Boeken

Tuesday, August 24, 2010

Kwantum splijt fysici

Einstein en Bohr stonden aan de wieg van de kwantumrevolutie. Maar ze verschilden ten diepste van mening over de vraag naar de aard van de werkelijkheid achter de succesvolle kwantummechanische beschrijving.


Deze boekrecensie is verschenen in technologietijdschrift De Ingenieur van 20 augustus 2010

‘Je weet niet hoe je moet omgaan met Spiegeltaarten,’ zei de Eenhoorn.
‘Eerst uitdelen, dan snijden.’

Zomaar een flard uit de bizarre avonturen van Alice in Spiegelland in het gelijknamige boek van Lewis Carroll. ‘Eerst uitdelen, dan snijden’ − Onzin in onze alledaagse beleving, brute schending van de wet van oorzaak en gevolg, maar in Spiegelland kan het. Het is precies zo’n worsteling met de alledaagse logica voor eenieder die Kwantumland betreedt. Het net verschenen boek Kwantum van de Engelse auteur Manjit Kumar draait geheel om de filosofische worsteling die Einstein en Bohr diep verdeelde.

Van alle wetenschappelijke revoluties uit de 20e eeuw − relativiteitstheorie, kwantumtheorie, oerknaltheorie, schuivende continenten, genetica − heeft de kwantumtheorie onze begrip van de wereld het radicaalste op stelten gezet. In de kwantumwereld laat de intuïtie die we van kleins af aan via onze zintuigen hebben opgebouwd ons volledig in de steek. Kleine materiedeeltjes, traditioneel voorgesteld als harde bolletjes, blijken zich als golven te kunnen gedragen. Andersom kunnen lichtgolven zich als deeltjes gedragen. Even bizar: hoe nauwkeuriger een experimentator de positie van een kwantumdeeltje bepaalt, hoe onnauwkeuriger de snelheidsmeting. Het is kiezen of delen. Diep in de natuur zit een ingebakken onkenbaarheid, die zelfs voor het ideale meetapparaat onontkoombaar is.

Voor de Deense fysicus Niels Bohr bestond er geen kwantumwerkelijkheid buiten de metingen. Het type meting bepaalt of de experimentator het deeltjes- of het golfkarakter van een kwantumfenomeen waarneemt. Voor Bohr twee kanten van dezelfde medaille. Onaanvaardbaar, vond Albert Einstein. Wat blijft er over van de wetenschap zonder een zelfstandige, objectieve werkelijkheid? Kwantummechanica was voor Einstein niet meer dan een voorlopige theorie die uiteindelijk vervangen moest worden door een betere. Met creatieve gedachte-experimenten probeerde hij Bohrs visie op de kwantumwereld − de Kopenhaagse interpretatie − onderuit te halen. Bohr pareerde ze subliem, zo laat Kumar in zijn boek zien.

Sommige fysici, zoals de Nederlandse Nobelprijswinnaar Gerard ’t Hooft, zijn nog steeds − à la Einstein − op zoek naar een deterministische theorie die onder de van nature statistische kwantummechanica verborgen zou kunnen liggen. Maar de meeste fysici hebben de filosofische vraag naar de aard van de werkelijkheid al lang links laten liggen. Voor hen is de kwantummechanica alleen maar een instrument geworden om de werkelijkheid ijzig precies te beschrijven − door sommigen de shut up and calculate-interpretatie genoemd. Anno 2010 is de kwantummechanica de best geteste en meest precieze theorie in de geschiedenis van de wetenschap.

In Kwantum verweeft de auteur heldere, vaak tot in detail uitgelegde fysica met maatschappelijke ontwikkelingen, zoals de opkomst van Nazi-Duitsland, met persoonlijke drama’s, zoals Einsteins scheiding van zijn eerste vrouw. Gelukkig stipt Kumar ook de moderne experimenten aan die de afgelopen drie decennia nieuw licht hebben geworpen op het Bohr-Einsteindebat, ten gunste van Bohr. Aan de hand van talloze citaten uit oorspronkelijk bronnenmateriaal passeren alle hoofdrolspelers uit de meest opwindende tijd van de fysica de revue. Theorie en experiment jutten elkaar tussen 1900 en 1930 tot het uiterste op, precies wat in de huidige fysica van de elementaire deeltjes zo ontbreekt door de moeilijkheid en kostbaarheid van grensverleggende experimenten.

Toch kent het boek één groot manco: vrijwel alles is in andere boeken en artikelen al eens opgeschreven. Kwantum bewandelt een platgetreden pad, weliswaar met een bewonderenswaardige combinatie van een wijde blik naar de omgeving en oog voor de details in het pad, maar toch. Voor wie nog maar weinig over de kwantumrevolutie heeft gelezen, is het boek de ideale gids. Wie echter geen kwantumbeginneling meer is, wordt vrijwel nergens verrast.

Boek
Manjit Kumar: Kwantum - Einstein, Bohr en het grote debat over de natuurkunde. Ambo. 476 blz. € 34,95. ISBN 9789026321368

Internet
Scientific American-article ‘100 Years of Quantum Mysteries’: http://www.wsd1.org/grantpark/staff/patenaude/pdf/ap%20chem/Quantum_mysteries.pdf