Veel-werelden-interpretatie

De veel-werelden-interpretatie (ook bekend als de interpretatie van Everett^[1], de theorie van de universele golffunctie of de theorie van de parallelle universa) is een interpretatie van de kwantummechanica. Het is een natuurkundige theorie die de fysische objectieve werkelijkheid van de universele golffunctie^[2][3] verdedigt, maar die de realiteit van het instorten van de golffunctie ontkent. Volgens deze theorie bestaan er vele, mogelijk ontelbare parallelle universa. De universa die sterk op elkaar lijken ontstaan op het moment dat er sprake is van een kwantummechanische interactie waarbij telkens een toevallige keuze tot stand komt uit een vaak grote hoeveelheid mogelijke uitkomsten. In Everett's opvatting worden telkens alle mogelijke uitkomsten gerealiseerd, leidend tot vele universa die ontologisch van elkaar verschillen, waarvan wij er slechts een kunnen waarnemen, door het decorerende effect van de waarneming (zie hierna). Die andere universa volgen hun eigen evolutie die wij echter nooit zullen kennen. Deze zienswijze impliceert dat alle mogelijke alternatieve geschiedenissen en toekomsten reëel zijn mits ze aan de wetten van de natuurkunde voldoen. Ieder daarvan representeert een werkelijke "wereld" (of "universum"). De theorie werd geopperd door de Amerikaanse natuurkundige Hugh Everett als oplossing om de kwantummechanica te doorgronden. Deze is een van de interpretaties van de kwantummechanica en is in tegenspraak met (onder andere) de Kopenhaagse interpretatie.

De Kopenhaagse interpretatie van de kwantummechanica gaf geen duidelijk antwoord op de vraag wat er gebeurt bij het meten van een kwantummechanische effect. Everett bood hier via zijn MWI een oplossing door te stellen dat bij een meting géén "instorting van de golffunctie" plaatsvindt maar dat er een verstrengeling plaatsvindt tussen het te meten kwantummechanische verschijnsel en de golffunctie van het meetapparaat. Omdat het meetapparaat een macroscopisch object is, is die golffunctie een bar ingewikkelde superpositie van talrijke verschillende golffuncties waaruit dit apparaat is samengesteld. Gevolg daarvan is dat door decoherentie de oorspronkelijke eigenschappen van de gemeten golffunctie (met name fase-informatie) door superpositie verweven raakt met de rest van het meetapparaat, waardoor deze niet meer kan interfereren met de andere mogelijke uitkomst(en) van de meting. De verstrengeling blijft wel bestaan maar raakt "ondergesneeuwd" door het effect van decoherentie. De waarneming raakt daardoor los van de andere mogelijke uitkomsten van de meting. Die alternatieve uitkomsten vormen de basis voor die andere "wereldtakken" en evolueren verder volgens de bekende kwantummechanische wetten (bv. de Schrödingervergelijking). Door de eerder genoemde decoherentie zullen wij echter nooit kunnen vernemen hoe die andere takken zich verder zullen ontwikkelen. Doordat de Schrödingervergelijking in de tijd niet lineair is zullen die "werelden" die aanvankelijk veel op elkaar leken zich steeds verder uiteenlopend ontwikkelen.
Dus in plaats van het "instorten van de golffunctie" vindt er verstrengeling plaats met de golffunctie van het meetapparaat. Decoherentie zorgt ervoor dat we maar een van de mogelijke "wereldtakken" te zien krijgen.

Er is een experiment dat als aanwijzing wordt gezien dat de golffunctie niet instort en er meerdere werkelijkheden zijn. De basis hiervan is het tweespletenexperiment, dat reeds in 1801 door Thomas Young werd uitgevoerd werd, als bewijs dat het licht een golfverschijnsel is^[4]. Daarbij wordt een lichtbundel op twee parallelle spleten gericht. Op het scherm achter die twee spleten vormt zich een interferentiepatroon van parallelle banen, die vanuit het golfkarakter van licht makkelijk te verklaren is.
Dat inzicht veranderde echter in de 20e eeuw, toen bleek dat licht uit fotonen bestond met zowel een deeltjeskarakter als een golfkarakter. Bovendien bleek uit herhaling van het experiment met een bundel elektronen dat deze óók een interferentiepatroon vormden, zelfs bij lage intensiteit, waarbij elektronen één voor één de twee spleten passeerden (zodat mogelijke onderlinge interferentie werd uitgesloten).
Deze dualiteit in het gedrag van fotonen/elektronen, die vanuit de kwantummechanica goed verklaarbaar is, leidde tot het inzicht dat je beide zijden van de werkelijkheid nl. het golfkarakter of het deeltjeskarakter, nooit tegelijk zult kunnen waarnemen. Het zijn en blijven dus twee mogelijke takken van de werkelijkheid, met hun eigen historie en hun eigen toekomst, die je nooit tegelijk kunt waarnemen.

Behalve in de natuurkunde heeft deze interpretatie ook gevolgen voor o.a. de filosofie en zelfs ethiek zoals de definitie van wat vrije wil is. Zelfs theologische definities over zaken als predestinatie moeten dan heroverwogen worden. Als er meerdere parallelle werelden bestaan roept het de vraag op of deze allemaal echt zijn of dat er toch maar een wereld of tijdlijn is die de echte zou zijn. Tegelijk zou deze vraag als onzinnig gezien kunnen worden. Alle tijdlijnen zouden als echt gezien kunnen worden en in elke tijdlijn zal men zich vroeg of laat afvragen of men zich in een echte tijdlijn bevindt en of de andere tijdlijnen echt zijn. De kwantummechanica zelf wordt vaak als argument gebruikt dat het heelal niet causaal deterministisch is. Op een bepaalde manier zou men kunnen stellen dat het heelal met de veel-werelden-interpretatie (MWI) juist wel weer deterministisch is: de Schrödingervergelijking is immers deterministisch, maar het gaat daarbij wel om de evolutie in de tijd van kansen..... Alle daaruit volgende mogelijke uitkomsten vinden volgens de MWI parallel aan elkaar plaats.
Daarnaast roept het de vraag op of tijdreizen mogelijk kunnen zijn zonder last te hebben van de grootvaderparadox. Een tijdreiziger zou bij aankomst in het verleden wellicht gewoon nieuwe splitsingen van de werkelijkheid veroorzaken. Everett stelde dat er ergens een parallelle wereld zou moeten zijn waar hij door allerlei toevalligheden nooit zou verouderen en eeuwig voort zou leven.

Een belangrijk kritiekpunt is dat de veel-werelden-interpretatie niet falsifieerbaar is, het is niet aan te tonen dat deze niet klopt. De parallelle werelden zijn niet te meten of aan te tonen. De theorie biedt ook geen antwoord op de vraagstukken van de kwantumgravitatie. Een ander kritiekpunt is dat de splitsing in twee werkelijkheden op de schaal van een enkel deeltje wellicht mogelijk is maar of dit voor een heel voorwerp ook mogelijk is, is onderwerp van discussie. Als de theorie wel klopt dan zou het betekenen dat er parallelle werelden zijn waar dingen gebeuren die ondanks dat ze natuurkundig kunnen plaatsvinden, statistisch onmogelijk zijn.
Een meer fundamentele kritiek is dat de MWI uitgaat van het idee dat een kwantumgolf een fysisch reële golf is in tegenstelling tot de Kopenhaagse interpretatie die stelt dat de golffunctie alleen maar gedefinieerd is in de abstracte meerdimensionale complexe Hilbertruimte. Daarmee is het slechts een handig wiskundig hulpmiddel om met behulp van de Bornregel de kans op het aantreffen van een bepaalde fysische toestand te kunnen berekenen. Daarmee verdwijnt ook het idee van het "instorten van de golffunctie" bij een meting.

Aan de veel-werelden-interpretatie zijn een aantal gedachte-experimenten verbonden:

• Variant op Schrödingers kat: Volgens dit experiment wordt een kat in een afgesloten, geïsoleerde ruimte gezet. In de ruimte bevindt zich een capsule met gifgas en een mechaniek om deze te breken. Dit mechaniek wordt bediend door een detector die een kwantum-effect detecteert, in dit geval het radioactief verval van een enkel atoom. De kans dat dit verval plaatsvindt in een bepaalde periode is vijftig procent. Als dit gebeurt, wordt de capsule gebroken en sterft de kat. Zolang de ruimte gesloten blijft is het lot van de kat voor het baasje onduidelijk. De kat is dus eigenlijk in superpositie, want dood en levend tegelijkertijd. Pas wanneer de ruimte geopend wordt, wordt de eigenaar geconfronteerd met het lot van de kat. Volgens de veel-werelden-interpretatie zijn er echter twee werkelijkheden ontstaan, een wereld met een levende kat en blij baasje en een parallelle wereld met een dode kat, een verdrietig baasje en mogelijk een nieuwe kat die uit het asiel gehaald wordt. Het verval van een enkel atoom zal in een andere situatie niet veel effect hebben op de werkelijkheid maar de dode kat wel degelijk en een vlindereffect in gang zetten.
• Variant op Wigner's vriend: Wigner's vriend (Wigner's friend) is een gedachte-experiment, geopperd door Eugene Wigner waarin twee onderzoekers een meting doen, de eerste meet iets, de ander meet welke uitkomst de eerste heeft gedaan. Volgens David Deutsch zou de eerste onderzoeker, in een volledig afgesloten laboratorium een meting van een kwantumeffect moeten doen. Omdat het lab volledig afgesloten is zou dit lab hierna zelf in superpositie raken en kan dit onderzocht worden door de tweede onderzoeker. Als deze beide laboratoria kan laten interfereren dan zou dit duiden op een splitsing van de tijdlijnen. Het is echter nog niet mogelijk om een groot voorwerp dusdanig te isoleren dat het in superpositie kan komen en ook niet om de interferentie te meten.
• Kwantumzelfmoord & onsterfelijkheid: Dit is een opmerkelijk gedachte-experiment, geïnspireerd op Schrödingers kat maar dan net andersom. Hugh Everett schijnt dit privé besproken te hebben maar heeft er nooit iets over op papier gezet. Hij stelde ook dat het maar beter niet echt uitgevoerd kan worden. Om statistisch aan te tonen dat de interpretatie correct is, zou een onderzoeker zélf een soortgelijk zelfmoordapparaat moeten gebruiken dat net als bij de kat door een kwantum-effect aangestuurd wordt. Dit apparaat zou de onderzoeker zo snel moeten uitschakelen dat deze het niet eens merkt en de dood zou pijnloos moeten zijn. Bijvoorbeeld een krachtige bom waar deze persoon naast gaat zitten. Elke seconde (of vaker) wordt a.d.h.v. een kwantum-effect bepaald of het apparaat wordt ingeschakeld en heeft de persoon 50% kans om te overleven. Elke keer splits het universum zich in een werkelijkheid waarin de onderzoeker sterft en een waarin deze overleeft. Nadat het apparaat lange tijd (een uur of een dag) aan heeft gestaan schakelt deze persoon het apparaat weer uit. Deze beseft nu dat deze een statistische kans van vrijwel nul had om dit te overleven en dus in een van de schaarse parallelle universa terecht is gekomen waar deze wél heeft overleefd.^[5]

• EPR-paradox
• Interpretatie van de kwantummechanica
• Multiversum
• Kwantumverstrengeling
• Parallel universum