Een nogal cryptisch stukje tekst
In een vorig bericht, over het boek ‘The Idea of the World’ van Bernardo Kastrup schreef ik:
‘Een beeld van een universum met alleen materie biedt hier geen enkele verklaring voor het feit dat de detectie van de spleet die gepasseerd moet zijn terug in de tijd werkt. Dat is omdat de oorsprong van het effect dat de interferentie verdwijnt – het verschijnen van het foton in een van de spleten – vóór het moment van detectie plaats gevonden moet hebben.’
Daar struikelde een lezer over en eigenlijk wel terecht. In mijn antwoord op haar bericht beloofde ik uitgebreid aandacht aan retrocausaliteit, oorzaak en gevolg, zoals dat in uitgestelde dubbelspleet experimenten naar voren komt, te besteden. Bij deze dus een poging om dat een stuk helderder te krijgen.
Interferentie bij de dubbelspleet
Eerst kijken we naar de gewone dubbelspleet. Of daar nu fotonen, elektronen of buckeyballs van 64 koolstofatomen op worden afgeschoten, het resultaat is steeds interferentie. Dat komt omdat deze objecten de dubbelspleet, in de vorm van een kwantumgolf met een zekere frequentie en golflengte, passeren op weg naar detectie. In beide spleten ontstaat er dan voor elk passerend object een eigen synchrone golfbron. Die synchrone golven die uit die twee spleten komen zullen op bepaalde plekken elkaar versterken of uitdoven. In de figuur 1 zullen de twee golven elkaar langs de stippellijnen versterken. De interpretatie van de kwantumgolf is dat daar de hoogste kans is dat het object bij meting wordt aangetroffen. Het resultaat op een scherm erachter is een patroon van lichte en donkere banden. Dat is niet het resultaat van één object. Om zo’n patroon te krijgen moet je wel minstens duizenden objecten, die allemaal dezelfde golflengte hebben, op de dubbelspleet afvuren. Zo’n patroon is het resultaat van interferentie.
Kijken bij de spleet
De golf gaat dus steeds door beide spleten. Gaan we nu observeren door welke van de twee spleten elk object gaat dan gebeurt er iets merkwaardigs. Elke golf past zich dan zodanig aan dat die nog maar door één van beide spleten gaat. De kans om het object dan bij meting in die spleet aan te treffen wordt ter plekke van die spleet blijkbaar 100%. Een golf die uit één spleet komt kan niet met zichzelf interfereren. In figuur 2 het resultaat als er gemeten wordt door welke spleet het object gaat. In figuur 2 gaat het object dus door de linker spleet. Maar de kans dat het door de rechter spleet had gegaan is vanzelfsprekend even groot. Er vertrekt nu maar per object één enkele golf uit een van beide spleten. Het resultaat op het scherm is nu een vage vlek in het midden achter de dubbelspleet omdat de afzonderlijke objecten afwisselend door maar één van beide spleten gaan. Eigenlijk twee vlekken dus die over elkaar heen liggen.
Verstrengelde fotonenparen met gezamenlijke informatie
Meten bij de spleet met fotonen wordt gedaan door eerst twee fotonen met elkaar te verstrengelen en er dan één, het signaalfoton, door de dubbelspleet te sturen. Dit experiment beschrijf ik in mijn boek in hoofdstuk 7. Het andere foton, de idler, bezit vanwege die verstrengeling informatie over de spleet waar het signaalfoton doorheen gaat. De idler bezit dus informatie over welke spleet gepasseerd wordt. Als die informatie verloren gaat dan is het resultaat interferentie als in figuur 1. Als die informatie niet verloren gaat is het resultaat een vage vlek als in figuur 2.
De kwantuminformatie wisser
Het al dan niet wissen van informatie wordt gedaan door het idler foton een halfdoorlatende spiegel te laten passeren. Passeren of reflecteren is een niet voorspelbaar kwantumproces met 50/50 kansverdeling. Bij passeren blijft de informatie behouden, bij reflecteren gaat de informatie verloren. In het eerste geval is het experimentele resultaat van de signaalfotonen inderdaad een vage vlek, in het tweede geval een duidelijk interferentiepatroon.
Tot zover is het een belangrijk en hopelijk nu beter begrijpelijk kwantum experiment. Het al dan niet wissen van informatie bepaalt het patroon dat op het scherm ontstaat. Het interessante is nu dat we de halfdoorlatende spiegel zover weg kunnen zetten dat het signaalfoton al lang en breed door de dubbelspleet is gegaan wanneer de idler de halfdoorlatende spiegel bereikt waar beslist wordt voor passeren (informatie behouden) of reflecteren (informatie wissen). Ook dan is het experimenteel gemeten effect dat het interferentiepatroon wel of niet verdwijnt als de informatie niet, respectievelijk wel, verloren gaat, ook al is dat pas in verstreken tijd nadat de golf van het signaalfoton de dubbelspleet al gepasseerd is en het interferentiepatroon dus al – gedeeltelijk – gevormd zou moeten zijn.
Retrocausaliteit? Of een waarnemer effect?
Dit lijkt dus een effect met terugwerkende kracht in de tijd, retrocausaliteit. Zie de tijdlijn in figuur 3. Een andere interpretatie, waar ik de voorkeur aan geef, is dat de kwantumgolf van de fotonen verstrengeld raakt met de meetopstelling en dat de echte kwantumcollaps, de manifestatie van het gemeten object, pas plaats vindt wanneer de waarnemer de resultaten bekijkt. Zie figuur 3.
Gemiste kans?
Dit experiment, Random Delayed-Choice Quantum Eraser via Two-Photon Imaging, is uitgevoerd in 2007. De resultaten bevestigen de ogenschijnlijke retrocausaliteit. Wat ik echter niet in de beschrijving van het experiment gevonden heb is het idee om de informatie wissende halfdoorlatende spiegel zover weg te zetten dat het signaal foton al is gedetecteerd, en het interferentiepatroon of de vage vlek dus al zou bestaan, vóórdat de idler de spiegel passeert. Dat zou nog sterker aantonen dat het uiteindelijk om de waarnemer gaat en dat het niet een effect is van de meetopstelling. Een gemiste kans.
Oorzaak, gevolg en tijd worden daarmee iets dat de waarnemer creëert.
Ik hoop hiermee de cryptische tekst aan het begin zodanig uitgelegd te hebben dat die een stuk begrijpelijker wordt. Op- en aanmerkingen zijn welkom.
Wat is informatie? Wat is observatie?
Als reactie op de vraag van een lezer.
Dat is de grote vraag binnen de kwantumfysica: Wat betekent het als er geobserveerd wordt? wat is informatie? Het lijken zulke eenvoudige woorden die iedereen gebruikt en begrijpt maar blijkbaar is het dat niet.
Wat mij betreft is alles wat mijn bewustzijn binnenkomt als ervaring een observatie. Of ik dat nu rechtstreeks met mijn fysieke zintuigen doe of dat ik een gigantisch instrument als de Large Hadron Collider in Geneve gebruik voor mijn metingen. In beide gevallen krijg ik informatie over de wereld. En uiteindelijk altijd via mijn zintuigen. Pas als die informatie zich in mijn bewustzijn manifesteert kan ik zeggen dat ik informatie heb gekregen en dat ik begrijp wat die betekent. Tegelijk is er dan historie vastgelegd, en tijd.
In het geval van het beschreven experiment zal de informatie over het resultaat opgeslagen worden in een computer. Dat wordt door een programma bewerkt zodat het op een beeldscherm getoond kan worden. De experimentator ziet op zijn beeldscherm het resultaat. Maar het kan natuurlijk ook eerst afgedrukt worden op papier waarna de experimentator het papier bekijkt. Pas op dat moment komt de informatie binnen in zijn bewustzijn.
Wanneer gaat informatie onherroepelijk verloren?
Wat betekent het nu wanneer we zeggen dat de informatie verloren gaat? Als die informatie al geobserveerd is dan is die wat mij betreft niet verloren gegaan, al is de informatie daarna van de harde schijf gewist. In dit soort experimenten is het een vereiste voor het resultaat dat de informatie, die zich op dat moment nog in de verstrengelde ongemanifesteerde kwantumgolf bevindt, dermate onherroepelijk verloren gaat, dat de kans dat die ooit nog een waarnemer kan bereiken absoluut nul is.
In alle experimenten, die ik erover gelezen heb, gaat de informatie verloren vóórdat de kwantumgolf de detector kan bereiken. Daar is een halfdoorlatende spiegel heel geschikt voor. Alleen bij passeren bereikt die de detector. Reflectie betekent dat de informatie, al zat die nog in de kwantumgolf, verloren gaat. De informatie kan nooit meer de waarnemer bereiken. Als de golf daarentegen de halfdoorlatende spiegel wel passeert zit die informatie nog in die verstrengelde golf. Die bereikt de detector die in feite ook bestaat uit een complex van kwantumgolven. De detector en de kwantumgolf raken verstrengeld. Die verstrengeling strekt zich vervolgens uit tot de computer waarmee de detector verbonden is en eindigt pas bij de observatie door de experimentator. Dan pas is de informatie die in de kwantumgolf zat het bewustzijn binnengekomen als ervaring van de wereld. Dat is het projectiepostulaat van John van Neumann dat ik nog steeds, ondanks de inherente geest-materie dualiteit – nog de meest aannemelijke verklaring vind van de zogenaamde kwantumcollaps. Afgezien dan van de idealistische interpretatie.
Maar als het nu gaat om de informatie die uiteindelijk de waarnemer bereikt dan kan het onherroepelijk vernietigen natuurlijk ook gedaan worden door er voor te zorgen dat die niet op de harde schijf van de computer terecht komt. Of onmiddelijk weer onherstelbaar gewist wordt. Dat lijkt me ook nogal onherroepelijk. Ik beschrijf zo’n experiment in mijn boek Hoofdstuk 13, Falsifieerbaarheid van het bewustzijnsmodel, paragraaf ‘Aangepaste kwantumwisser’. Of kijk op deze website bij ‘Een echte kwantum informatiewisser‘.
Ir. Paul J. van Leeuwen MSc studeerde af in de technische natuurkunde in 1974 aan de TU Delft. Kwantumfysica was nog geen onderdeel van zijn curriculum toen. Hij behaalde tijdens zijn werk in de automatisering in 1993 een master of science in kennistechnologie bij het CIBIT verbonden aan de Utrechtse universiteit.
Veel later in zijn carrière ontdekte hij de kwantumfysica en haar connectie met informatie en bewustzijn. Na zijn pensionering startte hij postacademische cursussen in kwantumfysica, informatie en bewustzijn.
De inhoud van zijn cursussen is samengevat in zijn boek ‘Kwantumfysica, informatie en bewustzijn’. Dit boek is ook in het Engels gepubliceerd onder de titel: ‘Quantum Physics is NOT Weird’.
