Het Niets dat niet Bestaat (of zoiets)

“Hoe kan iets ontstaan uit niets?” is de vraag die je wel eens te horen krijgt, oh, altijd op heel redelijke toon, alsof ze denken te kunnen verbergen dat achter de hoek hun godheidje al op de loer ligt. Ze verwachten dat het antwoord is dat dat niet kan, verder dat er toch “iets” is, dat dat dan toch ergens vandaan moet gekomen zijn, enzovoort etcetera, enfin: zucht.

Wat kunnen we ons voorstellen bij “niets”? Niets? Niet slecht, maar ik vrees dat dat ons niet veel vooruit helpt. Laten we proberen met een vacuum. Maar we moeten fanatiek zijn! Een aards “vacuum” bevat nog altijd veel meer materie dan een willekeurig stuk interstellaire ruimte, en wij willen het hebben over “niets”. Dus er moeten geen materiedeeltjes zijn, niet “weinig”, niet “zeer weinig”, niet “bijna geen”, niet “zo weinig dat het verschil met geen onbeduidend wordt”, neenee, dat is allemaal niet goed genoeg. Er moeten geen materiedeeltjes zijn, nul, zero, bros, noppes, niks.

Zelfs dan zijn we er nog niet. Aangezien we allemaal weten dat materie equivalent is met energie (volgens de beroemde formule E = mc³...) mag er ook geen energie doorstralen. Dus, er schijnt geen licht, en... enneh...

Wel, nu zit ik een beetje in de s**t.

Ik ben het allemaal nogal braaf aan het navertellen uit Greene, The Fabric of the Cosmos, 2,004, hoofdstuk 12, maar ik heb een probleem. Hoe zit het met zwaartekracht?

We weten dat zwaartekracht werkt op alle afstanden, om het even hoe ver. Natuurlijk, de werking neemt af met het kwadraat van de afstand, maar evengoed daalt het nooit naar nul. Dus hoe kan er nu een plaats zijn waar er geen materie is en waar geen energievelden aanwezig zijn, vermits er altijd de invloed van de gravitatie is?

Soit, het is duidelijk dat ik het ben die iets over het hoofd zie, en dus neem ik aan: we hebben nu een echt vacuum, er – is – echt – niets.

Wel, dan volgt er nu een “troek miet het aai” (= “truc met het ei”, uitgesproken met wat wij denken dat een Slavisch accent is) om wat mij betreft de vorige “kermistruc van de wetenschap” (1) in de schaduw te stellen.

Quantumfluctuaties!

Dat zit zo. Ergens in de twintigste eeuw stelden fysici vast dat, naarmate je waarnemingen begon te doen over steeds kleinere dingen, je steeds meer op vreemde verschijnselen botste. Er bleek een soort grens te bestaan aan de totale hoeveelheid kennis die je van gegeven fysische systemen als (bijvoorbeeld) een electron kon opbouwen. Had je eenmaal bepaalde dingen van dat electron vastgesteld (bijvoorbeeld: welke weg is het aan het volgen), dan werd het onmogelijk om nog te checken waar het zich op een gegeven moment bevond. Je kan proberen je er iets bij voor te stellen door te bedenken dat je licht moet schijnen om iets te zien, en dat electronen zo klein zijn dat ze door licht worden verstoord, ergo, de act van het waarnemen bederft wat je wil waarnemen.

En dat schijnt wel te zijn hoe het zich gedraagt, maar nadat de beste natuurkundige breinen van de planeet (2) zich enkele decennia met de uitdaging hadden bezig gehouden (niet zelden met duivels inventieve ideeën en experimenten) kwamen ze tot de conclusie dat dat niet de oorzaak van het verschijnsel is. Het lijkt er op dat er werkelijk een “onzekerheidsprincipe” bestaat, dat zegt, dat eist, dat oplegt, dat maakt dat de hoeveelheid informatie die je kan verkrijgen beperkt is. Het is interessant dat de fysici van dit onderwerp zeggen dat niemand het begrijpt, dat ze er allemaal met open mond op staan te kijken, maar dat het tot mathematische beschrijvingen leidt die zo tot in detail bepaalde verschijnselen kunnen voorspellen (tegen de kost dat ze een aantal andere dingen niet meer kunnen, natuurlijk), dat het met grote voorsprong de beste theorie van zeer kleine verschijnselen is die we hebben. Maar niemand van al die Nobelprijswinnaars heeft een schijn van een begin van een idee waarom het zo is.

Terug naar dat vacuum. Eén van de onzekerheidsrelaties zegt dat je voor een bepaald ogenblik ofwel de kracht van een gegeven veld kan kennen, ofwel de verandering waaraan die kracht op dat moment onderhevig is, maar nooit allebei tegelijk. Maar wij zaten aan te kijken tegen een vacuum, gedefiniëerd en gecreëerd als een stuk ruimte waar zich geen velden bevinden. Dat wil zeggen, waar de waarde van alle velden nul is. Maar als de waarde van de velden op een gegeven moment nul is, dan kan de verandering van die waarde niet ook nul zijn, want anders schendt je het onzekerheidsbeginsel.

Dus: indien we ergens een vacuuum (dachten te) hebben, dan weten we dat de waarde van alle velden nul is. Maar in dat geval kunnen we niet meer weten dat de verandering van die waarde ook nul is. Dus is die verandering van waarde niet gegarandeerd nul, en als dat zo is, dan is het af en toe niet nul. Maar als een veld waar de waarde nul is een verandering ondergaat die niet gelijk is aan nul, dan is als gevolg daarvan de waarde van dat veld ook niet langer gelijk aan nul. En dus is er op dat moment “iets” op een plaats waar daarvoor “niets”, gedefiniëerd als een absoluut vacuum, was. Een “quantumfluctuatie”.

En daarmee hebben we een kermistruc om de vorige van schaamte te doen wegzinken in de onderwereld. Deze keer gaan ze niet op basis van allerlei onbegrepen feiten en abstracte redeneringen beweren dat tijd in sommige omstandigheden trager loopt dan in andere. Nee, deze keer gaan ze zelfs beweren dat uit “niets” wel degelijk “iets” kan ontstaan.

En weet je wat het gekke is? Het klopt met de waarnemingen...

-------------------------------------------------
(1) http://speelsmaarserieus.blogspot.com/2007/07/een-wetenschappelijke-kermistruc.html
(2) En gewoon voor het geval iemand denkt beter te kunnen, daar zaten dan bijvoorbeeld Einstein, Bohr, Schrödinger, Heisenberg of Dirac tussen, plus de grote lichten van de meer hedendaagse generaties... Good luck?