Als fysici het hebben over de ‘nieuwe natuurkunde’ bedoelen ze meestal de quantumtheorie, ook al is die zo onderhand een eeuw oud. De Britse mathematicus Roger Penrose, vorige week even in Delft voor het congres ‘Bruggen slaan’, meent echter dat de doorbraak in het bewustzijnsonderzoek alleen door een nieuwe ‘nieuwe natuurkunde’ bereikt kan worden.
br />
Roger Penrose, tegenwoordig hoogleraar te Oxford, heeft zijn wetenschappelijke sporen meer dan verdiend. Hij studeerde wiskunde, een gebied waarin hij ondermeer de ‘Penrose-tegels’ op zijn naam heeft staan, tegels waarmee een vlak alleen aperiodiek bedekt kan worden, wat wil zeggen dat geen enkel patroon zich elders herhaalt. Later maakte hij de overstap naar de natuurkunde, waarin hij samen met Stephen Hawking de wiskundige grondslag voor zwarte gaten uitwerkte. Echt bekend werd hij echter pas toen hij zich op de kunstmatige intelligentie stortte in zijn boek ‘De nieuwe geest van de keizer’.
Daarmee vertoont zijn carrière opvallende overeenkomsten met die van Janos Lajos Margittai Neumann, beter bekend als John von Neumann, de godfather van de computer. Ook Von Neumann was van huis uit een wiskundige, die zich verdienstelijk maakte in ondermeer de speltheorie, de thermodynamica en de quantummechanica. Later zette hij de beslissende stap in de richting van de moderne computerarchitectuur en hield zich tegen het eind van zijn leven bezig met de verhouding tussen de computer en de hersenen.
,,Als wiskundige heb je geen buitenwereld nodig, maar op een gegeven moment krijg je daar toch behoefte aan en dan ligt de overstap naar natuurkundige problemen voor de hand. En misschien is het wel zo dat je je pas op latere leeftijd over filosofische problemen zorgen gaat maken, zodat er sprake is van een natuurlijke ontwikkeling”, verklaart Penrose de parallel. Om daar lachend aan toe te voegen: ,,De volgende stap zal dan wel zijn dat ik me met maatschappelijke problemen ga bemoeien.”
Gödel
Het menselijke bewustzijn is de grote fascinatie van Penrose. Volgens hem is dat vanuit de nu beschikbare kennis niet te verklaren en dat draagt hij in zijn boeken uit. In ‘De nieuwe geest van de keizer’ was een belangrijke rol weggelegd voor de stelling van Gödel, die aantoont dat niet alle wiskundige waarheden ook formeel wiskundig te bewijzen vallen. ,,Ons begrip van wiskunde kan dus niet uit de wiskunde zelf ontstaan”, zegt Penrose. ,,Er is een verschil tussen een wiskundig bewijs zoals een mens dat kan leveren en een formeel bewijs dat door een computer ook begrepen kan worden. Wat het ook is dat onze ideeën aanstuurt, het is geen berekening, wantdan kom je tot een tegenspraak. Mensen kunnen namelijk wiskundig ware uitspraken bedenken die volgens Gödel niet uit een berekening kunnen voortkomen.”
Deze conclusie kwam hem op de nodige kritiek te staan van mensen die menen dat de stelling van Gödel juist bewijst dat de mens net zo’n machine is als de computer. Dus schreef Penrose onlangs een tweede boek, ‘The shadow of the mind’ (een Nederlandse vertaling is nog niet beschikbaar). Penrose: ,,De eerste helft van het boek heb ik geschreven als een antwoord op de critici. De lijn is hetzelfde als in het eerste boek, maar de details zijn verschillend en de argumentatie is beslist sterker. Zo makkelijk komen ze niet van me af.”
,,Het tweede deel gaat in op een aantal nieuwe dingen. Het voornaamste daarvan is iets waarvan ik helemaal niets wist en waarop ik attent gemaakt werd door Stewart Hameroff, een anesthesist uit Californië. Hameroff is als anesthesist uiteraard geïnteresseerd in het ‘aan- en uitzetten’ van het bewustzijn en houdt zich in dat verband bezig met microtubules. Dat zijn uit proteïnes opgebouwde tubes van ongeveer vijftien nanometer die zowel in eencellige diertjes zoals amoeben voorkomen als in zenuwcellen. Ze regelen ondermeer de groei van synapsen (de contactpunten tussen verschillende zenuwcellen, red.) op een manier die vergelijkbaar is met de voortbeweging van amoeben. Omdat ze geïsoleerd van de omgeving kunnen werken, is het mogelijk dat ze quantum-effecten toestaan. Het lijkt me dan ook dat ze erg belangrijk zijn.”
Schrödinger
Het idee dat er een verband is tussen het bewustzijn en quantumverschijnselen is specifiek voor Penrose en ook één van de redenen waarom ‘De nieuwe geest van de keizer’ opviel in de stroom van boeken over computers en bewustzijn. Volgens Penrose moet het bewustzijn verklaard worden uit een nu nog onbekende theorie die ligt in het grensgebied tussen de klassieke en de quantummechanica.
Dat grensgebied is nog immer een mysterie. Het probleem is dat quantumverschijnselen volgens de Schrödinger-vergelijking volkomen deterministisch zijn, maar dat ze niet-deterministisch worden zodra je ze probeert over te brengen naar de macroscopische wereld (ofwel: ze probeert te meten). ,,Het probleem is dat we zowel voor de quantum- als voor de klassieke natuurkunde over een deterministische theorie beschikken, maar dat het grensgebied geregeerd wordt door het toeval”, zegt Penrose. ,,Ik denk dat mensen tegenwoordig teveel bezig zijn met de Schrödinger-vergelijking en te weinig aandacht besteden aan het meetprobleem. En dat terwijl Schrödinger zelf toch al heeft aangetoond hoe belachelijk het allemaal is.”
Penrose doelt op het gedachtenexperiment dat bekend is geworden als ‘Schrödingers kat’. In een afgesloten doos wordt een foton afgeschoten op een halfdoorlatende spiegel. Volgens de Schrödinger-vergelijking wordt het foton half doorgelaten en half teruggekaatst. Pas als het gemeten wordt, ‘kiest’ het foton voor één kant van de spiegel. Maar als we in de doos nueens een kat stoppen en achter de spiegel een apparaat zetten dat cyaankali loslaat als het een foton detecteert? Volgens de Schrödinger-vergelijking zou de kat half dood en half levend zijn, om pas te ‘kiezen’ voor morsdood of springlevend op het moment dat wij de doos openmaken.
,,Schrödinger gaf dit voorbeeld omdat hij niet geloofde in zijn eigen vergelijking”, vervolgt Penrose. ,,Ik weet niet hoe mensen die de Schrödinger-vergelijking naar het macro-niveau doortrekken, zich een half levende, half dode kat voorstellen, maar wat mij betreft is de kat of dood of levend, ook als je niets meet. Net als Schrödinger zelf vind ik dat je een duidelijk onderscheid moet maken tussen het quantum-niveau van de Schrödinger-vergelijking en het macro-niveau waarop je metingen verricht. Dat onderscheid werd overigens ook door Von Neumann benadrukt.”
Gefröbel
Om de overgang tussen de quantum- en de macro-wereld te beschrijven is dus iets anders nodig, betoogt Penrose. En dat andere zal ook iets te maken hebben met ons bewustzijn, want het verrichten van een meting is immers een proces van bewustwording. Bewustzijn is niet nodig om de kat al of niet te doden, maar wel om te weten of de kat nog leeft. Enerzijds gebeuren dingen onafhankelijk van ons bewustzijn, maar anderzijds zijn dingen voor ons pas echt gebeurd op het moment dat we ons er bewust van worden.
,,Een wetenschappelijke revolutie is absoluut nodig, niet alleen om het bewustzijn te verklaren, maar ook om de fundamentele problemen in de quantummechanica te kunnen begrijpen”, meent Penrose. ,,Dat is moeilijk te aanvaarden, maar bewustzijn is zo’n afwijkend verschijnsel dat we niet anders kunnen dan een totaal nieuwe verklaring zoeken. Niet iedereen is het daarmee eens, maar mijn gezichtspunt wordt wel steeds meer geaccepteerd.”
Met die acceptatie bedoelt Penrose expliciet niet het esoterisch gefröbel met quantum-mantra’s van new-age goeroes, maar de wetenschappelijke herwaardering van het meetprobleem. Deeltjes die op grond van het toeval ‘keuzen’ maken vallen steeds minder in de smaak. Een alternatief is echter nog verre van beschikbaar. ,,Het vinden van die noodzakelijke nieuwe fysica wordt heel moeilijk; de feiten zijn bijna onverenigbaar”, geeft Penrose toe. ,,Mijn visie is dan ook nog steeds die van een minderheid, denk ik, maar ik vind de andere theorieën gewoon niet overtuigend genoeg.”
Roger Penrose: ,,Mijn visie is nog steeds die van een minderheid”
Als fysici het hebben over de ‘nieuwe natuurkunde’ bedoelen ze meestal de quantumtheorie, ook al is die zo onderhand een eeuw oud. De Britse mathematicus Roger Penrose, vorige week even in Delft voor het congres ‘Bruggen slaan’, meent echter dat de doorbraak in het bewustzijnsonderzoek alleen door een nieuwe ‘nieuwe natuurkunde’ bereikt kan worden.
Roger Penrose, tegenwoordig hoogleraar te Oxford, heeft zijn wetenschappelijke sporen meer dan verdiend. Hij studeerde wiskunde, een gebied waarin hij ondermeer de ‘Penrose-tegels’ op zijn naam heeft staan, tegels waarmee een vlak alleen aperiodiek bedekt kan worden, wat wil zeggen dat geen enkel patroon zich elders herhaalt. Later maakte hij de overstap naar de natuurkunde, waarin hij samen met Stephen Hawking de wiskundige grondslag voor zwarte gaten uitwerkte. Echt bekend werd hij echter pas toen hij zich op de kunstmatige intelligentie stortte in zijn boek ‘De nieuwe geest van de keizer’.
Daarmee vertoont zijn carrière opvallende overeenkomsten met die van Janos Lajos Margittai Neumann, beter bekend als John von Neumann, de godfather van de computer. Ook Von Neumann was van huis uit een wiskundige, die zich verdienstelijk maakte in ondermeer de speltheorie, de thermodynamica en de quantummechanica. Later zette hij de beslissende stap in de richting van de moderne computerarchitectuur en hield zich tegen het eind van zijn leven bezig met de verhouding tussen de computer en de hersenen.
,,Als wiskundige heb je geen buitenwereld nodig, maar op een gegeven moment krijg je daar toch behoefte aan en dan ligt de overstap naar natuurkundige problemen voor de hand. En misschien is het wel zo dat je je pas op latere leeftijd over filosofische problemen zorgen gaat maken, zodat er sprake is van een natuurlijke ontwikkeling”, verklaart Penrose de parallel. Om daar lachend aan toe te voegen: ,,De volgende stap zal dan wel zijn dat ik me met maatschappelijke problemen ga bemoeien.”
Gödel
Het menselijke bewustzijn is de grote fascinatie van Penrose. Volgens hem is dat vanuit de nu beschikbare kennis niet te verklaren en dat draagt hij in zijn boeken uit. In ‘De nieuwe geest van de keizer’ was een belangrijke rol weggelegd voor de stelling van Gödel, die aantoont dat niet alle wiskundige waarheden ook formeel wiskundig te bewijzen vallen. ,,Ons begrip van wiskunde kan dus niet uit de wiskunde zelf ontstaan”, zegt Penrose. ,,Er is een verschil tussen een wiskundig bewijs zoals een mens dat kan leveren en een formeel bewijs dat door een computer ook begrepen kan worden. Wat het ook is dat onze ideeën aanstuurt, het is geen berekening, wantdan kom je tot een tegenspraak. Mensen kunnen namelijk wiskundig ware uitspraken bedenken die volgens Gödel niet uit een berekening kunnen voortkomen.”
Deze conclusie kwam hem op de nodige kritiek te staan van mensen die menen dat de stelling van Gödel juist bewijst dat de mens net zo’n machine is als de computer. Dus schreef Penrose onlangs een tweede boek, ‘The shadow of the mind’ (een Nederlandse vertaling is nog niet beschikbaar). Penrose: ,,De eerste helft van het boek heb ik geschreven als een antwoord op de critici. De lijn is hetzelfde als in het eerste boek, maar de details zijn verschillend en de argumentatie is beslist sterker. Zo makkelijk komen ze niet van me af.”
,,Het tweede deel gaat in op een aantal nieuwe dingen. Het voornaamste daarvan is iets waarvan ik helemaal niets wist en waarop ik attent gemaakt werd door Stewart Hameroff, een anesthesist uit Californië. Hameroff is als anesthesist uiteraard geïnteresseerd in het ‘aan- en uitzetten’ van het bewustzijn en houdt zich in dat verband bezig met microtubules. Dat zijn uit proteïnes opgebouwde tubes van ongeveer vijftien nanometer die zowel in eencellige diertjes zoals amoeben voorkomen als in zenuwcellen. Ze regelen ondermeer de groei van synapsen (de contactpunten tussen verschillende zenuwcellen, red.) op een manier die vergelijkbaar is met de voortbeweging van amoeben. Omdat ze geïsoleerd van de omgeving kunnen werken, is het mogelijk dat ze quantum-effecten toestaan. Het lijkt me dan ook dat ze erg belangrijk zijn.”
Schrödinger
Het idee dat er een verband is tussen het bewustzijn en quantumverschijnselen is specifiek voor Penrose en ook één van de redenen waarom ‘De nieuwe geest van de keizer’ opviel in de stroom van boeken over computers en bewustzijn. Volgens Penrose moet het bewustzijn verklaard worden uit een nu nog onbekende theorie die ligt in het grensgebied tussen de klassieke en de quantummechanica.
Dat grensgebied is nog immer een mysterie. Het probleem is dat quantumverschijnselen volgens de Schrödinger-vergelijking volkomen deterministisch zijn, maar dat ze niet-deterministisch worden zodra je ze probeert over te brengen naar de macroscopische wereld (ofwel: ze probeert te meten). ,,Het probleem is dat we zowel voor de quantum- als voor de klassieke natuurkunde over een deterministische theorie beschikken, maar dat het grensgebied geregeerd wordt door het toeval”, zegt Penrose. ,,Ik denk dat mensen tegenwoordig teveel bezig zijn met de Schrödinger-vergelijking en te weinig aandacht besteden aan het meetprobleem. En dat terwijl Schrödinger zelf toch al heeft aangetoond hoe belachelijk het allemaal is.”
Penrose doelt op het gedachtenexperiment dat bekend is geworden als ‘Schrödingers kat’. In een afgesloten doos wordt een foton afgeschoten op een halfdoorlatende spiegel. Volgens de Schrödinger-vergelijking wordt het foton half doorgelaten en half teruggekaatst. Pas als het gemeten wordt, ‘kiest’ het foton voor één kant van de spiegel. Maar als we in de doos nueens een kat stoppen en achter de spiegel een apparaat zetten dat cyaankali loslaat als het een foton detecteert? Volgens de Schrödinger-vergelijking zou de kat half dood en half levend zijn, om pas te ‘kiezen’ voor morsdood of springlevend op het moment dat wij de doos openmaken.
,,Schrödinger gaf dit voorbeeld omdat hij niet geloofde in zijn eigen vergelijking”, vervolgt Penrose. ,,Ik weet niet hoe mensen die de Schrödinger-vergelijking naar het macro-niveau doortrekken, zich een half levende, half dode kat voorstellen, maar wat mij betreft is de kat of dood of levend, ook als je niets meet. Net als Schrödinger zelf vind ik dat je een duidelijk onderscheid moet maken tussen het quantum-niveau van de Schrödinger-vergelijking en het macro-niveau waarop je metingen verricht. Dat onderscheid werd overigens ook door Von Neumann benadrukt.”
Gefröbel
Om de overgang tussen de quantum- en de macro-wereld te beschrijven is dus iets anders nodig, betoogt Penrose. En dat andere zal ook iets te maken hebben met ons bewustzijn, want het verrichten van een meting is immers een proces van bewustwording. Bewustzijn is niet nodig om de kat al of niet te doden, maar wel om te weten of de kat nog leeft. Enerzijds gebeuren dingen onafhankelijk van ons bewustzijn, maar anderzijds zijn dingen voor ons pas echt gebeurd op het moment dat we ons er bewust van worden.
,,Een wetenschappelijke revolutie is absoluut nodig, niet alleen om het bewustzijn te verklaren, maar ook om de fundamentele problemen in de quantummechanica te kunnen begrijpen”, meent Penrose. ,,Dat is moeilijk te aanvaarden, maar bewustzijn is zo’n afwijkend verschijnsel dat we niet anders kunnen dan een totaal nieuwe verklaring zoeken. Niet iedereen is het daarmee eens, maar mijn gezichtspunt wordt wel steeds meer geaccepteerd.”
Met die acceptatie bedoelt Penrose expliciet niet het esoterisch gefröbel met quantum-mantra’s van new-age goeroes, maar de wetenschappelijke herwaardering van het meetprobleem. Deeltjes die op grond van het toeval ‘keuzen’ maken vallen steeds minder in de smaak. Een alternatief is echter nog verre van beschikbaar. ,,Het vinden van die noodzakelijke nieuwe fysica wordt heel moeilijk; de feiten zijn bijna onverenigbaar”, geeft Penrose toe. ,,Mijn visie is dan ook nog steeds die van een minderheid, denk ik, maar ik vind de andere theorieën gewoon niet overtuigend genoeg.”
Roger Penrose: ,,Mijn visie is nog steeds die van een minderheid”
Comments are closed.