Robert P. Crease en Gino Elia vraag me af of de Nobelprijs van dit jaar zou zijn toegekend als niemand zich om de werkelijkheid bekommerde
Wetenschapsfilosofen zijn geïntrigeerd door de Nobelprijs voor natuurkunde van dit jaar. Dat komt omdat Alain Aspect, John Clauser en Anton Zeilinger zijn erkend voor het ontwerpen en uitvoeren van een verscheidenheid aan ingenieuze experimenten om verstrengelde deeltjes te demonstreren. Voor filosofen is het werk fascinerend omdat de kern ervan de uitdaging is om te begrijpen waar kwantummechanica over gaat.
Deze uitdaging bestaat al zo lang het onderwerp zelf, met beide Niels Bohr en Albert Einstein debatteren over de implicaties van verschillende gedachte-experimenten al in 1927. Voor Bohr toonden de experimenten aan dat het formalisme van de kwantummechanica, hoe vreemd ook, de wereld weergeeft zoals die werkelijk is. Voor Einstein toonden ze aan dat kwantummechanica dat wel doet niet de wereld weergeven zoals ze werkelijk is – en daarom mist elke ware betekenis.
Einsteins argumenten culmineerden in de beroemde "EPR" -papier dat hij in 1935 samen met Boris Podolsky en Nathan Rosen schreef, waarmee zogenaamd werd bewezen dat kwantummechanica de werkelijkheid niet kon weergeven (Fysieke beoordeling 47 777). Het EPR-papier is uniek onder de natuurkundepapieren omdat het begint met een poging om de werkelijkheid te definiëren. "Een voldoende voorwaarde voor de realiteit van een fysieke grootheid," verklaarden de auteurs, "is de mogelijkheid om het met zekerheid te voorspellen, zonder het systeem te verstoren."
Als John Bell teleurgesteld was door natuurkundigen die apathisch waren over de betekenis van kwantummechanica, was hij nog meer geïrriteerd door natuurkundigen die Niels Bohr respecteerden.
Het artikel is ook belangrijk omdat 'realiteit' voor het eerst in de moderne wetenschap werd benaderd als een toetsbare hypothese. De onzekerheid van de werkelijkheid kwam voort uit wat Erwin Schrödinger, in een post-EPR 1935 brief aan Einstein, genaamd "verstrengeling" – of de voorwaarde dat de kwantumtoestand van één deeltje in een systeem niet onafhankelijk van alle andere kan worden gedefinieerd. Einstein en Schrödinger vonden dat een misdaad en waren geschokt dat hun collega's niet meer geschokt waren.
Echt worden
Een natuurkundige die wel om de misdaad gaf, was dat wel John Stewart Bell. Geboren in 1928 nadat Bohr en Einstein hun debatten al waren begonnen, twijfelde hij er niet aan dat kwantummechanica geschikt was voor alle praktische doeleinden. Bell was echter van mening dat zowel het EPR-artikel als het verwarde antwoord van Bohr de fundamentele kwestie omzeilden, die niets te maken had met de technische efficiëntie van de kwantumfysica of met de nauwkeurigheid ervan als theorie.
Als Bell teleurgesteld was door natuurkundigen die apathisch waren over de betekenis van kwantummechanica, was hij nog meer geïrriteerd door natuurkundigen die Bohr eerbiedig waren. Velen gingen ervan uit dat hij met succes de bezwaren van Einstein had weerlegd en de fundamentele kwesties - op de een of andere manier - in de “Kopenhagen interpretatie”. Conceptueel vaag, houdt die interpretatie in dat iets golfachtigs (ofwel wiskundig of echt) op een onbekende manier instort in iets deeltjeachtigs.
In 1960, tijdens een conferentie op CERN, merkte Bell onverwachts dat hij een lift deelde met Bohr, en hij probeerde de moed te verzamelen om de 75-jarige grand old man van de natuurkunde te vertellen hoe gebrekkig en onverantwoordelijk zijn interpretatie van de kwantummechanica was. Helaas verloor Bell zijn zenuwen. Hij vroeg zich zelfs af hoeveel van zijn collega's hetzelfde hadden gedaan.
Vervolgens bedacht Bell in 1964 een creatief gedachte-experiment dat, als het echt zou worden uitgevoerd, zou aantonen of verstrengeling wordt veroorzaakt door lokale "verborgen variabelen" - eigenschappen die al bestaan voordat een meting wordt uitgevoerd. Aanvankelijk dacht Bell dat Einstein gelijk had, dat verborgen variabelen het antwoord zouden zijn op problemen met de kwantummechanica, en dat hij kon aantonen dat Bohr ongelijk had. Maar Bell zag steeds meer in dat hij dat niet kon.
Als Einstein de realiteit had omgezet in een toetsbare hypothese, deed Bell ook iets nieuws, namelijk laten zien dat Einsteins aanname van reeds bestaande variabelen ook kon worden getest (Fysica 1 195). Voor filosofen is het artikel van Bell fascinerend omdat het de deugdelijkheid onderzocht van wat Einstein als vanzelfsprekend had beschouwd; het vroeg hoe de microscopische wereld er werkelijk uitziet en de gevolgen van dat beeld. Wat Einstein conceptueel als vanzelfsprekend had beschouwd - het bestaan van bepaalde eigenschappen van deeltjes voorafgaand aan de meting - kon nu worden geëvalueerd.
John Bell en de meest diepgaande ontdekking van de wetenschap
Bovendien toonde het artikel aan dat Bohr niet duidelijk had gemaakt waarom het bestaan van verstrengeling deze reeds bestaande eigenschappen moet uitsluiten. Met andere woorden, het artikel van Bell gaf experimentatoren een doel dat noch Einstein noch Bohr hadden overwogen. Dat werk begon in 1972 toen Clauser een "Bell-test" deed met wijlen Stuart Freedman die het eerste harde bewijs leverde tegen lokale verborgen variabelen. Aspect zette dat werk later voort.
Wat betreft Zeilinger, had hij (in tegenstelling tot Bell) de door Bohr ontwikkelde kwantummechanische beschrijving al lang omarmd. In 1989, het jaar voordat Bell stierf, demonstreerden hij en zijn team verstrengeling van drie deeltjes, waardoor Bell's ongelijkheid met een enkele meting overbodig werd. Sindsdien heeft Zeilinger steeds meer potentiële achterpoortjes gesloten aan lokale theorieën over verborgen variabelen door steeds uitgebreidere verstrengelingsexperimenten te ontwerpen.
Het kritieke punt
Bell's filosofische gevoeligheid en fysieke subtiliteit hebben hem een quasi-mythische status onder reflectieve natuurkundigen en bedachtzame wetenschapsfilosofen. Zijn hernieuwde betrokkenheid bij het raadsel van verstrengeling werd aangewakkerd door filosofische zorgen die onbeantwoord bleven door natuurkundigen die vochten om de EPR-paper. Bell kon zijn twijfels over de betekenis van kwantummechanica op een manier formuleren die natuurkundigen aansprak, door conceptuele verschillen te benadrukken via eigenzinnige en speelse gedachte-experimenten.
Maar waarom waren wetenschappelijk gevoelige filosofen niet als eerste op de plaats delict? Waarom hadden ze de uitdaging van EPR niet onderkend en waren ze niet aan de slag gegaan? Een deel van het antwoord is ongetwijfeld hun gebrek aan technische training. Een andere is de beperkingen van het academische disciplinaire leven. Toch zouden Bells rijke filosofische conceptualisering en ingenieuze metafysische verbeelding meer een ingrediënt moeten zijn, niet alleen in de reguliere theoretische natuurkunde, maar ook in de filosofie.
de natuurkundige David Mermin ooit herinnerd aan een ontmoeting in 1989 toen Bell letterlijk tegen een collega-natuurkundige schreeuwde, in een poging zijn collega's te verzamelen om hun verbeeldingskracht niet te laten wegkwijnen in de schaduw van conventionele wijsheid. De Nobelprijs van dit jaar benadrukt de durf en openheid van natuurkundigen die het conceptuele kader dat door hun vergelijkingen wordt verondersteld ter discussie hebben gesteld en hebben aangetoond dat filosofische vragen over natuurkunde, in ieder geval, vaak fysiek toetsbaar en rigoureus kunnen worden gemaakt.
Robert P. Crease (klik op onderstaande link voor volledige bio) is voorzitter van de afdeling Wijsbegeerte, Stony Brook University, VS, en Gino Elia is een promovendus in de filosofie aan de Stony Brook University
