zaterdag 11 juni 2022

Stoïcijns determinisme en quantummechanica

 De oude stoïcijnen gingen er van uit dat het universum volledig deterministisch was. Dit betekent dat er volgens hen een aantal natuurwetten moeten bestaan die ons, althans in principe, de mogelijkheid bieden om alles wat er in het universum gebeurt te voorspellen. Als we zouden beschikken over een volledige beschrijving van de toestand van het heelal op dit moment, dan zouden we daaruit met behulp van die natuurwetten letterlijk alles wat er nog te gebeuren staat kunnen berekenen. Dat was natuurlijk wel even een probleempje. We beschikken nu eenmaal niet over een compleet stelsel van natuurwetten, en ook de exacte toestand waarin het heelal zich bevindt is voor ons mensjes een beetje lastig te bevatten. Maar dat doet niet af aan het principe.

Als de stoïcijnen gelijk hebben zouden de natuurwetten, uitgaande van de toestand waarin het heelal zich nu bevindt, kunnen vertellen hoe het heelal in het verleden is geweest en hoe het er in de toekomst zal uitzien. Zo kunnen we bijvoorbeeld met behulp van de zwaartekrachtwetten van Newton en de huidige positie en snelheid van de zon en de planeten op elk willekeurig tijdstip in het verleden of de toekomst berekenen wat de toestand van het zonnestelsel zal zijn. Het stoïcijnse determinisme lijkt in het geval van het zonnestelsel aardig te kloppen. Maar de stoïcijnen gingen nog een stap verder. Ze gingen er van uit dat er ook natuurwetten bestaan die het menselijke gedrag beheersen.

Dat klinkt absurd. Zou het werkelijk mogelijk zijn om te ‘berekenen’ hoe al onze toekomstige handelingen eruit zullen zien? Het is natuurlijk onmogelijk om zelfs maar de positie en eigenschappen van al de moleculen in een mensenlichaam te kennen laat staan van alle atomen en moleculen in het heelal. Maar als we er van uit gaan dat het universum zich aan natuurwetten houdt dan beweren we toch echt ook dat onze toekomst, ook al beschikken we niet over de mogelijkheid om alles te bevatten, toch gepredestineerd is.

Het stoïcijns determinisme wekt veel weerstand op. Het druist in tegen het gevoel dat we over een vrije wil beschikken en dat we tot op zekere hoogte ons eigen lot kunnen bepalen. Toch was het determinisme tot het begin van de twintigste eeuw de heersende wetenschappelijke opvatting. Dat het wetenschappelijk determinisme inderdaad niet helemaal leek te kloppen kwam pas met de ontdekking van de quantummechanica aan het licht. De Duitse natuurkundige Heisenberg introduceerde zijn beroemde onzekerheidsprincipe. Zijn onzekerheidsprincipe leert dat de natuur, in tegenstelling tot wat de oude stoïcijnen meenden, beperkingen oplegt aan ons vermogen om met behulp van natuurwetten de toekomst te voorspellen. Dit komt doordat we om de toekomst te kunnen voorspellen de exacte snelheid en positie van elk willekeurig deeltje in het universum zouden moeten kennen. Om de positie van een deeltje te kunnen bepalen zullen we het echter met lichtdeeltjes (fotonen) moeten beschijnen. Om de positie van een deeltje echt nauwkeurig te kunnen bepalen moeten we dan ook nog fotonen met veel energie gebruiken. Maar zelfs slechts één enkele foton zal al een storende invloed uitoefenen op het te onderzoeken deeltje. Het zal de snelheid van het deeltje op een onvoorspelbare wijze beïnvloeden. Hoe meer energie het foton bevat waarmee we het deeltje bestralen, hoe nauwkeuriger we de positie van het deeltje kunnen bepalen. Maar hoe meer energie het foton bevat, hoe heftiger het deeltje zal reageren. Dat betekent dat we als we de exacte positie van een deeltje willen weten de snelheid van dat deeltje zo zal veranderen dat we die snelheid niet meer nauwkeurig kunnen vaststellen. Hoe nauwkeuriger we de positie van een deeltje willen meten, hoe minder nauwkeurig de meting van de snelheid zal uitvallen. Hetzelfde gaat op voor het omgekeerde geval.

Heisenberg toonde aan dat de onzekerheid over de positie van een deeltje in verhouding tot de snelheid van dat deeltje nooit kleiner kan zijn dan een bepaalde hoeveelheid. Dit betekent dat je om de onzekerheid omtrent de positie van een deeltje te halveren je de onzekerheid omtrent de snelheid van dat deeltje moet verdubbelen en vice versa. Voor dit compromis dat het universum ons oplegt bestaan er geen uitzonderingen. De grenzen die het onzekerheidsprincipe van Heisenberg aan ons oplegt zijn niet afhankelijk van de manier waarop we de positie en snelheid van het deeltje proberen te meten en evenmin van het soort deeltje. Het onzekerheidsprincipe is een fundamentele, onontkoombare, eigenschap van het universum. Dit heeft verstrekkende gevolgen voor de manier waarop wij de wereld ervaren. Het is funest voor de stoïcijnse leer dat we een volstrekt deterministisch model van het heelal zouden kunnen maken. Het onzekerheidsprincipe betekent dat het voor ons onmogelijk is om gebeurtenissen in de toekomst exact te voorspellen. Dit komt niet alleen omdat we niet alle natuurwetten kennen, maar vooral doordat we de huidige toestand van het heelal niet exact kunnen vaststellen.

Maar is het onzekerheidsprincipe wel zo dodelijk voor het stoïcijnse determinisme als je op het eerste gezicht zou denken? We kunnen ons nog altijd voorstellen dat er een verzameling natuurwetten bestaat die alles volledig bepaalt. Ook kunnen we ons voorstellen dat er één of ander bovennatuurlijk wezen bestaat dat al die wetten ook kent en de huidige toestand van het heelal kan waarnemen zonder daarmee die toestand te verstoren. Daar heb je als gewoon sterfelijk mensje natuurlijk niet zo heel veel aan, maar uitgesloten is het determinisme daarmee nog niet. Dat wij mensen niet in staat zijn de toekomst exact te voorspellen betekent immers nog niet dat die toekomst niet toch gedetermineerd zou kunnen zijn.

Met het onzekerheidsprincipe van de quantummechanica zitten de stoïcijnen dus wel opgescheept met een voor normale mensen onvermijdelijke onvoorspelbaarheid van de natuur. Dat neemt niet weg dat de kwantummechanica vooral opgaat voor de kleinste deeltjes, zodra één en ander wordt opgeschaald naar het niveau van biljartballen, tafels en stoelen gelden de ‘normale’, niet aan het toeval onderhevige regels. Maar dat is nog niet alles. Ondanks het onzekerheidsprincipe bestaat er geen noodzaak om het geloof in een door natuurwetten geregeerde wereld op te geven. De kwantummechanica is een zeer geslaagde theorie die de grondslag vormt voor vrijwel de gehele moderne natuurwetenschap en techniek. Het redt zich uit het principe dat de positie en de snelheid van een deeltje onmogelijke beide met volledige nauwkeurigheid kunnen worden bepaald door deeltjes geen welomschreven positie en snelheid te geven en ze uit te beelden als een golf. De kwantummechanica is in zekere zin ook deterministisch omdat het de regels geeft voor de ontwikkeling van die deeltjesgolf in de tijd. Als we een deeltjesgolf op een bepaald tijdstip kennen kan de kwantumtheorie hem voor alle andere tijdstippen berekenen. Het onvoorspelbare komt alleen om de hoek kijken als we een exacte positie en snelheid willen vaststellen. Maar wie zegt dat het universum niet uit golven of velden bestaat en dat onze pogingen het tot puntdeeltjes met een bepaalde snelheid te reduceren niet gewoon abuis zijn. Dat onze ideeën niet aansluiten bij de werkelijkheid zou heel goed de oorzaak kunnen zijn voor de ogenschijnlijke onvoorspelbaarheid. Dat ons mensenbrein niet in staat is een voorstelling te maken van wat deeltjes in werkelijkheid zijn betekent immers nog niet dat het universum toch in zekere zin gedetermineerd zou kunnen zijn. Het determinisme zoals de stoïcijnen zich dat voorstelden lijkt daarmee nog helemaal niet verloren te zijn.






Geen opmerkingen:

Een reactie posten