dinsdag 17 december 2013

Mythe en wetenschap. Mythische aspecten in de hedendaagse fysica


Hoe kom je erbij? Inleiding

Ik ben geen fysicus, maar een leek met wetenschappelijke en wetenschapsfilosofische interesse. Moderne fysica is intrigerend om velerlei redenen. Vandaar dat ik af en toe boeken over het onderwerp heb gelezen (een aantal ervan is in het lectuurlijstje bij dit artikel te vinden). Ik pik wel eens een blad op als Scientific American, weliswaar vulgariserend, maar niet onernstig. Hoe meer ik de jongste jaren las, hoe meer vragen ik me stelde. Parallelle werelden die tevoorschijn komen telkens je een keuze maakt, waarbij de alternatieve keuze aanleiding geeft tot een parallel universum met jezelf erin? Dit op Everetts veel-wereldeninterpretatie van de kwantumfysica gebaseerde idee lijkt me een absurde extrapolatie van de onzekerheid in kwantummechanische observaties. Toch is het idee van een multiversum bijna mainstream geworden in de kosmologie. Een jaar of wat geleden las ik een sceptisch boek over snaartheorie van Lee Smolin [2006] dat heel wat opzien heeft gebaard in het wereldje en waardoor Smolin voor velen in het verdomhoekje is terechtgekomen. Zijn argumenten zijn niet zomaar onder de mat te vegen. Ze zijn daarenboven helder geformuleerd en ook voor een niet-specialist leesbaar. Toen er in de redactie van Deus ex Machina sprake was van een mythologienummer, opperde ik de mogelijkheid iets te schrijven over de mythische aspecten van de wetenschap en ik dacht hierbij niet aan bijvoorbeeld geneeskunde (al te makkelijk toch), maar aan hedendaagse fysica, de harde kern van de exacte wetenschap. Zo heb ik mezelf helemaal in het wespennest gegooid. Ik hoop dat ik de beten overleef.
Terwijl ik notities verzamelde voor mijn geplande stuk, verscheen er een boek van Jim Bagott onder de titel Farewell to reality en de overduidelijke ondertitel How fairytale physics betrays the search for scientific truth. Het geeft een goed beeld van de sceptische tegenbeweging en bevestigt voor een belangrijk deel mijn vragen en twijfels. Ik verwijs de geïnteresseerde lezer dan ook graag naar dit boek voor een gefundeerd en gedetailleerd overzicht van de problematiek.
Voor het overige wordt dit stuk een aartsmoeilijke evenwichtsoefening tussen verstaanbaarheid en correctheid. Laat het duidelijk zijn dat ik geen enkele mate van volledigheid nastreef, dat ik heel veel, de meeste zaken, onbesproken zal laten, dat ik sterk zal vereenvoudigen, kortom dat ik maar enkele topics oppervlakkig kan behandelen. Hopelijk is dat wel genoeg om de interesse van de lezer te wekken. Ik neem buiten de al vermelde werken een beperkt aantal verwijzingen en links op waar dieper op de onderwerpen wordt ingegaan. Het is tenslotte niet de bedoeling theorieën an sich te behandelen, maar wel de vermeende mythische aspecten ervan. Ten slotte kon de link met sciencefiction niet ontbreken. Nergens anders in de letteren wordt er zo expliciet gebruikgemaakt van (pseudo)wetenschappelijke inzichten en hypotheses en worden de huidige en voorzienbare mogelijkheden en onmogelijkheden uitvergroot en geprojecteerd in de tijd.

Wetenschap als mythe, kan dat?

Een stuk over wetenschap in een nummer over mythologie, het lijkt op het bijeenbrengen van water en vuur. Mythes zijn immers niet rationeel, het zijn verhalen die een veelal beeldende verklaring geven van het ontstaan van de wereld en de mens en van zijn geschiedenis. Voor de moderne mens zijn die verhalen geen waarheid, ze zijn te vergelijken met literatuur en kunst die op een niet-rationele wijze een beeld geven van een deel van het menselijke bestaan of de wereld. Als er al sprake is van enig realiteitsgehalte, dan is dat alleen in overdrachtelijke, niet letterlijk te nemen zin. De wetenschap is bij uitstek rationeel en wordt ook zo gepercipieerd. Voor velen wordt wetenschap gelijkgesteld met waarheid, maar dat is een zeer grove vereenvoudiging. De wetenschappelijke methode is inderdaad rationeel onderbouwd. Dat betekent niet dat irrationele elementen hier geen rol in spelen: buikgevoel, intuïtie, verbeelding, ze spelen alle een rol in het menselijke denken en dus ook in de wetenschap. Die irrationele elementen zijn een onderdeel van de nog goeddeels onbegrepen werking van onze hersenen en kunnen dus niet zomaar worden weggedacht bij de wetenschapsbeoefening. Vele wetenschappers erkennen trouwens dat die elementen een belangrijke rol spelen. In de wetenschap wordt alleen maar abstractie gemaakt van die elementen bij het beoordelen van het resultaat: dat moet rationeel zijn uitgewerkt en controleerbaar zijn. Van wetenschappelijke uitspraken wordt vaak verondersteld dat je moet kunnen aantonen dat ze onwaar zijn. Dat laatste lijkt misschien raar, maar de filosoof Popper [1972] heeft uitvoerig betoogd dat het nooit mogelijk is volledig aan te tonen dat iets waar is, terwijl het in principe wel mogelijk is te bewijzen dat een uitspraak niet klopt. Dit wordt aangeduid als het falsificatieprincipe, dat vooral in het door Popper beïnvloede wetenschapsfilosofische denken een belangrijke rol heeft gespeeld. Een groot aantal wetenschappers en wetenschapsfilosofen zijn het oneens met dit principe. Ze stellen dat wetenschap vooral inductief werkt en dus op zoek gaat naar bevestiging van een hypothese. Wetenschappers werken in een bepaald kader, een theorie, een algemene stroming die ook wel paradigma genoemd wordt, of ten minste een welomschreven hypothese, en ze zijn vooral gericht op bevestiging, niet op falsificatie. Paul Feyerabend, de vroegere medewerker van Popper, keerde zich al snel en extreem tegen diens visie in een boek waarvan de titel aan duidelijkheid niets overlaat, Against Method [1975]. Zijn conclusie was dat de wetenschap verbazend dicht aanleunt bij de mythe[i], al is de basis van die conclusie soms behoorlijk pamflettair van aard. Sommige wetenschappers (o.a. Lenny Susskind) drijven ronduit de spot met hun critici die ze omschrijven als ‘Popperazzi’, een combinatie van Popper en paparazzi, waarmee ze aangeven dat ze net als Feyerabend een heel lage dunk hebben van wetenschapsfilosofen, vooral diegenen die in het voetspoor treden van Popper[ii].
Toch lijkt het falsificatieprincipe niet geheel zinloos, tenminste als je het niet bekijkt als de manier waarop de wetenschap werkt, want zo werkt ze uiteraard niet, maar als een formuleringseis: een hypothese en bij uitbreiding een theorie moet zo zijn geformuleerd dat principieel kan worden aangetoond dat ze onjuist is. Dat kan als een hypothese of theorie voorspellingen kan formuleren die in principe (dus niet noodzakelijkerwijze bij de huidige stand van wetenschap en technologie) rechtstreeks of onrechtstreeks kunnen worden getest. Kan dat in het geheel niet, dan heeft zo’n theorie of hypothese veel weg van een mythe en begeeft de wetenschapper zich op het terrein van de metafysica.
Een naïeve interpretatie van het falsificatieprincipe is niet op haar plaats. Er wordt niet verwacht dat een theoretisch model uitsluitend falsifieerbare uitspraken doet, het volstaat dat het model er een aantal doet. Dat de wetenschappelijke praktijk gekenmerkt wordt door aberraties als groepsdruk, afgunst, rivaliteit, manipulatie van data enzovoort, hoeft verder niet te verbazen. Wetenschappers zijn intelligente mensen, maar dat neemt niet weg dat zij, als alle mensen, kleine kanten hebben.
I have this sort of crazy-sounding idea that the reason why mathematics is so effective at describing reality is that it is reality. That is the mathematical universe hypothesis: Mathematical things actually exist, and they are actually physical reality.
Max Tegmark

Er zijn heel wat wetenschappers die het moeilijk hebben met falsificatie en testbaarheid. Wetenschap wordt dan gewoon gezien als dat wat wetenschappers beoefenen. Sean Carroll[iii] leunt hier verbazend dicht tegen aan. Hij wijst het falsificatieprincipe af, maar gaat er niet dieper op in (te tricky). Sommigen definiëren wetenschap als essentieel wiskundig: alles wat wiskundig mogelijk is, bestaat (o.m. Max Tegmark[iv]). Wiskunde is dan de facto de universele, buiten de tijd staande, fundamentele wet die ten grondslag ligt aan het multiversum.
De reactie van wat ik gemakshalve de old-school wetenschappers noem, is dat je met dergelijke uitgangspunten al snel de wetenschap inruilt voor de metafysica. Die discussie zal blijven smeulen. Nu is wiskunde niet het enige menselijke gedachtegoed dat onafhankelijk van tijd is. Dat geldt ook voor computerprogrammatuur en de resultaten ervan. Eenzelfde input van eenzelfde programma leidt per definitie altijd weer tot hetzelfde resultaat. De echte wereld en bij uitbreiding het universum, werkt niet (altijd) zo. Denk maar aan de evolutieleer van Darwin of de chaostheorie die onder meer van groot belang is bij weersvoorspellingen. In de realiteit heb je dus geen vooraf vastliggende begin(voor)waarden, maar kunnen die waarden door de tijd heen evolueren. Niemand, misschien op Kurzweil & co na, zal echter computerprogrammatuur tot de status van fundamentele fysische wet verheffen.

 

Het standaardmodel en de snaartheorie

De grote wetenschappelijke revoluties in de twintigste eeuw waren de relativiteitstheorie en de kwantumtheorie. Beide theorieën zijn zeer succesvol gebleken op hun terrein. Die laatste woorden geven meteen hun zwakste punt aan: ze zijn niet geldig buiten dat terrein. Zo is de relativiteitstheorie geldig op het niveau van de complexe voorwerpen, terwijl de kwantummechanica alleen geldt op het niveau van het subatomaire. In de kwantummechanica regeert de onzekerheidsrelatie: die relatie geeft aan dat de waarden van deeltjes zoals plaats en impuls, energie en tijd niet deterministisch vastliggen, maar aangeduid worden door een kansverdeling.
Quantum mechanics is certainly imposing. But an inner voice tells me that it is not yet the real thing. The theory says a lot, but does not really bring us any closer to the secret of the "old one." I, at any rate, am convinced that He does not throw dice.
Einstein (in een brief naar Max Born van 4 december 1926)
Einstein was niet gelukkig met die onzekerheid en reageerde daar herhaaldelijk op met de uitspraak dat god niet met de dobbelstenen speelt. Er is dus nood aan een overkoepelende theorie die de twee incorporeert.
Ondanks talloze pogingen is die theorie er nog altijd niet. De huidige stand van zaken waarvan beide theorieën de kern vormen, wordt aangeduid als het “standaardmodel”. In een van die vele pogingen (bekend als de theorie van Kaluza-Klein)  werd er een extra ruimtelijke dimensie toegevoegd. Dat idee werd enkele decennia later opgepikt in wat zou uitgroeien tot de snaartheorie (in het Engels bekend als [super]string theory). Het initiële idee was dat elementaire deeltjes kunnen worden voorgesteld als vibraties in een fundamentele “snaar” van energie. Aanvankelijk was die aanzet tot theorie geen groot succes. Halverwege de jaren tachtig kreeg de theorie nieuwe impulsen, onder meer dankzij Edward Witten. In de daaropvolgende jaren leek het of de string- of snaartheorie de belofte van unificatie van relativiteitstheorie en kwantummechanica  waar zou maken. Witten gaf die “theorie van alles” de naam M-theorie. Die overkoepelende theorie is evenwel tot nu een hypothese gebleken. Het is niet mogelijk gebleken de talrijke varianten van de snaartheorie samen te voegen in één overkoepelend model dat elf dimensies zou tellen. Wel heeft het model geleid tot heel wat mathematische objecten met meer dimensies dan de eendimensionale snaar. Die objecten werden branen (branes) genoemd naar membranen. Die meerdimensionale branen leiden tot zogenaamde "braneworlds", parallelle universums die zich buiten ons bereik bevinden. Van die wiskundige braanobjecten veronderstelt men dat ze een empirische werkelijkheid hebben. Hiervoor zijn tot nu toe geen empirische bewijzen gevonden en de onrechtstreekse aanwijzingen worden sterk betwist.
This picture of the universe, or multiverse, as it is called, explains the long-standing mystery of why the constants of nature appear to be fine-tuned for the emergence of life. The reason is that intelligent observers exist only in those rare bubbles in which, by pure chance, the constants happen to be just right for life to evolve. The rest of the multiverse remains barren, but no one is there to complain about that.
Max Tegmark
De eerste resultaten van de LHC (Large Hadron Collider) in Genève zijn niet zeer bemoedigend voor de snaartheorie. De bijna zekere ontdekking van het Higgsdeeltje vormt een bevestiging van het standaardmodel. Dat ”goddelijke” deeltje, zoals Roger Penrose het noemde, blijkt echter een onverwacht laag energieniveau te hebben. Een aantal aanhangers van het multiversumidee zien daarin een aanwijzing die hun hypothese versterkt, omdat ons universum blijkbaar onwaarschijnlijk precies gefinetuned is voor het ontstaan van leven, het zogenaamde antropisch kosmologische principe. Die kansen vergroten evenwel drastisch als ons universum maar één van de vele zou zijn. De kans dat een onwaarschijnlijke configuratie zoals de onze dan zou bestaan, wordt daardoor statistisch aanvaardbaar. Je moet wel een haast oneindig aantal universums op de koop toe nemen. Dat antropische principe lijkt me wat te antropomorf, het vertrekt ten onrechte vanuit een menselijk gezichtspunt. Het roept herinneringen op aan Teilhard de Chardin en Henri Bergson, metafysica dus.
Andere resultaten van de LHC bevestigen tot nu toe het standaardmodel en niet de voorgestelde alternatieve supersymmetrievariant die ook in een aantal snaartheorieën een belangrijke rol speelt. De verwachtingen zijn dat verdere analyse van de reusachtige hoeveelheid data en nieuwe testen het standaardmodel zullen bevestigen. Sommigen zien hierin al het begin van het einde van de snaartheorie als unificatiemodel, andere snaarfysici blijven optimistisch, nog anderen zeggen alvast dat de LHC niet krachtig genoeg is om de voorspelde deeltjes te vinden. 

 

Mythische aspecten in de fysica en kosmologie

Het grote probleem bij heel wat recente voorstellen en modellen die fundamenteel afwijken van het standaardmodel is het gebrek aan of de nagenoeg totale afwezigheid van empirische gegevens die die modellen zouden ondersteunen. De testbaarheid van vele ervan is ofwel zo goed als onbestaande, ofwel nauwelijks haalbaar met de huidige technologische mogelijkheden. Dat laatste lijkt soms als een laatste vluchtweg te worden gebruikt. Vooral de status van de snaartheorie staat daarbij ter discussie. Op het einde van de vorige eeuw was dit duidelijk het dominante model, of om het in de terminologie van Kuhn [1970] te zeggen het overheersende paradigma en de gedoodverfde opvolger van het standaardmodel. Het gros van de fysici was erbij betrokken, en het grootste deel van de fondsen werd eraan besteed.

First of all, string theory is not a theory. The Standard Model is a theory. String theory is a model, a framework, part of quantum field theory. It’s a set of rules and tricks for constructing consistent quantum states, a lot of them.
David J. Gross

Door het uitblijven van toetsbare resultaten en een echte theorievorming kwam het snaarmodel onder steeds grotere druk te staan. Er lijkt nu een beweging te zijn ontstaan waarin men terugkeert naar de basis van het standaardmodel om van daaruit verder te werken in allerlei richtingen. Dat leidt tot een geleidelijke toename van de diversiteit in het onderzoeksveld en dat op zich is voor velen ongetwijfeld een positieve evolutie. Daarmee is niet gezegd dat het snaarmodel sowieso geheel verkeerd zit. Het probleem is dat het vooral een mathematisch model is en het is maar de vraag of je dan per definitie kan aannemen dat er een fysische werkelijkheid aan beantwoordt. De klassieke visie hierop is dat zo’n model metafysisch van aard blijft zolang er geen empirische bevestiging en/of falsificatiemogelijkheid bestaat. Het elfdimensionale multiversum van het snaarmodel is in die ”conservatieve” zin vooralsnog een wiskundige en dus metafysische veronderstelling. De alsnog enige manier om concrete aanwijzingen te vinden voor andere universums, is een speurtocht in de gegevens van de kosmische achtergrondstraling naar een mogelijke botsing van ons heelal met een ander universum. Dat heeft tot nog toe geen ondubbelzinnig materiaal opgeleverd.
Zoals al vermeld, bestaat er een strekking waarin wordt gesteld dat alles wat mathematisch mogelijk is ergens in de werkelijkheid gerealiseerd zal worden. Er bestaat evenwel geen enkele mogelijkheid om aan te tonen dat dit niet correct is en die visie is op dit punt nog pure speculatie. Overigens is ook de wiskunde een - weliswaar uiterst succesvol - (bij)product van onze hersenen. Het lijkt daarom een te grote stap om de wiskunde zomaar de status van fundamentele wet te geven voor alles wat bestaat.

 

Elvis leeft! Wetenschap en wetenschapsvulgarisatie

De mythische aspecten van de wetenschap worden vaak in de verf gezet door allerlei snelle vormen van vulgarisatie, zoals artikelen in kranten en tijdschriften. Vaak wordt er gekozen voor spectaculaire onderwerpen en nog spectaculairder titels, waardoor het beeld van de wetenschap zelf uiteindelijk karikaturaal wordt. Foute berichtgeving wordt zelden gecorrigeerd en als het al eens gebeurt, is het onopvallend. Ook heel wat vulgariserende boeken hebben een tendens tot overdrijving, tot het in de verf zetten van de meest speculatieve onderdelen, en tot een vorm van heldencultus, waardoor sommige wetenschappers een haast bovenmenselijke status krijgen toebedeeld, denk maar aan Einstein die soms de allure van een halfgod krijgt. De auteurs van populair-wetenschappelijke boeken lijken er niet altijd om bekommerd de wetenschappelijke analyse op een begrijpelijke wijze te vertalen voor een ruim lezerspubliek. Ze zijn dikwijls gefocust op de lezer die hongert naar spectaculaire verhalen met een kosmische inslag, verhalen die op esthetisch, moreel en zelfs religieus vlak aantrekkelijk zijn. Heel wat lezers zijn niet erg geïnteresseerd in de wetenschappelijke informatie en daar houden heel wat auteurs rekening mee. Vele van die boeken staan vol speculaties, voorspellingen, verhalen van allerlei aard en soms morele overwegingen. Als Carl Sagan in Cosmos [1980] schrijft dat "We are, in the most profound sense, children of the Cosmos", sluit hij aan bij oude mythische beelden zoals die van Hesiodus, die al schreef dat de mens ontstaan is uit de verbinding van Hemel en Aarde.

In the end, this may be the most important issue here: will books and TV programs promoting the views of a narrow part of the scientific community that doesn’t want to admit failure end up discrediting the scientific endeavour? Some are all too willing to exploit the subtleties of good science to find a way to defend the indefensible, with the multiverse mania pointing to the all too real dangerous endpoint this can lead to.
Peter Woit (in een bespreking van het boek van Baggott op zijn blog)

Vulgariserende boeken over wetenschap zijn vaak erg in trek en kunnen reusachtige oplages halen. Om het bij ons taalgebied te houden, hoef je maar te denken aan het boek van Dick Swaab, Wij zijn ons brein. Van Baarmoeder tot Alzheimer [2010] dat maandenlang tot de best verkochte boeken behoorde. In het Engels heb je auteurs als Brian Greene en Michio Kaku, zelf theoretisch natuurkundigen, die een reeks populariserende werken hebben gepubliceerd. Greenes boek The Elegant Universe [1999] werd nog verder gevulgariseerd in een driedelige documentaire. Je vindt talloze filmpjes op You Tube, maar ook dit filmpje op Ted[v]. Daarin vertelt Greene zelf hoe de problemen met reusachtige (of oneindige) berekeningen in de snaartheorie de testbaarheid van de theorie in het gedrang brengen. Hij geeft het voorbeeld van mogelijke vormen die de “verborgen” dimensies in die theorie kunnen aannemen. Dat aantal loopt op tot 10500. Dit probleem wordt opgelost via een andere hypothese, die van het multiversum. Er wordt met andere woorden creatief gegoocheld met hypotheses, waarbij men er niet voor terugschrikt veronderstelling op veronderstelling te stapelen. Baggott [2013, p. 282] geeft een voorbeeld: hoe men in het raamwerk van de snaartheorie niet minder dan zes veronderstellingen aan elkaar moet rijgen om het multiversum aannemelijk te maken. Voor geen enkele van die veronderstellingen bestaan empirische gegevens. Zo bouw je dus een wetenschappelijk lijkend kaartenhuisje op dat ertoe gedoemd is in elkaar te storten zodra er één hypothese niet blijkt te kloppen. Hoeft het nog te verwonderen dat, na enkele decennia waarin de snaartheorie de agenda kon bepalen, geen van de snaartheoretici is bekroond met de Nobelprijs? Of dit louter conservatisme is van het Nobelcomité of een blijk van gezonde wetenschappelijke argwaan zal de toekomst moeten uitwijzen.
Elvis leeft is uiteraard een leuke krantentitel en niet eens per definitie fout. Net zomin als Hitler als grote overwinnaar uit de tweede wereldoorlog is gekomen. Volgens sommigen splitst het universum elke keer iemand een beslissing neemt en wordt elke mogelijkheid in een parallel universum verwerkelijkt. Elvis leeft dus wel degelijk ergens, in een ander universum ben ik een fysicus geworden en in nog een ander een beroemd schrijver. Jammer alleen dat je daar niets van kunt weten en dat deze universums onbereikbaar zijn voor ons. Hun bestaan zal in het beste geval alleen onrechtstreeks kunnen worden bewezen.

 

Multiversum in mythe en wetenschap

Het multiversum is een populair onderwerp, ook buiten de wetenschappelijke gemeenschap. Het mogelijke bestaan van een nagenoeg eindeloos aantal al dan niet parallelle universums komt niet alleen in sciencefictionverhalen voor, maar ook in wat vroeger als mythische verhalen werd aangezien. Dat een belangrijk aantal serieuze wetenschappers dat idee nu ondersteunt, lijkt de waargeworden natte droom van mensen die geloven in een mythisch-religieuze oorsprong.
In heel wat oude mythes en legendes zijn sporen terug te vinden van andere ”werelden” die we kunnen vertalen als universums in ons wetenschappelijke wereldbeeld. Dat is overigens ook zo in een aantal actieve religies. Die kun je immers zien als nog altijd levende mythes die een reëel belang hebben voor wie erin gelooft. Zo kent het christendom twee tijdelijke universums: die waarin we leven en het vagevuur, terwijl hemel en hel eeuwigdurende universums zijn die wonderlijk genoeg logisch in verband staan met het individuele leven van elke mens in dit universum.
Het is merkwaardig dat er in de meeste ontstaansmythes geen sprake is van een volledig nieuw begin. Het mythische verhaal staat buiten de historische tijd, maar niet noodzakelijk aan het begin ervan. Voor onze wereld of ons universum waren er mogelijk al talrijke andere. Veelal zijn het de goden die de mens helpen door een nieuwe plek uit de brokstukken van een verdwenen universum te creëren.
In diverse ontstaansmythes is er sprake van een val (Irokezen, indianen uit Noord-Amerika), soms door een afgrond (Ataënsik, Huronen, indianen uit Noord-Amerika), soms is het een val of reis door een soort tunnel. Dat laatste heeft wellicht Lewis Caroll geïnspireerd voor zijn ook al mythisch gruwelijke Alice in Wonderland. Die mythes roepen het beeld op van het ”wormgat”. De term wormgat werd bedacht door de Amerikaanse natuurkundige John Wheeler in 1957, maar het concept gaat terug tot Hermann Weyl, een Duits wiskundige die het idee al in 1921 vorm gaf. Wormgaten kunnen theoretisch fungeren als de poort naar een ander universum, in de veronderstelling dat die bestaan. Dat zou in theorie tijdreizen niet geheel uitsluiten. Die kleine mogelijkheid is massaal opgepikt in de sciencefiction literatuur, wat je zou kunnen beschrijven als wetenschappelijk geïnspireerde verbeelding, hedendaagse mythevorming als het ware.
Sporen van een geschiedenis van werelden vind je in de mythes van de Maya’s en Azteken en verwante mythische verhalen uit Zuid- en Midden Amerika[vi]. Daarin is er sprake van elkaar opvolgende werelden. De Azteken beelden het verhaal van vijf zonnen uit, waarvan de vier eerste werden vernietigd. Ook de vijfde kwam aan zijn einde, maar werd gered door de goden die zichzelf opofferden voor de mensen. Dat laatste heeft dan weer geleid tot de voor ons onbegrijpelijke traditie van rituele mensenoffers in een voor het overige relatief gevorderde beschaving. Hetzelfde aantal van vijf tijdperken vind je ook bij de oud-Griekse cultuur, zoals bij de epische dichter Hesiodus.
Ontstaansmythes hebben vaak een inherent cyclische structuur. Dat betekent ook dat ondergangsmythes niet absoluut zijn. Het einde van de wereld is geen definitief einde, maar de afsluiting van een periode of het einde van de mens. Het is de terugkeer naar de chaos, waaruit dan weer een nieuwe wereld, een nieuw universum kan ontstaan. In de oude Hindoemythes stelt Vishnoe, de god der goden, dat het makkelijker is de zandkorrels in de oceanen te tellen, dan de werelden die hij heeft voortgebracht. Schepping en teloorgang wisselen elkaar af zoals de seizoenen. De tijd lijkt zich te bewegen in een eindeloze kring.
Wedergeboorte is zelf een subkring binnen die grotere kringlopen. Gelijkaardige ideeën vind je in het sjamanisme, waarin de ziel doorheen verschillende levens de kosmos beleeft. De dood is in die mythische verhalen niet het echte, definitieve einde, maar een overgang naar een volgende toestand. In tegenstelling tot in de klassieke wetenschap is tijd een essentieel element in de mythologie: die is of circulair of spiraalvormig. In het standaardmodel én in alternatieve modellen van de fysica zoals de snaartheorie is de tijd een emergente eigenschap van de ruimtetijd. Er zijn in de mathematische modellen geen redenen waarom we de tijd niet terug zouden kunnen draaien. Tijdreizen is geen principiële onmogelijkheid. In een recent boek gaat Smolin [2013] daar radicaal tegen in. Voor hem is tijd een essentieel onderdeel van de werkelijkheid en moet het dat dus ook zijn van de fysica als model van die werkelijkheid. De huidige fysicabeoefening beschrijft hij als “physics in a box”. Door in de fysica het onderzoek te compartimenteren in gesloten systemen die zich gemakkelijker laten bestuderen, missen we een stuk van de reële werkelijkheid waarin de tijd een essentiële voorwaarde is voor evolutie.

It is interesting that in many other sciences there is a historical question, like in geology – the question of how did the earth evolve to the present condition. In biology – how did the various species evolve to get to be the way they are? But the one field which has not admitted any evolutionary question is physics. Here are the laws, we say. Here are the laws today. How did they get that way? – we don’t even think of it that way. We think: It has always been like that, the same laws – and we try to explain the universe that way. So it might turn out that they are not the same all the time and that there is a historical, evolutionary question.
Richard Feynman in gesprek met Fred Hoyle[vii]

 

Wetenschap en sciencefiction

Als je sommige fysici leest, lijkt de grens tussen wetenschap en sciencefiction heel vaag te worden. Voor een deel beantwoordt die evolutie aan een realiteit. Veel van wat Jules Verne beschreef, is inderdaad werkelijkheid geworden. Veel van wat vandaag technologisch onmogelijk lijkt, is daarom nog niet in tegenspraak met de fysica en zeker niet met de hypothetischer varianten ervan, zoals de snaartheorie. De snaarfysicus Michio Kaku [2008] schreef er een onderhoudend boek over (alsnog onvertaald) met als titel Physics of the Impossible. Wat onmogelijk is, blijkt bijzonder relatief. Zo zijn zwarte gaten pas relatief korte tijd als fysische entiteiten erkend. Kaku breekt een lans voor het ernstig bestuderen van die onmogelijkheden zoals ze rijkelijk in sciencefiction voorkomen. Voor zijn boek heeft hij zich vooral geïnspireerd op de Star Trek-serie. Hij maakt een drievoudige indeling. De eerste vorm van onmogelijkheid is voornamelijk een technologische; wat beschreven wordt, is niet principieel in tegenspraak met de wetten van de fysica. Hieronder rangschikt hij bijvoorbeeld motoren op basis van antimaterie, onzichtbaarheid, psychokinese, bepaalde vormen van telepathie en teleportatie. De tweede categorie van onmogelijkheden heeft te maken met (betwiste) onderwerpen die op de grens liggen van de hedendaagse fysica. Hij vermeldt onder andere tijdmachines, reizen door wormgaten en reizen in hyperspace. Die hoef je niet meteen of zelfs maar over enkele honderden of duizenden jaren te verwachten, maar ze zijn niet fundamenteel in tegenspraak met de wat speculatiever vormen van fysica. In de derde categorie vind je die zaken terug die fundamenteel in tegenspraak zijn met de bekende wetten van de fysica. Merkwaardig genoeg blijkt er niet zoveel echt overhoop te liggen met de bekende wetten: de oude droom van het perpetuum mobile en precognitie. Ik bespreek een paar items wat uitvoeriger.

 

Teleportatie

Beam me up, Scotty, de uitvoering van het beroemde Star Trek-verzoek zit er niet meteen aan te komen. Amerikaanse troepen zullen over tien jaar niet in een flits achter de vijandelijke linies worden gestraald. Voor bijbelvaste gelovigen is dit trouwens oude koek: geesten namen je wel eens mee op een snelle trip. Vandaag zijn velen niet bevreesd voor geesten, maar wel voor aliens die je tegen wil en dank komen lenen en blijkbaar niet altijd terugbrengen. Er is een wetenschappelijk onderbouwd fenomeen dat je met de term teleportatie kunt aanduiden. Het wordt mogelijk gemaakt door wat men kwantumverstrengeling noemt. In de kwantumwereld kunnen deeltjes (zoals elektronen) onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn over grote afstanden. Als men erin slaagt de toestand van één deeltje te veranderen, verandert automatisch dat andere deeltje mee. In feite wordt er dus helemaal niets verplaatst, alleen slaagt men erin informatie (de toestand van een deeltje) met enorme snelheid door te geven. In de snaartheorie is het mogelijk dat een deeltje hier verbonden is met een deeltje dat zich aan de andere kant van het universum, of ja zelfs het multiversum, bevindt. Dat is de verklaring voor het hypothetische fenomeen dat je straks in Gent linksaf gaat, terwijl je in een parallel universum rechtsaf draait met wie weet welke grootse gevolgen. Dat laatste maakt niets uit, want je zal het nooit weten.
Als er al een concrete toepassing aan zit te komen, dan mag je die vermoedelijk het snelst verwachten in de ontwikkeling van een kwantumcomputer. Nu wordt informatie opgeslagen met nulletjes en eentjes, maar bij een kwantumcomputer zijn alle waarden tussen 0 en 1 mogelijk, een oneindig aantal dus, wat de rekenkracht van zo’n type computer reusachtig vergroot. Hierbij moet nog een groot euvel worden overwonnen: de stap van het heel kleine subatomische naar complexere vormen. De eerste stapjes worden nu gezet in de computerwereld. Het gaat wel om heel bescheiden stapjes. Zo werd in een recent experiment informatie op een chip kwantumgewijs “geteleporteerd” over een afstand van 6 millimeter[viii]. Er is nog heel wat werk aan de winkel voor we echt aan het kwantumcomputeren slaan. De dagelijkse traagheidsergernis is nog niet van de baan. Een van de eerste toepassingen zal ongetwijfeld de cryptografie (versleuteling) zijn. In kwantumsystemen zijn de sleutels die de gegevens beveiligen in principe onmogelijk te kraken. Over niet zo lange tijd kunnen klassieke computers uitgerust zijn met een kwantumsubsysteem dat de beveiliging voor zijn rekening neemt.
Grotere levensvormen teleporteren is exponentieel moeilijker, gewoon al omdat ze exponentieel veel meer informatie bevatten en een coherent geheel vormen dat je niet zomaar uit elkaar kunt nemen om even naar een andere plek te stralen en daar weer op te bouwen. Volgens sommige fysici zal je daarvoor sowieso een prijs betalen: de dood van het origineel. Alle informatie uit je hersenen teleporteren, al is het maar naar een toekomstige vorm van harde schijf, lijkt nog heel lang een mission impossible te blijven. Het voorgaande mag ons niet uit het oog laten verliezen dat een aantal toepassingen van de kwantummechanica al heel gewoon zijn geworden, denk maar aan de vele toepassingen van lasers, GPS en MRI-scanners, maar ook supergeleiding, elektronenmicroscopie en nanotechnologie.

 

Telepathie

Imagine this ... Imagine a world in which if you love someone enough, or need them enough, your minds will communicate across the world wherever you are, regardless of space and time. Imagine a world in which, if only you can think a thought clearly and powerfully enough it can take on a life of its own, moving objects and influencing the outcome of events far away. Imagine a world in which each of us has a special inner core - a ‘real self’ - that makes us who we are, that can think and move independently of our coarse physical body, and that ultimately survives death, giving meaning to our otherwise short and pointless lives. This is (roughly speaking) how most people think the world is. It is how I used to think –and even hope  - that the world is. I devoted 25 years of my life to trying to find out whether it is. Now I have given up.
Susan Blackmore[ix]

Telepathie is een fascinerend onderwerp dat velen jarenlang heeft geboeid, ook ernstige wetenschappers. Dr. Susan Blackmore schreef haar doctoraatsthesis over parapsychologie en deed jarenlang onderzoek naar mogelijke paranormale verschijnselen. Ze heeft het uiteindelijk opgegeven. Haar ervaringen blijven heel leerrijk en zijn een toonbeeld van de openheid die wetenschap betoont om veronderstelde verschijnselen te onderzoeken. Ze heeft vele jaren van haar leven in dat onderzoek geïnvesteerd en is tot de eerlijke conclusie gekomen dat er niets te vinden is. Dat levert haar vooral het verwijt op dat ze “a closed mind” heeft, niet openstaat voor de dingen, de dooddoener die iedereen die enigszins sceptisch staat tegenover het paranormale voortdurend te horen krijgt. Het toont aan dat geloof bijna niet met argumenten te bestrijden valt. Die “gesloten geesten” zijn dan ook vooral typisch voor het gelovige kamp. Blackmore heeft zich vervolgens toegelegd op de studie van het bewustzijn en heeft daar uitvoerig over gepubliceerd.

Blackmore was indertijd niet de enige wetenschapper die dacht dat er mogelijk iets te vinden was bij het allegaartje onder de vlag paranormaal. Misschien heb je net als ik de film The men who stare at goats gezien, een film uit 2009 met George Clooney. Het verhaal is losjes gebaseerd op echte en min of meer vermeende feiten. In het begin van de jaren ‘70 kwam de CIA tot de conclusie dat de Sovjet-Unie sterk investeerde in ”psychotronisch” onderzoek. Vanaf 1972 startte de CIA met haar eigen onderzoek. In de daaropvolgende jaren spendeerde ze miljoenen dollars aan het Stargate-project. Tegen 1995 had het agentschap honderden projecten opgezet om informatie te vergaren, waaronder talloze sessies op basis van helderziendheid (remote viewing). In 1995 kwam er een externe doorlichting van de resultaten. De conclusie was dat de investering niet rendeerde. Het project werd afgevoerd.
Het wetenschappelijke onderzoek dat nu wordt gevoerd, heeft eigenlijk weinig te maken met wat men traditioneel onder telepathie verstaat. Het is gebaseerd op de vorderende kennis die men verkrijgt via hersenscans. Een van de vermeende resultaten zou een beter functionerende leugendetector zijn. Tot nu toe is de resolutie van hersenscans nog altijd veel te laag om verregaande conclusies te trekken. Het kleinste stukje dat op zo’n scan kan worden geanalyseerd, komt overeen met miljoenen neuronen. We zijn dus nog ver verwijderd van een machine die onze gedachten zou kunnen lezen en “vertalen”. De scène in de film Eternal Sunshine of the Spotless Mind (Jim Carrey) waarin pijnlijke herinneringen worden gewist, zal nog een hele tijd fictie blijven.
Er zijn wel plannen om te proberen een soort woordenboek van gedachten op te bouwen op basis van patronen uit scans die aan individuele objecten en begrippen kunnen worden gelinkt. Gezien de complexe semantische gelaagdheid en veelzinnigheid (polysemie) van taal lijkt het plan me niet meteen praktisch uitvoerbaar. Een soort universele vertaler lijkt nog veel meer van de mogelijke realiteit verwijderd. Vorderingen vereisen een sterk verhoogde resolutie en een miniaturisering van de nu nog heel logge scanners. Zelfs dan lijkt het correcte lezen van gedachten nog niet binnen bereik, hoewel het wellicht wel mogelijk zal zijn een idee te krijgen van algemene patronen van gedachten en gevoelens.

 

Reizen door ruimte en tijd

Ruimtereizen doen we al een halve eeuw en goed een eeuw geleden dachten sommige wetenschappers nog dat het onmogelijk zou zijn. Toch moeten we toegeven dat de vooruitgang veel trager gaat dan gehoopt. Na de landing op de maan vond iedereen een bemande tocht naar Mars voor het einde van de eeuw heel vanzelfsprekend. Vandaag, in tijden van beperkte middelen,  blijft zo’n expeditie een moeilijk uit te voeren project. De meesten zijn het erover eens dat een bemande tocht slechts zin heeft als er een (semi)permanente basis wordt uitgebouwd op Mars. Zulke basissen bestaan wel op aarde, onder meer op de Zuidpool, maar een andere planeet maakt zo’n opzet complexer en moeilijker uitvoerbaar. De Amerikanen plannen eerst een basis op de maan in de jaren 2020 en pas later wordt de stap naar Mars gezet. Het zou me niet verwonderen mochten we uiteindelijk pas medio deze eeuw of zelfs later een semipermanente bewoonde basis hebben op Mars. Op de schaal van het universum zijn de nu mogelijke ruimtereizen minder dan een vlooiensprong. Willen we verder reizen, dan hebben we een ander soort motor nodig. Het meeste onderzoek gebeurt nu in verband met ionenmotoren. Die zijn vooral geschikt als aandrijving voor lange (en dus onbemande) reizen (niet zozeer voor de lancering zelf vanop aarde). In combinatie met nucleaire energie kunnen verre reizen buiten ons zonnestelsel worden gepland, waarbij zonnepanelen niet kunnen worden gebruikt. Plasmamotoren zijn een krachtiger versie van de ionenmotor.
Een alternatief is de nucleair aangedreven motor. Het grootste probleem met dergelijke motoren is de veiligheid en dat is ook de reden waarom deze piste niet langer actief wordt onderzocht. Er zijn nog alternatieven, maar die vereisen een lancering buiten onze dampkring en dus grote installaties waarbij het huidige internationale ruimtestation ISS verbleekt. We kunnen stellen dat een dergelijk project niet waarschijnlijk is in deze eeuw. In een dergelijke periode kan de technologie evolueren op een manier die we vandaag niet kunnen voorzien. Een waarschijnlijker en beloftevolle piste is die van het gebruik van nanotechnologie om een ruimtevloot van nanosondes de ruimte in te zenden.
Een van de krachtigste methodes is al met groot succes gebruikt in de ruimtevaart: de zwaartekrachtslinger (slingshot effect). Daarbij wordt de massa en beweging van een planeet gebruikt om de baan van een ruimtesonde te wijzigen en de snelheid te verhogen of te vertragen. Doe je dit bij een paar nabijgelegen neutronensterren, dan kan je theoretisch de snelheid van een ruimteschip opdrijven tot dicht bij de lichtsnelheid. Dat helpt ons niet verder hier op aarde, omdat we eerst in de buurt van een dergelijk paar neutronensterren moeten geraken, een variatie op het oeroude kip-of-eiprobleem.
Ten slotte denkt men soms aan een aandrijving met antimaterie. Dat zou nog meer kracht opleveren dan nucleaire aandrijving. Het eerste probleem is een betaalbare productie van antimaterie. Het oogsten van antimaterie in de ruimte lijkt niet meteen een snellere oplossing te bieden, gezien de technologische problemen en de onzekerheden van een dergelijk project.
Zijn verre reizen al heel problematisch, dan is tijdreizen dat helemaal, hoe frequent het ook in SF voorkomt. Op de vraag of tijdreizen principieel mogelijk is, is het antwoord niet direct negatief. In Einsteins relativiteitstheorie speelt de richting van de tijd geen rol (net zo min als in de wiskunde in het algemeen). Daarenboven kunnen bepaalde types van zwarte gaten theoretisch geschikt zijn voor tijdreizen of reizen naar parallelle universums als hun bestaan zou worden bevestigd. De vraag is of de ruimtereizigers de straling zouden overleven, en, indien ze dat deden, of ze ooit zouden kunnen terugkeren. In principe is de reis door een zwart gat een eenrichtingstrip, maar wel ongetwijfeld de trip van je leven.
Hoe het ook uitdraait in de wetenschap, de kans is groot dat het al ergens beschreven zal zijn in sciencefiction.

 

Conclusie

Mijn conclusie is dat er nog geen conclusies mogelijk zijn. Een groot aantal wetenschappelijke hypotheses in de hedendaagse fysica kunnen niet of nog niet worden getest of gefalsifieerd. Een combinatie van een aantal van die hypotheses heeft geleid tot verstrekkende gevolgtrekkingen en constructies die even fantastisch als mythisch lijken. Het multiversum is het dak op een constructie die misschien ooit bewezen zal worden, maar net zo goed als een kaartenhuisje ineen kan storten. Zelfs Brian Greene formuleert het de jongste tijd heel wat voorzichtiger dan voorheen, zoals je leest in onderstaand citaat:

Which is all just to say that the multiverse falls squarely in the domain of high-risk science. There are numerous developments that could weaken the motivation for considering it, from scientists finally calculating the correct dark-energy value, or confirming a version of inflationary cosmology that only yields a single universe, or discovering that string theory no longer supports a cornucopia of possible universes.
Brian Greene[x]

De snaartheorie heeft decennialang de fysica beheerst, maar heeft tot nu toe gefaald als de verhoopte unificatietheorie, de zogenaamde theorie van alles. Er zijn andere denkpistes mogelijk om kwantumfysica en relativiteitstheorie met elkaar te verzoenen. Misschien zijn de problemen met onze waarnemingen op kwantumniveau precies verbonden met de traditie om geïsoleerde systemen en opstellingen te onderzoeken – Smolins “physics in a box”.[xi] Het is alsof je woorden of lettergrepen in een stukje conversatie zou willen desambigueren, zonder meer te bekijken dan het geïsoleerde woord of de lettergreep. Als we die beperking opheffen waar dat zinvol kan zijn, wordt wetenschap natuurlijk veel complexer, maar ook omvattender. De geschiedenis van de wetenschap is eigenlijk nog zeer jong en de resultaten indrukwekkend. Er is geen reden om aan te nemen dat de ontwikkeling ooit stil zal vallen. Een theorie van alles in de fysica zal misschien een droom blijven, maar dat de wetenschap vooruitgang zal blijven boeken en uiteindelijk nieuwe, misschien heel onverwachte inzichten zal opleveren, daar twijfel ik niet aan.

Lectuurlijst
Bagott,Jim,Farewell to reality, 2013
Feyerabend,Paul, Against Method,1975
Golowin, e.a.,Sergius,De grote mythen van de wereld,19992
Kaku,Michio,Physics of the impossible,2008
Kuhn,Thomas S.,The structure of scientific revolutions,2nd edition,1970
McFadden,Johnjoe,Quantum Evolution. Life in the Multiverse,2000
Popper,Karl, The Logic of Scientific Discovery,6th impr. revised,1972
Popper,Karl R., Conjectures and Refutations. The Growth of Scientific Knowledge,4th edition,1972
Smolin,Lee,The Trouble with Physics,2008
Smolin,Lee,Time Reborn,2013

[i] “The similarities between science and myth are indeed astonishing”, Against Method, p. 298, in Verso edition, London, New York, 1995.
[ii] Cf. ook Martin Gardner, A Skeptical Look at Karl Popper, 2001.
[iv] According to Max Tegmark, professor of physics at the Massachusetts Institute of Technology, the ‘Mathematical Universe Hypothesis’ can be stated as follows: ’all structures that exist mathematically also exist physically‘. Tegmark uses a definition of mathematical existence formulated by the late German mathematician David Hilbert: it is ‘merely the freedom from contradiction’. Hence, if it is possible, it exists.
Cf. http://www.aeonmagazine.com/nature-and-cosmos/michael-hanlon-multiverse/, http://discovermagazine.com/2008/jul/16-is-the-universe-actually-made-of-math en een overzichtsartikel over het multiversum van Tegmark: http://space.mit.edu/home/tegmark/multiverse.pdf
[ix] In P. Kurtz (Ed) Skeptical Odysseys: Personal Accounts by the World’s Leading Paranormal Inquirers, Amherst, New York, Prometheus Books, 2001, 85-94
[xi] David Bohm (1917-82) heeft een alternatieve visie voor de kwantumfysica uitgewerkt, cf. ook hier: http://www.bbk.ac.uk/tpru/BasilHiley/History_of_Bohm_s_QT.pdf.
Deze tekst is gepubliceerd in Deus ex Machina nr. 146 over mythologie. In deze webtekst zijn de links uiteraard actief. 
Jan M. Meier
Labels: , , ,

Geen opmerkingen:

Een reactie posten

Bedankt voor uw reactie.
Die wordt na moderatie gepubliceerd.

Jan

Abonneren op: Reacties posten (Atom)