Holografisch universum?

Laat ik beginnen met twee korte beweringen.

1. Een man zegt dat hij liegt.

a. Als de man de waarheid spreekt, dan is de bewering onwaar.

b. Als de man liegt, dan spreekt hij de waarheid, maar is de bewering onwaar.

2. Deze bewering kan nooit bewezen worden.

a. Als deze bewering onwaar is, dan is de bewering niet onbewijsbaar.

b. Als de bewering waar is, dan is de bewering niet te bewijzen.

Dit soort zinnen worden ook wel paradoxen genoemd. Het zijn schijnbare tegenspraken, doordat de stellingen (officiële benaming: proposities) zelf in het geding zijn. Er is namelijk sprake van zelfverwijzingen. Uit deze voorbeelden blijkt dat het onmogelijk is om alle beweringen in een op zich consistent systeem - in dit geval de taal - te bewijzen. Kurt Gödel heeft deze beperking van formele systemen in 1931 wiskundig bewezen. Hij formuleerde zijn onvolledigheidsstelling als volgt:

Als je een rekenkundig consistent formeel systeem hebt, met de regels van de logica, dan bestaan er altijd beweringen die wel waar zijn, maar niet binnen dit systeem te bewijzen zijn!

In feite is dit de eerste beperking waarmee we te maken hebben, als we een poging ondernemen om iets meer te weten te komen over de kosmos, ofwel ons universum. Die beperking is de mens zelf, de creatie waardoor het universum zichzelf kan waarnemen. Met deze kennis in ons achterhoofd krijgt de beroemde uitspraak van René Descartes ineens een bedenkelijk waarheidsgehalte: ik denk, dus ik besta. Maar dat terzijde.

Verder is één van de belangrijkste uitgangspunten in de kosmologie dat het universum geen buitenkant heeft. Enigszins te vergelijken met de zogenaamde Möbiusband die maar één zijde heeft (in tegenstelling tot een ring die een binnen- en buitenkant heeft). Volg het pad maar.

En wij mensen bevinden ons in dat universum, dus aan de binnenkant. Dat maakt de bestudering van de kosmos verdomd lastig, omdat onze beproefde wetenschappelijke methode namelijk gebaseerd is op objectivering: we plaatsen ons als subject tegenover het fenomeen (ofwel het object) dat we willen bestuderen. En ten aanzien van de kosmos zitten we er midden in, we maken er deel vanuit. Dat maakt de bestudering ervan erg lastig. En stel dat we een consistent model van het universum kunnen opstellen, dan nog hebben we te kampen met de onvolledigheidsstelling van Gödel, namelijk de beschrijving van onszelf binnen dat geheel.

De twee belangrijkste natuurkundige theorieën zijn tot nu toe de relativiteitstheorie en de kwantumfysica. Beide theorieën zijn in de twintigste eeuw ontwikkeld, maar zijn zo moeilijk, dat ze slechts door weinigen echt goed begrepen worden. Met o.a. deze twee fysische tools in handen, proberen wetenschappers nu naarstig een model van de kosmos te ontwikkelen. Van welke fenomenen kunnen we op aan en welke verschijnselen moeten we als illusoir bestempelen, omdat ze na veel onderzoek waarnemer-afhankelijk blijken te zijn?

Amanda Gefter beschrijft deze zoektocht in haar miraculeuze boek ‘In Einsteins Achtertuin’ (geschreven in 2014). Wat is werkelijk? Wat is waarnemer-onafhankelijk of, om in jargon te spreken, wat zijn de invarianten in het universum? Na een lange ontdekkingsreis blijkt dat bijna alles waarnemer-afhankelijk is. Een illustrerend voorbeeld uit ons aller ervaring is de regenboog. We zien allemaal onze eigen regenboog, doordat de hoek tussen het invallend zonlicht en de richting waarin we de regenboog waarnemen zeer discreet is. Vanuit elke waarnemerspositie zie je de regenboog dus net even op een andere plek. Een stoel kun je natuurlijk ook vanuit meerdere perspectieven bekijken, maar daarmee verandert de positie van de stoel uiteraard niet. Het is dus echt bijzonder dat iedereen het middelpunt van zijn eigen regenboog is.

Eén van de meest indrukwekkende fenomenen in het universum zijn wel de zwarte gaten. Hierover is in de laatste decennia steeds meer bekend geworden. Zoals je misschien wel weet is een zwart gat een plek in het universum waar zoveel massa geconcentreerd aanwezig is, dat zelfs het licht er niet aan kan ontsnappen. Het grensvlak van een zwart gat wordt ook wel de horizon ervan genoemd. Het bijzondere is dat een hypothetische raket die deze horizon passeert voor een waarnemer op grote afstand van het zwarte gat uitgerekt lijkt te worden en als een projectie op die horizon zichtbaar blijft. Uit ingewikkelde berekeningen blijkt nu dat de horizon als het ware fungeert als een hologram, dat alle informatie bevat van wat daar achter ligt. Elk grensvlak, dat gekenmerkt wordt door het feit dat het licht van achter dat vlak ons niet kan bereiken, is zo’n waarnemingshorizon. In de vier dimensionale ruimte-tijd ziet die horizon er voor een waarnemer als een kegel uit.

Informatie van buiten die kegel kan ons niet bereiken, omdat de lichtsnelheid een vaste waarde heeft, die overigens voor elke waarnemer altijd hetzelfde is. Kortom, wat geldt voor de regenboog, geldt ook voor het universum: we zien allemaal ons eigen universum. De lichtsnelheid is voor zover men nu weet één van de weinige waarnemer-onafhankelijke fenomenen, maar het universum is dat dus niet.

En hoe zit dat met ‘het niets’? Is dat waarnemer-onafhankelijk of niet? Waarom is er iets en niet niets? Het antwoord op die vraag lijkt te zijn dat de entropie (zeg maar de mate van wanorde) van de aanvankelijke oersoep, de nulpuntsenergie, ofwel het niets, gelijk was aan nul. En van de grootheid entropie weten we inmiddels dat deze van nature (in een gesloten systeem) altijd toeneemt. Vóór de oerknal was er volgens de huidige inzichten een volledig symmetrisch ‘niets’, waarvan de entropie gelijk was aan nul. Een zeer instabiele toestand, te vergelijken met een potlood dat op z’n punt balanceert. De val van het potlood, dat was de oerknal.

Uit het niets kwam een asymmetrische toestand voort, waarvan de entropie vanaf dat moment alleen maar toenam. Dus kun je zeggen dat het universum zoals ieder van ons dat waarneemt, in feite één van de manieren is waarop ‘het niets’ zich kan manifesteren. Het niets blijkt volgens sommige wetenschappers een tweede waarnemer-onafhankelijk fenomeen te zijn. Want ook al ziet ieder individu zijn/haar eigen universum, het is te allen tijde een manifestatie van ‘het niets’.

Als iets waarnemer-afhankelijk is, dan wil dat zeggen dat het eigenschappen heeft die afhankelijk zijn van het referentiekader van de specifieke waarnemer. In de kwantumwaarneming van het zogenaamde dubbelspleet experiment gebeurt er echter iets vreemds. Op het scherm achter de spleten is namelijk een interferentiepatroon waarneembaar, in feite de superpositie van twee golven (situatie links). Alsof elke lichtgolf (elk foton) door beide spleten tegelijk gaat, die vervolgens met elkaar interfereren en het aangegeven patroon op een scherm laten zien (het kwantumverschijnsel dat superpositie wordt genoemd). Maar dit is slechts mogelijk doordat we als waarnemer het geheel vanuit een soort goddelijk perspectief, dus van buitenaf, kunnen bekijken. Zodra we ons referentiekader verbinden met de twee spleten, door ter plekken met detectoren te meten door welke spleet het foton passeert, dan verdwijnt het interferentiepatroon. De golffunctie van de superpositie stort dan namelijk in.

Uit dit verhaal blijkt maar weer eens hoe complex de wereld waarin wij leven in elkaar steekt en hoe weinig we er tot nu toe eigenlijk over kunnen zeggen. Over de mens met zijn bewustzijn nog maar te zwijgen, want daarover tasten we helemaal nog in het duister. Misschien stuiten we bij/in de mens zelf ook wel op een holografische horizon. Een horizon die informatie bevat over wat er achter het mysterie ‘mens’ te vinden is, ligt te wachten om uitgelezen te worden. Misschien leven we dan toch in een matrix, een holografisch universum?