maandag 29 juni 2009

Quantum-bewustzijn

In mijn vorige artikel had ik het over het misbruiken van quantum-mechanica als ondersteuning voor allerlei vage ideeën. Vandaag wil ik daar een voorbeeld van bespreken, die voor sommigen misschien uit een wat onverwachte hoek afkomstig is. Het gaat hier namelijk om een artikel dat gevonden werd op de site van de Atheïstische Beweging, met als titel "Het Bewustzijn als Kwantumverschijnsel; een Kritiek op de Tijdsbeleving", geschreven door Frans van Dongen. Op verschillende atheïstische fora werd al enigszins verbaast gereageerd op dit artikel en zijn vindplaats. Om die reden en simpelweg omdat je dit soort artikelen eerder verwacht aan te treffen op new-age achtige sites, niet op atheïstische, is het misschien wel interessant om dit specifieke artikel eens als voorbeeld te nemen. Het maakt immers niet uit waar het vandaan komt, onzin moet worden rechtgezet.

Het is wel een lastig artikel om te bespreken. Niet zozeer omdat de argumenten zo sterk zijn, maar juist omdat het zo lastig is om vast te stellen wat de standpunten zijn. Het artikel heeft maar weinig structuur. Er is geen inleiding met een duidelijke probleemstelling en geen uiteindelijke conclusie. Erger nog, nergens staat vermeld wat de schrijver precies bedoelt met "bewustzijn": wat is het, wat doet het, waar herkennen we het aan? Er worden ons wel "definities" beloofd en die komen uiteindelijk ook wel. Dit zijn echter geen definities in de zin die we gewend zijn, namelijk een vaststelling van de betekenis van de term "bewustzijn", maar de verklaringen die Van Dongen voor bewustzijn geeft.

Ook is het een behoorlijk lang artikel, dus ik ga het niet punt voor punt bespreken.

Voordat het artikel goed en wel begint, wordt er direct afstand genomen van "Reductionistische standpunten, volgens welke het Bewustzijn helemaal niet zou bestaan." Nu denken veel filosofen en veel wetenschappers inderdaad dat bewustzijn niets anders is dan het product van ons brein, wat er dus op neerkomt dat bewustzijn uiteindelijk het gevolg is van biochemische processen. Dat wil echter niet zeggen dat bewustzijn niet bestaat, zoals Van Dongen beweert, maar enkel dat het niet principieel een mysterieus verschijnsel is. Veel mensen geloven echter dat de wetenschap weliswaar dingen kan uitvinden over het brein, maar niets te weten kan komen over het "echte" bewustzijn. Toch zijn er goede argumenten tegen dit geloof, zoals bijvoorbeeld de filosoof Daniel Dennett uiteenzet in deze lezing. Daarin vergelijkt hij bewustzijn onder andere met magie: net zoals we eigenlijk niet willen weten dat een goochelaar geen "echte" magie gebruikt, willen we ook niet weten dat ons bewustzijn niet "echt" mysterieus is.

De neurowetenschap boekt momenteel enorme vooruitgang met uitvinden hoe ons brein werkt, bijvoorbeeld via fMRI, waarmee wetenschappers kunnen zien welke delen van de hersenen actief zijn bij bepaalde processen. Van Dongen verzwijgt deze hele tak van wetenschap echter volledig. Blijkbaar is er ook voor hem iets speciaals, iets magisch aan bewustzijn, wat de neurowetenschap niet zomaar kan verklaren. Van Dongen geeft echter geen overtuigende argumenten waarom niet. Ook in de rest van het artikel geeft Van Dongen nergens ook maar enig argument waarom zijn ideeën betere verklaringen opleveren dan die van de neurowetenschap. Dit alleen al zou voldoende moeten zijn om je argwanend te maken tegenover dit artikel.

Het eigenlijke artikel begint met een introductie over quantum-mechanica. Wat opvalt is dat alles met dezelfde overtuiging gebracht wordt, alles wordt gedeponeerd met absolute zekerheid. Zelden wordt er stil gestaan bij hoe we iets weten. Verwacht geen beschrijvingen van experimenten in dit artikel. Zelden ook wordt er onderscheid gemaakt tussen wat algemeen geaccepteerde wetenschap is, en wat speculatieve interpretaties zijn.

En uiteraard wordt er al heel snel verband gelegd tussen de Kopenhaagse interpretatie en de bijzondere positie die bewustzijn zou innemen. Daarbij zou bewustzijn noodzakelijk zijn voor het laten ineenklappen van de golffunctie. Het past ook precies in het patroon dat ik in het vorige artikel aangaf: het artikel presenteert dit als een voldongen feit, terwijl het eigenlijk speculatie is. Ten eerste is bewustzijn strikt gesproken niet eens onderdeel van de Kopenhagen interpretatie en ten tweede zijn er verschillende alternatieve interpretaties, waarvan in sommige de ineenstorting van de golffunctie niet eens noodzakelijk is. Fysici en filosofen zijn hier nog lang niet over uitgepraat.

Maar het artikel gaat hier volkomen aan voorbij en gaat verder met uit te leggen dat micro-tubuli, kleine buisjes in onze hersencellen (en overigens ook in al onze andere cellen), een geschikte omgeving zouden zijn voor quantum-effecten. Ook dit is een hoogst speculatief idee, voorgesteld door Roger Penrose en Stuart Hameroff. Zij suggereren dat er in deze tubuli processen plaats vinden die zouden kunnen werken als een quantum-computer.

De meeste quantum-fysici geloven echter dat dit zeer onwaarschijnlijk is. Het soort quantum-processen wat hiervoor nodig is zijn veel te fragiel om te werken in een omgeving zo vol van externe invloeden als de menselijke cel. Berekeningen laten zien dat deze quantum-effecten vele malen sneller verdwijnen dan dat je brein nodig heeft om signalen te versturen.

Volgens het artikel van Van Dongen is het echter toch de collaps van de quantum-golven in deze micro-tubuli die het bewustzijn veroorzaken. Hiermee heb je echter nog steeds niets verklaard. Hoe kan zo'n collaps dan uiteindelijk je denkprocessen beïnvloeden en bewustzijn uitleggen, waar de wisselwerkingen tussen neuronen dat blijkbaar niet konden?

Het artikel wordt vanaf hier alleen maar vreemder. Van Dongen probeert de lezer iets duidelijk te maken over de speciale wijze waarop het bewustzijn de tijd waarneemt. Daarvoor haalt hij de interpretatie van Bohm erbij. Blijkbaar is van Dongen zich er echter niet van bewust dat hij hiermee het eerdere gedeelte van zijn artikel tegenspreekt: in de interpretatie van Bohm komt de collaps van de golffunctie helemaal niet voor, terwijl dat een cruciale rol speelde in Van Dongen's "definitie" van bewustzijn.

Hiermee komt eigenlijk Van Dongen's hele uitleg op losse schroeven te staan. Ofwel, zijn interpretatie van bewustzijn is fout, ofwel die van de tijdsbeleving. Of beide, natuurlijk. In ieder geval zijn ze in beide gevallen totaal niet wetenschappelijk ondersteund: experimenteel kunnen we (nog) geen verschillen zien tussen de Kopenhaagse interpretatie en die van Bohm, wat betekent dat ze tot die tijd vooral speculatief zijn. Dat Van Dongen dit over het hoofd ziet is funest voor zijn geloofwaardigheid. Ofwel de auteur begrijpt de materie niet voldoende, ofwel hij gaat er van uit dat de lezer toch te weinig van quantum-mechanica begrijpt om in te zien wat het probleem is.

Daarom hoef ik eigenlijk niet eens meer in te gaan op de nog vreemder ideeën in dit artikel. Zoals bijvoorbeeld het idee dat het geheugen verklaard dient te worden doordat effecten van quantum-verstrengeling ons bewustzijn verbinden met het verleden. Waarom het meer gangbare idee dat ons geheugen werkt als een soort van data-opslag niet voldoet is me volstrekt onduidelijk.

Aan het eind beweert Van Dongen zelfs dat het bewustzijn blijft voortbestaan na de dood. Toch apart voor een atheïst.

Al met al is dit artikel een goed voorbeeld van quantum-mystiek, het idee dat mystieke verschijnsels te verklaren zijn met quantum-mechanica. Het vertoont alle kenmerken: het negeert elke andere verklaring voor het verschijnsel, inclusief de mogelijkheid dat het verschijnsel veel alledaagser is dan je zou denken. Het presenteert speculatieve interpretaties alsof ze net zo algemeen geaccepteerd zijn als de rest van de quantum-mechanica. En ten slotte is het overduidelijk een poging om "bewustzijn" te voorzien van een wetenschappelijk sausje, zonder dat er sprake is van een gedisciplineerde, wetenschappelijke aanpak. Er blijft maar één vraag over: wat doet zo'n artikel op de site van een atheïstische beweging?

donderdag 18 juni 2009

Quantum-mystiek

Quantum-mechanica* beschrijft hoe materie zich gedraagt op hele kleine schaal - en dat is wezenlijk anders dan zoals de dingen zich gedragen op een meer menselijke schaal. Quantum-mechanica is zeer vreemd. Ik denk dat we bijvoorbeeld allemaal wel eens gehoord hebben dat volgens de quantum-mechanica licht zowel deeltjes als golven kunnen zijn. En dan hebben we het nog niet gehad over exotische zaken als quantum-tunelling en verstrengeling (entanglement). Quantum-mechanica is mysterieus, slechts weinig mensen weten wat het echt inhoudt, maar het werkt wel. Het feit dat je dit kunt lezen bewijst het: elke moderne computer zit vol met technologie die gebaseerd is op quantum-effecten.

Deze combinatie is precies wat quantum-theorie ook geschikt maakt voor misbruik om allerlei mystieke zaken mee te verklaren. Quantum-theorie wordt gebruikt om geloofwaardigheid te geven aan de meest uiteenlopende ideeën:

  • Bewustzijn wordt veroorzaakt door quantum-effecten

  • God gebruikte quantum-effecten om evolutie bij te sturen

  • Telepathie werkt via quantum-effecten

  • Via quantum-effecten kun je de wereld naar je hand zetten door het simpelweg te willen


Ik noem dit soort verklaringen "quantum-mystiek". De gedachtegang lijkt ongeveer als volgt te gaan: "Dit verschijnsel is mysterieus, quantum-mechanica ook, dus ze zullen wel wat met elkaar te maken hebben. Bewijs maar eens dat het niet zo is!"

Maar er zijn meer redenen die quantum-mechanica een favoriet maken bij het uitleggen van allerhande mysterieuze zaken. Hiervoor moet ik eerst wat uitleggen over quantum-mechanica - voor zover ik het zelf begrijp, uiteraard. Mochten er echte quantum-fysici meelezen, correcties en aanvullingen zijn natuurlijk altijd welkom.

Laat ik beginnen bij het beroemde dubbele-spleet experiment: een laser stuurt licht af op twee uiterst dunne spleten. Het is al langer bekend dat licht zich als golven kan gedragen. De spleten zijn zo smal en staan zo dicht opeen dat er interferentie tussen die golven optreedt. Aan de andere kant van de spleten is een scherm geplaatst, waarop het interferentie-patroon te zien is.

Het begint vreemd te worden als de lichtbron zo wordt afgesteld dat er maar één lichtpakketje, oftewel een foton, tegelijk wordt uitgezonden. We gebruiken dan een lichtgevoelig scherm, zoals een fotografische plaat. Elk foton komt uiteindelijk op het scherm uit en laat daar een enkel stipje achter. Maar wat blijkt? De stipjes vormen nog steeds hetzelfde interferentie-patroon. Hoe kan dat? Hoe weet dat foton waar het heen moet om in het patroon te passen? Hoe kan één deeltje nou met zichzelf interfereren? Is het deeltje dan door beide spleten tegelijk gegaan?

De quantum-mechanica geeft ons wiskundige vergelijkingen om precies te voorspellen hoe het patroon op het scherm eruit komt te zien. Deze vergelijkingen beschouwen de waarschijnlijkheid van de locatie van een deeltje als een soort van golf-verschijnsel. Wat we daarmee kunnen uitrekenen is de kansverdeling van de mogelijke uitkomsten van een experiment, in dit geval de positie van een stipje op het scherm. Het is dus niet te voorspellen waar een enkel deeltje terecht komt, maar als je maar genoeg deeltjes gebruikt wordt het patroon duidelijk.

De wiskunde van de quantum-mechanica geeft ons echter geen echte antwoorden op de bovenstaande vragen - we kunnen het wel berekenen, maar daarmee begrijpen we het nog niet echt. We willen graag weten hoe we dit moeten interpreteren, hoe we het een verhaal moeten geven waarmee het wel kunnen begrijpen.

Er zijn vele verschillende interpretaties. Eén van de meest gangbare is de zgn. Kopenhagen-interpretatie. Het idee is dat het foton geen vastgestelde positie heeft zolang het onderweg is, maar is als het ware uitgesmeerd over de hele waarschijnlijkheid-golf. Op deze manier kan het foton door beide spleten tegelijk en kan interferentie plaatsvinden. Pas als de foton bij het scherm komt, moet er een keuze gemaakt worden: het foton kan alleen maar één stipje maken. Volgens de Kopenhagen-interpretatie klapt dan de golffunctie ineen en wordt dan de positie van het foton aan de hand van de kansverdeling gekozen.

Zoals gezegd, dit is slechts een interpretatie, simpel gezegd een verhaaltje om de wiskunde wat mee aan te kleden, of om ons een beetje een beeld te geven. We weten namelijk niet wat er echt tussen laser en scherm gebeurt, want zodra we dat proberen te ontdekken, verandert het experiment. Dit is een ander belangrijk principe in de quantum-mechanica: een waarneming kan de uitkomst veranderen.

We kunnen bijvoorbeeld een detector plaatsen achter één van de spleten, om te ontdekken of het foton door de ene of de andere spleet gegaan is. Je zou dan misschien verwachten dat het foton tegen de tijd dat het bij de detector komt al door beide spleten gegaan is en dus gewoon een interferentiepatroon veroorzaakt. In werkelijkheid verdwijnt echter het interferentiepatroon. Een mogelijke interpretatie is dat als we weten door welke spleet het foton gegaan is, het dus niet door alle twee tegelijk gegaan kan zijn. Dus treedt er ook geen interferentie op. Een andere interpretatie is dat een deel van de golffunctie al bij de detector eindigt en dus niet meedoet in de interferentie.

En hier komen we eindelijk bij de quantum-mystiek. We weten niet wat het foton precies doet tussen de laser en het scherm. We kunnen dat ook niet weten, want zodra we proberen ergens anders te kijken verandert het experiment en krijgen we andere uitkomsten. Dit betekent dat quantum-mechanica de opening is waar velen naar gezocht hebben om hun favoriete verschijnsel in te duwen. Zo kun je beweren dat telepathie op quantum-effecten berust en dat zodra je het bestudeert, het verschijnsel verdwijnt. Het klinkt heel plausibel: het geeft een wetenschappelijk klinkende verklaring voor telepathie en het verklaart meteen waarom de wetenschap nooit overtuigend bewijs van telepathie heeft kunnen vinden.

Jammer dat ze er nooit bij zeggen op welk quantum-verschijnsel telepathie gebaseerd zou moeten zijn, of op welke manier we het quantum-effect zouden verstoren bij onze waarneming.

Sommigen gaan echter nog verder. Volgens sommigen is het niet zozeer wat je meet dat het resultaat beïnvloedt, maar bewustzijn zelf: pas als een bewuste geest de waarneming gedaan heeft, klapt de golffunctie pas écht ineen. Je begrijpt dat dit idee helemaal koren op de molen is van degenen die een verklaring zoeken voor hun favoriete onderwerp. Telepathie is ook hier een goed voorbeeld. Hier komt ook het idee vandaan dat je puur door iets maar graag genoeg te willen de werkelijkheid kunt veranderen. Sterker nog, sommigen beweren dat God de ultieme observator zou zijn, die ervoor verantwoordelijk is dat de gecombineerde golffunctie van het heelal op de door hem gewenste manier ineen klapt. Zonder dat je het ooit zou kunnen bewijzen, natuurlijk.

Slechts weinigen zullen echter toegeven dat dit allemaal maar speculatie is, geen wetenschap. Meestal wordt een en ander met volle overtuiging uitgesproken, alsof het allemaal wetenschappelijk vast staat. Ik vraag me af hoeveel zich bewust zijn van het feit dat het ineenstorten van de golffunctie geen bewezen wetenschap is, maar onderdeel van een interpretatie. Dit terwijl er verschillende interpretaties bestaan die helemaal geen ineenstorting van de golffunctie erkennen. Een populair alternatief is bijvoorbeeld de veel-werelden interpretatie, waarbij elke mogelijke uitkomst voorkomt in een serie van alternatieve werelden (deze is dan weer populair bij Science-Fiction auteurs). Een ander is het idee dat het deeltje niet is uitgesmeerd, maar gewoon een baan heeft, die dan weer wel wordt bepaald door de golffunctie. Het deeltje heeft daarbij voor ons verborgen eigenschappen, die bepalen welk van de mogelijke posities het inneemt in bijvoorbeeld een interferentie-patroon. Een voorbeeld hiervan is de interpretatie van Bohm.

Het is belangrijk om te begrijpen dat al deze interpretaties wiskundig allemaal op hetzelfde neerkomen. Ook komen ze allemaal overeen met wat we zien in experimenten. We hebben nog geen manier bedacht om te testen welke van de interpretaties we moeten kiezen (al wordt daar wel aan gewerkt). Volgens sommigen zouden we het dan ook voorlopig moeten houden bij de "shut up and calculate"-interpretatie, oftewel: kop dicht en rekenen. Daarvan weten we tenminste dat het werkt.

Dus als iemand je weer eens probeert te overtuigen dat hun favoriete verschijnsel gebaseerd is op quantum-effecten, wees je er dan van bewust dat quantum-effecten de ideale manier zijn om je idee een wetenschappelijk sausje te geven, zonder een groot risico te lopen dat iemand doorheeft dat het helemaal geen wetenschap is.



* Ik weet dat "Quantum" tegenwoordig eigenlijk als "Kwantum" gespeld moet worden, maar ik weiger koppig daaraan mee te doen. Hadden de taalkundigen maar moeten overleggen met de natuurkundigen.

dinsdag 2 juni 2009

Wat is er mis met wetenschap?

Kennelijk ontbreekt er iets aan de wetenschap. Althans, dat is wat velen zeggen. Wetenschap biedt immers geen plaats aan homeopathie, handoplegging, astrologie, goden die zich met het dagelijks leven bemoeien, en nog vele andere paranormale en bovennatuurlijke zaken waar mensen graag in willen geloven. Waarom kan wetenschap niet gewoon open staan voor de mogelijkheid dat er meer is tussen hemel en aarde?

Het klinkt als een redelijke vraag. Waarom zou wetenschap al deze zaken bij voorbaat afwijzen, alleen maar omdat er wat bovennatuurlijke krachten bij betrokken zijn?

Zoals meestal ligt het toch wat ingewikkelder. De vraag hangt namelijk af van de aanname dat de wetenschap paranormale of bovennatuurlijke verschijnselen klakkeloos afwijst. Laten we die aanname dan eerst eens goed bekijken.

Wetenschap probeert een verklaring te vinden voor verschijnselen. Deze verklaringen worden dan weer getoetst aan experimenten en andere waarnemingen. Maar er zijn uiteraard vele mogelijke verklaringen, dus de wetenschap probeert de simpelste verklaring te vinden die klopt met de waarnemingen. Eén van de vuistregels is dat een verklaring zo min mogelijk ongefundeerde aannames moet hebben. Een plausibele verklaring die alleen gebruik maakt van reeds bekende verschijnselen heeft dus doorgaans de voorkeur boven een verklaring waarvoor onbekende krachten nodig zijn.

Je zou dus kunnen zeggen dat wetenschap inderdaad bovennatuurlijke krachten afwijst, want bovennatuurlijke krachten zijn immers per definitie onbekend aan de wetenschap. Maar daarmee ga je voorbij aan het feit dat de wetenschap in het verleden vaker onbekende krachten heeft bedacht om verschijnselen te verklaren, verschijnselen die niet te begrijpen waren met de tot dan toe bekende krachten. Denk dan bijvoorbeeld aan de zwakke en sterke kernkracht, die pas bedacht werden toen de sub-atomaire fysica resultaten opleverde die niet klopten met wat we tot dan toe wisten. Een recenter voorbeeld is donkere energie, waarvan we nog steeds niet precies weten wat het is en hoe het werkt, maar we hadden nou eenmaal een naam nodig voor wat het dan ook is wat de uitdijing van het heelal versnelt. Dus het introduceren van een nieuwe kracht is niet iets wat de wetenschap graag doet, maar soms kom je gewoon niet verder met wat je al had.

Dus er is helemaal geen reden dat de wetenschap niet ook een nieuwe kracht zou kunnen introduceren om een willekeurig paranormaal of bovennatuurlijk verschijnsel te verklaren.

Wat is dan het probleem? Waarom doet de wetenschap dit dan niet voor zaken als homeopathie, acupunctuur en mediums?

Omdat de wetenschap er nog steeds niet van overtuigd is dat deze verschijnselen wel echt optreden. En niet eens omdat de wetenschap het vertikt ernaar te kijken. Er zijn vele onderzoeken gedaan. De resultaten zijn echter doorgaans nogal zwak. Sterker nog, hoe strakker de studies geleid worden, hoe minder imposant de verschijnselen lijken te zijn. Het is veel waarschijnlijker dat er hier sprake is van mensen die zichzelf voor de gek houden - iets wat heel makkelijk is, zoals de wetenschap al wél heeft kunnen aantonen.

Ongetwijfeld zijn er mensen die dit lezen en direct de neiging krijgen om me allerlei artikelen te sturen van wetenschappers die het niet met me eens zijn. Bespaar je de moeite. Geloof me: ik weet dat die wetenschappers bestaan. Feit blijft dat het grootste deel van de wetenschap nog niet overtuigd is. En voordat je nieuwe krachten gaat introduceren, moet je toch eerst behoorlijk zeker weten dat dat ook echt noodzakelijk is.

Daar komt nog bij dat zelfs de mensen die wél geloven dat paranormale verschijnselen echt plaatsvinden het niet eens kunnen worden over hóe ze dan zouden moeten werken. De sterke kernkracht werd gevonden omdat iedereen het erover eens was dat iets moest zijn dat de kernen van atomen bij elkaar hield, tegen het afstotende effect van hun elektrische lading in. Ze wisten dus waar ze naar zochten. Voor de meeste paranormale verschijnselen, aan de andere kant, hebben echter zelfs degenen die erin geloven nog geen idee waar ze moeten beginnen met zoeken. De paranormale wetenschap wil maar niet van de grond komen.

De verklaring die je vaak hoort voor dit gebrek aan wetenschappelijke voortgang? Dat de wetenschap nu eenmaal niet geschikt is voor het onderzoeken van bovennatuurlijke zaken. De wetenschap bestudeert immers alleen natuurlijke oorzaken. Kennelijk bedoelen sommige mensen met "bovennatuurlijk" meer dan alleen "tot nog toe onbekend aan de wetenschap", zoals ik het tot nu toe stilzwijgen gebruikt heb. Kennelijk bedoelen ze echter eerder iets wat altijd buiten bereik van de wetenschap zal blijven, omdat het helemaal buiten de natuur staat.

Dus alweer mankeert er iets aan de wetenschap. Het ligt aan de wetenschap dat er geen bewijs gevonden wordt voor bovennatuurlijke verschijnselen.

Maar zijn verschijnselen als homeopathie, acupunctuur, telepathie, remote sensing, enzovoort, als ze echt bestaan, nou echt zo bovennatuurlijk, in de zin dat ze compleet buiten de natuur staan?

Natuurlijk niet. Al deze processen hebben uiteindelijk een wisselwerking met de natuurlijke wereld. Hoe zou dat ook anders kunnen? Alternatieve geneeswijzen worden bijvoorbeeld uitgevoerd door mensen. Uiteindelijk moeten ze ook een natuurlijk menselijk lichaam beïnvloeden. Dus als deze methoden echt werken, dan hebben de mechanismen die erbij betrokken zijn interactie met de natuurlijke wereld. Daarmee vallen ze dus toch minstens voor een deel binnen het werkgebied van de wetenschap. Er is verder ook geen reden om aan te nemen dat de wetenschap het spoor van zo'n mechanisme niet zou kunnen volgen, vanuit het bekende terrein naar het onbekende terrein.

Dus de wetenschap is helemaal niet ongeschikt voor het onderzoeken van paranormale of zelfs bovennatuurlijke verschijnselen. De argumenten van mensen die beweren van wel houden geen stand. Het is veel waarschijnlijker gewoon een smoes om niet te hoeven toegeven dat het bewijs voor een bepaald verschijnsel uiterst zwak is.