het gedachte-experiment van Wigner bevindt een persoon die we de vriend van Wigner zullen noemen, zich in een laboratorium. De vriend meet de toestand van een deeltje dat zich in een superpositie van twee toestanden bevindt, zeg 0 en 1. De meting laat de kwantumtoestand van het deeltje tot 0 of 1 instorten, de kwantumcollaps, en het resultaat wordt geregistreerd door de vriend.

Wigner staat zelf buiten het lab. Vanuit zijn perspectief blijven het laboratorium en zijn vriend – ervan uitgaande dat ze volledig geïsoleerd zijn van alle omgevingsinvloeden – kwantummechanisch samen evolueren. De kwantummechanica doet immers geen uitspraken over de grootte van het systeem waarop de theorie van toepassing is. In principe is het van toepassing op elementaire deeltjes, op de zon en de maan, en op mensen.

Als de kwantummechanica universeel toepasbaar is, betoogde Wigner, dan zijn zowel het deeltje als de vriend van Wigner nu verstrengeld en in een kwantumsuperpositie, hoewel de meting van de vriend ogenschijnlijk de superpositie van het deeltje al heeft doen instorten.

Wigner was oorspronkelijk van oordeel dat het bewustzijn van de waarnemer een belangrijke rol speelde in de kwantumcollaps, maar vanwege dit gedachte-experiment en de tegenstrijdigheden die dit opleverde is hij daarvan teruggekomen. De consensus die waarnemers over de waargenomen werkelijkheid hebben is hier namelijk verbroken. Iedere waarnemer neemt zijn eigen werkelijkheid waar. Voor Wigner was dit blijkbaar voldoende onaanvaardbaar om van zijn idee dat het bewustzijn van de waarnemer een rol speelde af te zien.

Alternatieve realiteiten?

Net als bij het theorema van Bell, dat een uitspraak kan doen over de geldigheid van de aanname dat de werkelijkheid permanent is en geregeerd wordt door de relativiteitswetten – de zogenaamde lokale verborgen variabelen hypothese – hebben onderzoekers van het  Center for Quantum Dynamics at Griffith University in Australia geconcludeerd dat het Wigner’s Friend experiment de mogelijkheid biedt om antwoord te geven op de vraag of kwantum manifestaties de – voor iedereen waarneembare en dezelfde – objectieve werkelijkheid zijn. Als dat niet zo blijkt te zijn, dan beleeft elke waarnemer zijn eigen alternatieve feiten, zoals blijkbaar Kellyanne Conway gelooft. Dan leeft Trump ook in zijn eigen alternatieve werkelijkheid waarin hij inderdaad van zijn rechtmatige meerderheid van stemmen is beroofd.

Alternative facts are real?

Eerlijk gezegd is dit experiment al uitgevoerd in 2019. Zie figuur. De dozen stellen het laboratorium voor met Wigner’s friend. Wigner staat naast de doos. Hierbij zijn wel de menselijke waarnemers vervangen door zogenaamde photonic memories. De onderzoekers zeggen zelf:

One might further be tempted to deny our photonic memories the status of “observer.” This, however, would require a convincing revision of our minimal definition of what qualifies as an observer, which typically comes at the cost of introducing new physics that is not described by standard quantum theory.

In dit Wigner’s Friend experiment werd, net als bij een Bell test, gekeken of er een ongelijkheid geschonden zou worden, de zogenaamde Clause-Horne-Shimony-Holt ongelijkheid. Voor de volledigheid:

S =〈A1B1〉+〈A1B0〉+〈A0B1〉-〈A0B0〉≤ 2

A0, A1, B0 en B1 zijn de resultaten van de metingen van de twee onafhankelijke onderzoekers, zeg Alice en Bob.

Er zijn drie voorwaarden voor deze ongelijkheid – V, L en O:

  • Vrije keus: Alice en Bob kunnen vrij kiezen wat ze zullen meten.
  • Localiteit: De keuzes van Alice en Bob beïnvloeden elkaars uitkomsten niet.
  • Waarnemer Onafhankelijke Feiten: Alle waarnemers kunnen hun uitkomsten met elkaar overeenstemmen.

Als deze ongelijkheid geschonden wordt dan is minstens één van bovenstaande aannamen over de werkelijkheid niet waar.

De ongelijkheid werd geschonden: S = 2,416 ± 0,075.

In de discussie presenteren de onderzoekers de nodige caveats. Het was niet mogelijk om in deze uitvoering alle mogelijke ‘achterdeurtjes’ (loopholes) te sluiten en, zijn “photonic memories” wel te beschouwen als waarnemers. Maar het resultaat is niettemin intrigerend. Als we het resultaat accepteren en aannemen dat V waar is, dan is het is dus ook waar dat er:

  • of geen waarnemer onafhankelijke feiten bestaan
  • of dat onze keuzes elkaars waarnemingen beïnvloeden.

Nu maar wachten op de resultaten van de Griffith University in Australië.

Als u mijn oplossing zou willen weten: Er is maar een bewustzijn. En daar zijn wij allemaal fragmenten van. Maar dan roept de uitslag van dit experiment nog steeds de vraag op of de fragmenten verschillende werkelijkheden kunnen waarnemen.

Ir. Paul J. van Leeuwen MSc studeerde af in de technische natuurkunde in 1974 aan de TU Delft. Kwantumfysica was nog geen onderdeel van zijn curriculum toen. Hij behaalde in 1993 een master of science in kennistechnologie bij het CIBIT verbonden aan de Utrechtse universiteit. Veel later in zijn carrière ontdekte hij de kwantumfysica en haar connectie met informatie en bewustzijn. Na zijn pensionering startte hij postacademische cursussen in kwantumfysica, informatie en bewustzijn. De inhoud van zijn cursussen is samengevat in zijn boek 'Kwantumfysica, informatie en bewustzijn'. Dit boek is ook in het Engels gepubliceerd onder de titel: 'Quantum Physics is NOT Weird'.

2 antwoorden op “Het consensus probleem in de kwantumfysica”

Geef een reactie

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