Methode Causale analyse:

Quantum mechanica




Bewustzijn en de Quantum mechanica.




Bewustzijn als onderdeel of uitvloeisel van een subatomaire realiteit.



In dit artikel wordt gekeken in hoeverre een verband kan bestaan tussen bewustzijn en quantum-mechanische verschijnselen. Daarbij zal kort worden ingegaan op de belangrijkste en vaak raadselachtige karakteristieken van de quantum wereld zoals deze tot dusver begrepen worden. Vervolgens worden diverse veronderstelde relaties tussen quantum verschijnselen en bewustzijn kritisch besproken.

1.

Inleiding



In het voorgaande hebben we gezien dat het erg lastig is om het bewustzijn direct te verklaren uit louter fysische verschijnselen, zoals een soort materiële substantie dan wel fysische energie. Dat komt vooral omdat bewustzijn kennelijk allerlei unieke kenmerken heeft die nog steeds niet te vinden zijn in het fysische domein - waaronder het zenuwstelsel - of die niet te verenigen zijn met de 'gewone' fysische wetten.
Maar misschien moet de grondslag van het subjectief bewustzijn gezocht worden op een subtieler of 'dieper' niveau van de neurofysiologische werkelijkheid: voorbij organen, weefseltypen, neuronale netwerken, individuele neuronen, transmittermoleculen; in het domein van atomen, ionen en elektronen.
In de quantum mechanica, kortweg: QM, wordt studie gemaakt van de kleinste bouwstenen, of samenstellende delen, van de fysische verschijnselen. Op subatomair niveau blijken vreemde dingen plaats te vinden. Zo blijken verschijnselen wisselend op te treden als materiedeeltjes en als golfpatronen van stralingsenergie - en dit blijkt afhankelijk van de meetmethode.
{Nb. Het wetenschapsgebied van de quantum mechanica kwam vrij plotseling tot ontwikkeling in de jaren 1900-27 door het werk van Max Planck: de quantum hypothese (1900); Albert Einstein: verklaring van het foto-elektrisch effect (1905); Niels Bohr: het quantum model van het atoom (1913), en later het complementariteitsprincipe (1928); Werner Heisenberg: de matrix mechanica (1925); en het quantum onzekerheidsprincipe (1927); Louis de Broglie: de quantum golf hypothese voor electronen (1923); Wolfgang Pauli: het quantum exclusion principle (1924); Erwin Schrödinger: de nonrelativistic quantum wave equation, of de 'Schrödinger vergelijking' (1926), c.q. de quantum golf mechanica, (1926a, 1926b, 1926c, 1926d, 1927a, 1927b); Max Born: de waarschijnlijkheidsinterpretatie (statistische of probabilistische interpretatie) van quantum golffuncties (1926a, 1927b, 1927); en P.A.M. Dirac: relativistic electron quantum wave equation (1928). }

Een andere benadering is dan ook om te proberen het bewustzijn te verklaren als quantum-fysisch verschijnsel.
Er zijn een aantal hoofdredenen die kunnen worden aangevoerd om een verband te leggen tussen subjectief bewustzijn en de quantum mechanica.

2.

Merkwaardigheid van het éne als bewijs voor het andere.



In het subatomaire domein treden verschijnselen op die niet verklaarbaar lijken te zijn vanuit de klassieke fysica, en om die reden nog steeds iets raadselachtigs hebben. In dat opzicht lijkt er een parallel met het domein van het subjectief bewustzijn. Diverse auteurs kwamen nu op de gedachte dat het misschien mogelijk is dat het éne onverklaarde als verklaring kan dienen voor het andere onverklaarde. (Ongeveer in de trant van: twee keer iets onverklaards geeft samen de oplossing).
"Bovendien bewijst een terrein als de quantum-mechanica, waar het wemelt van de meest spookachtige en bizarre verschijnselen, dat dingen die echt bestaan zich op een zeker moment vanuit de waarneming aan ons voordoen, hoe vreemd en onverwacht ze ook zijn" (Martien Philipse, psycholoog; in De Volkskrant, 1999).

Voor de duidelijkheid volgen hieronder enkele van de raadsels die in de huidige QM naar voren komen:

2.1.

Golven of deeltjes? .. Een dubbelzinnige realiteit.



Een fundamenteel aspect van de QM is de bevinding dat subatomaire verschijnselen wisselend kunnen optreden in de vorm van golfpatronen en van materiedeeltjes ('energiepakketjes', of quanta). Hun concrete verschijningsvorm is niet direct vast te stellen maar blijkt afhankelijk van de gekozen waarnemingsmethode.
Bijvoorbeeld, lichtstralen planten zich voort als golven, maar wanneer ze een plat vlak aankomen (bijvoorbeeld een projectiescherm) worden ze in principe geabsorbeerd als deeltjes (fotonen). Er verandert echter iets wanneer er een filter tussen wordt geplaatst.
(1) Als het licht door een nauwe poort in een tussenwand reist, komt het op het achterliggende scherm aan met een bepaalde spreiding, diffractie, vanuit een centrum of 'brandpunt'. In deze vorm heeft het licht de vorm van deeltjes die in hun gedrag voldoen aan de gewone, 'klassieke' statistische kansverdeling.
(2) Wanneer het licht via twee poorten kan gaan, wordt het uiteraard gesplitst in twee bundels, maar deze komen op het scherm aan met een bepaalde onderlinge wisselwerking, interferentie, die kenmerkend is voor golfbewegingen (oscillaties). Het licht verschijnt dus in de vorm van golfpatronen, en deze voldoen in hun gedrag aan de bijzondere quantum-mechanische wetmatigheden.

Dit is de golf-deeltjes dualiteit van materie en fysische energie.
{Nb. Ontdekt door Louis de Broglie, 1923; en o.m. beschreven door Werner Heisenberg, 1927. Het is uitgewerkt in gedachten-experimenten zoals het 'Twee spleten experiment', (zie o.m. Richard P. Feynman, 1965, Ch. 1).}

De beschrijvingen van verschijnselen als 'deeltje' en als 'golf' vullen elkaar aan. Ze zijn beide verschijningsvormen van dezelfde dingen.
"Alles - alles wat dan ook - is tegelijk deeltje en veld". (Schrödinger, E., 1956, p.165)
{Nb. Zie ook het principe van complementariteit (c.q. het 'complementariteitsconcept' van Neils Bohr, 1928).}

Het verschil tussen deeltje en golf is dan ook zeer betrekkelijk:
(I) Een 'materiedeeltje': is een hoeveelheid 'substantie', oftewel een hoeveelheid stralingsenergie geconcentreerd in een zeer klein volume.
(II) Een 'golf': is een regelmatig patroon van energie met een steeds wijdere spreiding in de ruimte, min of meer vergelijkbaar met een rimpeling op het oppervlak van een veld of 'oceaan' van energie.

"Ook al kunnen we [in de quantum mechanica] zo nu en dan bepaalde tegenstrijdigheden niet ontlopen, toch helpen de denkbeelden [van 'golf' en 'deeltje'] ons om dichter bij de werkelijke feiten te komen. Hun bestaan kan niet ontkend worden. 'De waarheid houdt zich op in de diepte'". (Neils Bohr, in: Heidenberg, W., 1971, p.210. Physics and beyond. NY: Harper & Row).

2.2.

Golven van waarschijnlijkheid.



In de QM wordt het quantum domein beschreven met behulp van de zogenaamde quantum golf mechanica. In deze methode worden quantum situaties benaderd met een wiskundig model, de zogenaamde golffunctie.
{Nb. Dit is de zgn. non-relativistische quantum golf vergelijking, opgesteld door Erwin Schrödinger (o.m. 1926, in Analen der Physik, nrs. 79 & 81-83). Wordt ook genoemd psi-functie of toestandsvector (state vector, system vector), etc..}

Deze golffunctie van Schrödinger bestaat uit een wiskundige beschrijving van de voortplanting (propagatie) van een golfpatroon door de quantum ruimte. Het is echter niet bekend wat het precies is in het quantum domein, dat dan 'golft'!
Wel lijkt het aannemelijk dat het om golven van stralingsenergie gaat. Maar deze worden enkel beschreven als golven van waarschijnlijkheid.
In de golffunctie is een subatomair deeltje een onderdeel of aspect van een golfpatroon, dat op elk moment overal met een bepaalde kanswaarde te vinden is, in elke toestand van golf of deeltje die het zou kunnen aannemen. In dit stadium is het deeltje eigenlijk nauwelijks een object, het is eerder iets wat zou kunnen worden, of zogezegd een 'beable' in termen van John S. Bell (o.m. 1973, 1984, 1985). Pas bij een interactie met een ander object, bijvoorbeeld een meetinstrument, wordt het golfpatroon tijdelijk verdicht tot een materiedeeltje met een minuscule massa, in een specifieke toestand en op een specifieke lokatie. Zolang het deeltje niet is waargenomen is de positie onbepaald, en bestaat het alleen als mogelijkheid.

"De atomen of elementaire deeltjes vormen eerder een wereld van latente krachten of mogelijkheden [ c.q. latente kansen ] dan een wereld van dingen of feiten". (W. Heisenberg, 1962, p.186): Physics and philosophy: The revolution in modern science. New York: Harper & Row Publishers.

2.3.

Beperkte voorspelbaarheid (indefiniete variabele-waarden).



Vaak zijn aspecten van quantum gebeurtenissen niet sluitend voorspelbaar, zoals het precieze tijdstip waarop een atoom met een bekende halfwaardetijd, gedurende een bekend tijdsinterval een foton zal loslaten.
{Nb. Zie ook de 'Schrödinger's kat paradox' (Erwin Schrödinger, 1935, PCPS, pp.555-563; idem 1935, PAPS, pp.807-812; 823-828; 844-849; en idem in J.A. Wheeler and W.H. Zurek, eds., 1983).}

Meer algemeen zijn in de QM alleen voorspellingen mogelijk met een marge van waarschijnlijkheid. De exacte en definiete waarde blijkt vaak pas achteraf, als we de quantum situatie gemeten hebben.
Je weet dus, voordat je meet, wel een bepaalde range aan mogelijke meetuitkomsten. Maar wčlke specifieke inhoud de uitkomst heeft weet je niet, in ieder geval niet voordat je een meting doet.

In de QM wordt de golffunctie gebruikt als model van de quantum situatie. Volgens de golffunctie hebben quantum objecten geen vaste toestand zolang ze niet een bepaalde interactie of 'communicatie' - een uitwisseling van energie of informatie - met een ander object ondergaan (zoals een meetinstrument). De golffunctie levert pas eenduidige en definiete uitkomsten, nadat er meetgegevens zijn verzameld en uitgewerkt (Max Born, 1926b). Met de uitwerking van de meetgegevens krijgt de wiskundige formule van de golffunctie plotseling een veel eenvoudiger vorm. Dit wordt de reductie of 'ineenstorting' ('collapse') van de golffunctie genoemd - en ook wel, vanwege het abrupte karakter, de 'quantum sprong'.
Pas dan kan een definiete waarde blijken. Tot dat moment lijken quantum objecten in een meervoudige toestand, een overlapping van toestanden te verkeren (superposition state).

2.4.

Minder determinaat.



Het voorgaande laat al zien dat het quantum model een heel indirecte en abstracte weergave biedt van de werkelijke quantum situatie. De golffunctie beschrijft een bereik of range van alternatieve mogelijkheden, maar geeft niet direct een eenduidige voorspelling van een enkele specifieke toestand. Daarbij gelden de beschreven alternatieven niet direct voor de eigenlijke quantum verschijnselen, in de 'objectieve' werkelijkheid, maar voor de meetuitkomsten met betrekking tot het quantum systeem. Het model van de quantum mechanica is dus niet helemaal determinaat.
Niettemin blijkt het quantum model vrijwel geen 'foute' voorspellingen op te leveren. Er blijkt steevast een scherpe overeenstemming tussen de verkregen meetuitkomsten en de beschrijvingen van de golffunctie. In die zin is de QM in haar huidige vorm een correcte theorie.
De QM is echter wel principieel minder determinaat dan de klassieke fysica.

2.5.

Non-lokaliteit.



Als twee quantum objecten - bijvoorbeeld, elektronen - op een moment met elkaar in een interactie betrokken zijn geweest, maken ze deel uit van eenzelfde quantum systeem. Bijvoorbeeld, twee fotonen in een kristal bariumboraat hebben elk afzonderlijk onbepaalde eigenschappen, maar de som van die eigenschappen staat wel vast. Ze verkeren in een 'quantum verstrengeling' (entanglement).
Voor deze quantum objecten geldt dan een gemeenschappelijke golffunctie. Terwijl deze golffunctie zich door de tijd heen ontwikkeld, blijven de betreffende objecten in een onlosmakelijke samenhang met elkaar verbonden.
Wanneer de betrokken objecten daarna volstrekt gescheiden worden, zodat ze elkaar niet (meer) kunnen beďnvloeden - althans niet op naspeurbare wijze - dan blijkt dat een meting van het éne object toch consequent een toestand weergeeft die precies tegengesteld is (complementair) aan de toestand van het andere object op exact hetzelfde moment. Dit geldt zelfs als de deeltjes vele lichtjaren van elkaar verwijderd zijn geraakt.
Het lijkt dus wel alsof de meting van het eerste object onmiddellijk en gelijktijdig effect heeft op de toestand van het tweede - ongeacht de afstand of isolatie tussen beide.
Dit soort effecten worden de non-lokale effecten genoemd in de QM (nonlocality).
(a)

Ongeacht de lichtsnelheid.


Letterlijk genomen impliceert deze non-lokaliteit dat snelheden groter dan het licht mogelijk zijn, en dat is in strijd met de relativiteitstheorie. Albert Einstein noemde dit verschijnsel met enige scepsis: "spooky action at a distance" (Einstein, 1947).
{Nb. Volgens de (speciale) relativiteitstheorie is alles relatief, dat wil zeggen, elke meting is afhankelijk van de positie en beweging van waarnemer ten opzichte van object - behalve de lichtsnelheid, de constante

C

, die onafhankelijk is van de positie of beweging van de lichtbron (

C

is in vacuüm ongeveer 300.000,000 km./sec.). Als consequentie van deze constantie van

C

- en bij gebrek aan enig ander stabiel ijkpunt - worden de verhoudingen van objecten in ruimte en tijd relatief. Dit wordt weerspiegeld in de bekende vergelijking van Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928), voor de zgn. Lorentz transformatie. Hieruit volgt bijvoorbeeld dat de lengte

l

van een object waarvan de - relatieve - snelheid

v

de lichtsnelheid

C

nadert; afneemt tot oneindig klein.
In het dagelijks leven op deze planeet zullen we niet snel direct met deze effecten geconfronteerd worden. Bijvoorbeeld, om één procent lengtecontractie te verkrijgen van een object van 100 kg in rust, is een relatieve snelheid nodig van ruim 152 miljoen km. per uur, oftewel ca. 14 procent van de lichtsnelheid, oftewel bijna ca. 4000 rotaties rond de aarde per seconde, hetgeen minstens 90 biljard (Am. quadrillion) Joule, d.i. 90 petaJoule aan energie kost, het equivalent van ruim 1.428 keer de explosie van de atoombom (Little Boy) op Hiroshima.
Voor tien procent lengtecontractie van zo'n object zijn deze getallen resp. ruim 470 miljoen km. per uur, ruim 43 procent, ruim 11.738 rotaties per seconde, ruim 998 petaJoule, c.q. ruim 15.851 keer dezelfde atoombom. Voor 99 procent lengtecontractie geldt voor deze variabelen: ruim 1 miljard km. per uur, ruim 99,99 procent, ruim 26.929 rotaties per seconde, ruim 889 exaJoule, c.q. ruim 1,4 miljoen keer dezelfde atoombom.
Zie ook de matrix in: Lorentz transformation analysis.
(H.A. Lorentz, 1904: Electromagnetic phenomena in a system moving with any velocity smaller than that of light , Proc. Acad. Science Amsterdam, vol 6, 1904, p.809-831.
A. Einstein, 1905: Zur Elektrodynamik bewegter Körper, In: Annalen der Physik, 30 juni 1905, 17, p.891-921). }

(b)

Ongeacht chronologie.


Een andere consequentie van non-lokaliteit is dat effecten, afhankelijk van relatieve waarnemingspositie, vooraf kunnen gaan aan hun gevolgen, wat strijdig is met de elementaire wetten van causaliteit.
"The de Broglie-Schrödinger method, which has in a certain sense the character of a field-theory, does indeed deduce the existence of only discrete states, in surprising agreement with empirical facts. It does so on the basis of differential equations applying a kind of resonance-argument, but it has to give up the localization of particles and strictly causal laws." (A. Einstein, The mechanics of Newton and their influence on the development of theoretical physics, Die Naturwissenschaften 1927, Vol. 15).

Er is echter een andere mogelijkheid denkbaar. Stel dat de betrokken deeltjes na hun scheiding helemaal geen interactie of 'communicatie' meer met elkaar hebben. Wat wel blijft gelden is dat ze elkaars complement blijven. Misschien hebben ze hoe dan ook een parallelle ontwikkeling. Het is daarom denkbaar dat de betrokken quantum deeltjes op hun reis door ruimte en tijd alle informatie meenemen die nodig is om op het 'juiste' tijdstip de 'juiste' eigenschappen te vertonen die nog past in de parallelle ontwikkeling die door de golffunctie wordt voorgeschreven. Met andere woorden, de deeltjes bewaren zoveel informatie over hun oorspronkelijke situatie dat ze steeds kunnen voldoen aan het 'programma' van de golffunctie inclusief al zijn mogelijkheden. Probleem is dat dit een absurd grote informatiecapaciteit zou vergen.

(c)

Binnen het licht.


Dan is er nog een andere theoretische mogelijkheid: de relativistische logica stelt dat al onze waarnemingen van eigenschappen in ruimte en tijd van fysische verschijnselen afhankelijk zijn van de lichtsnelheid C. Met andere woorden, het licht is met haar snelheid het enige en ultieme ijkpunt voor het meten van alle objecten in de fysische realiteit waarin dat licht zich kan bevinden.
Resteert de vraag: waar en wanneer is het licht?
Binnen het quantum domein blijkt de absolute 'almacht' van C niet te gelden. Maar de quantum fysica houdt zich dan ook bezig met subatomaire 'deeltjes', die niet strikt te onderscheiden zijn van golven van stralingsenergie. Dat wil zeggen, het licht zčlf behoort tot het quantum domein. Binnen het licht is er - volgens de relativiteitstheorie - uiteraard geen mogelijkheid om iets in verband te brengen met de lichtsnelheid C. Dus binnen het licht geldt de lichtsnelheid C niet. Dus ook niet de formules waarin C parameter is - dus zeker niet de relativistische fysica. Dat de quantum objecten de wetten van de relativistische fysica doorbreken is dan misschien niet zo vreemd.

(d)

Ongeacht de mens.


En ten slotte kan het hele mysterie van de quantum fysica te wijten zijn aan de beperkte bevattingsvermogens van onze menselijke hersenen:
"In de theorie van de quantum-mechanica bevinden we ons buiten het bereik van de beeldende visualisatie"
(N. Bohr, 1987, p.59): The Philisophical writings of Niels Bohr, vol. II. Woodbridge, CT: Ox Bow Press.

2.6.

Onzekerheid over wat realiteit is.



Verder blijken er bepaalde eigenschappen van subatomaire deeltjes te zijn, die in onderlinge combinatie niet gelijktijdig met zekerheid kunnen worden bepaald. Dit is het zgn. Onzekerheidsbeginsel van Werner Heisenberg (1927).

Voorbeelden van zulke paren van fysische eigenschappen zijn ruimtelijke positie en momentum (impuls, 'botskracht') van een materiedeeltje, of tijdstip en energie van een quantum gebeurtenis.
Dit zijn grootheden die vanouds afzonderlijk prima kunnen worden bepaald. Maar in de quantum mechanica kunnen deze eigenschappen met het quantum-fysische rekenvoorschrift, de golffunctie, niet onafhankelijk van elkaar worden bepaald. Het zijn zgn. canonieke conjugate variabelen, die niet-commuterende operatoren hebben. Een exacte vaststelling van de éne variabele maakt het onmogelijk om vervolgens de andere met volledige zekerheid vast te stellen. Dit wil zeggen dat het na meting van de éne eigenschap van een object niet meer mogelijk is om de andere eigenschap te benaderen - terwijl die laatste redelijkerwijs wčl nog steeds als een reële eigenschap van het object geldt.
Het bovenstaande betekent ook dat de rekenoperaties en de uitkomsten in de quantum mechanica volgorde-afhankelijk blijken. Hieruit blijkt dat een quantum model niet in staat is om een volledige afbeelding te geven van het quantum systeem als zodanig.
Het Onzekerheidsprincipe kan ook zo geformuleerd worden: geen enkele toestand van een quantum situatie kan op elk moment voor člke betrokken variabele vrij zijn van onzekerheid, anders gezegd: vrij zijn van een verspreiding over ruimte en mogelijke verschijningsvormen ('dispersion-free'; J.S. Bell, 1971, pp.171-181; 1987, p.31).

De laatste merkwaardigheid wordt in een artikel van Einstein, Podolsky en Rosen van 1935 (bekend geworden als 'EPR') toegeschreven aan de beperkingen van het quantum mechanische model, de golffunctie.
Het is bekend dat Albert Einstein altijd al zeer sceptisch was over het model van de quantum fysica. Toch onderschreef hij de experimentele bevindingen waaruit bleek dat de voorspellingen van de QM zeer accuraat waren en nimmer op contra-indicaties stuitten. Anders gezegd, Einstein erkende de correctheid van het QM model. Hij was ook wel zo slim om niet een inhoudelijke discussie aan te gaan op grond van een contradictie tussen twee concurrerende modellen.
Het artikel van 1935 behandelt wat bekend is geworden als de 'EPR paradox'. Dit gaat veel verder dan een enkele, lokale contradictie in het quantum model. In plaats daarvan benadert het artikel de problematiek vanuit een gezichtspunt op het niveau van de meta-logica (analoog aan de opzet van Kurt Gödel in zijn onvolledigheidsbewijs van formele systemen van 1931).
Er wordt als volgt geredeneerd:
(1) Stel dat het model van de quantum mechanica compleet zou zijn.
(2) Dan moet uit het quantum model in ieder geval volgen dat verschillende fysische grootheden, die in het algemeen voor fysische objecten realiteit hebben, hoe dan ook gelijktijdig realiteit hebben - ook al hebben ze niet-commuterende operatoren.
(3) Nu blijkt echter dat een quantum model van sommige tweetallen van fysische grootheden vertelt dat hetzij de één hetzij de ander kan worden gemeten en voorspeld, maar niet beide. Daarmee zegt dit model dat die twee grootheden niet gelijktijdig te benaderen zijn in de fysische realiteit.
(4) Maar daarmee stelt het model dat zelfs de realiteit van de fysische eigenschappen die bij de twee grootheden horen, afhankelijk is van het proces van meting.
Dat gaat veel verder dan het algemene principe dat meetuitkomsten niet alleen door het object bepaald maar ook (voor een deel) door de meting, en daardoor nooit honderd procent 'objectief' kunnen zijn (in de zin van 'object-bepaald'). Het gaat ook verder dan een bias-effect waarbij een meting - onbedoeld - de fysische toestand van het te meten object verstoort en daardoor voor een deel, en indirect, de eigen invloed weergeeft.
Bovendien geldt de genoemde consequentie zelfs wanneer het meetproces betrekking heeft op twee quantum situaties (deeltjes) die op geen enkele manier met elkaar kunnen interacteren c.q. 'communiceren'.
(5) Deze consequentie lijkt in logisch opzicht absurd.
"No reasonable definition of reality could be expected to permit this" (Einstein, Podolsky & Rosen, 1935, in Physical Review, vol.47, p.780).

De conclusie uit het bovenstaande luidt dan ook dat de quantum mechanica in haar huidige vorm niet volledig is.
"De quantummechanische beschrijving van de realiteit met behulp van de golffunctie is niet compleet." (Einstein, Podolsky & Rosen, 1935, in Physical Review, vol.47, p.780).
Dit reductio ad absurdum is bekend geworden als de 'Einstein, Podolsky en Rosen paradox', of EPR paradox. De EPR paradox betreft dus niet de kwestie van correchtheid van de theorie, en gaat veel dieper dan incompatibiliteit met een concurrerende theorie zoals de relativistische fysica. Het probleem ligt in de strijdigheid met de allerdiepste principes van de kennistheorie en wetenschapsfilosofie, het is epistemologisch van aard.
{Nb. Zie het oorspronkelijke artikel: 'Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?'. (A. Einstein, B. Podolsky, and N. Rosen. Physical Review. 15 mei 1935, vol.47, p.777-780).

Einstein geeft elders de volgende samenvatting:
".. the paradox recently demonstrated by myself and two collaborators [=EPR], and which relates to the following problem.
Consider a mechanical system consisting of two partial systems A and B which interact with each other only during before their interaction a limited time. Let the Psi function before their interaction be given. Then the Schrödinger equation will furnish the Psi function after the interaction has taken place.
Let us now determine the physical state of the partial system A as completely as possible by measurements. Then quantum mechanics allows us to determine the function of the partial system B from the measurements made, and from the Psi function of the total system. This determination, however, gives a result which depends upon

which

[!] of the physical quantities (observables) of A have been measured (for instance, coordinates

or

[!] momenta).
Since there can be only one physical state of B after the interaction which cannot reasonably be considered to depend on the particular measurement we perform on the system A separated from B it may be concluded that

the Psi function is not unambiguously coordinated to the physical state.
This coordination of several Psi functions to the same physical state of system B shows again that

the Psi function cannot be interpreted as a (complete) description of a physical state of a single system.


Here also the coordination of the Psi function to an ensemble of systems eliminates every difficulty.*
*{A measurement on A, for example, thus involves

a transition to a narrower ensemble of systems

. The latter (hence also its psi function)

depends upon the point of view

according to which this reduction of the ensemble of systems is carried out.}

The fact that quantum mechanics affords, in such a simple manner, statements concerning (apparently)

discontinuous transitions

from one state to another without actually giving a description of the specific

process

- this fact [now] is connected with another, namely, the fact that the theory, in reality, does not operate with the single system, but with a totality of systems. [..]
But now I ask: Is there really any physicist who believes that we shall never get any insight into these important changes in the single systems, in their structure and their causal connections, regardless of the fact that these single events have been brought so close to us, thanks to the marvelous inventions of the Wilson chamber and the Geiger counter? To believe this is logically possible without contradiction; but, it is so very contrary to my scientific instinct that I cannot forgo the search for a more complete conception.
To these considerations we should add those of another kind which also appear to indicate that the methods introduced by quantum mechanics are not likely to give a useful basis for the whole of physics. In the Schrödinger equation, absolute time, and also the potential energy, play a decisive role, while

these two concepts have been recognized by the theory of relativity as inadmissible in principle.

If one wishes to escape from this difficulty, one must found the theory upon field and field laws instead of upon forces interaction. This leads us to apply the statistical methods of quantum mechanics to fields, that is, to systems of infinitely many degrees of freedom.
Although the attempts so far made are restricted to linear equations, which, as we know from the results of the general theory of relativity, are insufficient, the complications met up to now by the very ingenious attempts are already terrifying.
They certainly will multiply if one wishes to obey the requirements of the general theory of relativity, the justification of which in principle nobody doubts.
"
(A. Einstein, 'Physics and reality, V. Quantum theory and the fundamentals of physics'. In: 'The Journal of the Franklin Institute', Vol. 221, No. 3. March, 1936).

2.7.

Overerving van superposities.



Vaak leidt een meting van een object (zeg O1) tot een weerspiegeling van een bepaalde eigenschap van dat object op het gebruikte meetinstrument (zeg M1) - en daarmee tot een verandering in dat meetinstrument. Door dit effect van object op meetinstrument, wordt het mogelijk om aan de toestand van het meetinstrument de toestand van het object van dat moment 'af te lezen'.
Een meting van een quantum object leidt bovendien tot een aanmerkelijke verstoring van de toestand van het te meten object. Er vindt hier kennelijk een vergaande interactie plaats tussen het gemeten object O1 en het meetinstrument M1. Hierdoor ontstaat er in de golffunctie een 'verstrengeling' (entanglement) van de waarden van enerzijds de gemeten eigenschap van het object (de object observable) en anderzijds de aanwijzende, veranderde eigenschap van het meetapparaat (de 'indexical' observable). Er is dan dus sprake van een superpositie van de eigen toestanden van deze variabelen, zodat uit de golffunctie niet direct definiete waarden afleidbaar zijn van de afzonderlijke variabelen.
De vraag is vervolgens hoe we de invloed of bijdrage van het meetinstrument kunnen 'uitfilteren' uit de verkregen, 'vervuilde' meetwaarden van het object.
{Nb. Dit wordt ook genoemd het tracing problem. Het doel is 'ontkluwing' (desentanglement) van de overlapping van gecorreleerde toestanden (de state vectors) van het quantum object en van het meetinstrument, of zelfs van de metende waarnemer (in die rol ook wel genoemd 'Wigner's vriend', Wigner's friend). (zie: Howard E. Brandt. Deconstructing Wigner's Density Matrix Concerning the Mind-Body Question. Paper No. 58, Wigner Centennial Conference, Pécs, Hungary, 2002).}

Nu kan er een volgend meetinstrument worden gebruikt (zeg M2) om de eigen waarde van de meet-variabele van het eerste meetinstrument (M1) te kunnen isoleren van de eerste object-variabele (van Maar wat dan gebeurt is dat opnieuw een statistische correlatie ontstaat tussen de waarden van een object-variabele, nu van het eerste meetinstrument, M1, en een meet-variabele, nu van het tweede instrument, M2. Dit wordt 'overerving van superposities' genoemd (inheritance of superpositions), en deze kan in principe oneindig doorgaan.
De vraag bij de reductie van de 'erfelijke superposities' is, op welk punt de keten van statistische correlaties ten slotte kan worden onderbroken, zodat reductie van de golffunctie mogelijk wordt en een definiete uitkomst wordt geleverd. Tot nu toe lijkt het dat deze cesuur alleen maar volstrekt arbitrair kan worden aangebracht. Dat geldt in ieder geval voor twee punten:
(a) Het precieze omslagpunt waarop de reductie van de 'wave-packet' zou moeten plaatsvinden;
(b) Het exacte verschil tussen datgene-wat-gemeten wordt, het object, en datgene-wat-meet, het meetinstrument.
Het kernprobleem blijft dat de divisie tussen te meten object en meetinstrument volgens de quantum mechanica 'verschuifbaar' (shiftable) blijkt, dus in wezen dubbelzinnig van aard is en arbitrair te bepalen. Deze 'shiftiness' is intrinsiek en fundamenteel aan de quantum mechanica in haar huidige vorm (John S. Bell, 1986, pp. ....; resp. 1987, p.188).

Probleem blijft dus de beslisbaarheid van de demarcatie tussen object en subject in de QM. Hiervoor zijn allerlei oplossingen voorgesteld.

(a)

Crux bij subjectieve registratie.


Verschillende gezaghebbende wetenschappers hebben voorgesteld om aan te nemen dat de keten van overervingen dáár stopt waar het 'meetinstrument' ten slotte bestaat in een menselijke waarnemer. De meetwaarden worden dan immers geregistreerd in menselijke kennis (binnen het wereldmodel, of de belevingswereld, van de waarnemer). Anders gezegd, de 'demarcatielijn' ligt mogelijk daar waar contact plaatsvindt met een vorm van subjectieve registratie. De keten van superpositie stuit dan als het ware op de overgang van het domein van strikte fysica, naar het domein van het psychische, of mentale. Maar waar ligt deze overgang, dit 'contactpunt', tussen het fysische en psychische? Daarvoor zijn ook weer verschillende mogelijkheden geopperd, zoals:
(1) Observatie c.q. meting (m.n. volgens de Kopenhagen interpretatie, zie Niels Bohr, 1928).
(2) Inspectie, c.q. detectie, c.q. cognitie (Erwin Schrödinger, 1935).
(3) Introspectie (John von Neumann, 1932, resp. 1955).
(4) Of zelfs bewustzijn (Eugene Wigner, 1962; C.W. 1992-2001, Vol. VI, pp. 202, 256-257).

(b)

Crux bij subjectief bewustzijn.


Eugene Wigner gaat op dit punt het verst. Hij pleit voor de laatstgenoemde hypothese met een argument per reductio ad absurdum: het zou toch tamelijk vreemd zijn om de perceptie van een menselijke waarnemer, bijvoorbeeld een collega-onderzoeker, misschien een persoonlijke vriend, van dezelfde orde te beschouwen als de toestand van een puur mechanisch meetinstrument:
".. to deny the existence of the consciousness of a friend to this extent is surely an unnatural attitude, approaching solipsism, and few people, in their hearts, will go along with it." (Eugene Wigner, 1962; in: C.W. 1992-2001, Vol. VI, 256-257).

(c)

Crux bij subjectieve reductie.


Door sommigen wordt ook nog gedacht dat de genoemde cesuur zou kunnen samenvallen met de kloof of split tussen het domein van de quantum mechanica, en het domein van de 'klassieke' - of relativistische - fysica.
Het zou in deze visie juist de klassieke fysica zijn die bij uitstek bestaat als kunstmatige structuur binnen het starre denkraam van het menselijk brein, en die de golffunctie zou ontdoen van haar onzekerheden door haar een min of meer arbitraire reductie op te leggen in de vorm van min of meer rationeel navolgbare wetmatigheden (zie: R.P. Feynman, 1985; R. Penrose, 1989, 1994; S.A. Klein, 1995).

Tot op heden is geen doorslaggevend bewijs voor één van deze hypothesen gevonden.

3.

Kanttekeningen bij de 'quantum raadsels'.



Het eerste bezwaar tegen de 'quantum-reducties' van bewustzijn is simpel: een door ons ervaren raadselachtigheid van verschijnselen, zoals die in QM, maakt niet automatisch dat ze wat dan ook te maken hebben met ŕndere verschijnselen die eveneens moeilijk te verklaren zijn, zoals het subjectief bewustzijn.
Daarnaast kunnen bij de 'merkwaardigheden' van de QM op zichzelf ook kanttekeningen worden geplaatst.

Is de QM een volledige theorie?



Allereerst is het de vraag of de raadsels van de quantum wereld wel echt gebaseerd zijn op werkelijke verschijnselen - of op tekortkomingen van de quantum theorie in haar huidige vorm. In principe zijn er dus twee mogelijkheden voor de quantum merkwaardigheden:
(1) ze zijn inherent aan de quantum-fysische situatie, of
(2) ze komen voort uit tekortkomingen van de fysische theorie van de QM en haar wiskundige formules.
De eerste mogelijkheid is op geen enkele manier uitgesloten. Maar er zijn wel redenen om te twijfelen aan de adequatie van de theorie van de quantum mechanica, met name aan haar volledigheid.

(a)

Structureel onvolledige theorie.


In de golffunctie worden quantum toestanden voorspeld in een schema van mogelijke uitkomsten met elk een kanswaarde (de density matrix). De kanswaarden worden hierin weergegeven met behulp van complexe getallen, in de vorm van een probability amplitudes. Deze vormen als het ware 'latente kansen'. Het valt moeilijk in te zien hoe deze een rechtstreeks referent of correlaat kunnen hebben in de fysische werkelijkheid (Niels Bohr, 1928).
De quantum toestanden worden in feite weergegeven als mengsels van samengestelde toestanden, die niet direct individueel kunnen worden uitgewerkt. Pas de kwadraten van de moduli van de complexe amplituden leveren reële getallen, en deze geven pas de echte kanswaarden weer voor de mogelijke meetuitkomsten. Via reductie van de toestandsvector - de collapse van de golffunctie - overleeft slechts één van die mogelijkheden als werkelijke toestand in het quantum-fysische domein.
De opbouw van de verwachte waarden is in de quantum golffunctie dus structureel onvolledig.
"It seems to be clear, therefore, that Born's statistical interpretation of quantum theory is the only possible one.
The Psi function does not in any way describe a state which could be that of a single system; it relates rather to many systems, to 'an ensemble of systems' in the sense of statistical mechanics. If, except for certain special cases, the Psi function furnishes only statistical data concerning measurable magnitudes, the reason lies not only in the fact that the

operation of measuring

introduces unknown elements, which can be grasped only statistically, but because of the very fact that the Psi function does

not

, in any sense, describe the state of

one single system

. The Schrödinger equation determines the time variations which are experienced by the ensemble of systems which may exist

with or without

external
[measuring] action on the single system."
(A. Einstein, 'Physics and reality, V. Quantum theory and the fundamentals of physics'. In: 'The Journal of the Franklin Institute', Vol. 221, No. 3. March, 1936).

(b)

Dubbelzinnige realiteit.


De volledigheid van de theorie van de QM staat al lang ter discussie, zeker sinds een artikel van Einstein, Podolsky en Rosen, in 1935 (pp.777-780). In de zgn. 'EPR-paradox' worden de beperkingen van het QM model bekritiseerd, met name het probleem dat 'gewone' fysische eigenschappen soms niet gelijktijdig bepaald kunnen worden. De consequentie zou zijn dat ze - op basis van het model van de QM - niet gelijktijdig fysische realiteit hebben. Volgens EPR volgen de genoemde beperkingen uit tekortkomingen van de theorie en het formalisme van de QM. Dat zou betekenen dat de QM niet een complete theorie is van atomen en het subatomaire domein.
"The last and most successful creation of theoretical physics, namely quantum-mechanics, differs fundamentally from both the schemes which we for the sake of brevity call the Newtonian and the Maxwellian. For the quantities which figure in its laws make no claim to describe physical reality itself but only the probabilities of the occurrence of a physical reality that we have in view.
Dirac, to whom, in my opinion, we owe the most perfect exposition, logicaly, of this theory, rightly points out that it would probably be difficult, for example, to give a theoretical description of a photon such as would give enough information to enable one to decide whether it will pass a polarizer placed (obliquely) in its way or not
."
(A. Einstein, 'Maxwell's influence on the evolution of the idea of physical reality', In: 'James Clerk Maxwell: A Commemoration Volume', 1931, Cambridge University Press).

".. I cannot but confess that I attach only a transitory importance to this interpretation.
I still believe in the possibility of a model of reality - that is to say, of a theory which represents things themselves and not merely the probability of their occurrence.
On the other hand it seems to me certain that we must give up the idea of a complete localization of the particles in a theoretical model.
This seems to me to be the permanent upshot of Heisenberg's principle of uncertainty.
But an atomic theory in the true sense of the word (not merely on the basis of an interpretation) without localization of particles in a mathematical model is perfectly thinkable
."
(A. Einstein, On the method of theoretical physics, In: 'Mein Weltbild', Amsterdam: Querido Verlag, 1934).

(c)

Parameters zonder referent .


Een andere aanwijzing voor de onvolledigheid van de QM is het gebruik van 'vrije parameters', of grootheden waarvoor geen verklaring wordt gegeven door de theorie.
Deze manco's van de QM kunnen daarom wellicht worden opgelost door het opnemen van ontbrekende tussenschakels, of 'verborgen variabelen' (zie o.m. David Bohm, 1951; 1952). Anderen menen dat dit geen afdoende oplossing biedt.
{Nb. Zie o.m. (J. von Neumann, 1932; resp. 1955; John S. Bell, 1971, pp.171-181; resp. 1987, p.29-39).}

(d)

Nodig is unificatie.


Verder is de huidige theorie van de QM onverenigbaar met Einstein's theorie van relativiteit (zowel de speciale als algemene relativiteit), onder meer vanwege de non-lokale effecten. Omdat de relativiteitstheorie evenals de quantum theorie correct is, maar voorbij gaat aan quantum verschijnselen, volgt daaruit dat geen van beide volledig kan zijn. Er is dus wellicht een theorie nodig die beide omvat, een nieuwe, unificerende theorie.

(e)

'Black box' transformatie.


Een andere tekortkoming is dat het quantum model hoegenaamd niets vertelt over de precieze mechanismen die de quantum wereld regelen.
Het is bijvoorbeeld nog volstrekt onduidelijk wat het mechanisme kan zijn wat de 'omslag' van deeltjes naar golven, en vice versa, kan veroorzaken.

(f)

Discrepantie tussen fysisch en abstract domein.


Ten slotte is het ook denkbaar dat de tekortkomingen van de quantum golf mechanica onvermijdelijk zijn, omdat dit berust op een wiskundig formalisme, terwijl geen herleiding mogelijk is, vanwege onoverbrugbare verschillen, tussen alle eigenschappen van enerzijds fysisch en anderzijds abstract domein.
Bovendien is de fundamentele onvolledigheid van formele wiskundige systemen aangetoond, ongeacht hun consistentie (vgl. Kurt Gödel, 1931).

Hoe dan ook, het is nog geen uitgemaakte zaak de merkwaardigheden van de QM per se een objectieve eigenschap zijn van de fundamentele werkelijkheid op het procesniveau van het quantum domein.

4.

Quantum verklaringen voor de werking van het brein.



De QM wordt ook ingezet ter verklaring van enkele verbazingwekkende capaciteiten, activiteiten en prestaties van het menselijk zenuwstelsel.

(a)

Snelheid van neuronale verwerking.


Een voorbeeld van een aanzienlijk neuronaal vermogen is de grote snelheid van signaalverplaatsing in het zenuwstelsel, onder meer in visuele perceptie en vele geheugentaken - terwijl daarbij talrijke complexe elektrochemische deelprocessen een rol spelen. Roger Penrose (1989, 1994) stelt dat die hoge snelheid alleen te verklaren zou zijn met behulp van de QM.
Maar Stanley A. Klein (1992; 1993; 1995) heeft laten zien dat gegevens met betrekking tot razendsnelle effecten in mentale verwerkingsprocessen, in alle bekende gevallen prima kunnen worden verklaard met behulp van klassieke fysica. Dat wil zeggen, dat ze in principe te realiseren zijn met slimme, non-quantum neuronale modellen die fysiologisch plausibel zijn, uitgaande van de beschikbare onderzoeksgegevens.
{Nb. Klein toont verder aan dat Penrose zich baseert op foutieve data over transmissietijden voor neuronale signalen, en dat hij ook verschillende neuronale transmissiefasen door elkaar haalt (zie Klein, S.A., 1995).}

(b)

Eenheid en samenhang in de geest.


Een ander wonderlijk fenomeen is de subjectief ondervonden eenheid en samenhang van het bewustzijn. Dit ervaringsgegeven kan volgens Roger Penrose (1989, 1994) te verklaren zijn uit non-lokale effecten van quantum processen, die immers onmiddellijk en gelijktijdig optreden, ongeacht afstand of isolatie tussen de betrokken componenten.
Penrose brengt hiervoor drie mogelijkheden naar voren:
(1)

Non-lokale correlaties tussen neuronen.


Wellicht kunnen in de hersenen non-lokale correlaties voorkomen die tot een vorm van quantum coherentie leiden. Als deze zich op microscopische schaal uitstrekt, over tenminste een flinke tijdruimte-regio van de hersenen, kan ze een relatief groot bereik hebben. Daardoor zou een voortdurende 'ultra-snelle verspreiding' van signalen mogelijk worden in de hersenen. Op die manier zou misschien een subjectieve ervaring van samenhang in het bewustzijn kunnen ontstaan.
Klein (1995) wijst er echter op dat die samenhang net zo goed op klassiek-fysische wijze kan worden bereikt, met name door middel van klassieke neuronale netwerken met feedback, waardoor een verrassend rijke, coherente activiteit kan worden geproduceerd. Een coherente, klassieke neuronale activiteit kan zich, zo betoogt Klein, over de hersenen verbreiden op een tijdschaal van 10 milliseconden.
(2)

Overlapping (superpositie) van toestanden waarin één neuron zich bevindt.


Quantum effecten kunnen worden teweeggebracht door 'verstrengeling' (interferentie), of gelijktijdige overlapping, van verschillende toestanden van een zčlfde quantum object. Misschien gebeurt dat ook bij een neuron, die immers globaal genomen twee 'grondtoestanden' kent, die simpel neerkomen op: wel of niet vuren.
Klein wijst dit met milde ironie van de hand: "I suspect everyone will agree that the biochemical difference produced by firing [of a neuron] is too large to ever allow overlap between the fired and unfired state" (Klein, 1995).
Daarnaast is het natuurlijk juist de scherpe discrepantie tussen rusttoestand en vuuractiviteit van neuronen, die de grondslag vormt voor de 'beslissingen' of schakelprocessen in het gehele zenuwstelsel.
(3)

Quantum mechanismen in substanties binnen het neuron.


Vervolgens denkt Penrose aan substanties of organellen binnen de neuronale cellen, zoals 'microtubules', die wellicht binnen het neuron kunnen zorgen voor non-lokale correlaties, en daarmee voor een zekere quantum coherentie in meer globale hersenprocessen.
Probleem is echter dat zo'n intracellulaire quantum coherentie dan een rol zou moeten spelen in interacties tussen neuronen, en zich vervolgens zou moeten kunnen verspreiden over grotere hersengebieden respectievelijk het gehele brein. De coherentie zou daarvoor de barričre van de synaptische spleet tussen neuronale vezel-uiteinden (dendrieten, axonen) moeten kunnen overspringen. Nu vinden vinden bij zulke signaaltransmissies zoals bekend razendsnel reeksen van complexe chemische en elektrische bewerkingen plaats. En afgaand op alle beschikbare aanwijzingen gebeuren deze bewerkingen allemaal op klassiek fysische wijze. Deze hypothese is dan ook weinig aannemelijk.

De quantum mechanica lijkt dus niet direct relevant voor visies op de werking van het brein.
Overigens is het voorstelbaar dat bepaalde eigenschappen die aan het bewustzijn worden toegeschreven, zoals mentale verwerkingssnelheid en globale samenhang van inhouden in de bewuste beleving, so wie so al volledig op onbewust niveau worden geregeld, en dus uitsluitend liggen in de algemene mechanismen in de werking van het brein. Ze hebben dan ook niet per se te maken met de bewuste toestand zčlf, met bewust besef of met belevingswaarde.

5.

Subjectiviteit, psychisch proces en bewustzijn als onderling verweven oorzaken.



In de QM zijn er grote onduidelijkheden over de precieze grenzen tussen drie wezenlijk verschillende domeinen:
(I) De objectieve fysische werkelijkheid - eventueel te splitsen volgens klassieke fysica en quantum mechanische systemen.
(II) De menselijke subjectieve waarneming en kennis c.q. informatie.
(III) Het bewustzijn (subjectief besef).

Ook hier ligt een parallel met het terrein van de studie van het bewustzijn. Daar vinden we immers ook een aantal missende schakels tussen objectiviteit, subjectiviteit en bewustzijn.

Enkele voorbeelden van zulke onduidelijkheden op het gebied van de QM:

(a)

De invloed van metingen.


Allereerst blijkt het vaak moeilijk quantum situaties 'objectief' te meten, dat wil zeggen, zonder ze daardoor te beďnvloeden. Bijvoorbeeld: elektronen blijken te kunnen 'neerslaan' op een vlak in de vorm van golfpatronen, wanneer ze langs meer dan één route dat vlak kunnen bereiken, en ze 'onderweg' niet in hun baan door meetinstrumenten worden gedetecteerd - bijvoorbeeld via voldoende sterke lichtsignalering. De beschikbare procedures voor meting, detectie of signalering blijken dus niet tegelijk betrouwbaar čn delicaat genoeg, om interactie met het quantum object te voorkomen.

(b)

De rol van subjectiviteit.


Wanneer meetgegevens worden verwerkt in de wiskundige formule van de quantum golffunctie, krijgt deze abrupt een simpeler vorm, en worden definiete uitkomsten mogelijk. Deze reductie wordt de 'quantum sprong' genoemd (zie boven).
Vraag is in hoeverre deze reductie een reële gebeurtenis in de empirie weerspiegelt. Er zijn enkele redenen om daaraan te twijfelen:
(1) De genoemde reductie komt in de eerste plaats tot uiting als een verandering in de wiskundige formule van de golffunctie. Vergeleken met een empirisch waarneembare gebeurtenis kunnen we de 'quantum sprong' daarom misschien beter beschouwen als een 'pseudo-gebeurtenis' (zie John von Neumann, 1932).
(2) De uitkomsten van deze reductie blijken niettemin in hoge mate correct. De gereduceerde golffunctie zegt dus wel degelijk iets over de empirische werkelijkheid.
Maar het is niet zo dat de formule van de golffunctie de reductie kan voorspčllen: ze 'gebeurt' gewoon onmiddellijk 'in' de golffunctie door middel van het invoeren en verwerken van waarnemingsgegevens.
Fundamentele vragen zijn nu: gebeurt de reductie ook feitelijk ín de 'externe' werkelijkheid, als een soort vereenvoudiging, 'verstening' of fixatie van het quantum-fysische stelsel? En wat is eigenlijk de cruciale schakel, de beslissende causale factor, die de reductie veroorzaakt? Wat kan precies de 'collapse-trigger' zijn?
De zgn. 'orthodoxe' Kopenhaagse interpretatie van de QM (de Copenhagen interpretation, CI) huldigt over deze onderwerpen opmerkelijke gedachten:
(x) Allereerst wordt gesteld dat quantum verschijnselen niet alleen theoretisch, volgens de golffunctie, maar ook feitelijk geen definiete toestand hebben, totdat ze gemeten zijn.
(xx) En dat zou betekenen dat het proces van observatie een cruciale oorzakelijke factor vormt voor de definiete toestand van de quantum situatie.
(xxx) Het laatste zou impliceren dat subjectiviteit regeert over de fysische werkelijkheid, 'dus' dat echte objectiviteit onmogelijk is. "De realiteit bepaalt niet de gemeten waarde" (E. Schrödinger, 1935).
(3) Op grond van deze redenen zou het niet zinvol zijn om van een objectieve realiteit te spreken: omdat een objectieve realiteit niet benaderbaar is (W. Heisenberg, 1927) of zelfs een illusie is, en niet echt bestaat.

(c)

Psychologisme.


Volgens de Kopenhaagse interpretatie ontstaan de quantum waarden pas nádat een mens de meetwaarden heeft geďnspecteerd, en de wiskundige formules van de QM correct heeft begrepen en toegepast om de meetwaarden te verwerken.
"De inspectie van de meetresultaten bepaalt de disjunctie .. pas dan gebeurt iets discontinu, of sprongsgewijs" (E. Schrödinger, 1935).
Hieruit zou volgen dat menselijke kennis - inclusief een reeks complexe psychische processen zoals perceptie, interpretatie, cognitie - doorslaggevend is voor de eindtoestand van de quantum situatie (Heisenberg, 1958b).
Op deze manier wordt ook de non-lokaliteit van bepaalde quantum verschijnselen 'opgelost': door te stellen dat de reductie van de golffunctie, met haar non-lokale en a-causale effecten, in 'werkelijkheid' gebeurt binnen het domein van mentale processen - en dat ze daardoor als het ware 'bevrijd' is van de gewone wetten van fysieke tijd en ruimte.
Probleem met deze 'oplossing' is dat we problemen altijd wel naar een ander domein kunnen verplaatsen, maar dat dit weinig oplevert als er geen enkele aanwijzing is dat daar wčl, of betere, verklarende factoren en mechanismen te vinden zijn.

6.

Bewustzijn als oorzaak van quantum verschijnselen.



Ten slotte wordt ook nog eens beweerd dat 'dus' menselijk bewustzijn de veroorzaker of bron is van toestanden in de quantum wereld (zie o.m.: John von Neumann, 1932; Eugene Wigner, 1962, Henry Stapp, 1993).

Bezwaren tegen de 'kennis-link'.



Samengevat kent de Kopenhaagse interpretatie een belangrijke rol toe aan menselijke kennis. Het lijkt er echter op dat deze visie op een reeks ongegronde aannamen en onopgehelderde vaagheden berust.

(a)

Een ongefundeerde ontologische conclusie.


Het is waar dat er geen empirische aanwijzingen zijn om te stellen dat de 'vereenvoudigde toestand' van het quantum systeem, die door de gereduceerde golffunctie wordt weergegeven, al bestond voorafgaand aan de meting en/of de menselijke inspectie van de meetgegevens (waarneming, perceptie, interpretatie, uitwerking). Maar we hebben ook geen bewijzen dat deze mogelijkheid is uitgesloten.
Het zonder aanwijsbare grond ontkennen van deze mogelijkheid is een toepassing van de drogreden 'onbekend maakt niet-bestaand'.

(b)

Ongefundeerde tijdsvolgorde-aanname.


Duidelijk is wel dat een quantum gebeurtenis, zoals het verval van een atoom, gebeurt onafhankelijk van de menselijke waarnemer.
Bovendien kan een quantum gebeurtenis net zo onafhankelijk plaatsvinden van een volautomatische meting of detectie ervan - zonder dat daar enige menselijke kennis of besef aan te pas komt. Dus als we de quantum uitkomsten niet voorafgaand aan de inspectie kennen, hoeft dat niet te betekenen dat ze niet al in die fase golden voor de feitelijke toestand in de quantum-fysische realiteit.
De huidige aanname van de tijdsvolgorde is dus voorbarig, arbitrair en mogelijk onjuist.

(c)

Ongefundeerde causale determinatie/attributie.


De quantum uitkomsten blijken volgens de huidige theorie pas na de inspectie van meetresultaten. Daarbij zijn de subatomaire quantum processen zodanig delicaat, dat het goed voorstelbaar is dat ze door menselijke meetactiviteit verstoord en dus beďnvloed worden. Het is zelfs denkbaar dat een meting praktish onmogelijk is zonder dat zo'n verstoring optreedt.
Dat betekent echter niet dat de quantum uitkomsten ook per se geheel worden 'veroorzaakt' door die inspectie.
Wat blijft staan is het uitgangspunt dat de precieze aspecten van een quantum gebeurtenis rechtstreeks voortvloeien uit de geldende fysische wetmatigheden voor het quantum domein: ofwel, uit fundamentele eigenschappen van de subatomaire werkelijkheid. Meetresultaten zijn hiervan afhankelijk - mits het meetproces voldoende secuur en dus non-intrusive is - en niet omgekeerd. Anders is sprake van de drogreden: 'Na dit dus vanwege dit' (post hoc ergo propter hoc).

(d)

Omkering van objectiviteit.


Het is op zich merkwaardig om te stellen dat menselijke kennis van de quantum uitkomsten uit de gereduceerde golffunctie, bepalend is voor de toestand in het quantum gebied. Dat zou immers betekenen dat het wetenschappelijke quantum model mede bepalend is voor de werkelijke quantum situatie. En dat komt neer op de conclusie: het model bepaalt het gebied, oftewel, het object is model-bepaald. Maar dat is het omgekeerde van wat kennis of objectiviteit beoogt, namelijk: dat het gebied het model bepaalt, oftewel, dat het model object-bepaald is.
Dat wil zeggen, de relatie tussen model en gebied wordt hier omgekeerd. Dat lijkt een behoorlijk fundamentele verwarring.

(e)

Geen rekenschap van intermediërende processen.


De vermeende rol van bewustzijn zou betekenen dat ze quantum verschijnselen in de empirie kan beďnvloeden. Het is in het algemeen gangbare, 'naďeve' wereldbeeld ook heel gebruikelijk om aan te nemen dat fysische verschijnselen in de empirie invloed kunnen ondergaan van menselijke activiteit, en dat die laatste uiteindelijk, via een keten van causale schakels, een 'startpunt', of initiële conditie kunnen hebben in iemands (intrapsychisch) bewustzijn, bijvoorbeeld in een bepaalde subjectieve perceptie en daarop gebaseerde 'wilsbeschikking'.
Daarbij wordt meestal ook aangenomen dat deze causale keten verloopt via allerlei processen in het zenuwstelsel, globaal tussen hogere cerebrale functies, met name centrale cognitie, en perifere motoriek. Zonder afhankelijkheid van deze intermediërende processen zou sprake zijn van paranormale verschijnselen, met name telekinese. Bekend is verder dat deze intermediërende processen grotendeels onbewust plaatsvinden.
Een eventuele sturing van bewustzijn op quantum verschijnselen zal dus afhankelijk zijn van deze intermediërende processen. Hoe deze een plaats hebben in de 'bewustzijnsverklaringen' van quantum verschijnselen blijft echter duister.

(f)

Gelijkstelling van vier verschillende processen.


In de Kopenhaagse interpretatie lijkt dus het onderscheid te vervagen tussen vier zeer verschillende processen:
(1) Een concrete externe, fysische motorische daad of handeling, die macroscopisch en empirisch waarneembaar is: observatie, meting en (fysieke) registratie van de meetgegevens. In principe kan dit door een mechanisch apparaat gebeuren.
(2) Een complex psycho-sensorisch proces van subjectieve perceptie. Hierin zijn veel functies van het zenuwstelsel betrokken die voornamelijk op onbewust niveau werkzaam zijn.
(3) Een bewuste, cognitieve kennisneming van de inspectie-gegevens.
(4) Een evenzeer complex proces van interpretatie en evaluatie (recognitie, reconstructie, calculatie) van die gegevens in het kader van quantum mechanistische formules. In eerste instantie wordt dit proces geleid door een cognitief, intellectueel proces. In principe kunnen de nodige bewerkingen echter ook door een gewone (seriële, digitale) computer worden uitgevoerd.
De eerste twee processen bevinden zich in fysisch-empirisch domein, waardoor ze een geleidelijk overgangsgebied kennen (uiteindelijk ook weer tot op quantum niveau).
Van het tweede naar het derde proces lijkt ook een graduele overgang te bestaan, nl. van volledig onbewust naar volop bewust. Maar deze gaat van fysisch naar mentaal domein. Het (causale) proces dat hierin werkzaam is, bepaalt hoe precies psychische inhouden bewust worden. Dit is echter nog volledig onbekend en onverklaard - afgezien van talloze speculatieve theorieën. Ten opzichte van de eerste drie behelst het vierde proces een zeer specialistische activiteit die meestal alleen door redelijk intelligente personen kan worden beoefend, die vaak hoog opgeleid en ter zake kundig zijn.
De vraag is nu of bewustzijn bepalend zou zijn voor het eerste proces, in het quantum domein, of (ook) voor het laatste proces, de verwerking van de inspectiegegevens.
Misschien kunnen de middelste twee processen als - menselijke - factor worden weggelaten, en kan het gehele proces door automatische registratie (a) en berekening (d) worden uitgevoerd.
Het maakt dus veel uit welke van deze vier processen we aanwijzen als beslissend, of althans (mede)bepalend voor het verloop van het quantum proces. Daar bestaat echter nog weinig logisch of empirisch gefundeerde duidelijkheid over.

Kortom, het blijft al met al een zwak onderbouwde aanname dat subjectieve kennis, of zelfs bewustzijn, invloed heeft op quantum verschijnselen (zie boven).
We kunnen daarom concluderen dat de link tussen quantum uitkomsten en menselijke kennis nogal speculatief is.

7.

.. En bewustzijn als effect van quantum verschijnselen ..



Op het gebied van de bewustzijnstheorieën zijn er dan ook nog auteurs, zoals Roger Penrose (1989, 1994), die in de bovengenoemde veronderstelling van bewustzijn als oorzaak van quantum uitkomsten aanleiding zien om de - vermeende - causale rol van het bewustzijn ook nog eens om te draaien: de quantum mechanica zou aantonen dat het bewustzijn ontstaat als effect van quantum verschijnselen.
Misschien is de klassieke fysica ontoereikend om het ontstaan en de functie van het bewustzijn te verklaren, en hebben we daar de 'nieuwe fysica' voor nodig.
Er wordt bijvoorbeeld de vergelijking gemaakt met de overgang van onbewuste naar bewuste toestand. Een overgangsfase of transformatieproces daarbij is echter nog volstrekt onbekend. Misschien betreft dit net zo'n vorm discontinuďteit als de reductie van de golffunctie in de QM. Mogelijk ontstaat bewustzijn via een soort quantum-sprong op subatomair niveau binnen neurofysiologische processen. Of via een ander fenomeen dat bekend is in de QM (zie o.m. Roger Penrose, 1989; 1994).
Aan deze benadering kleven eveneens forse bezwaren.

(a)

Speculatief.


Eerste probleem is natuurlijk dat deze veronderstellingen voortkomen uit heel globale en zwaar versimpelde samenvattingen van beschikbare kennis op zeer verschillende vakgebieden. Ze worden voor een flink deel samengesteld via vrije associatie - en blijven al met al buitengewoon speculatief.

(b)

Geen aanwijzingen.


Er blijft natuurlijk een theoretische mogelijkheid dat het bewustzijn via quantum gebeurtenissen ontstaat, maar er ontbreekt nog elk spoor van concrete aanwijzingen voor.

(c)

Onduidelijkheid over type en werking van quantum processen.


Als we ervan uitgaan dat quantum gebeurtenissen binnen het zenuwstelsel verantwoordelijk zijn voor het ontstaan van bewustzijn, dan blijven er nog talloze onbeantwoorde vragen. Geldt dit bijvoorbeeld voor alle quantum gebeurtenissen, of slechts van een selectief soort, en in dat laatste geval, welke zijn dat precies, en op welke manier hebben ze effect?

(d)

Geen rekenschap van onbewuste processen.


Complementair aan het vorige punt blijft onduidelijk in hoeverre quantum gebeurtenissen een rol spelen in de overige, onbewuste processen binnen het zenuwstelsel, en op welke manier.

(e)

Arbitrair.


Hoe dan ook blijkt uit het voorgaande dat het volledig arbitrair is om de wetten van de quantum mechanica toepasbaar te verklaren op zaken die met het bewustzijn te maken hebben; dat wil zeggen:
(1) direct op het subjectief bewustzijn,
(2) indirect, op de neuronale correlaten van bewuste processen, en/of
(3) dubbel-indirect, op de neuronale correlaten van niet-bewuste processen.

8.

Conclusie



Er blijken allerlei parallellen in de wetenschappelijke onduidelijkheden en discussies over bewustzijn en die over de QM. Maar dat betekent niet dat deze terreinen op zichzelf veel met elkaar te maken hebben. Zeker, het zou kunnen, maar het blijkt niet.
Over beide gebieden doen vele vergezochte theorieën de ronde. De retorische vraag die Robin Craig stelt naar aanleiding van de soms absurde ideeën over de quantum mechanica, kan daarom in min of meer gelijke mate op het gebied van bewustzijnstheorieën worden toegepast:
"Indeed, one wonders how intelligent people can make the fundamental errors of reason required for such conclusions. Is their desire for mysticism so great as to blind them?" (Robin Craig, 1992, 1996).

C.P. van der Velde, juni 2005.
(herziene versie oktober 2008).