Negen hypotheses aangaande het meetprobleem

Het meetprobleem is al geconstateerd in de eerste helft van de 20e eeuw. De vraag is hoe en waarom er een einde komt aan de kwantumtoestandsgolf die in feite een waarschijnlijkheidsverdeling is. Waarschijnlijkheden zijn niet-fysiek en hebben dus meer het karakter van een gedachte. Ondanks alle discussie is er nog steeds geen consensus tussen de fysici over de juiste interpretatie. Daarom een kort overzicht van de meest gangbare hypotheses die elk hun eigen clubje aanhangers hebben. De hypotheses 1 t/m 5 plus 7 trachten allemaal het objectieve materiële beeld van het universum te redden. Hypothese 6 is sterk geïnspireerd door virtuele computertechniek. De laatste 2 introduceren het niet-fysieke bewustzijn van de waarnemer als verklaring. Voor de aanwijzingen dat het bewustzijn niet genegeerd mag worden kijk hier. De volgorde waarin de hypotheses hier gerepresenteerd worden is geen indicatie voor de mate van acceptatie binnen de fysici.

1: Kopenhagen interpretatie van Niels Bohr en Werner Heisenberg

De kwantumtoestandsgolf is niet-fysiek. Deze toestandsgolf stort in door een meetinstrument dat voldoende groot is.
Kritiek: Voldoende groot is niet nader gespecificeerd. De dubbelspleet is zelf ook een meetinstrument dat zeer groot is ten opzichte van het kwantumobject maar veroorzaakt niet het einde ervan want dan zouden we geen interferentie zien. Verder is elk meetsysteem altijd verbonden met de rest van de wereld.

2: Decoherentie

De onrust van het meetapparaat doet de toestandsgolf zodanig instorten dat er maar een van al die mogelijkheden overblijft en die wordt dan het gemeten object. Dit is de reden dat Qubits, de onderdelen van kwantumcomputers, afgekoeld worden tot dichtbij het absolute nulpunt en uiterst trillingvrij worden gemonteerd.
Kritiek: Hetzelfde bezwaar als bij de Kopenhagen interpretatie.

3: Verborgen variabelen

De kwantummechanica zou incompleet zijn. Men gaat er dan van uit dat het kwantumobject altijd reëeel bestaat maar dat we de variabelen die zijn traject exact zouden beschrijven nog niet kennen.
Kritiek: De Bell-tests hebben steeds weer uitgewezen dat er minstens sneller-dan-licht communicatie moet optreden tussen de fysieke kwantumobjecten. Dat is in regelrecht conflict met de relativiteitswetten van Einstein. Verder is de aard van die veronderstelde communicatie tussen kwantumobjecten nog totaal onbekend. Dat de kwantummechanica incompleet zou zijn is ook merkwaardig gezien het eclatante succes ervan.

4: Multiversa

Alles wat mogelijk is gebeurt ook. Op die manier zijn we van die kansgolf af die bij meting instort tot één object. Bij elke mogelijke uitkomst van een gebeurtenis, en dat kan het verval zijn van één enkel radioactief atoom, splitst het fysieke universum zich in meerdere fysieke universa die elk een andere mogelijke uitkomst bevatten. Een populaire maar nogal anthropocentrische variant daarvan is dat die afsplitsing alleen gebeurt bij elke beslissing van ons, bijvoorbeeld wel of niet die aankoop doen.
Kritiek: De hypothese is noch experimenteel te bewijzen noch te falsifiëren. Uitgaande van: 1/ de door Seth Loyd geschatte informatieinhoud van het universum, 10E90 bits, dat is een 1 met 90 nullen en 2/ de kleinste eenheid van tijd, de Plancktijd, van 5,4 x 10E-43 seconden kom ik op een onwaarschijnlijk aantal afgesplitste universa per seconde. Verder zijn de recente bevindingen in de kwantumbiologie, de nog onverklaarde efficiency van de kwantumverschijnselen in planten dieren, een sterk argument tegen deze afsplitsingen. Zie elders op deze site: Multiversa en kwantumbiologie.

5: Superselectie

Bij superselectie wordt verondersteld dat superposities van macroscopisch verschillende toestanden niet optreden net zoals de natuur superposities van verschillende ladingen niet toestaat. Een superpositie van de kwantumtoestand van het kwantumdeeltje met de kwantumtoestand van het macroscopisch meetinstrument zou de natuur dan niet toestaan.
Kritiek: Dat de natuur iets niet toestaat is geen verklaring van het betreffende fenomeen maar een verklaring van niet-begrijpen. Hier lijkt de werking van de natuur beschouwd als een bij voorbaat afgesloten doos.

6: De Matrix

We zijn ingelogd in een digitale virtual reality wereld gesimuleerd in een kosmische computer. De natuurwetten zijn niets anders dan de regels van de software. Die computer bevindt zich dan wel buiten het fysieke universum, het is dus een metafysische computer. Uitloggen is doodgaan. Deze hypothese verklaart wel het digitale karakter van de kwantumverschijnselen.
Kritiek: Het is onduidelijk hoe wij inloggen. Verder verplaatst dit alleen de vraag naar de aard van de werkelijkheid naar de aard van metafysische werkelijkheid waarin die computer bestaat.

7: Spontane ineenstorting

De Schrödingervergelijking waaruit de kwantumgolf resulteert wordt aangepast met een nieuwe natuurconstante zodat elk fysisch systeem spontaan een sprongetje maakt waardoor de kwantumcollaps optreedt. Hoe groter het systeem, hoe sneller de collaps. Dat is wel iets wat met experimenten met meetinstrumenten van oplopend formaat bepaald zou moeten kunnen worden. Daarom lijkt deze hypothese falsifieerbaar.
Kritiek: Geen enkel systeem bestaat afzonderlijk van de rest van de wereld. Een meetinstrument hangt niet geïsoleerd in het luchtledige maar zit vast aan de laboratoriumtafel, aan de vloer, aan het gebouw, etc.

8: Geen ineenstorting

Het universum is één grote verstrengelde kwantumgolf die nooit ineenstort. Het universum is daarmee één groot netwerk van alle mogelijkheden waarin elke waarnemer een mogelijk traject aflegt en aldus zijn eigen historie vastlegt. Dit lijkt op de multiversum hypothese maar het grote verschil is dat daarbij al die splitsende universa een fysiek materieel bestaan hebben. Hierbij is er juist geen fysieke werkelijkheid en alleen maar waarnemend bewustzijn en een niet-fysieke kansgolf.
Kritiek: Het is onduidelijk hoe de interactie van het bewustzijn van de waarnemer met die universumkwantumgolf plaatsvindt. Verder is het een probleem hoe twee waarnemers het met elkaar eens kunnen worden over hun waarnemingen. Zie Eugene Wigner.

9: Projectiepostulaat van John von Neumann

Ook meetinstrumenten moeten voldoen aan de kwantummechanische wetten, aangezien ze samengesteld zijn uit kwantumobjecten, elektronen, protonen, neutronen, fotonen, etc. Dat betekent dat het meetinstrument na de fysieke meting nog steeds in de kwantumgolftoestand verkeert. Het raakt verstrengeld met kwantumobject. De menselijke waarnemer is de laatste in die keten van kwantumtoestanden maar aangezien de mens ook uiteindelijk weer bestaat uit kwantumobjecten, kan zijn fysieke lichaam ook niet de kwantumcollaps veroorzaken. Feitelijk kan niets dat zich in het fysieke materiele domein bevindt, dat doen en daarom heeft de kwantumcollaps een niet-fysieke oorzaak. En dat kan alleen het niet-fysieke bewustzijn zijn.
Kritiek: Twee voorwerpen die niet-rood zijn hebben niet noodzakelijk dezelfde kleur. De niet-fysieke oorzaak van de kwantumcollaps is net zo niet noodzakelijk gekoppeld aan het niet-fysiek veronderstelde bewustzijn. Het is überhaupt de vraag of iets niet-fysieks kan inwerken op het fysieke aangezien het niet-fysieke dan fysieke componenten moet bezitten. Tenslotte duikt hier ook weer het probleem van meerdere waarnemers op. Zie Eugene Wigner.

Lees op Quanta Magazine over een – nog niet uitgevoerd – experiment dat duidelijkheid zou moeten gaan geven over de verschillende hypotheses.

Kortom, zoveel hoofden, zoveel zinnen. Al deze interpretaties ‘leven’ nog. Het is dus nog steeds niet bevredigend opgelost. Ondanks al die verschillende interpretaties is de kwantummechanica de meest succesvolle fysische theorie als je succes beoordeelt op grond van haar ongeëvenaard accurate voorspellingen. Je kunt dit probleem daarom negeren in je laboratorium. Maar filosofisch gezien is het meetprobleem  beslist een uiterst belangrijk vraagstuk, namelijk over de aard van de werkelijkheid. We kunnen proberen om een hypothese te formuleren die alle verschijnselen bevat en verklaart. Daarvoor dienen we wel een strakke set uitgangspunten te formuleren.