De klassieke waarneming, de objectieve meting

In de klassieke fysica speelt de menselijke waarnemer geen rol in dat wat waargenomen wordt of hoort dat althans niet te doen. Alles wordt bestudeerd vanuit het zogenaamde 3e persoonsperspectief. In alle experimenten dient enige invloed van de meting zo goed mogelijk uitgesloten te worden, al is er natuurlijk wel altijd enige invloed. Denk bijvoorbeeld aan de radardetectie van de snelheid van een auto. Het radarfoton kaatst terug van de auto en heeft dus een minuscule invloed op de snelheid van de auto. Maar dat effect is zo klein dat we dat rustig kunnen negeren in de praktijk. Beroep op dat soort meetfouten bij het digitaal loket verkeer zal geen gehoor krijgen. De elektriciteitsmeter verbruikt zelf ook een heel klein beetje energie waar de klant niets aan heeft bij de meting. Maar protesteren bij de energieleverancier zal weinig opleveren, ben ik bang.

De waarneming in de kwantumfysica

In de kwantumfysica – een loot aan de tak van de fysica die in zijn enorme succes de fundamentele rol van klassieke fysica heeft overgenomen – is dat echter niet zo, de manier waarop we meten is van essentiële invloed op dat wat we meten. Daar is geen twijfel meer over. Is dat nu de invloed van het meetinstrument of van de experimentator? De discussie over wat precies een meting is, is na 120 jaar kwantumfysica nog steeds niet echt beslist. John von Neumann – een van de eerste kwantumfysici – heeft al gezegd dat het waargenomen object en het waarnemende instrument niet fysiek op een of andere manier met elkaar verbonden zijn om zo de kwantumcollaps te veroorzaken. Beide zijn uiteindelijk samengesteld uit fundamentele deeltjes die zolang ze niet gemeten zijn zich als een immateriële golf van potentie zullen gedragen, de toestandsgolf. Beide toestandsgolven zullen zich bij een meting met elkaar vermengen, maar elkaar daarbij niet laten instorten, net als twee elkaar ontmoetende golven door elkaar heen zullen lopen zonder elkaar te elimineren. Bij de ontmoeting golven ze even samen en daarna golven ze gewoon verder. Er is volgens von Neumann daarom geen enkele aanleiding om een speciale beïnvloedende rol aan het fysieke meetinstrument toe te kennen inzake het einde van de toestandsgolf, de zogenaamde kwantumcollaps. Zijn inzicht werd genegeerd aangezien de invloed van de waarnemer en zijn bewustzijn niet objectief meetbaar was en er dus liever buiten gelaten werd. Wat het nog erger maakt is dat de toestandsgolf wel een golf is die we met de fysica formeel – dwz met getallen en symbolen – in principe kunnen beschrijven, berekenen en voorspellen, maar dat die golf zelf niet materieel waarneembaar is, niet eens materieel bestaat. Het is een golf van waarschijnlijkheden en dat zijn uiteindelijk mathematische constructies van de geest.

Is dan alles waarnemer?

Zodra je meet echter, houdt de immateriële golf op te bestaan en vinden we een van de vele mogelijkheden, het deeltje, dat geen golf is. Dat wordt ook zo geformuleerd in de Kopenhaagse interpretatie van Bohr en Heisenberg. Langzamerhand is het inzicht van Von Neumann, Bohr en Heisenberg – vooral vanwege enkele geavanceerde kwantumfysische experimenten zoals het uitgestelde keuze-experiment – zodanig bevestigd dat de waarnemer, die het waargenomene fysiek verwerkelijkt, niet meer te negeren is bij het fundamentele begrip van de natuur, zoals de fysica dat nastreeft. Hetgeen o.a. Carlo Rovelli heeft genoopt om dan maar letterlijk alles tot waarnemer van elkaar te bombarderen. Elk deeltje bestaat volgens hem alleen in relatie tot een ander deeltje. Mijn vraag is natuurlijk hoe dat werkt als beide deeltjes – nog – niet materieel bestaan en het dan wel klaarspelen om eerst in relatie met elkaar te komen en dan daardoor materieel te worden. Naar mijn gevoel is hier de volgorde verkeerd. Kosmoloog en kwantumfysicus Thomas Hertog beschrijft in ‘Het Ontstaan van de Tijd’ ook iets dergelijks waardoor alle dingen waarnemers worden die de kwantumgolf doen instorten en materie verschijnt. Maar dingen zijn toch ook van materie gemaakt die eerst zelf moet instorten? Dus – om de echte vraag te stellen – wat verstaan we nu precies onder een waarnemer en wat voor rol speelt die eigenlijk?

Wat is een waarnemer volgens de kwantumfysica?

In veel kwantumfysische experimenten – vooral die de afhankelijkheid van de waarnemer proberen te onderzoeken – wordt de rol van de waarnemer tot nog toe door een instrument uitgevoerd. De vraag is of dat het juiste perspectief is. In de bovenstaande figuur van een bijzonder ingewikkeld experiment, gebaseerd op Eugene Wigners gedachte-experiment met meerdere waarnemers, is dat in elk geval op die manier geïmplementeerd. In dat experiment wordt binnen een gesloten omgeving een experiment uitgevoerd. Een van de zogenaamde waarnemers bevindt zich binnen die gesloten omgeving en neemt dus het resultaat van zijn experiment direct waar, de toestandsgolf is voor die waarnemer en door de waarneming overgegaan in een waargenomen deeltje. Maar buiten de gesloten omgeving bevindt zich een tweede waarnemer waarvoor de inhoud van die gesloten omgeving nog steeds een toestandsgolf is omdat hij de inhoud van de grotere doos nog niet waargenomen heeft. Pas als die externe waarnemer de inhoud van de gesloten omgeving, de grotere doos, kan waarnemen eindigt voor hem de toestandsgolf en wordt de meting van het deeltje een feit, het krijgt wat de tweede waarnemer betreft dan pas zijn fysieke eigenschappen. Wie van deze waarnemers is nu degene die het gemeten deeltje met zijn eigenschappen teweegbrengt?

De poppetjes binnen en buiten de doosjes, die hier de waarnemers moeten voorstellen, zijn in dit experiment fysieke meetinstrumenten en missen dus het bewustzijn waardoor ze hun waarneming ook zouden kunnen interpreteren. Is dat interpreterende bewustzijn hier eigenlijk dus nodig? De experimentatoren denken blijkbaar van niet. Overigens was de uitkomst van het experiment al zodanig dat we aan het bestaan van een objectieve materiële wereld waar consensus regeert, waarin een feit gewoon een feit is, onafhankelijk van wie het waarneemt, zouden kunnen gaan twijfelen.

Is bewustzijn echt nodig? Is interpretatie nodig?

Kan een fysiek instrument zijn omgeving waarnemen en die waarneming dan interpreteren? Ik noem hier expres iets dat een fysiek instrument volgens mij niet kan, hoe geavanceerd ook, namelijk interpretatie. Het toekennen van betekenis, bedoel ik daarmee. Dat is hetgeen waar deze hele discussie eigenlijk om draait. Wat is interpreteren? Kan een fysiek instrument dat? De experimentatoren denken van wel en dat past helemaal in het materialistisch beeld van de wereld waarin de mens slechts een complexe machine is die in principe beschreven kan worden als het resultaat van zijn onderdelen. Het brein is in hun visie een geavanceerde computer, toevallig ontstaan in het evolutionaire proces van de overleving van de meest geschikte biologische machines, en kan dus qua brein rustig vervangen worden door een niet-biologische geavanceerde AI-machine zoals bijvoorbeeld ChatGPT. Interpretatie is in die visie niet verschillend van een berekening. Is er dus wel of geen verschil, en wat is dan het verschil? Omdat ook maar proberen te beantwoorden moeten we de discussie toch maar wat vereenvoudigen en maar eens kijken naar de essentiële verschillen tussen een eenvoudig ‘waarnemend’ meetinstrument als een cv-thermostaat en een biologische waarnemer.

Kan een fysiek instrument een waarnemer zijn?

Wat is het verschil tussen de cv-thermostaat en het biologische wezen dat voor een aangename omgevingstemperatuur afhankelijk is van zijn cv-thermostaat? Is er een fundamenteel verschil, fundamenteel in de fysieke zin? De thermostaat ‘voelt’ de omgevingstemperatuur, bepaalt of die afwijkt van de ingestelde waarde en stuurt vervolgens de cv aan. Is dat interpretatie? Is dat dus een meting? Dat lijken mij essentiële vragen al kan daar, vermoed ik, nog niet een echt 100% waterdicht antwoord op gegeven worden. Maar ik doe toch een poging.

Wat laat de toestandsgolf instorten?

We zouden daarvoor de volgende vraag kunnen stellen. Hoe is het mogelijk dat een fysiek instrument, dat zelf niet waargenomen wordt en dus in een toestandsgolf verkeert, de toestandsgolf doet instorten (reduceert)? Denk aan die cv-thermostaat. Die doet zijn werk ook als er niemand aanwezig is en men vergeten is om de gewenste temperatuur aan te passen bij een paar dagen afwezigheid. Als je dan na een paar dagen thuiskomt merk je dat het huis lekker warm is, dat de thermostaat dus nog aan staat en concludeer je op dat moment dat gedurende jouw afwezigheid de cv voor niets heeft staan stoken. Die conclusie – het was voor niks – is interpretatie. Dat kon je onbewuste thermostaat dus niet bedenken, anders had die wel iets anders gedaan. Kun je die onbewuste thermostaat nu een waarnemer noemen? Heeft de thermostaat de toestandsgolf die onder andere je cv-ketel, de radiatoren en de temperatuur in je huis bevat doen instorten tot een fysiek huisverwarmende cv? Elke keer dat die de temperatuur mat? Hoe dan?

Echte waarnemers interpreteren

Ik denk dat het inderdaad om interpretatie gaat. Het toekennen van de betekenis van een waarneming. Dat doet een instrument niet. Ik moet de thermostaat eerst vertellen, programmeren heet dat, wat een prettige temperatuur is, dat kan die zelf niet want een dergelijk instrument heeft geen weet van ‘prettig’. Nu zul je misschien aanvoeren dat een geavanceerde AI als ChatGPT dat wel zou kunnen. Maar daarvoor zou ChatGPT wel eerst een gigantische database moeten doorzoeken op gegevens over prettige temperaturen voor menselijke wezens. En hoe is die database gevoed? Juist. Door menselijke wezens die wat zij een prettige temperatuur vonden, er eerst in gebracht hebben. Hadden ze dat niet gedaan dan had ChatGPT geen antwoord geproduceerd. Niet op de vraag wat een aangename temperatuur is, misschien wel op de vraag welke temperatuur een biologisch wezen als de mens nodig heeft. Maar dat bedoel ik niet met aangenaam. Dat is namelijk geen in getallen uit te drukken ervaring. Altijd, en zonder uitzondering, is de vraag naar de betekenis van een waarneming, de interpretatie ervan, terug te voeren op een waarneming door een wezen dat zijn waarneming zelf bewust kon interpreteren als aangenaam of onaangenaam, rood of groen, hard of zacht, nat of droog, mooi of lelijk. Dan kun je pas beseffen dat in de afwezigheid van mensen het ‘aangenaam’ zijn van de temperatuur nergens op slaat. Zoiets zal de thermostaat uit eigen beweging niet bedenken. Natuurlijk kan zoiets geprogrammeerd worden, maar dan is daar altijd weer uiteindelijk iemand voor nodig die zoiets eerst bedenkt en dan als proces programmeert.

Bewuste interpretatie is altijd het slotstuk van het experiment

Dat er uiteindelijk een bewuste interpreteerder nodig is, geldt volgens mij zonder uitzondering voor elk experiment. Zelfs voor een run van de Large Hadron Collider in Geneve. Uiteindelijk wordt het resultaat bekeken door een bewust wezen dat er betekenis aan toekent. We vernemen dan uiteindelijk wel de betekenis, maar daar wordt meestal niet bij vermeld dat daar altijd weer een persoon aan te pas kwam. Dat is namelijk zo ontzettend vanzelfsprekend dat dat niet expliciet genoemd hoeft te worden. Dat betekent wel dat een essentieel onderdeel bij de rapportage van een experiment nooit wordt genoemd. De uitslag van de meting was X, en dat betekent Y. En dat laatste stukje ‘en dat betekent Y’, daar gaat het om. Dat is namelijk de interpretatie van een persoon en daarmee de eigenlijke beleving van de wereld. Daarmee is het einde van de toestandsgolf die daarvoor nog alle mogelijkheden bevatte een feit geworden. Dat einde met die ene mogelijkheid bevat dan ook de voorafgaande geschiedenis. Zoals in voorgaand voorbeeld over de cv meteen de geschiedenis van het ongewenste gasverbruik gedurende jouw afwezigheid een feit is geworden na jouw vaststelling ervan. Dat feit is dan na de kwantumcollaps door de waarneming – helaas – niet meer te veranderen. Dat noemen we dan een feit. Iets waarover consensus kan bestaan.

Wat is dan de rol van een registrerend meetinstrument?

Even genoeg stilgestaan bij de waarnemer. Wat is een meetinstrument in deze context? De eis lijkt te zijn dat het moet kunnen registreren. Daarmee vallen al een bepaalde klasse van passieve meetinstrumenten af. Denk aan de meetlat bijvoorbeeld, die verricht zelf geen registratie. Dat is dus een volstrekt passief meetinstrument in tegenstelling tot zo’n geavanceerde cv-thermostaat die het binnenshuis temperatuurverloop patroon onthoudt om te anticiperen op het volgende moment van opwarmen. Dat lijkt een mooi criterium, meten plus registratie, maar is nu een voltmeter aangesloten op een recorder wel of geen waarnemer? Is de fotondetector aangesloten op een coïncidentiedetector in een geavanceerd dubbelspleet experiment een waarnemer? Probeer daarom, om die vraag te kunnen beantwoorden, je eens in te denken hoe een registrerend meetinstrument het geregistreerde object of de toestandsgolf zou kunnen beïnvloeden en vooral waarom een ander gelijksoortig instrument dat niet zou doen. Neem bijvoorbeeld een massief ijzeren staaf. Dat lijkt geen registrerend instrument, tot je bedenkt dat de staaf uitzet of krimpt naargelang zijn temperatuur. De staaf meet op die manier de temperatuur. Als de staaf lang genoeg is en op een slimme manier verbonden aan een schrijfstift en een rol papier zou je het verloop van de temperatuur kunnen registreren. De verandering van de lengte van de staaf levert de informatie over het verloop van de temperatuur. Je kunt de staaf met stift en papier dus ook, in deze context, zien als een registrerend meetinstrument. Maar omdat we er op een ingenieuze wijze gebruik van maken zou hetzelfde passieve instrument ineens wel een waarnemer worden die de kwantumgolf doet instorten. Dat is inconsequent geredeneerd.

Je zult een willekeurige ijzeren staaf dus niet gauw aanmerken als waarnemend meetinstrument. Als je op deze wijze gaat nadenken over registrerende meetinstrumenten wordt het idee van het instrument als waarnemer dus inconsequent en daarmee uiterst aanvechtbaar. Of een instrument registreert of niet zou dan niet bepaald worden door zijn fysische eigenschappen maar door de manier waarop wij er gebruik van maken, en dan komt de bewuste waarnemer meteen weer om de hoek kijken. Uiteindelijk moeten we dus beginnen te erkennen dat ook bij een instrument dat meet en registreert de uitslag pas resulteert in een echte waarneming – de waarneming die de kwantumcollaps doet plaatsvinden – als er door een bewuste waarnemer naar gekeken wordt. Als we dat als werkelijke verklaring accepteren dan hebben we wellicht een aanvaardbaar bruikbaar en consequent criterium voor de definitie van een meting en meteen ook voor de aanleiding van de kwantumcollaps, de materiële manifestatie van de wereld.

Conclusie

Er is uiteindelijk dus altijd een bewuste waarnemer nodig voor een echte meting. Het meetinstrument is dan niets anders dan een verlengstuk van onze zintuigen en kan niet de aanleiding zijn voor de kwantumcollaps, het verschijnen van de materie in onze wereld. Dat heeft een diepgaande betekenis voor ons ervaren van de wereld. Wij zijn essentieel in het verhaal. Wij maken een essentieel onderdeel uit van de wereld. Door haar waar te nemen en dus te ervaren.