Filosofisch intermezzo - Metafysica vs. Kwantum Mechanica

Het is naar weten dat alle mensen van nature streven. Een aanwijzing daarvoor is hun voorliefde voor de waarnemingen. Die voorliefde geldt de waarnemingen namelijk ook omwille van zichzelf, los van enig nut, en het meest van al de waarneming door middel van de ogen. Niet alleen namelijk om ons handelen mogelijk te maken, maar ook wanneer we geen handeling overwegen, verkiezen we het zien, durf ik te zeggen, boven alle andere waarnemingen. De oorzaak hiervan is dat vooral deze waarneming ons de dingen leert kennen en allerlei kenmerken laat zien.[...]
Ervaring heeft een aanzienlijke gelijkenis met kennis en techniek, maar in feite is het zo dat kennis en techniek bij mensen ontstaan op grond van ervaring. Ervaring is, in de woorden van Polus, de moeder van techniek, en onervarenheid baart toevalstreffers. Techniek ontstaat als uit een groot aantal inzichten die op ervaring betrekking hebben één algemene veronderstelling over alle vergelijkbare gevallen ontstaat. De veronderstelling dat Callias, wanneer hij aan een bepaalde ziekte lijdt, baat heeft bij een bepaald medicijn of een bepaalde behandeling, net als Socrates en een groot aantal andere individuen in dezelfde toestand, is een zaak van ervaring, maar de veronderstelling dat alle mensen die aan deze ziekte lijden en op de grond van één specifiek symptoom gedefinieerd worden - bijvoorbeeld als flegmatisch, cholerisch of intermitterend koortsig -, er baat bij hebben, is een zaak van techniek. - Metafysica - Boek Alpha, Nederlandse vertaling door Dr. Ben Schomakers,pagina 79/81

De bovenstaande tekst is afkomstig uit een aantal werken van Aristoteles die bekend staan als 'De werken na de fysica'. Deze werken bespreken de fysica, het bestaan van het al. Niet vanuit een empirische visie, maar vanuit een elementaire propositie. Juist vanwege dit perspectief op de fysica zijn deze werken omgedoopt tot de metafysica - vrij vertaald in het nederlands als 'abstractum van de fysica'.
Metafysica neigt naar de wetenschap zoals wij die kennen als kwantum mechanica - de wetmatigheden van subatomaire deeltjes. Ik zeg expliciet neigt, want metafysica is nog altijd gebaseerd op logica, terwijl kwantum mechanica uitgaat van een wiskundige rangorde. Toch blijven beide vakgebieden mij enorm intrigeren, zeker gezien het gegeven dat de één gefundeerd is op onze ratio, terwijl de ander een tot heden lastig aan te tonen wetenschap is gebleven. Planck, Maxwell en Einstein waren in zekere zin de grondleggers van de kwantum mechanica. Maxwell had d.m.v. zijn berekeningen aangetoond dat er een energie bestond dat niet met de gebruikelijke experimenten konden worden aangetoond. Planck heeft uiteindelijk een model ontwikkeld dat het mogelijk maakte om die energie te kwantificeren in een vaste constante en Einstein was de eerste die met het foto-elektrisch effect het bestaan van fotonen heeft aangetoond.

De metafysica gaat echter heel ver terug, zelfs verder dan Aristoteles. In zekere zin begon de metafysica met de uitspraken die door Parmenides zijn gedaan; deze gaan uit van het onveranderlijke, van het bestaan van de ene, 'alles is eenheid'. Parmenides ging uit van het onveranderlijke - omdat alles er altijd is geweest, kan het niets niet bestaan. Hiermee legde hij als filosoof een belangrijk punt bloot over het toepassen van menselijke logica. Het feit dat A bestaat betekent niet dat hiermee het bestaan van B kan worden ontkent. Deze filosofie wordt door Hegel uitgedragen is en is voornamelijk bekritiseerd door Kierkegaard.
Een ander belangrijk punt dat door Parmenides wordt uitgedragen, is die van beweging. Als de ruimte zou zijn opgebouwd uit een vaste matrix van materie, dan kon tijd niet bestaan. Ruimte dat niet bestaat uit materie is noodzakelijk voor het bestaan van het al, want anders zou materie niet kunnen bewegen en zou het concept van beweging in het begrip van het woord zoals wij dat kennen niet eens kunnen bestaan.
Toch geeft dit stof om over na te denken, vooral in het kader van de huidige kwantum mechanische inzichten. Het concept van absolute ruimte & absolute lineaire tijd is ontkracht met de relativiteitstheorie van Einstein. Kant had in zijn tijd de metafysica herschreven door het rationalisme voortkomend uit denkers als Decartes en Leibniz te vereenzelvigen met het empirisme van denkers als Hume en Locke. Maar Kant ging uit van een absolute tijd-ruimte; in zijn transcendentale filosofie stond het subject centraal als het kennend subject van een transcendentaal object. Voor de menselijke begripsvorming is dit een toepasbaar paradigma, door vanuit een kennend bewustzijn de wereld te leren kennen - door op basis van a priori wetten uitgaan van de existentie van een elementaire vorm van kennis. Maar het concept van de absolute tijd-ruimte is in het moderne wetenschappelijk tijdperk weerlegt. Afstanden zijn betrekkelijk en afhankelijk geworden van het referentiepunt. Waar men vroeger nog uitging van een ruimte dat altijd zou bestaan, heeft men nu ontdekt dat ook al blijft een ruimte bestaan vanuit een empirisch perspectief, op kwantum niveau is alle materie veranderlijk en onderhevig aan veranderingen.

De filosofische implicaties hiervan zijn lastig te plaatsen, vooral door na te gaan dat de natuurwetten zoals die geschreven zijn door Newton op het gebied van de klassieke mechanica nog steeds functioneel en zelfs actueel zijn! Dit geeft een hoop stof te denken, dat de materiële wereld zoals wij die kennen functioneert conform de beschrijving van de fenomenen volgens de klassieke natuurwetten, maar dat er op kwantum niveau nog een wereld bestaat dat invloed uitoefent op die van ons - is hier sprake van een dualiteit?
Misschien is het handiger om eerst de volgende vraagstelling op te werpen: wat is materie?
Binnen de oude grieken waren er twee die van mening waren dat onze wereld was opgebouwd uit ondeelbare deeltjes genaamd atomen; Democritus en Epicurus waren beiden aanhanger van de theorie dat materie was opgebouwd uit atomen. Dit was meer een mechanistisch model waarmee de werking van materie kon worden verklaard en dit stond dan ook lijnrecht tegenover het model dat door Parmenides werd aangedragen - 'alles is eenheid'. Als alles eenheid zou zijn, dan kan er geen elementaire bouw zijn van materie waar alles aan onderhevig is, want alles ís al eenheid.
De wetenschap heeft uiteindelijk in de 19e eeuw het bestaan van atomen kunnen plaatsen in de atoomtheorie, hiermee was het bestaan van atomen niet aangetoond, maar konden wel een scala aan fenomenen worden verklaard. Pas eind 19e eeuw kwam men tot de ontdekking van het bestaan van de subatomaire partikels - neutronen, elektronen en protonen. Deze ontdekking leidde uiteindelijk tot het onderzoek naar subatomaire deeltjes, waarbij Einstein uiteindelijk op het bestaan van fotonen belandde.
Het bestaan van quarks en andere elementaire deeltjes die deel uitmaken van het bestaan van het al, maken het beantwoorden van deze vraagstelling bijzonder moeilijk, zo niet onmogelijk. De britse filosoof John Locke was een aanhanger van de atoomtheorie, hij maakte op een zeer gedegen wijze onderscheid tussen materie en lichaam. In zijn werk An Essay Concerning Human Understanding heeft hij het volgende geschreven:

But we see, that though it be proper to say, there is one matter of alle bodies, one cannot say, there is one body of all matters: we familiarly say, one body is bigger than another, but it sounds so harsh (and I think is never used) to say, one matter is bigger than another. [...] For body stands for a solid extended figured substance, whereof matter is but a partial and more confused conception, it seeming to me to be used for the substance and solidity of body, without taking in its extension and figure: and therefore it is that speaking of matter, we speak of it always as one, because in truth, it expressly contains nothing but the idea of a solid substance, which is everywhere the same, everywhere uniform.

De duitse filosoof Immanuel Kant had hier echter het volgende over te zeggen:

We zouden de ruimte eigenlijk geen compositum [samengestelde], maar een totum [geheel] moeten noemen, omdat de delen ervan alleen in het geheel mogelijk zijn en het geheel niet door de delen. [...] Omdat de ruimte niet iets is wat is samengesteld uit substanties (zelfs uit niet reële accidenten), zal er, als ik elke samenstelling in die ruimte ophef, niets overblijven, zelfs niet het punt; want dit punt is alleen mogelijk als grens van een ruimte, dus van een samengesteld iets. [...] We kunnen dus het bewijs voor de noodzaak van het enkelvoudige als bestanddeel van al het substantieel samengestelde [...] gemakkelijk bederven als we het te ver doorvoeren en zonder onderscheid voor al het samengestelde willen laten gelden, zoals inderdaad al dikwijls gebeurd is.

Beide filosofen waren overduidelijk aanhangers van de theorie dat het bestaan van de ruimte is samengesteld uit ondeelbare 'punten' cq. 'enkelvoudige' die bij elkaar als geheel de ruimte vormen. Waar Locke praat over "matter" als analogie van ruimte, beschouwd hij body als hetgeen materie vorm geeft. Dit laat echter de suggestie open dat materie kan bestaan zonder lichaam. Wat nog interessanter maakt is dat er wordt verwezen naar een materia prima - een primaire materie. Oftewel, dit model impliceert dat er onderscheid wordt gemaakt tussen materie en primaire materie - iets wat tegenwoordig van toepassing is tussen elementaire deeltjes (atomen, protonen etc.) en kwantum deeltjes (quarks, fotonen etc.).
Kan de vraagstelling nu worden beantwoord? Is materie hetgeen wat wordt opgevat in de breedste zin van het woord? Of kunnen kwantum deeltjes ook worden gerekend tot materie? Ik kies ervoor om kwantum deeltjes niet te rekenen tot het begrip van materie. Het moment dat kwantum deeltjes worden gerekend tot de materie, betekent dat er geen invloed kan worden uitgeoefend op de materie. En dan bevind ik mij op filosofisch glad ijs, dat ik graag in een volgende essay uitvoerig wil gaan behandelen.
Voor nu wil ik eerst nog doorgaan over de vraagstelling m.b.t. dualiteit. De ontwikkelingen van de kwantum mechanica toont aan dat alle fenomenen die zich voortbewegen d.m.v. een golfbeweging (licht, geluid, warmte etc.) worden geconstitueerd door kwantumdeeltjes. Dit geeft stof te denken, blijkbaar is het mogelijk dat alle deeltjes zich gaan rangschikken, wat veroorzaakt dit? En wat levert de energie hiervoor? Zijn het de deeltjes zelf die de energie leveren?
Schijnbaar wordt onder bepaalde condities op macroscopisch niveau (i.e. elementair niveau) een bepaalde kracht gegenereerd door de aanwezige materie op een dusdanige manier te manipuleren, waardoor het zich op een gewenste manier gaat bewegen. Geluidsgolven kunnen worden gestuurd en rangschikken zich naar de vaste materie in de vorm van een ruimte, ook bekend als de zgn. 'akoestiek'. De energie hiervoor wordt mogelijkerwijze constant doorgegeven van deeltjes op deeltje, waardoor de golf zich kan voortbewegen.
Hetzelfde geldt ook voor warmte, hoeveel warmte zijn energie veel sneller afstaat aan de omgeving dan in het geval van geluid. Wellicht is dit te wijten aan de omvang van de energie en de manier van transmissie. Geluidsgolven bewegen zich volgens rechte lijnen, terwijl warmte een diffuse baan kent; zeer inefficiënt in termen van energiebehoud en dus zal warmte ook makkelijk worden overgedragen op de omgeving (en ook afhankelijk van het soort medium, maar dan ga ik extra variabelen introduceren die niet bijdragen aan de essentie van deze alinea).
Licht is een interessant gegeven, Einstein heeft bewezen dat dit wordt bewerkstelligt door fotonen. Het is in feite een energietransmissie van fotonen en wij beschouwen cq. aanschouwen dit als licht. Ook licht kent een diffuse baan, dat zien wij als onze schaduwen. Het is een gegeven dat licht uit de zon wordt gecreëerd als een overschot aan energie afkomstig van de compositie van elementen en de afbraak van diezelfde elementen die vanwege de temperatuur in de zon instabiel worden en uiteen vallen in verschillende elementen. Een bijkomend product hiervan is licht.
Het licht dat uit onze lamp komt is enkel de ophoping van elektronen, die eveneens diffuus energie gaan uitzenden in de vorm van licht.

Hoe je het wend of keert, uiteindelijk beland ik constant bij het begrip energie. Deze derde wet van Newton is nog steeds actueel, al hoewel het gebruik van de wet discutabel is geworden vanwege de kwantum mechanica. Waar energie vroeger werd beschouwd als een substantie, wordt het tegenwoordig vrij snel beschouwd als een golf van deeltjes. Echter is tot heden onbekend wat voor deeltje(s) deze energie constitueert (afgezien van het gegeven dat licht wordt geconstitueerd door fotonen).
Aristoteles heeft het begrip van energie vooralsnog opgevat als een methode voor het beschrijven van beweging. Zijn denken, zijn metafysische werken worden door veel mensen beschouwd als een zgn. "immanente" filosofie; de zoektocht naar God zoals Kant die ondernam, of de zoektocht naar het eeuwige goede van Plato is iets wat niet bestaat niet bij Aristoteles. Zijn ethiek is er een van deugdzaamheid; zijn metafysica is er een waarvan ik die beschouw als het begin van kwantum mechanica. Plato geloofde in een wereld achter de wereld - in een realiteit achter de realiteit. Aristoteles geloofde in een wereld binnen onze wereld - een materie binnen onze materia - de materia prima - de kwantumdeeltjes. Transcendentie is een metafysisch concept die Kant heeft ontwikkeld en waarop zijn transcendentale filosofie grotendeels op stoelt en staat haaks op het immanente denken. En deze tegenstelling ga ik in een volgende essay behandelen.

Mijn vrienden, ik wens iedereen fijne paasdagen toe! Een dikke knuffel van jullie semi-filosoof, Halbe!