Goede vraag

De energie van de kosmische achtergrondstraling

Bij een cursus van mij over licht & tijd stelde een cursist in de pauze een uitstekende vraag waar ik op dat moment voor mijn eigen idee geen bevredigend antwoord op had. De cursist leek wel tevredengesteld maar de vraag bleef in mijn denkraam rond zoemen als een lastige vlieg in de kamer die de uitgang niet meer kon vinden.

Full-sky image derived from nine years' WMAP data


The Cosmic Microwave Background temperature fluctuations from the 7-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe data seen over the full sky. The image is a mollweide projection of the temperature variations over the celestial sphere.The average temperature is 2.725 Kelvin degrees above absolute zero (absolute zero is equivalent to -273.15 ºC or -459 ºF), and the colors represent the tiny temperature fluctuations, as in a weather map. Red regions are warmer and blue regions are colder by about 0.0002 degrees. This map is the ILC (Internal Linear Combination) map, which attempts to subtract out noise from the galaxy and other sources. The technique is of uncertain reliability, especially on smaller scales [1], so other maps are typically used for detailed scientific analysis.
NASA – http://wmap.gsfc.nasa.gov/media/101080

Voordat ik de vraag beschrijf even het volgende. Het is mijn uitgesproken opinie dat we ons een zich uitbreidende EM golf kunnen voorstellen als een zich met de lichtsnelheid vanaf de lichtbron uitbreidende wolk fotonen waarvan de dichtheid afneemt met de afstand tot de bron in het kwadraat. Maar de energie per foton, zeg ik, neemt niet af met de afstand aangezien de energie van elk individueel foton bepaald wordt door zijn frequentie. Op die manier bezien is de EM-golf van Maxwell een uit die fotonen kwantumwolk emergerend verschijnsel en niet de elektromagnetische golf die doorgaans wordt gebruikt als verklaring van het golfgedrag van licht. Voor meer uitleg, zie elders op deze website bij ‘Wat is licht?‘.

De vraag was naar aanleiding van mijn bovenstaande uitspraak. De achtergrondstraling van het universum, die in 1964 ontdekt werd door Penzias en Wilson en een golflengte heeft van 7,35 cm en een temperatuur van 2,7 K, wordt tegenwoordig gezien als een residu van de oorspronkelijke straling van de Big Bang. Door de uitdijing van het heelal is de oorspronkelijke energie van de fotonen dus enorm afgenomen.  Dat de energie van de fotonen zo is afgenomen is in tegenspraak met de bovenstaande bewering van mij dat bij de uitbreiding van de EM golf de energie van de individuele fotonen niet afneemt. Goede vraag dus.

Roodverschuiving en het uitdijende heelal

Hetzelfde probleem kom je tegen bij de zogenaamde roodverschuiving van het licht van sterrenstelsels die met grote snelheid van ons af bewegen. De fotonen die wij daarvan hier ontvangen, hebben een lagere frequentie gekregen vanwege het zogenaamde Dopplereffect en dat is de manier waarop Edwin Hubble ontdekte dat het universum aan het uitdijen leek te zijn aangezien het licht van sterrenstelsels gemiddeld een grotere roodverschuiving vertoonden naarmate ze verder weg stonden.

Het Dopplereffect

Goede vraag dus. Als fysicus pak ik dat aan door een gedachte-experiment te verzinnen. Ik begin met een raket die van mij weg suist met een snelheid ter grootte van de halve lichtsnelheid. Vanaf de raket wordt met een laser een bundel licht, fotonen dus, teruggezonden die ik kan ontvangen. Laten we zeggen violet licht van een golflengte van 400 nm (750 Thz). Als de laser 1 golf, van 1 golflengte dus, heeft verzonden, dan moet die golf zijn uitgerekt omdat het einde van de golf wordt uitgezonden als de raket alweer met die halve lichtsnelheid een halve golflengte, 200 nm, verder is gevlogen. De golflengte wordt dus 600 nm (geeloranje). Dat betekent inderdaad dat voor mij het foton dat ik ontvang een 3/2 grotere golflengte heeft en dus nog maar 2/3 van de frequentie – 500 Thz – en dus ook van de energie heeft waarmee het vanuit de raket is verzonden! Waar blijft die energie dan? Is dat niet in strijd met energiebehoud?

Relativiteit in het spel?

En dan is er ook nog een relativistisch effect dat we niet mogen vergeten. Als we dat niet doen, de bron statisch nemen en de ontvanger met de halve lichtsnelheid laten wegsnellen is de uitkomst anders. Maar omdat de lichtsnelheid voor alle bewegende systemen hetzelfde is moeten we dat ook in rekening brengen. We kijken naar het gedrag van de klokken. In de wegvliegende raket ‘zie’ ik de klok langzamer tikken, de tijddilatatie. De formule voor die tijddilatatie luidt: T=T0√(1 – v2/c2) waarbij T de tijd in de raket voor de stilstaande waarnemer weergeeft en T0 de tijd voor de stilstaande waarnemer zelf, mijn tijd dus. De verhouding v/c=1/2 dus dat geeft na invullen: T = 0,866 x T0. Dus wanneer er 1 seconde van mij verloopt, dan verloopt or 0,866 seconde in de raket. Niet alleen de klok in de raket zal vanuit mij gezien langzamer tikken ook de laser is van mij uit gezien langzamer en zal wat mij betreft licht van 400/0,866 nm = 462 nm (indigo) uitzenden. De lagere energie van het foton vanwege het dopplereffect dat ik ontvang wordt dus nog een keer met die factor 0,866 verkleind. De golflengte van elk foton dat ik uiteindelijk ontvang wordt dus inclusief dopplereffect (400 x 3/2)/ 0,866 = 693 nm (rood). Dit resultaat krijg ik ook als ik uitgegaan was van een bewegende ontvanger en een stilstaande bron. Voor een uitgebreide uitleg van het relativistische Dopplereffect zie Wikipedia .

Energiebehoud niet geschonden door relativistisch effect

Nu dus de vraag of bij die relativistische afname van de frequentie ook energiebehoud wordt geschonden. Maar bij nauwkeuriger beschouwing blijkt daar geen energie verloren te gaan. De relativistische frequentieafname is het gevolg van de voor mij als stilstaande waarnemer langzamer lopende tijd in de raket waardoor er per tijdseenheid van mij ook minder energie naar mij verzonden wordt. Van mij uit bekeken wordt er een ‘vertraagd’ foton van 462 nm ( 649 Thz) uitgezonden en eveneens ontvangen (als we nu even het dopplereffect vergeten). Dat dat vanuit de raket anders beleefd wordt, 400 nm – 750 Thz, is slechts een gevolg van het feit dat in de raket het langzamer lopen van de klok niet als zodanig beleefd wordt aangezien daar alles op dezelfde manier langzamer loopt. Het foton verliest dus onderweg geen energie door het relativistisch effect.

Terug dus naar de energie van het individuele foton die weg lijkt te lekken via het niet relativistisch gedeelte van het Dopplereffect. Mijn eerste inschatting zegt me dat energie geen absoluut gegeven is bij systemen die zich met verschillende snelheden ten opzichte van elkaar bewegen. Twee kogels die met dezelfde snelheid naast elkaar voortrazen hebben ten opzichte van elkaar ook geen bewegingsenergie, maar wel ten opzichte van het uiteindelijk geraakte doel. Voor fotonen dus net zo iets. In die richting zoek ik een oplossing.

Is het foton een gesloten systeem qua energiebehoud?

Er nog een nachtje over nagedacht hebbende kom ik tot de volgende conclusie. Behoud van energie geldt alleen voor gesloten systemen. Blijkbaar is een foton geen gesloten systeem. Dat beeld van een gesloten systeem lijkt te ontstaan door het foton te zien als een deeltje dat zich door de ruimte spoedt. Maar een foton is volgens mij eigenlijk niets anders dan een gebeurtenis waarbij op twee systemen een energieverandering plaats vindt. Zolang die systemen niet ten opzichte van elkaar bewegen zal de energieverandering in het ene systeem even groot en tegengesteld zijn aan de energieverandering in het andere. De registratie daarvan is wat wij als het foton zien. Dan lijkt het of dat foton de energiedrager is. Maar zo’n foton mag je dus blijkbaar niet beschouwen als een gesloten systeem waarin de totale energie gelijk blijft.

Ik vermoed dat het te maken heeft met het feit dat het foton, om bij mij met de lichtsnelheid te arriveren, de snelheid waarmee de raket van mij af vliegt moet compenseren. En dat kost energie. Zodra de twee systemen ten opzichte van elkaar bewegen ontstaat er dus een onbalans. Het systeem dat via een foton energie afstaat verbruikt per saldo meer energie bij de verzending dan het ontvangende systeem er energie bij krijgt. Voor het energiebehoud moet je dus naar het totale systeem kijken, zender plus ontvanger. Hoe groter het snelheidsverschil tussen de systemen is hoe groter die onbalans tussen verzonden en ontvangen energie. En dat verklaart de lage energie van de kosmische achtergrondstraling. De bron daarvan, de Big Bang explosie, beweegt zich, voor wat onze door de afstand 13,7 miljard jaar vertraagde waarneming betreft, met een snelheid van ons af die zeer dicht bij die van het licht moet zitten.

Conclusie. Het denkbeeldige foton.

Het foton zien als een reizend deeltje dat een hoeveelheid energie draagt en deze ook overdraagt leidt dus tot dit soort lastige contradicties. Elders heb ik op deze website al betoogd dat het foton, al is het meestal een nuttig maar abstract concept, onderweg niet bestaat en waarschijnlijk zelfs volkomen denkbeeldig is. Er is energie die bij het ene systeem verdwijnt en energie die bij het andere systeem verschijnt. Iets waarbij de kwantumtoestandsgolf een grote rol speelt. En tussen verdwijnen en verschijnen zit een tijdsverschil dat gedeeld op de afstand tussen de systemen altijd tot de lichtsnelheid blijkt te leiden.

Mijn uitspraak dat de EM-golf het resultaat is van een zich met de lichtsnelheid uitbreidende wolk fotonen waarvan de energie per individueel foton niet afneemt moet ik dus uitbreiden met de voorwaarde dat de bron niet beweegt ten opzichte van de waarnemer. Volstrekt geen probleem.

Experimentator effect?

In TVP 86 (Tijdschrift voor parapsychologisch onderzoek) kom ik een artikel tegen van professor Dick Bierman betreffende het experimentator effect dat onvoorzien is opgetreden bij een experiment dat ik in mijn cursus – en ook in mijn boek – ten tonele voer als bevestiging van het de rol van het bewustzijn bij beïnvloeding van de interferentie van een twee-spleten experiment. Het experimentator effect is dat de verwachting van de experimentator de uitkomst van het experiment zodanig beïnvloedt dat die uitkomst diens verwachtingen bevestigd. Geen beste boodschap voor mijn cursus respectievelijk boek op het eerste gezicht. Maar op het tweede gezicht is het experiment juist een prima bevestiging van mijn opvatting dat het bewustzijn de ervaren werkelijkheid én haar historie creeert.

Uitslag beïnvloed door weglaten van onwelkome resultaten

Dubbele spleet beïnvloeding door de geest

Het artikel van Bierman betreft een experiment van Dean Radin waarbij proefpersonen gevraagd worden om zich te concentreren op een dubbele spleet opstelling in een electromagnetisch afgeschermde ruimte en zich daarbij voor te stellen dat de fotonen door een bepaalde spleet gaan. Het is zo langzamerhand wel experimenteel bevestigd en ook een door fysici geaccepteerd feit dat het inwinnen van informatie over welke spleet het foton op weg naar het scherm passeert het interferentiepatroon laat verdwijnen. Een veel geopperde verklaring daarvoor is dat die informatie de toestandsgolf al in de spleet in doet storten zodat het foton zich daar manifesteert. Onmiddellijk daarna ontstaat er dan weer een nieuwe toestandsgolf vanuit het in die ene spleet gemanifesteerde foton die tenslotte op het scherm als een waargenomen lichtpuntje arriveert. Maar aangezien er dan geen synchrone toestandsgolf uit de andere spleet meer komt kan er ook geen interferentie meer plaatsvinden waardoor het lichtpuntje ook op een normaal donkere plek terecht kan komen. Dus buiten de interferentie’banden’. Daar heb je nu eenmaal twee golven voor nodig.

Dubbele spleet experiment met intensiteitsverdeling op scherm

Er zijn tussen 2011 en 2014 zes series experimenten uitgevoerd, met in principe steeds dezelfde opzet. Proefpersonen werden gevraagd om met hun geest te proberen om het foton door één spleet te laten gaan. Als hun dat zou lukken dan zou, volgens de hypothese, de interferentie minder scherp worden, omdat, zoals hierboven uitgelegd, informatie over welke spleet het foton passeert de interferentie doet verdwijnen.

Experimentele opzet bij experimenten 1 t/m 4 zoals beschreven in de publikatie. De proefpersoon zit in de stoel, T3 is het dubbelspleet apparaat inclusief laser, dubbelspleet en CCD voor registratie van het interferentiepatroon . De PC is voor het tonen van het fringe-effect.

Het afnemen van de interferentie werd bepaald en vastgelegd door het verschil in helderheid tussen een maximum en een minimum te meten. De zogenaamde fringe-index. De procedure was enigszins geavanceerder dan dat maar in principe komt het daarop neer. De experimenten zijn in totaal zeven keer uitgevoerd, de zevende keer in 2013 en 2014 online, dus met proefpersonen via het internet op fysiek grote afstand van het experiment. Het totaal aantal sessies in de eerste zes experimenten (niet online) was 250 met 153 deelnemers, in het online experiment was dat 5738 sessies met 1479 deelnemers.

De totale uitkomst was dat er inderdaad een significant effect was met een kans van minder dan 1:166.000 op toeval. De proefpersonen kregen van tevoren uitgelegd wat het experiment behelsde en om ze te helpen bij het concentreren op de dubbelspleet kregen ze feedback door het verloop van de fringe-index te tonen op een scherm in de vorm van een lijn die omhoog (verslechteren) of omlaag (verbeteren) bewoog. Ze konden dus onmiddellijk hun resultaat zien en dát blijkt belangrijk.

Een programmeerfout en het einde van een interessante hypothese

Het computerprogramma dat de fringe-index aan de proefpersonen toonde bleek in de verbeterde 2014 versie een programmmeerfout opgelopen te hebben, zodanig dat het teken van de fringe-index consequent werd omgekeerd. Een verslechtering werd, vanwege die aanpassing aan het programma, getoond als een verbetering en omgekeerd. Wat bij die sessies van 2014 als een verslechtering van de fringe-index werd geïnterpreteerd door de proefpersoon bleek juist een verbetering ervan te zijn, het tegengestelde van de verwachting dus. De uitslag van het onderzoek van 2014 was dus ook dat er een significante verbetering van de fringe-index werd geconstateerd. Ineens gaf het experiment regelrecht aan de verwachting van de experimentatoren tegengestelde resultaten.

Dat betekent dat het idee van de directe beïnvloeding van de fotonen zoals die door de spleten zouden gaan van de tafel was. De visuele en auditieve terugkoppeling plus wat de proefpersonen daarover was geïnformeerd toonden dus consequent een positieve correlatie met hun pogingen om de getoonde fringe index ‘positief’ te beïnvloeden, in de richting dus van verslechterde interferentie. Maar het betekende nu dat bij deze ‘verkeerde’ sessies het interferentiepatroon juist verbeterde – scherper werd – in plaats van te verslechteren. Dat is niet meer in overeenstemming te brengen met de hypothese dat geconcentreerde aandacht fotonen in de spleten zou manifesteren.

De betere interpretatie

Wat betekent deze uitslag dan wel? Wat niet te ontkennen valt is dat de proefpersonen er in slaagden om met hun geest de interferentie meetbaar te beïnvloeden. Niet door aan fotonen in spleten te denken maar simpelweg door een lijntje op een scherm omhoog te proberen te ‘denken’. Net zoals de proefpersonen bij Helmut Schmidt de opdracht kregen om meer groene dan rode lampjes op te laten lichten. Dat die lampjes gestuurd werden door een QRNG die willekeurige nullen en enen produceerde die de lampjes aanstuurden is een technisch gegeven maar dat was niet de opdracht aan de proefpersonen. Die werden ook niet gevraagd meer nullen dan enen uit de QRNG te laten komen. Bedenk ook dat die nullen en enen op hun beurt weer een interpretatie zijn van elektrische spanningsverschillen.

Mensen blijken dus in elk geval in staat om de materiële werkelijkheid die ze waarnemen te beïnvloeden. Maar die beïnvloeding moet blijkbaar wel geholpen worden door een min of meer direct ervaarbare terugkoppeling zoals een lampje of een stipje op een scherm. In mijn ogen is dat zelfs bijzonderder dan directe effecten op fotonen. Het gaat hier om beïnvloeding van de onderliggende oorzaken van de waargenomen werkelijkheid zonder dat bewust aan de oorzaken gedacht wordt. De processen ‘onder de motorkap’ van die werkelijkheid worden dus zodanig beïnvloed dat datgene wat we waarnemen ‘meebeweegt’ met wat onze geest verwacht. Alsof je je auto bestuurt door op je tomtom een andere route op te geven.

Om namelijk de lijn op het scherm omhoog te laten bewegen moest, bij het gebruik van het 2014 computerprogramma, de interferentie verscherpen in plaats van verslechteren. Interferentie is de uitkomst van een kwantumfysische waarschijnlijkheidsverdeling. De intentie van de proefpersonen om de lijn op het scherm omhoog te bewegen had dus invloed op die waarschijnlijkheidsverdeling en wel zodanig dat de waargenomen werkelijkheid, de manifestatie van die waarschijnlijkheden, meer aan hun verwachtingen ging voldoen.

Het lijkt mij in elk geval onwaarschijnlijk dat de proefpersonen in staat waren met hun geest de lijn op het scherm rechtstreeks te beïnvloeden en dat die beweging omhoog op zijn beurt weer een in de tijd terugwerkend effect had op de interferentie. Dat is omgekeerde causaliteit. De interferentie was er in tijd namelijk eerder, al was het maar een microseconde, dan het beeld op het scherm. Daar zat namelijk een computerproces tussen dat nu eenmaal tijd nodig had.

Creeren wij de historie van de gebeurtenissen?

Dus inderdaad heeft de geest blijkbaar invloed op de kwantumtoestanden die onder onze werkelijkheid zitten maar we hoeven die onderliggende kwantumtoestanden zelf niet bewust te kennen. We veranderen onbewust de basis van de waargenomen werkelijkheid en daarmee creëren we ook de hele historie van de fysische gebeurtenissen die uiteindelijk tot de bedoelde uitkomst leiden. Dát is nog eens een krachtige vaardigheid van de geest!

Imaginaire fotonen

Physics – Focus: Measuring the Shape of a Photon

Elders op deze website zijn argumenten gepresenteerd voor de opvatting dat fotonen niets meer zijn dan denkbeeldige deeltjes die geen werkelijk fysiek bestaan hebben. Het foton als deeltje is prima bruikbaar als model in diverse verklaringen maar bij uitgestelde kwantumwisser experimenten schiet dat model duidelijk tekort. Het is wellicht beter om het oorspronkelijke idee van Planck te volgen en alleen te spreken van de uitwisseling van EM-energie pakketjes en om je niet proberen voor te stellen dat die pakketjes een weg afleggen.

Als het klopt dat het slechts imaginaire deeltjes zijn dan kun je je gaan afvragen waar iemand mee bezig is als die met zijn geest denkbeeldige fotonen door één van de twee spleten tracht te sturen. Zoiets is natuurlijk gedoemd te mislukken als ze niet bestaan. Ook de verklaring dat het foton zich in de spleet manifesteert als daar geobserveerd wordt wordt nogal wankel. Want wat betekent dat? De manifestatie van een puur energiepakketje? Eenvoudiger is mijns inziens aan te nemen dat bij een observatie, die informatie over het foton oplevert, de niet fysieke toestandsgolf zich aanpast aan die informatie en nog slechts door één spleet gaat zodat de interferentie verdwijnt. Meer veronderstellen is niet nodig.

Experimentator effect?

Is dit nu een experimentator effect? In elk geval niet in de zin dat de experimentator resultaten negeerde die hem niet welkom waren. Toen Radin de softwarefout en het resultaat ervan ontdekte publiceerde hij dit uitgebreid in 2016 in Physics Essays nr 29 (lees sectie D paragraaf 3). Het idee dat mensen met hun geest fotonen direct zouden kunnen manifesteren in een van de spleten was meteen van tafel. Wat overeind bleef was dat mensen wel met hun geest invloed kunnen uitoefenen op de waarschijnlijkheidverdeling in de toestandgolf, dat ze dat niet rechtstreeks doen maar dat ze dat doen door een direct waarneembaar verschijnsel te beïnvloeden.

Is het nu een effect dat bewerkstelligt wordt door de verwachting/wens van de experimentator of die van de proefpersonen? De proefpersonen werden duidelijk op de hoogte gesteld van het doel van het experiment en wat de verwachting was. Diegenen die regelmatig mediteerden presteerden meetbaar veel beter dan de niet-mediteerders. Maar wat er uiteindelijk toe deed was de methode van feedback, een lijn op het scherm die omhoog zou gaan indien het de proefpersoon lukte om de uitslag van het experiment positief te beïnvloeden. Blijkbaar verwachtten de meeste proefpersonen dat hun dat zou lukken. Voor wat de experimentator betreft, die is voorzover ik weet meer geïnteresseerd in geest-materie wisselwerking, die hier ondubbelzinnig is aangetoond, dan op de mogelijkheid dat onze geest fotonen rechtstreeks zou kunnen beïnvloeden.

Zelf experimenteren?

Op het internet is de ANU Quantum Random Numbers Server te vinden. Daar kun je zelf experimenteren met het genereren van kwantum gegenereerde getallen. Een van de mogelijkheden daar is proberen of je het verschijnen van rode stippen in een 16 x 16 rooster kunt beïnvloeden.

Resultaat van willekeurig met een kwantumproces gegenereerde coördinaten in een 16 x 16 rooster. Probeer bijvoorbeeld de heldere rode stippen te ‘dwingen’ om in het centrum te verschijnen. Maak van elke sessie een screenshot en bekijk dan het resultaat van een groot aantal sessies. Gooi de ‘mislukte’ shots dus niet weg.

Spookachtige werking op afstand

Einstein had grote bezwaren tegen de implicaties van de kwantumfysica. Bij het zogenaamde EPR gedachte-experiment had hij het ook over een ‘Spukhafte Fernwirkung’. Ik moest daaraan denken toen ik deze pagina, detectie door ‘spook’foton, aan de website toevoegde.

NRC – 11 september: Groepsgedrag bij fotonen ontstaat vanaf 7 deeltjes

Deeltjesfysica

Lichtdeeltjes gaan collectief gedrag vertonen zodra ze met zijn zevenen of meer zijn. Dat is nu gemeten bij hele lage temperatuur.

NRC Artikel.

In mijn opinie zijn fotonen slechts concepten en hebben geen reëel bestaan. Dat het een uiterst nuttig concept is bestrijd ik niet maar daarom hoeft het nog geen reëel bestaan te hebben. Dat leg ik uit in mijn boek aan de hand van de uitgestelde keus experimenten.

College ‘Wat is licht’ op 13 september

De Open Dag 2018 wordt u aangeboden door Vrienden van Hovo Rotterdam. Zij behartigen de belangen van Hovo-cursisten. Neemt u eens een kijkje op hun pagina en word lid!
Datum en tijd –  Donderdag 13 september, 13.00 – 16.30


LocatieVan der Goot-gebouw, Campus Woudestein


Kosten – Gratis, u hoeft zich enkel aan te melden (beperkt aantal plekken beschikbaar!)


Aanmelden Meld u zich aan op onze website

Programma 13 september 2018
Deze dag heeft dezelfde opzet als een reguliere bijeenkomst van een Hovo-programma. U heeft 2 uur les, met een halfuur pauze. U kunt ieder collegeuur kiezen uit 2 colleges met verschillende ondewerpen.
13.00 – 13.20 – Plenaire bijeenkomst

13.30 – 14.30 – Eerste collegeuur. Keuze uit 2 colleges:
  • Wat is licht? – Een raadselachtig fenomeen / Ir. Paul van Leeuwen MSc.
  • Spinoza, een modern denker / Dr. Henri Krop

14.30 – 15.00 – Pauze met koffie en thee


15.00 – 16.00 – Tweede collegeuur. Keuze uit 2 colleges:

  • Leonardo da Vinci, het genie / Dr. Yvette de Groot
  • De Staten van Amerika / Tanja Groenendijk-de Vos MA

16.00 – 16.45 – Plenaire afsluiting en borrel in het restaurant