Zien veranderd de wereld

We leven in een spannende tijd. Al meer dan dertig jaar kan de brug tussen de relativiteitstheorie en de kwantummechanica ieder moment geslagen worden. We vieren dan de ontdekking van een ‘theorie van alles’, waarmee alle nauwkeurig geconditioneerde waarnemingen onder één beschrijving zijn te voorspellen. Voor veel fysici is het onverteerbaar dat de wiskunde waarmee het universum wordt beschreven er anders uitziet dan die waarmee de microkosmos wordt beschreven. In populaire beschouwingen valt op hoe groot de afstand is geworden tot het dagelijkse leven. Einstein refereerde aan eenvoudige verschijnselen die op aarde zijn waar te nemen. Maar doorrekenend op de formuleringen van de algemene relativiteitstheorie zijn ‘zwarte gaten’ in beeld gekomen: oneindig samengeperste materie met een zwaartekrachtsveld waaraan het licht niet kan ontsnappen. En in de ‘snarentheorie’ wordt aan matrices gerekend, waar in tien-, elf- of twaalf dimensies, waarnemingen aan het hele kleine en het hele grote in een verband worden geplaatst dat buiten het normale voorstellingsvermogen ligt.

Daar heb je zoiets en ik schrijf het nota bene zelf op: ‘Oneindig samengeperste materie met een zwaartekrachtsveld waaraan het licht niet kan ontsnappen’. Het idee komt in beeld door vervorming van tijdruimte. Maar wat is er nu eerst: tijdruimte of massa. Gravitatie of vervorming. Vervorming van wat en ten opzichte van welk uitzicht? Ruimte, tijd en massa (of energie) worden door Einstein in een verband geplaatst. Daarbij is ‘versnelling’ het equivalent van gravitatie. Maar hoe meet je versnelling als je referentie niet persoonlijk dus uniek is? Mag je voor een waarneming in ruimte, tijd en massa een zwart gat vergelijken met de waarneming van een punt ver weg op de horizon?… Wat een oneindig krachtenspel moet er aan de horizon heersen om al die massa daar in de verte zo sterk te verkleinen… Andersom: Waarom kan het centrum van een sterrenstelsel geen lange slurf vormen met sterren die achter onze ‘waarnemingshorizon’ liggen. Kan de zon een zwart gat verbergen? Een afscheid van plaatsbepaling zonder tijd; afscheid dus van een driedimensionale oriëntering. En de introductie van een ingewikkeld, door elkaar en in elkaar draaiend geheel, enigszins vergelijkbaar met de grilligheid van de bewegingen van de atmosfeer rond de aarde.

Wie zijn we, waar komen we vandaan en waar gaan we naartoe. Wat moeten we denken, wat kunnen we doen en wat mogen we geloven? Plaatjes die met behulp van de Hubble ruimtetelescoop worden gemaakt zetten aan tot een vorm van contemplatie die mensen ook wel bij kunst zoeken. Wat een feest ook van herkenning. Sterrenstelsels als tropische cyclonen. Gelukkig is daar dan het nuchtere commentaar van de deskundige die ons snel uit deze dromenwereld helpt. Het is allemaal wel te verklaren. Er was immers ooit een ‘oerknal’, er zijn ‘zwarte gaten’ en het heelal ‘dijt uit’. We kennen de afstanden en de geschiedenis en het wordt met een verbazingwekkende overtuigingskracht zwart op wit gedrukt.

Ook de wiskunde genereert ‘plaatjes’ die ons voorstellingsvermogen in een bepaalde richting sturen. Welke plaatjes hebben dan het hoogste realiteitsgehalte? De tropische cycloon of de ‘spirographe’ plaatjes, vergelijkbaar met de ‘Mandelbrots’. Je maakt wiskunde en herkent er patronen in. Maar zodra delen van het patroon een eigen leven gaan leiden, is de wiskunde een tweede natuur geworden en verwateren berekeningen tot verschijnselen die ook door eenvoudiger naturen dan wiskundigen waargenomen kunnen worden. Het model eist een eigen werkelijkheid op die net zo ingewikkeld is als het onderwerp dat aan de basis van de wiskundige beschouwing lag.

Ondertussen is de situatie in de ruimte net zo gecompliceerd als in het oerwoud. Onder natuurkundigen circuleert het volgende grapje: "Een jager wil vanaf een grote afstand een aap uit een boom schieten. Hij weet dat de aap zal schrikken van de lichtflits van het schot en zich dan laat vallen. Waar moet de jager op richten om de aap te raken?" Het antwoord is: "Op de aap natuurlijk, want die valt in de tijd die de kogel nodig heeft om de aap te bereiken net zo ver naar beneden als de kogel. Maar zo werkt dat in het echte oerwoud niet. Want in dit voorbeeld is voor het gemak onder andere de luchtweerstand buiten beschouwing gelaten. Het gaat immers om het principe, het is een ideaaltypisch beeld." Zo wordt de beeldvorming over het universum gedomineerd door een beperkt aantal op zich vrij eenvoudige proefjes, door ‘denkexperimenten’ en natuurlijk door de concrete waarnemingen met steeds gevoeliger instrumenten. Dat de aap ondertussen in het echt ‘natuurlijk’ niet geraakt wordt, geeft reden tot nadenken…

Deep inside of a parallel universe
It’s getting harder and harder
To tell what came first

Under water where thoughts can breathe Easily
Far away you were made in a sea
Just like me

Chorus Christ I’m a sidewinder
I’m a California King
I swear it’s everywhere
It’s everything

Staring straight up into the sky
Oh my my a solar system that fits
In your eye Microcosm

You could die but your never dead spider web
Take a look at the stars
in Your head fields of space kid

Chorus x2

Psychic changes are born in your heart
Entertain
A nervous breakthrough that makes us the same
Bless your heart girl

Kill the pressure it’s raining on
Salty Cheeks
When you hear the beloved song I am with you

Chorus x2

Red Hot Chili Peppers

Voor mij is dat nadenken begonnen met ‘parallel Universe’, van de Red Hot Chili Peppers. En ik zal wel teveel verband willen zien in wat feitelijk een song is om te behagen, misschien ontstaan omdat het vocabulaire van de theoretische natuurkunde zo aardig combineert met de beleving van een nieuwe liefde. Maar ik had ook andere associaties. Over de diepere bedoelingen van hun songs schrijft John, een van de leden van de band, zelf:

‘The songs on this collection were all written in a very innocent state, with very litle or no intention behind them. They were conceived in a way similar to the bodily function. They were put together and structured out of our interest in music. They were perfected by playing them again and again wich we do out of the enthousiasm we get from listening to each other and we are rewarded by the wondermost that we feel for the musical chemistry we have been blessed with’.

Destijds ben ik gevallen voor de theoretische begrippen, die in de song een draai in het dagelijkse leven krijgen: Parallel universum, spinnenweb en het bij elkaar komen van macro- en microkosmos in de menselijke waarneming zijn serieuze thema’s voor wetenschappers die zich optuigen met academische titels – zelden voor artiesten die zich weg kunnen zetten als levende figuren die de ruimte vullen met hun gedeelde enthousiasme voor de muziek. Maar in tegenstelling tot de wetenschapper die de voorwaarden formuleert waarlangs de geldigheid van een idee bij herhaling aangetoond kan worden, draait de artiest uit de song de zaak om en neemt de individuele beleving tot uitgangspunt, die geijkt wordt in het kontact met een ander individu. Zo probeer ik de nauwkeurige bepaaldheid van wetenschappelijke beschrijvingen, te rijmen met de totale ‘stromende’, letterlijk vierdimensionale werkelijkheidsbeleving uit het dagelijkse leven. Dit zonder aan te willen schuiven bij een ‘holistische’, ‘theosofische’ of anderszins ‘New Age’ benadering van het probleem. Het gaat me er uiteindelijk niet om uitspraken te doen over wie we zijn, wat we kunnen weten, mogen geloven en moeten doen, maar gewoon om een samenhangend beeld van de ruimte om mij heen.
Dat gebrek aan samenhang zit vast aan de bekende voorstelling: De enorme ontploffing, de onvoorstelbare hitte, het uitdijen van het heelal en afkoelen van de materie daarin, de vorming van gaswolken, waaruit sterren, planeten, kometen, zwarte gaten, superreuzen, bruine dwergen, neutronensterren, sterrenstelsels enzovoort ontstaan. En het kunnen meten aan deze ruimte in termen van lichtjaren waarin tijd en ruimte als te onderscheiden entiteiten worden gebruikt; alsof het mogelijk is om je een driedimensionale voorstelling van de ruimte te maken waarin zich systemen met verschillende snelheid verplaatsen. In het mooi uitgevoerde fotoboek ‘Hubble – een unieke verkenning van de ruimte’ door Roben Kerrod tref je in de inleiding op pagina 15 de volgende beschrijving:

"Hoe kan een dergelijk enorm heelal in perspectief worden geplaatst? Het is moeilijk, maar we zullen een poging doen. Veronderstel dat we in staat zouden zijn een interstellair en intergalactisch ruimteschip te bouwen, dat met de snelheid van het licht kan reizen en de ongelooflijke reis naar de ruimte kan ondernemen. Na vertrek van de aarde zouden we binnen 1,5 seconden de maan bereiken en 2,5 minuten later Venus passeren. In minder dan 8,5 minuut zouden we de zon achterons laten en dan op weg gaan naar de verst weg gelegen planeet Pluto. Die zouden we dan na 5,5 uur bereiken. Het zou echter nog enkele maanden duren voordat we geheel ontsnapt zouden zijn aan de invloed van de zwaartekracht van de zon en het zonnestelsel zouden verlaten. Eenmaal in de interstellaire ruimte zou het nog meer dan 4 jaar duren voordat we de dichtstbijzijnde ster (Proxima Centauri) zouden bereiken.Het bestuderen van ons sterrenstelsel zou vliegtijden van tienduizenden jaren vragen – 25.000 jaar om naar het midden te komen, twee keer zo lang om aan de rand te komen. Om onze galactische buur, de Andromedanevel, te bereiken zou een reistijd van ten minste 2,5 miljoen jaar nodig zijn. En om de objecten die het verste weg in het heelal liggen, te bereiken, zou het een reis van ten minste 12 miljard jaar vergen. Dat is bijna zo lang als de tijd dat het heelal bestaat."

Op deze combinatie van science fiction enerzijds en argaïsche meetkunde anderzijds hebben pop-astronomen het absolute patent. Maar dit bekende perspectief op het heelal praat recht wat krom is: Wanneer je daadwerkelijk gaat toeren met het verondersteld te bouwen interstellaire en intergalactische ruimteschip dat met de lichtsnelheid kan reizen, dan lijken in fictie dezelfde problemen in beeld te komen als momenteel bij de kwantummechanica in het echt. Natuurlijk verandert het perspectief op het universum omdat je je als toeschouwer verplaatst. Net zoals je op aarde voor verrassingen aan de horizon komt te staan, wanneer je de moeite neemt jezelf te verplaatsen, mag je verwachten dat vanuit het betreffende ruimteschip nieuwe objecten zichtbaar worden en andere uit het zicht verdwijnen. Maar er is meer aan de hand. Door de hoge snelheid verandert ook letterlijk het perspectief op tijd en afstand ten opzichten van dat op of vlakbij de aarde. En tot slot drukt het ruimteschip dat met de lichtsnelheid reist een onuitwisbaar stempel op de orde in het universum. Door de enorme snelheid verandert de massa of energie van het ruimteschip de tijdruimte eromheen, en dus het gedrag van de materie die in de omgeving van de toertocht van dit object verkeerd. Daarmee verandert ook het licht dat het ruimtevaartuig kan bereiken van richting. Er ontstaat een totaal ander uitzicht op het universum. De vanuit het ruimteschip waargenomen materie is dus feitelijk verstoord door het ruimteschip van waaruit de waarnemingen gedaan worden. Kwantumproblemen in de kosmos – tenminste, wanneer de waarnemingen met die op aarde moeten worden vergeleken (nog afgezien van de vraag hoe je de beelden bij elkaar krijgt als de waarnemers zich ten opzichte van elkaar zo snel verplaatsen).

Het uitzicht op het universum vanaf de aarde vertekent natuurlijk op een vergelijkbare wijze als bij het fictieve ruimteschip. Bovendien ligt het voor de hand dat de astronauten in het ruimteschip dat met de lichtsnelheid kan reizen, geen contact meer kunnen leggen met de traceerbare geschiedenis zoals de ruimtereizigers deze op aarde leerden kennen. Hoe kun je er zomaar van uitgaan dat na een retourtje met de lichtsnelheid de constellatie van ruimte, tijd en massa of energie die de astronauten in hun eigen omgeving (in de buurt van de raket) veranderden, zich voor het waarnemend oog van dezelfde astronauten weer voegt in een orde die zo herkenbaar, of op z’n minst herleidbaar is, dat het alleen maar lijkt alsof ze ‘even weg zijn geweest’. Met je raket het universum verbouwen en daarna in een herkenbare wereld terugkomen? Merkwaardig idee. Op een heel andere schaal te vergelijken met emigranten die na 30 jaar terugkomen op hun geboortegrond om daar tot hun verrassing te ontdekken dat ze zich er niet meer thuis voelen.

De beschrijving van ruimte in het universum van Robert Kerrod, is niet alleen fictief, maar tegelijk ook zo abstract dat de opgeroepen rechtlijnige voorstelling wel erg ‘kort door de bocht’ moet zijn: Door de snelheid van het licht als equivalent van een lengtemaat te gebruiken – er met andere woorden het begrip ‘tijd’ uit weg te laten, maak je een voorstelling die je op dezelfde manier moet relativeren als een platte kaart van de wereldbol: Het is een projectie waarbij een ruimtelijke dimensie willens en wetens is weggelaten: In het geval van de wereldkaart heeft het projecteren van een complete bol op een plat vlak tot gevolg dat er gerekt en gestrekt moet worden. In de meest gebruikte projectie worden de afstanden aan de polen groter en die ter hoogte van de evenaar kleiner. In het geval van het perspectief op het universum dat Roben Kerrod voorspiegelt, ontkom je er niet aan je een rechte lijn als krom voor te stellen, omdat tijd als ruimtelijke dimensie is weggelaten. Het zijn de twee kanten van dezelfde medaille: Neem de lichtsnelheid als constante en tijd en afstand zijn dat niet meer. Accepteer je de uitgangspunten van de relativiteitstheorie, maar wil je ten gunste van je voorstellingsvermogen, toch blijven denken in afstand en tijd als constanten zoals we die op aarde in het dagelijkse leven – na 400 jaar te hebben geleefd met de idee van een constante tijd- en afstandmaat – ogenschijnlijk ervaren, dan krijg je gebogen projecties van tijd en van ruimte. Waarmee niet is gezegd dat dat werkelijk zo is. Immers de aarde is bij de polen in werkelijkheid toch ook niet groter omdat we de aardbol met alle geweld op een plat vlak af willen beelden?

Lekker vaag: Nu ga ik er zomaar vanuit dat tijd als ruimtelijke dimensie gezien kan worden. In dit stadium kom ik er gemakkelijker mee weg door te veronderstellen dat er zonder tijd geen ruimte is. De vergelijking met de wereldbol gaat dan wel op omdat je zonder driedimensionale bolvorm daar ook geen tweedimensionale projectie van kunt maken. In de combinatie van het begrip ‘tijdruimte’ laat ik de verhouding tussen ‘tijd’ en ‘ruimte’ eerst nog in het vage.

Dat neemt niet weg dat het ingewikkeld is ‘tijdruimte’ in een plaatje te vangen. En het wordt helemaal lastig om uitspraken te doen over de vraag of een object een rechte of een kromme weg door tijdruimte heeft afgelegd. Maar om je dit te realiseren hoef je geen professor in de theoretische fysica te zijn. In feite is iedere rechte lijn een vereenvoudigde voorstelling, samengesteld uit een selectie van ‘pinnacles’ uit het dagelijkse leven. Een lijn die uitsluitend recht kan zijn omdat er aan zoveel ‘pinnacles’ voorbij wordt gegaan. Zo ontstaat een schematisch beeld waarin ‘feiten’ in een zinvol verband worden geplaatst. Wat is een rechte lijn tussen posities in tijdruimte en hoe bepaal je de chronologie? Het probleem is vergelijkbaar met zo iets als om en door een kroonluchter heen vliegen volgens een steeds veranderend patroon en je dan de vraag te stellen welk kaarsje voor het andere staat, onafhankelijk van de route die je zelf gekozen hebt. De waarnemer bepaalt de geschiedenis. Wat je ziet veranderd de wereld. Wat voor de een voor het ander staat, staat er voor de ander achter of naast. Chronologie is geen rechtlijnig en ook geen universeel verschijnsel, maar is het resultaat van individuele beslissingen. In de natuur bestaan geen rechte lijnen. En een ontologische benadering van dit probleem zet geen zoden aan de dijk omdat niemand weet vanuit welke positie je de situatie voor iedereen eensluidend mag beschrijven. Zo veranderd de wereld omdat je ernaar kijkt en veranderd datgene waar je naar kijkt de wereld.