Panpsychisme

Ik dacht dat het heel gewaagd was: schrijven dat het krentenboompje hierbuiten wel eens bewustzijn zou kunnen hebben. Maar er is altijd baas boven baas. Er zijn mensen die vinden dat niet alleen boompjes, maar ook de vensterbank, het stalen hek voor onze tuin, de straatstenen, de lucht en misschien zelfs het licht een vorm van bewustzijn hebben. Panpsychisten worden ze genoemd.

Ik geloof er niets van hè, dat panpsychisme. Eigenlijk dacht ik: “dat is zo’n onzin, moet ik daar wel over schrijven”. Maar het knaagde aan me dat ik niet tenminste de moeite nam uit te leggen waarom het niet kan kloppen. En toen zette ik een hete kop thee op de vensterbank – en vroeg me ineens af of ik dat wel kan maken; of dat dat stiekem enorm pijnlijk kan zijn voor de houtvezels – of de lak.

Nou ja. Panpsychisme stamt al van de oude Grieken, maar zoals zoveel ideeën die we daar aantroffen, lijkt het wel eeuwig terugkerend en kent het moderne verdedigers. Eén is hersenwetenschapper Jacob Jolij, die uitgebreid aan het woord komt in de NRC podcast Future Affairs.

Zoals zoveel hersenwetenschappers heeft Jolij het bewustzijn eerst gezocht in de stroompjes in het brein, die hij met ingewikkelde apparatuur zo precies mogelijk gevolgd heeft. Maar Jolij vond het bewustzijn niet en dacht toen: misschien kijken we wel op het verkeerde niveau. In plaats van dat we naar de deeltjes kijken, moeten we in de deeltjes kijken. Misschien is bewustzijn wel een eigenschap van de natuur en de deeltjes waar die uit opgemaakt is, precies zoals massa en lading dat zijn.

Ik hoop dat het een beetje absurd klinkt allemaal, want, lieve lezer, dat suggereert dat je gezond verstand hebt. Maar, Jolij is professor en die heeft natuurlijk een wetenschappelijke troef in handen, anders zou hij dit soort rare ideeën niet ventileren. Die troef is, je raadt het al, de quantummechanica.

In de quantummechanica zijn de eigenschappen van deeltjes, zoals hun positie en snelheid, niet precies vast te stellen. Ik weet bijvoorbeeld bijna zeker dat er een dampende kop thee op mijn vensterbank staat, maar volgens de quantummechanica is er ook een kleine kans dat die kop ergens anders in huis is: in de keuken, of in bed ofzo. Er is één uitzondering. Precies op het moment dat ik naar rechts kijk en de kop zie staan. Op dat moment is het quantummechanisch gezien ook helemaal zeker dat hij daar staat.

Of neem ‘Schrödingers kat’. Erwin Schrödinger, die de wiskundige basis legde voor de quantummechanica, vond ook dat er vreemde dingen gebeurden. In een brief aan Albert Einstein kwam hij met een gedachtenexperiment: een kat zit in een doos, samen met een flesje gif dat kapot gaat als een radioactief element vervalt.

Volgens de quantummechanica is er altijd tegelijk een kans dat een radioactief element wel en niet vervallen is. Die twee toestanden liggen op elkaar, superpositie heet dat: ze zijn tegelijk een beetje waar. Pas als je een waarneming doet, wordt één van de twee mogelijkheden werkelijkheid. Schrödinger schreef dat dit betekent dat de kat in zijn experiment, volgens de quantummechanica, tegelijkertijd levend en dood is. Totdat je de doos opent. Zolang je dat niet doet, is het deeltje zowel wel als niet vervallen, de dodelijke machine zowel wel als niet geactiveerd, de kat wel of niet dood.

Ik denk dan: ‘katten die dood en levend tegelijk zijn’? Kom op zeg. Dan kun je net zo goed gaan roepen dat mijn vensterbank bewust is.

Nou, laat dàt nou precies zijn wat Jolij gedaan heeft. Hij stelt dat in de wiskunde van de quantummechanica een diepe waarheid schuilt over onze wereld: dat onze werkelijkheid afhankelijk is van onze waarneming. Zolang we niet weten hoe dat precies kan, moeten we zoeken naar antwoorden. En één mogelijke oplossing zou kunnen zijn dat bewustzijn een, nog onbekende, dimensie in het universum is.

Hoe onzinnig ik panspychisme ook vind, ik moet Jacob Jolij nageven dat de manier waarop hij dit uitwerkt: via bestaande wiskundige modellen die ervaringen kunnen modelleren, naar meetbare experimenten die vervolgens wiskundig toetsbaar zijn, wel erg charmant vind. Het zou wel wat opschudding veroorzaken als we blijken te kunnen meten dat materie bewust is, maar totdat die metingen er zijn is er weinig aanleiding het allemaal heel serieus te nemen denk ik.

Daar zijn twee redenen voor.

Ten eerste is de theorie zelf niet rond. Want hoe leidt bewuste materie tot menselijk bewustzijn? Hoe zouden de bewustzijnstoestanden van de lak van mijn vensterbank er samen voor zorgen dat de vensterbank blij is met mijn kop thee, of juist niet? Heeft mijn krentenboompje het deze winter koud omdat de houtvezels hun bewustzijn synchroniseren met het bewustzijn van de lucht? Hoe zorgen het bewustzijn van de elektronen in mijn brein voor dit hallucinante blogje? Ik kan me er weinig bij voorstellen. Een probleem in de quantummechanica ontdekken is één ding, maar dat gat opvullen met een overtuigende theorie over menselijk bewustzijn is iets heel anders.

Ten tweede zit er misschien helemaal geen ‘gat’ in de quantummechanica. Deze theorie werkt met kansen, niet met vaste wetten. Of iets formeler: quantummechanica is probabilistisch en niet deterministisch. Waarom is dat een probleem? Veel natuurkunde lijkt te suggereren dat de wereld voorspelbaar is, terwijl dat niet zo blijkt te zijn. Maar die suggestie van voorspelbaarheid zit in de eerste plaats in de natuurkunde omdat wij dit er ingestopt hebben, niet per se omdat de natuur zich voorspelbaar gedraagt.

Jolij zou niet de eerste wetenschapper zijn die vanuit verkeerde aannames toch iets briljants ontdekt dat waar blijkt te zijn. Ik vind het ook gaaf dat hij het probeert. Maar voor zover ik de wereld, de quantummechanica, het bewustzijn en de logica begrijp zie ik geen reden om het Panpsychisme uit de Griekse mottenballen te halen. Ik wil best geloven dat mijn krentenboompje ervaringen heeft, maar niet dat mijn vensterbank en mijn kop thee die hebben.

Meer lezen?

Ik schreef al eens over determinisme en over de quantummechanica waar Jolij op teruggrijpt.

Dit blogje maakt uit van een serie over het bewustzijn. In bewust beschreef ik hoe het bewustzijn eerder een familie van problemen vormt in plaats van een enkel vraagstuk. In ervaring ging ik in op de vraag of dieren ervaringen hebben en hoe we dat kunnen weten. In dualisme zette ik een aantal filosofische posities over het bewustzijn uiteen. In bewusteratuur ging ik in op pogingen om de hoeveelheid bewustzijn te meten. Daar ging ik ook in op de vraag of planten, zoals ons boompje misschien bewust kunnen zijn. In wil besprak ik de vrije wil en in de Chinese kamer op de vraag of computers bewust kunnen zijn.

Je kunt ook luitsteren naar de Future Affairs aflevering waar ik op teruggrijp. Of je verder verdiepen in de filosofische achtergronden van het Panpsychisme. Van beide stukken heb ik voor dit blogje gebruik gemaakt.

1 reactie Een reactie plaatsen

Determinisme

Niemand weet precies hoe lang geleden het is hè? De oerknal. Eigenlijk is het ook niet te berekenen, want tijdens de oerknal bestond de tijd nog niet. Maar over één ding zijn we het eens: het is heel lang geleden. Héél lang.

Zou het kunnen dat tijdens de oerknal al vastlag dat er, naast tijd en ruimte, ook ooit ergens een aarde zou onstaan? En dat daar dan nòg later mensen rond zouden gaan lopen van wie er één dit blogje zou schrijven? Mijzelf lijkt dat absurd, maar het is een filosofisch idee dat heel veel invloed heeft: het determinisme.

Deterministen stellen dat, als je op een bepaald moment de exacte positie en snelheid van alle deeltjes in het universum kent én de natuurwetten begrijpt, je daarmee de positie en snelheid van die deeltjes op elk later moment precies kunt berekenen. Er is geen speld tussen de wereld van vandaag en morgen te krijgen. Volgens het determinisme is de wereld volledig voorspelbaar; het enige wat ons misschien tegenhoudt, is een gebrek aan kennis, data en rekenkracht.

Het gaat deterministen niet persé om snelheid van deeltjes natuurlijk. Alles om ons heen is immers opgebouwd uit deeltjes en alles wat gebeurt, is het resultaat van botsingen van die deeltjes. Dus als we de deeltjes kennen, kunnen we al het andere waar we ons druk over maken afleiden: de temperatuur in Nederland vandaag, de vorm van mijn huis, de konijnen die hier aan mijn voeten scharrelen, de geur in deze ruimte, mijn gedachten terwijl ik dit schrijf, jouw gedachten terwijl je dit leest. Het lag allemaal allang vast bij oerknal.

Als je dit een absurd idee vindt, heb ik goed nieuws: je hebt al ongeveer een eeuw lang de natuurkunde aan je kant. Er zijn twee takken van de natuurkunde die er vanuit gaan dat de wereld fundamenteel onvoorspelbaar is. De natuurkunde van kleine deeltjes, de quantummechanica en de natuurkunde van complexe systemen, de chaostheorie.

De quantummechanica beschrijft de kleinste bouwstenen van de materie: atomen en de deeltjes waar die weer uit zijn opgebouwd. Deze deeltjes hebben vreemde eigenschappen: ze zijn tegelijk een deeltje en een golf, onze waarneming beïnvloedt ze, en ze kunnen op meerdere plekken tegelijk zijn. Toeval speelt hierbij een grote rol. Quantummechanica is vreemde natuurkunde. Zo vreemd dat er zelfs natuurkundigen zijn die niet willen geloven dat deze ideeën kloppen. En toch tonen experimenten keer op keer aan dat het klopt, inclusief de rol van toeval.

De chaostheorie gaat over systemen die met elkaar verbonden zijn. Dit kan iets eenvoudigs zijn, zoals een paar bewegende staafjes, of iets complexers, zoals alle factoren die een rol spelen in het weer en klimaat. Chaostheorie laat zien dat kleine verstoringen in zulke systemen grote en onvoorspelbare gevolgen kunnen hebben. Er is best discussie mogelijk over de vraag of die onvoorspelbaarheid nu een eigenschap van de natuur is of komt door ons gebrek aan kennis en rekenkracht. Maar hoe je het ook bekijkt: onvoorspelbaarheid blijft, zeker omdat zo’n kleine verstoring zelfs kan ontstaan door het onvoorspelbare gedrag van een quantumdeeltje.

Al met al is er genoeg bewijs dat in, of vlak na, de oerknal nog niet vastlag dat ik vandaag dit blogje zou schrijven. De grote vraag is waarom zoveel mensen -ik noem geen namen, maar er zitten werkelijk briiante geesten tussen- vast blijven houden aan het determinisme. Hangen ze nog steeds aan de natuurkunde van de 19e eeuw? Worden ze onzeker van het idee dat toeval echt bestaat? Of speelt er nog iets anders?

Zoiets weet je natuurlijk niet, maar voor velen heeft dit misschien iets met God te maken. De natuurkunde van de 18e en 19e eeuw was wèl deterministisch en zorgde voor een ‘mechanisering van ons wereldbeeld’. Religie was niet langer de ultieme bron van waarheid; voortaan konden we vertrouwen op de wetenschap. Het hielp daarbij dat die wetenschap leek te suggereren dat de natuur zich volledig wetmatig gedroeg. In zo’n systeem van eeuwige natuurwetten was geen plaats voor goddelijke interventie.

Nu toeval en instabiliteit weer deel uit maken van die natuurkunde is het even slikken. We hebben de absolute zekerheid van een alwetende God vervangen door de absolute zekerheid van eeuwig geldende natuurwetten. Maar als we toeval toelaten, geven we dan niet weer ruimte aan allerlei vormen van spiritisme en religie? Wie bepaalt waar het quantumdeeltje precies is? Wie veroorzaakt die kleine verstoringen in instabiele systemen? Is de volgende stap niet dat we een soort ‘intelligentie’ in onze theorieën gaan opnemen, die via toeval invloed uitoefent op wat er in de wereld gebeurt?

Het antwoord is volgens mij nee. Toeval is in de natuurkunde net zo’n fundamenteel begrip als kracht of deeltje of veld. Het is kiezen of delen. Of je accepteert dat dingen in de natuur soms spontaan gebeuren, zonder dat daar iets of iemand achter zit. Of je blijft het idee koesteren dat het allemaal, in minitueus detail al vastlag, nog voordat de tijd bestond. Als dit de keuze is, vind ik het nog niet zo gek om in toeval te geloven.

Meer lezen?
Ik schreef over de rol van toeval in de quantummechanica in EPR. Over complexiteit schreef ik ook eerder, hoewel ik daar de chaostheorie niet bespreek. Determisme speelt een grote, soms onzichtbare rol, in de discussie over de vrije wil waar ik al eens over sprak

2 reacties Een reactie plaatsen

EPR

In mijn blogje over gedachtenexperimenten haalde ik het Einstein – Podolsky – Rosen (ofwel het EPR) experiment al even aan. Ik beloofde toen dat ik er nog eens een apart blogje over zou schrijven. Nu het EPR experiment in Delft opnieuw in het echt is uitgevoerd en opnieuw Einsteins ongelijk aantoont kom ik daar natuurlijk niet meer onder uit. Opnieuw, inderdaad, want het experiment was al eens uitgevoerd, maar daar kom ik zo op terug. Eerst maar even de kwestie zelf. Om te kunnen snappen waarom het EPR experiment zo tot de verbeelding spreekt is het misschien nodig iets van de geschiedenis van de moderne natuurkunde te weten.

Het EPR experiment draait om de rol van toeval in de quantummechanica. Die quantummechanica is de natuurkunige theorie die het gedrag van kleine deeltjes (atomen en nog veel kleiner) beschrijft. De theorie is altijd onderwerp geweest van hevige discussie vanwege haar vreemdheid. Op het niveau van de kleinste deeltjes gebeuren dingen die je in het alledaagse leven weinig tegen komt. Zo blijkt dat de warmte in een warm voorwerp alleen vrij kan komen in de vorm van kleine energie brokjes, die een minimum grootte hebben. De manier waarop warmte uit een voorwerp komt is dus eerder te vergelijken met een emmer knikkers, waar je er één voor één een uit kan halen, dan met een emmer water waar je ook hele minuscule druppeltjes uit kan halen. Eigenlijk kun je zeggen dat de natuur digitaal is en niet analoog. Of zoals natuurkundigen het zien: energie blijkt gekwantiseerd te zijn; daaraan dankt de quantummechanica zijn naam. Dit idee is voor het eerst geopperd door Max Planck in 1900.

Misschien vind je het idee van gekwantiseerde engerige geen opzienbarende ontdekking, maar Planck vond het idee van kwanta zo raar, dat hij er zelf eerst niet echt in geloofde. De enige reden dat hij het opperde was dat de straling die van een warm voorwerp af komt op deze manier goed te beschrijven is. Albert Einstein gaf de quantumtheorie vervolgens een flinke impuls toen hij in 1905 liet zien dat ook het foto-elektrisch effect, het ontstaan van elektriciteit als licht op een metalen plaat valt, goed te verklaren is door de aanname van gekwantiseerde energie. Nu waren er dus twee verschijnselen waar het idee van kwanta voor werkte en two makes a crowd. Voor deze ontdekking kreeg Einstein later de Nobelprijs. Wat volgde in de natuurkunde, waren een aantal duizelingwekkende jaren. Na het idee van energiepakketjes volgde namelijk nog een reeks natuurkundige theorieën die elkaar in vreemdheid naar de kroon staken, maar waarmee wel vaak de uitkomsten van experimenten verklaard en voorspeld konden worden. Einstein zelf was niet onverdeeld positief over deze nieuwe natuurkunde. Hoewel hij er eigenlijk zo’n beetje het startschot voor gegeven had en hoewel hij met zijn relativiteitstheorie toch had laten zien niet wars te zijn van vreemde ideeën over de natuur, zat één aspect van de quantummechanica hem erg dwars. Dit was de rol die toeval toebedeeld kreeg.

Einstein was namelijk een determinist. Hij geloofde, dat als je vandaag een oneindig precieze meting zou doen van het universum en je zou perfecte natuurkunde hebben, dat het universum van morgen precies te voorspellen moest zijn. De quantummechanica sprak dit idee tegen. Één probleem was het onzekerheidsprincipe van Werner Heisenberg. Dit principe was een van die nieuwe natuurkundige theorieën. Heisenberg stelde dat je nooit tegelijk de snelheid en de plaats van een deeltje precies kon vaststellen. Volgens Heisenberg kon je de eigenschap van een deeltje alleen te weten komen door het te beïnvloeden. Als je de snelheid van een deeltje probeerde te meten beïnvloedde je de plaats en andersom. Met dit onzekerheidsprincipe stak hij een spaak in het deterministische wiel. Hij stelde namelijk dat het heelal onmeetbaar was. Je kun nooit precies weten hoe snel alle deeltjes gingen, tenminste niet als je ook wist waar die deeltjes waren. Het heelal voorspellen zat er dan ook niet in en teletransportatie trouwens ook niet. Toen de schrijvers van Star Trek kritiek kregen op hun verhalen over teletransportatie, omdat dit volgens het principe van Heisenberg onmogelijk was, bedachten ze snel een apparaat dat de Heisenberg compensator genoemd werd. Zo werd de serie gered van de werkelijkheid.

Nu is stellen dat de toestand van het heelal niet precies meetbaar is, nog iets anders dan stellen dat de natuur zich in het geheel niet voorspelbaar gedraagt. Heisenberg beweerde ook niet dat de natuur niet deterministisch is, maar anderen deden dat al heel snel wel. Onzekerheid, zo stelden zij, zit in de natuur ingebakken. Zelfs met een precieze meeting van het heelal, perfecte natuurkunde en eventueel een Heisenberg compensator, zou je volgens hen nog niet kunnen weten hoe het heelal er morgen uit ziet. Dat hangt helemaal van het toeval af. Hun kernidee was het idee van superpositie. Een deeltje dat in superpositie is, is in meerdere toestanden tegelijk. Electronen hebben bijvoorbeeld spin, ze kunnen bij wijze van spreken ¹ rechtsom en linksom draaien. Het idee van superpositie stelt dat elektronen tegelijk linksom en rechtsom kunnen draaien. Pas als we de spin gaan meten ‘kiezen’ de elektronen een kant. Dit is een absurd idee en dat vond Einstein ook. Maar dat elektronen blijkbaar twee kanten tegelijk op kunnen draaien, was helemaal niet wat hem het meest dwars zat. Wat Einstein niet beviel was een gevolgtrekking uit deze theorie: als deeltjes in meerdere toestanden tegelijk kunnen zijn totdat ze gemeten worden, dan is de natuur niet deterministisch meer. Zij wordt fundamenteel onvoorspelbaar. Dat vond Einstein maar niets: “God dobbelt niet”, zei hij.

En dus ging Albert Einstein met Boris Podolsky en Nathan Rosen zitten om een gedachtenexperiment te verzinnen waardoor je meteen kon zien dat het idee van superpositie gewoonweg niet waar kon zijn. Om het ongelijk van aanhangers van superpositie aan te tonen gebruikten Einstein, Podolsky en Rosen het idee van tweelingdeeltjes. De toestanden van die deeltjes zijn gekoppeld. We kunnen dus twee deeltjes hebben waarvan we niet weten in welke toestand ze zijn (volgens het superpositieprincipe), maar waarvan we wel weten dat ze een tegengestelde spin hebben. Stel je een tweelingdeeltje voor zeiden de EPR auteurs, waarvan de afzonderlijke deeltjes heel ver, misschien wel een lichtjaar uit elkaar zijn gedreven. Vervolgens meten de we de spin van één deeltje. Dat springt volgens het superpositieprinciepe pas door die meting in een bepaalde spin. Het andere deeltje moet dat dan ook doen: maar… hoe ‘weet’ het ene deeltje dat een ander deeltje een lichtjaar verderop gemeten wordt?. Volgens Einstein kan er niets sneller bewegen dan het licht, dus even een boodschap over zenden kan niet. Er moet een magische werking op afstand zijn òf het superpositieprincipe klopt niet.

In het EPR experiment staat dus met het superpositieprinciepe de vraag of de natuur deterministisch is op het spel. Dat is nogal wat. Toegegeven: het EPR experiment is niet het makkelijkst te begrijpen gedachtenexperiment dat ooit bedacht is, maar als gedachtenexperiment is het vrij overtuigend. Het superpositieprincipe zelf is al niet erg intuïtief, maar als er ook nog magische werking op afstand bij komt kijken, dan kan het toch bijna niet waar zijn. Exit toeval in de kwantummechanica. Toch? Nee dus. De man die Einstein in het ongelijk stelde heette Alain Aspect. Hij voerde in de jaren 80 van de vorige eeuw een experiment uit in de kelders van zijn laboratorium in Parijs waarmee door metingen aan deeltjes vastgesteld kon worden of de werking op afstand die in het EPR gedachtenexperiment zo een belangrijke rol speelt, bestaat. En zijn antwoord was ja. Deze deeltjes blijken te reageren zoals het superpositieprincipe voorspelt. Einstein had ongelijk en de natuur was ondeterministisch.

Hoe spectaculair het experiment van Alain Aspect ook was, het probleem met echte experimenten is dat de uitkomst ook bepaald kan zijn door de experimentele opstelling. Werden de metingen in Aspects experiment wel snel genoeg uitgevoerd? En zaten er geen andere fouten in de opstelling? Het experiment dat de Delfste wetenschappers eind Oktober gedaan hebben zou waterdicht moeten zijn. Alle mogelijke fouten in het experiment van Aspect, zijn geadresseerd. Er is ongelofelijk precieze apparatuur gebruikt. De opstelling gebruikt daarnaast glasvezels die over de hele campus liggen en is daarmee kilometers groot. Met al deze verbeteringen toonde het definitief Einsteins ongelijk aan. Nou ja definitief… ook het Delftse experiment zal wel weer ten prooi vallen aan allerlei kritiek op de details van de opstelling. Want dat is natuurlijk het probleem met echte experimenten: dat er foutjes in kunnen sluipen.

En dat soort foutjes geven weer ruimte om de controverse nog een tijdje te laten bestaan. Tot een nog groter en nog duurder experiment Einsteins ongelijk opnieuw aantoont of tot dat er een theorie bedacht wordt die ook de metingen verklaart, maar die intuïtiever is. Ik zou zelf inzetten op het laatste denk ik. Maar tot een dergelijke theorie gevonden is, is de wereld nog even ondeterministisch. Is dat erg? Ach, misschien is het ook alleen maar erg voor theoretisch natuurkundigen.

Meer Lezen?

Er is rondom het Delftse experiment natuurlijk veel pers geweest, waarvan ik het beeldverhaal over het experiment, dat de Volkskrant publiceerde het meest leeswaardig vond.

Ik schreef zelf al eerder een blogje over gedachtenexperimenten in het algemeen. En over het nut van echte experimenten in de blogjes “waardendragers” en “eksters”. Ook het blogje lableven over Bruno Latour’s studie naar de gang van zaken in een biomedisch laboratorium is gerelateerd aan dit blogje.

[1] Dit is echt ‘bij wijze van spreken’. Electronen kun je niet ‘zien’, ze zien er niet uit als balletjes en ze draaien waarschijnlijk al helemaal niet. Spin is een van de eigenschappen van electronen, maar het is een heel theoretisch/wiskundig concept.

5 reacties Een reactie plaatsen