Metafysica, Kwantummechanica… En de werkelijkheid?

Floris van Vugt, 6v

Presentatie Profielwerkstuk

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?

Praktische Theorievorming

Verklarende 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 IIWerkelijkheid (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

Heisenberg• Het produkt van de

onzekerheden van bepaalde eigenschap-koppels is altijd constant.

E.t = h / 2πp.x = h / 2π• Dus hoe preciezer we de

impuls weten, hoe minder precies we de plaats weten waar een deeltje zich bevindt.

Eureka!

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

Everett

Onwaargenomen = allemaal even werkelijk

(parallelwerelden)

Kopenhagen

Onwaargenomen = allemaal even onwerkelijk

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

• De natuurkundige baseert zijn uitspraken dus op indirecte waarnemingen.

(Blskjklzn) Interferentie

Zegt iets over

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

Waargenomene Theorie

Verklaart

Impliceert

(Wiskundige Beschrijving)

Creativiteit

Opvatting / Beeld van de werkelijkheid

Natuurkunde

Metafysica

Q.M.

Wat er gebeurt

Het feit dat we waarnemen

‘Ding an sich’

(niet direct waarneembaar)

Waargenomene

Interpretatie

Normale Theorie

(detector-verhaal)

(Berkeley zou denk ik willen dat ik dit schrapte)

Het feit dat we waarnemen

‘Ding an sich’

(niet direct waarneembaar)

Waargenomene

Interpretatie

(detector-verhaal)

Quantum-mechanica

Wat er gebeurt

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.

Conclusies1. Berkeley en de quantummechanica zeggen

fundamenteel verschillende dingen.• Berkeley: esse est percipi• Q.M.: esse est posse percipi, alleen kleine deeltjes

2. 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