De relatie tussen Berkeley’s “esse est percipi” en de natuurkundige theorieën van Verlinde en ’t Hooft
George Berkeley (1685 – 1753) geldt als een belangrijke vertegenwoordiger van het “immaterialisme” of “subjectief idealisme”. Zijn theorie ontzegt bestaansrecht (existentie) aan materie. Er zijn slechts ideeën in de “minds of perceivers”. Materie kan niet bestaan als het niet wordt waargenomen; “for physical objects “esse est percipi””.
Gerardus ’t Hooft kreeg in 1999 de Nobelprijs. Hij is hoogleraar in de theoretische natuurkunde aan de Universiteit Utrecht.
Erik Peter Verlinde promoveerde bij ‘t Hooft, is momenteel hoogleraar in de theoretische natuurkunde aan de Universiteit van Amsterdam en ontving in 2011 de Spinozapremiei.
Algemeen
In de moderne natuurkunde onderscheidt men drie niveaus van werkelijkheid.
Allereerst is er het microscopische niveau. Dit is het domein van de “kwantum” en van alles wat we niet direct kunnen waarnemen omdat het te klein is. Hier gelden de wetten van de kwantummechanica.
Dan is er het macroscopische niveau. Dit is het menselijke niveau, van het hier en nu en van alles wat we min of meer direct kunnen waarnemen. Hier gelden de wetten van de thermodynamica en de zwaartekracht.
Tenslotte is er het kosmologische niveau. Dit is het domein van de “relativiteit” en van alles wat we niet direct kunnen waarnemen omdat het te groot (te ver) is. Hier gelden de wetten van Einstein.
Het is voor natuurkundigen heel lastig de drie niveaus goed met elkaar in verband te brengen. Twee wil nog wel eens lukken, drie is tot nu toe (totaal) niet gelukt. Volgens sommigen is zwaartekracht de grote boosdoener; die ‘wil nietii‘ op microscopisch niveau. Bovendien misdraagt zwaartekracht zich ook op kosmologisch niveau. En alhoewel Einstein daar dan weer het een en ander aan gedaan heeft, blijft het niet lekker voelen. Last but not least, zwaartekracht is ook op macroscopisch niveau om drie redenen problematisch: het werkt op afstand, er kan maar geen oorzaak-gevolg relatie worden ontdekt en het valt niet te meten.
Holografisch Principe
De hoeveelheid informatie (entropie) die in een bepaalde ruimte past is niet evenredig met het volume (de hoeveelheid ruimte), zoals intuïtief voor de hand ligt, maar met de oppervlakte (het grensvlak) van die ruimte. De informatie in een ruimte is afgebeeld op zijn oppervlakte, als een hologram. Dit holografisch principe is afkomstig van ’t Hooft (en Susskind).
Het holografisch principe stelt dat de entropie van een ruimte proportioneel is met de oppervlakte van die ruimte en dat volume niet meer is dan een illusie. Ons universum is slechts een hologram dat isomorf is met de informatie die afgebeeld staat op de oppervlakte.
Op macroscopisch niveau zien wij mensen onze werkelijkheid in termen van materie, ruimte en tijd. Volgens het holografisch principe echter is onze fysieke wereld opgebouwd uit informatie, met materie, ruimte en tijd als “incidentals” (Bekenstein, Wheeler). Volgens de theorie is informatie (entropie) de belangrijkste fundamentele kracht en zijn materie, ruimte en tijd niet langer fundamenteel, doch slechts het emergente effect van een diepere microscopische realiteit op kwantummechanisch niveau. De theorie beschrijft deze diepere microscopische realiteit met het idee van een alles doordringende aether.
Volgens het holografisch principe kan in een brede, meer speculatieve zin het universum gezien worden als een twee dimensionale informatie-structuur, die als het ware geschilderd is op de kosmologische horizon. De drie dimensies die wij (i.e., mensen in het hier en nu) observeren (waarnemen) zijn slechts een effectieve beschrijving op (onze eigen) macroscopische schaal en bij lage energie, maar in natuurkundige zin niet meer dan een illusie.
Zwaartekracht en Entropie
Uitgaande van informatie kunnen, volgens Verlinde, op betrekkelijk eenvoudige wijze ruimte, tijd, materie en gravitatie (zwaartekracht) worden afgeleid uit verschillen in informatiedichtheid in de ruimte, en dus uit verschillen in informatiedichtheid op het oppervlakte-hologram van die ruimte. Meer precies stelt Verlinde’s theorie dat Newtons zwaartekracht kan worden afgeleid uit verschillen in informatiedichtheid in de lege ruimte (lees aether) tussen twee massa’s en daarbuiteniii.
Door te stellen dat zwaartekracht het gevolg is van de “information associated with the positions of material bodies”, kombineert Verlinde’s theorie de thermodynamica met het holografisch principe van ’t Hooft. In de theorie is zwaartekracht geen fundamentele interactie maar slechts een emergent phenomenon dat voortkomt uit het “statistische gedrag van microscopiche vrijheidgraden die gecodeerd zijn op het holografische scherm”. Zwaartekracht wordt gereduceerd tot het emergente effect van een diepere realiteit, met als gevolg dat ook massa (en daarmee materie en energie) en dus ruimte en daarmee tijd (tijd en ruimte zijn gekoppeld in een ruimtetijd volgens Einstein, die stelt dat ruimte en tijd niet los van elkaar staan, maar met elkaar verweven zijn) niet meer dan het emergente effect van een diepere realiteit zijniv.
Verlinde – ’t Hooft Ontologie
Informatie (entropie) is de belangrijkste fundamentele kracht.
De werkelijkheid is slechts een hologram van een twee dimensionale informatie-structuur afgebeeld op de oppervlakte (de kosmologische horizon).
Omdat de entropie van een ruimte proportioneel is met de oppervlakte van die ruimte is volume – en daarmee ruimte, tijd en massa en dus ook materie – niet meer dan een illusie; oftewel alles wat wij mensen waarnemen in onze drie dimensies is illusie.
Probleemstelling
Hoe verhoudt Berkeley’s “esse est percipi” zich met de boven beschreven natuurkundige theorie (ontologie). De natuurkundige theorie gaat er van uit dat ruimte uit zijn hologram emergeert en in die zin niet meer dan een illusie kan zijn. Ruimte en materie bestaan dus niet. Verder gaat de theorie er van uit dat het universum kwantummechanisch is. Over dit laatste bestaat overigens praktisch unanieme consensus onder natuurkundigen.
Op kwantummechanisch niveau “bestaat” iets pas als het gemeten (geobserveerd) wordt. Iets (deeltjes, golven, velden) bestaat (als gevolg van het onzekerheidsprincipe) niet totdat er een waarneming plaatsvindt. Er kan daarom niet van existentie van iets worden gesproken, omdat ‘een iets’ zich tegelijkertijd overal en nergens moet kunnen bevinden. Pas door observatie ontstaat existentie (oorspronkelijk ook wel aangeduid met de term collapse). Stopt de observatie, dan is er geen sprake meer van existentie, oftewel: “esse est percipii”.
Tijd, ruimte, materie en zwaartekracht zijn – op ons menselijk, macroscopische niveau – slechts het emergente effect van een diepere microscopische realiteit op kwantummechanisch niveau. Tijd, ruimte en materie bestaan niet, maar worden desalniettemin wel op macroscopisch niveau waargenomen. Materie bestaat enkel voor zover het geobserveerd wordt. Andersom gesteld, wordt het niet geobserveerd, dan bestaat materie ook niet. Een subject neemt objecten waar (als materie, in de tijd en in de ruimte) die natuurkundig (volgens de Verlinde – ’t Hooft ontologie) uitsluitend kunnen bestaan in relatie tot het waarnemende subject. Materie, tijd en ruimte zijn dus afhankelijk van het subject, worden bepaald door het subject en bestaan niet als loutere verschijning op zichzelf.
Er is kortom een verbluffende consensus tussen de ontologiën van het hardcore subjectief idealisme van de achttiende eeuwse Anglicaanse bisschop George Berkeley en die van het eenentwintigste eeuwse holografisch principe van de hardcore atheïst en determinist ’t Hooftv.
Een bien étonnés de se trouver ensemble van de filosofische geloofsverkondigingen van Berkeley en de ontnuchterende theorieën over de werkelijkheid van ’t Hooft.
iVerlinde en ’t Hooft zijn duidelijk top dogs; zij staan ontegenzeggelijk bovenaan in de wetenschappelijke pikorde.
iiZwaartekracht is de enige fundamentele natuurkracht die nog niet in een consistente kwantumveldentheorie is geformuleerd.
iiiStarting from first principles and general assumptions Newton’s law of gravitation is shown to arise naturally and unavoidably in a theory in which space is emergent through a holographic scenario. Gravity is explained as an entropic force caused by changes in the information associated with the positions of material bodies. A relativistic generalization of the presented arguments directly leads to the Einstein equations. When space is emergent even Newton’s law of inertia needs to be explained. The equivalence principle leads us to conclude that it is actually this law of inertia whose origin is entropic.
ivIt is well known that Newton’s law of gravity was criticized for acting at distance and having no cause. The holographic hypothesis provides a natural mechanism for gravity to emerge. It allows direct “contact” interactions between degrees of freedom associated with one material body and another, since all bodies inside a volume can be mapped on the same holographic screen.
vFilosofisch verklaart ’t Hooft zich determinist: aan al het toeval in de kwantummechanica moet een helemaal door oorzaak en gevolg bepaalde detailwereld ten grondslag liggen. Hij erkent wel dat het aanlokkelijke idee van een natuur die maar op één manier in elkaar kan zitten en beschreven wordt door een eenvoudig wiskundig basisprincipe, niet strookt met de waarnemingen.