Metafysica, Kwantummechanica… En de werkelijkheid?

Presentatie Profielwerkstuk Metafysica, Kwantummechanica… En de werkelijkheid? Floris van Vugt, 6v

Hoofdvragen • Wat verstaan we onder waarneming? • Wat zijn de eisen? (later verduidelijking) • In hoeverre bestaan deeltjes op het moment dat die niet worden waargenomen? • In hoeverre is deze vraag empirisch verifiëerbaar en in hoeverre is het een kwestie van interpretatie?

Inhoud • Basiskennis Quantummechanica • Basiskennis Filosofie • wetenschapsfilosofie • kennisleer • Interpretatie van Quantummechanica

Quantummechanica De Achtergronden

Newton • Newton ontwierp een doeltreffend natuurkundig systeem om de meeste natuurkundige verschijnselen uit zijn tijd te verklaren.

Wat is licht? • Geen massa • Energie • Superpositie • Golf of deeltje?

Hoe te antwoorden? • Filosofie: • wat is het? • hoe zie je dat? • Natuurkunde: • hoe gedraagt het zich? • hoe is het te beschrijven? Verklarende Theorievorming Praktische Theorievorming (logisch positivisme)

Praktische Gegevens Verzamelen • Golfpatronen in water • Interferentie Komt overeen met licht?

Golfpatronen in Water • Puntvormig of rechtlijnig • Bij een spleet die veel kleiner is dan de golflengte wordt dit een puntvormige golfbron.

Interferentie • Het effect van de golven wordt opgeteld. • Uitdoving op vaste plaatsen waar een top van de ene golf met een dal van de andere golf samenkomen en elkaar opheffen.

Verificatie: Interferentie bij licht? • Uitdovingspatroon bij dubbelspleetexperiment (met licht)

Interferentie bij materie? • Electronenbundel interfereert! • Er zijn dus plaatsen waar electronen komen als de andere spleet dicht is, maar niet meer als die open is! Of ze komen er wel, maar verdwijnen (zoals golven).

Natuurkundige conclusies • Materie (en licht) kunnen zich zowel als golven als als deeltjes gedragen! • Hoe is dit te interpreteren? Wat zijn ze nu echt: deeltjes of golven? • In ieder geval zijn ze broertjes. Hm.

Filosofie De Achtergronden - Kennisleer

Empirisme/Rationalisme • Empiristen: • alle kennis is uiteindelijk uit waarneming verkregen. • Rationalisten: • de enige zekere bron van kennis is het verstand

Locke • Empirische waarneming = waarneming van eigenschappen van objecten. • Het is logisch aan te nemen dat er objecten bestaan waar die eigenschappen aan toebehoren (= realisme).

Berkeley • Locke’s realisme is niet houdbaar.

Berkeley II Werkelijkheid (niet waarneembaar) Denkbeeld (in hoofd) (idea) Notion = idea dat door het verstand wordt meegevormd (geur/kleur)

Berkeley III • We kunnen zelfs niet waarnemen OF er een werkelijkheid is of niet. • Alle dingen die we zien zouden ook helemaal niet kunnen bestaan. Er is geen manier om te achterhalen of er dingen zijn die we kunnen zien maar niet bestaan. • Laten we daarom stellen dat iets pas bestaat als het door waargenomen wordt. = Esse est percipi.

Immanuel Kant • “Het verstand structureert de waarneming. • Alle waarneming is subjectief (alle idea’s zijn notions) • We weten niet hoe het object los van ons is (‘Ding an sich’). • Overigens geloof ik dat dat object wel bestaat.”

Quantummechanica II Het Heisenberg Onzekerheidsprincipe

Dubbelspleetexperiment met Doodgewone Ballen • Eén van beide spleten geopend: • Beide spleten geopend:

Dubbelspleetexperiment met Electronen • Eén van beide spleten geopend: • Beide spleten geopend:

Voortgezet Experiment • Detector bij één van de spleten (met electronen):

Interpretatie van de Quantummechanica “Uw theorie is gek, maar niet gek genoeg om waar te zijn.” - NIELS BOHR

Kopenhagen • Een electron is een golf. • De golf is een waarschijnlijkheidsgolf (). • Het kwadraat van de golf is de waarschijnlijkheid dat hij op die bepaalde plaats is (2). • Er is dus alleen een waarschijnlijkheid dat een electron ergens is. Hij is op geen van de plaatsen waar hij kan zijn echt.

Waterstof-atoom

Eureka! Heisenberg • Het produkt van de onzekerheden van bepaalde eigenschap-koppels is altijd constant. • E.t = h / 2π • p.x = h / 2π • Dus hoe preciezer we de impuls weten, hoe minder precies we de plaats weten waar een deeltje zich bevindt.

Hoe zit het nu? • Heeft een deeltje nu werkelijk geen positie of ligt die onzekerheid alleen maar aan onze apparatuur?

Kopenhagen II • Door waarneming ‘stort de golffunctie in’ en is het electron opeens wel op één plaats en kan hij niet meer op de andere plaatsen zijn.

Meningsverschil Kopenhagen Onwaargenomen = allemaal even onwerkelijk Everett Onwaargenomen = allemaal even werkelijk (parallelwerelden) Waarom kan dit niet ‘natuurkundig’ opgelost? (‘meten is weten’)

Mijn Ideeën

Constateringen I • Materie is te beschrijven als deeltje én als golf. of • Materie is in werkelijkheid zowel een deeltje en een golf. • De natuurkundige zou moeten zeggen: “Ik weet niet wat het in het echt is.” • Nu de filosoof.

Kopenhaagse Uitspraken Electron (Blskjklzn) Interferentie Zegt iets over • De natuurkundige baseert zijn uitspraken dus op indirecte waarnemingen.

Constateringen II • Termen zoals Energie en Kracht zijn, net als het Onzekerheidsprincipe, alleen maar te concluderen uit latere waarneming, maar niet direct meetbaar. • ‘Concluderen’ = rationeel = verwerpelijk voor natuurkundige! • Theorie = verzameling systematische uitspraken om te verklaren. • In het algemeen is een verklarende theorie dus niet te verifiëren, behalve zijn consequenties voor de waarneembare wereld!

Quantummechanica Creativiteit Waargenomene Theorie (Wiskundige Beschrijving) Verklaart Q.M. Impliceert Natuurkunde Metafysica Opvatting / Beeld van de werkelijkheid

Wat er gebeurt Het feit dat we waarnemen (detector-verhaal) ‘Ding an sich’ (niet direct waarneembaar) Waargenomene Interpretatie Normale Theorie (Berkeley zou denk ik willen dat ik dit schrapte)

Wat er gebeurt Het feit dat we waarnemen (detector-verhaal) ‘Ding an sich’ (niet direct waarneembaar) Waargenomene Interpretatie Quantum-mechanica

Volgens Mij • Berkeley: Esse est percipi • Een electron bestaat pas als het door ons waargenomen wordt. • Kopenhagen: • Een klein deeltje (zoals electron) bestaat pas na waarneming. Een voetbal bestaat al wel (daarom interfereert die niet). • Quantummechanica maakt onderscheid tussen micro en macro. Berkeley niet.

Conclusies • Berkeley en de quantummechanica zeggen fundamenteel verschillende dingen. • Berkeley: esse est percipi • Q.M.: esse est posse percipi, alleen kleine deeltjes • Quantummechanica treedt met haar uitspraken op metafysisch grondgebied, tenzij aan het Heisenberg Onzekerheidsprincipe toegevoegd wordt dat de uitspraken alleen als beschrijvingen opgevat moeten worden.

“God dobbelt niet.” • EINSTEIN • Vragen

Metafysica, Kwantummechanica… En de werkelijkheid?