Op Nu.nl: “Natuurkundigen weten eindelijk hoe lichtdeeltjes er precies uitzien”,” Het is een soort ovaal met een ribbelig randje, zoals op bovenstaande foto is te zien. Het binnenste heeft een groengele kleur en aan de blauwachtige stralen kun je zien dat het om een foton, ofwel een lichtdeeltje, gaat.”

Het gaat hier om een mathematisch model – een intensiteitsdistributie die aangeeft waar het foton het waarschijnlijkste gevonden kan worden – waarmee de interactie van fotonen met atomen beter voorspeld kan worden. De schrijvers van dit bericht verwarren, zoals gewoonlijk, een wiskundig model met werkelijkheid.

Het doet mij denken aan de nu duidelijke misser van Claudius Ptolemaeus die, omdat hij de aarde in het midden wilde houden (geocentrisme), een mathematisch model maakte waarin de aarde (het blauwe cirkeltje in onderstaande animatie) stilstond en de zon en de planeten zich bewogen als de attracties in een pretpark. Zijn mathematisch model was een uiterst nauwkeurige voorspeller van de planeetstanden, althans gezien vanaf de aarde.

Claudius had wel een excuus. Er waren nog geen waarnemingen in zijn tijd die het tegendeel van zijn model aantoonden. De telescoop was nog niet uitgevonden. De schrijvers van het artikel in Nu.nl hebben dat excuus niet. Ze hebben zich niet gerealiseerd dat het niet-materieel bestaan van het foton experimenteel al vele malen is aangetoond en dat er zelfs voor een aantal van die experimenten een Nobelprijs is toegekend. Het foton is geen groenig dingetje, het is niet-materieel. En het reageert op de waarneming door zijn golfgedrag aan te passen.

Overigens, een lichtdeeltje is een foton, maar een foton is niet noodzakelijk een lichtdeeltje. Een röntgen foton is geen lichtdeeltje maar een röntgendeeltje.

De werkelijkheid bestaat niet

“De werkelijkheid bestaat niet!” roept Carlo Rovelli – kwantumgravitatie fysicus – uit in een uitzending van de Boeddhistische blik. Dat is nogal een uitspraak, zeker omdat iedereen een eigen – doorgaans nog niet al te duidelijk – idee heeft van wat werkelijkheid is. Hetgeen me zijdelings doet denken aan de uitspraak die we van veel Nabij de Dood Ervaringen te horen krijgen: “Het was echter dan echt”. Wanneer we de dagelijkse materiële werkelijkheid als de enige werkelijkheid beschouwen en een Nabij de Dood Ervaring als niet essentieel verschillend van een droom of hallucinatie dan is dat toch een opmerkelijke uitspraak. Niet iets wat ik gauw zou zeggen na een droom, al was die nog zo indrukwekkend. Maar zodra je afstapt van het idee dat de dagelijkse materiële de enige werkelijkheid is, verandert ook de betekenis van de uitspraak van Rovelli. In dat licht is het zeker de moeite waard om een aantal experimenten die die uitspraak rechtvaardigen eens bij elkaar op een rijtje te zetten. Misschien dat dat helpt om uw idee over de ‘werkelijkheid’ eens goed op te schudden, mocht u nog in er-is-alleen-materie geloven. Al deze experimenten zijn in groot detail beschreven en besproken in mijn boek, maar nu is het tijd, denk ik, om ze eens gezamenlijk te presenteren. Ze bevestigen elkaar onderling, zonder uitzondering.

Het bewegende spleet gedachte-experiment

In de eerste decennia van de 20^e eeuw was Einstein al behoorlijk gekant tegen de implicaties van de zich nog ontwikkelende kwantummechanica. Hij bedacht een dubbele spleet gedachte-experiment waarbij, volgens die kwantummechanica, afhankelijk van onze kennis van het pad dat het foton aflegde de kwantumgolf zich daaraan zou moeten aanpassen. Iets dat daarmee invloed zou hebben op het interferentiepatroon dat een dubbele spleet experiment normaliter vertoont. Dat onze kennis invloed zou hebben op de kwantumgolf was in zijn ogen zo absurd, dat het voor hem een argument vormde tegen de kwantummechanica als goede natuurkunde. Hij ging nog wel uit van het fysieke bestaan van het foton, dat had hij zelf ook aangetoond.

Dat was een gedachte-experiment waarop Bohr eigenlijk geen goed antwoord had want Bohr ging toen ook nog uit van het fysieke bestaan van het foton. Later pas stelde hij in de Kopenhaagse interpretatie dat het kwantumobject vóór de meting niet bestaat en verklaarde daarmee de kwantumgolf tot iets niet fysieks.

Het echte bewegende spleet experiment.

Einsteins gedachte-experiment bleef een gedachte-experiment totdat in 2014 een internationaal team het experiment daadwerkelijk uitvoerde door zuurstofmoleculen te bombarderen met röntgenfotonen en het kwantumfysisch voorspelde interferentiepatroon te vergelijken met hun resultaat.

Einstein had gelijk, onze kennis van de gepasseerde spleet beïnvloedt het interferentiepatroon. Maar de kwantummechanica klopt en daar zit zijn ongelijk. Dat kan alleen als het vóór de meting een immateriële golf is. Het foton bestaat dus niet voor detectie. Zie onder.

Het uitgestelde keus Maryland experiment van 1982

In 1982 is op de universiteit van Maryland een experiment gedaan om te zien wat er gebeurt als we de kennis over het gekozen pad van het foton onherroepelijk vernietigen nadat het foton de dubbelspleet al gepasseerd zou moeten zijn. Helaas bevatte het een ontwerpfout en het uiteindelijke resultaat geldt dus niet. Toch liet dat resultaat wel iets zien dat Einsteins inzicht bevestigde. Als we kennis hebben van de gepasseerde spleet verdwijnt de interferentie en zien we slechts een naar de randen vervagende vlek.

Het uitgestelde keus experiment met langzame atomen.

Omdat atomen volgens de kwantumfysica zich ook als een golf gedragen kunnen daar ook interferentie effecten mee aangetoond worden. Omdat ze zich niet, zoals fotonen met de lichtsnelheid voortbewegen, is er meer tijd om de kennis over het gevolgde pad onherroepelijk te vernietigen voordat het atoom de detector bereikt. In 2015 slaagden Australische natuurkundigen erin om een zogenaamd Mach-Zehnder uitgesteld keuze experiment met langzaam bewegende heliumatomen uit te voeren. Het resultaat bevestigde dat zodra we kennis hebben van het afgelegde pad de interferentie (rode lijn in onderstaand figuur) verdwijnt (blauwe horizontale lijn). Conclusie: Het atoom bestaat niet voor detectie.

Voor een uitgebreidere beschrijving van dit experiment, zie elders op deze site.

Het uitgestelde keus Maryland experiment van 2007

In Maryland werd een herkansing van het niet correcte uitgestelde keus experiment van 1982 in 2007 met verbeterde technieken uitgevoerd, deze maal blijkbaar dus wel goed. Ze gebruikten daarvoor verstrengelde fotonenparen waarvan één van zo’n verstrengeld paar – de idler – de informatie over het pad van de ander – de signal – droeg. Het onherroepelijk vernietigen van die informatie van de idler had inderdaad – experimenteel aangetoond – het effect dat het interferentiepatroon van de signal foton verdween. Zelfs nádat het de dubbel spleet al gepasseerd had. Duidelijk een bevestiging van golfgedrag tot aan het moment van de fysieke meting. Geen materiële fotonen dus vóór de meting van de detectoren.

Het signal foton kon dus niet bestaan hebben vóór de meting en heeft zijn golfgedrag zelfs terugwerkend in de tijd aangepast. Iets wat alleen te verklaren valt door aan te nemen dat kennis ook de historie creëert. Dat het resultaat bekeken wordt door een waarnemer is zo vanzelfsprekend dat dat niet in de publicatie van het experiment staat. Toch is het volgens mij van belang.

Voor een uitgebreidere beschrijving van dit experiment, zie elders op deze site.

Dertien Bell-experimenten (1972 tot 2016)

De Bell-type experimenten zijn te complex om hier even in kort bestek uit te leggen. Maar ondanks te vele kritiek die op al deze experimenten is geuit, of misschien juist wel dankzij omdat vanwege die kritiek de experimenten steeds beter en steeds minder weerlegbaar werden uitgevoerd in de loop van de jaren, is elke keer bevestigd dat de fotonen vóór detectie niet materieel bestonden of dat ze materieel wel bestonden en via een spookachtige sneller-dan-licht communicatie met elkaar in contact stonden. In het Delftse experiment in 2016 zijn uiteindelijk alle mogelijkheden voor oneigenlijke beïnvloeding van de verstrengelde fotonen uitgesloten, waardoor het resultaat wereldwijd geaccepteerd zou moeten worden. U mag kiezen.

Fotonen zijn geen materiële dingetjes

Dus jammer voor de redactie van NU.nl. Geen hoera voor het ding. De wetenschappers van de universiteit van Birmingham hebben er overigens echt geen geheim van gemaakt dat hun model bedoeld is voor het doen van mathematische voorspellingen omtrent de reacties van licht op materie op atomaire schaal. Een typisch geval van reïficatie van een abstract mathematisch model. Gebeurt vaker en er zijn fysici die dat zien.

Helaas voor diegenen die hun idee over een materiële wereld ongaarne opgeven, maar wellicht goed nieuws voor de meer spiritueel denkende geest die gezien heeft dat materie, ruimte en tijd slechts een illusie zijn. Overigens wil ik opmerken dat een illusie niet inferieur hoeft te zijn aan de zogenaamde concrete realiteit. Iets dat de wereld die we beleven minder waardevol zou maken, integendeel. De mogelijkheden en kansen voor ‘werkelijke’ ervaringen nemen alleen maar enorm toe.