Een zeer goed bijna-leerboek over moderne deeltjes-fysica zonder formules

Civis Mundi Digitaal #25

door C.W. Rietdijk

Bespreking van: Gerard ’t Hooft, De bouwstenen van de schepping, 7e druk, Prometheus Bert Bakker, 2014.

Een zeer goed bijna-leerboek over moderne deeltjes-fysica zonder formules

 

C.W. Rietdijk

 

Bespreking van: Gerard ’t Hooft, De bouwstenen van de schepping, 7e druk, Prometheus Bert Bakker, 2014, €19,95

 

Als ik twijfel over de juistheid van een hypothese, dan vraag ik me nogal eens af: ‘Als ik God was, zou ik de wereld dam zó geschapen hebben?’

 

Albert Einstein

 

De materie is misschien maar één van de schijngestalten die worden aangenomen door het Grote Gelaat.

Louis Pauwels

 

Waardevol boek voor de zeer ontwikkelde leek

 

Dit helder geschreven boek van een Nobelprijswinnaar (1999) geeft een uitvoerig overzicht van een van de moeilijkste terreinen van wetenschap: dat van de microfysica. Het boek is bestemd voor de (zeer) ontwikkelde leek en zal ook ‘werkers in het veld’ als overzichtswerk van pas kunnen komen. Het laat de geavanceerde’ wiskunde weg zoals die waarmee ‘t Hooft zich bezighoudt en waarmee in deze tak van wetenschap wordt gewerkt en die deze inderdaad zo moeilijk maakt. Hij verwierf zijn prijs vooral voor het vinden van het formalisme via hetwelk het meetbare gedrag van de eerste twee van de vier hoofdkrachten in de fysica – elektromagnetische, ‘zwakke’, ‘sterke’ en zwaartekracht – in het formalisme in belangrijke mate op één noemer kunnen worden gebracht. Dat betekent dus dat ‘t Hooft bepaalde verwantschappen aantoont tussen de soorten ‘deeltjes’ die met de twee soorten krachten corresponderen.

Men kan wel zeggen dat de laatste halve eeuw pogingen om – voor zover mogelijk –  die vier hoofdkrachten qua wiskundig formalisme op één noemer te brengen centraal hebben gestaan in de elementairedeeltjesfysica. Men is op zoek naar een theorie die alle vier de hoofdkrachten op één noemer brengt. Theorieën die de vier krachten beogen te integreren worden GUTs genoemd (Grand Unification Theories). Het hier besproken boek gaat over vrijwel de hele microdeeltjesfysica (voor zover nu serieus bestudeerd, zie beneden), waarbij onder meer elke van de vier hoofdkrachten in een bladzijde qua eigenschappen wordt samengevat. Zo wordt vrijwel het hele vakgebied in kwestie grondig zijn plaats gegeven.

Zelfs renormalisatie, ijktheorieën en Yang-Millstheorieën worden ons (terecht) niet bespaard.

 

Een van de leidende fysici moet eens hebben gezegd: ‘Het is belangrijker dat je schoonheid in je formules hebt dan of ze kloppen met de experimenten’. Ik hoop dat hij gelijk had (maar vrees vaak het ergste). Want formalismen die wél esthetisch zijn suggereren in elk geval nog dat de wereld is opgebouwd  volgens hogere symmetrieën die behalve met esthetische waarden wellicht ook met morele zouden kunnen zijn verbonden. ’t Hooft gaat op deze kwestie niet in en lijkt vrede te hebben met een wereld en wetten die alleen iets met waarden uitstaande hebben voorzover ze de mens en zijn waarden evolutionair tot stand brachten.

Het boek gaat wél over microdeeltjes, die onder meer voldoen aan de wetten van de quantummechanica. Dat wil zeggen dat voor die deeltjes qua wat er van hen gemeten en geweten kan worden – hun variabelen – de bekende onzekerheidsrelaties van Heisenberg moeten gelden, wat onder meer betekent dat veel van onze kennis erover van probabilistische ofwel van waarschijnlijkheidsaard is. De formules die voorspellingen doen over de uitkomst van metingen en het hele begrippenapparaat zullen dus ook door een flinke dosis ‘fuzziness’ worden ‘verwaterd’.Een grote vraag is: is die fuzziness echt of slecht te wijten aan onze beperkte kennis?. We komen hierop nog terug. Ook vermelden we nog enkele typerende termen en processen waarop we niet verder ingaan,,  zoals ‘exotische  wiskunde:

IJktransformaties,

Renormaliseerbaarheid,

Yang-Millstheorie en het

Brout-Englert-Higgs-Kibblemechanisme.

Aan het laatste wijdt ’t Hooft een heel hoofdstuk, wat ook weer illustratief is voor de uitvoerigheid en degelijkheid van dit boek en de diepgang die het ook zonder moeilijke wiskunde weet te bereiken. De naam Higgs is de meest bekende uit de voorgaande rij van vier, en verbonden met het kortgeleden ontdekte Higgsdeeltje dat volgens de zg. Standaardtheorie ‘massa verleent aan de andere deeltjes’.Dit is evenals veel andere onderdelen en aspecten van de deeltjesfysica, buiten schuld van ’t Hooft, geen toonbeeld van voorstelbare inzichtelijkheid van formulering. Dit gebrek aan voorstelbaarheid vormt een meer algemene kwaal van de moderne microfysica.

 

Indrukwekkende intellectuele prestatie

 

Ondanks het feit dat er meer niet dan wel coherent in begrijpelijke modellen kan worden uitgebeeld in de microfysica,vormt deze een indrukwekkende intellectuele prestatie, waarvan de resultaten, zoals al opgemerkt, niet beter kunnen worden beschreven dan gebeurt in dit boek, als men (zeer) moeilijke wiskunde wil vermijden. Zo is het bijvoorbeeld indrukwekkend hoe het zogeheten Standaardmodel de zwaardere deeltjes wist op te bouwen uit een klein aantal nog meer elementaire (quarks).

’t Hooft is zo tevreden met de situatie dat hij, laatstelijk nog in een interview met NRC Handelsblad, de mogelijkheid opperde dat de deeltjesfysica er wellicht niet héél ver vanaf is, ‘af’ te zijn. Wel, wat betreft de mogelijkheden van de probabilistische deeltjesfysica en de rekenmethoden die ’t Hooft er zo bekwaam op toepaste, heeft hij wie weet gelijk. Maar inzake een andere, zeer fundamentele kwestie heeft hij dat m.i. niet. Het gaat om het volgende.

Toen het omstreeks het jaar 1900 steeds duidelijker werd dat de toenmalige fysica enkele paradoxen over de lichtsnelheid en over sommige stralingswetten  niet kon oplossen, kwamen de meeste natuurkundigen geleidelijk tot de conclusie dat enkele vooronderstellingen inzake tijd, ruimte en energie die we tot dan toe maakten, niet juist waren, en vervingen ze vervolgens door andere uitgangspunten, voorgesteld door Einstein , Planck en anderen. De paradoxen verdwenen. Wel, toen later, zo tussen 1920 en 1940, er zich opnieuw paradoxen voordeden – nu inzake zg. bovenlokale verschijnselen en inzake de omstandigheid dat zich van microprocessen als regel geen voorstelbare modellen zonder paradoxen laten construeren –,  nu reageerden de leidende fysici heel anders.

 

Natuurkundigen reageerden zeer verschillend op de twee crises in hun vak van resp. omstreeks 1900 en 1920-1940.’Nieuwe wijze van denken’ past in meer omvattende anti-Verlichting

 

De natuur ziet er volgens de meeste huidige fysici bijvoorbeeld niet tegenop om een waarnemer (zijn meetopstelling) invloed te doen hebben op een te meten object, en onderschikt meer algemeen de coherentie (voorstelbaarheid) van de wereld  aan  zijn eigen directe ervaringen, naar de beste tradities van zowel Heidegger als de postmodernisten. In de crisis van 1900 was men bescheidener dan in die van 1920-1940.  Toen deed men afstand van  enkele vooronderstellingen inzake ruimte , tijden energie, nu  echter was de natuurkundigenwereld minder bescheiden: ze verwierp deze keer niet één of meerdere van haar vooronderstellingen, maar liet ten principale het idee los dat je microprocessen pas begrijpt als je er een voorstelbaar model van kunt maken. (De Aha-Erlebnis werd overbodig verklaard in vele situaties.) Je hoefde ineens de microwereld niet meer tot in detail te begrijpen; beschrijven was ook al voldoende. Het leek erop of de antirationalistische filosofie (Heidegger, postmodernisme,…) de ‘abstracte’ kunst en de anti-intellectualistische onderwijs ‘vernieuwing’ ofwel de contra-revolutie tegen de rede’ die ik elders beschreef 1) ook in de microfysica had toegeslagen. Begrijpen was niet echt meer nodig. Deze boosaardige gedachte van ideologische invloeden wordt nog waarschijnlijker wanneer we kennisnemen van het merkwaardige feit dat de vooroordelen die déze keer aan de beurt zijn om te worden opgegeven in feite al zijn ontmaskerd. Er zijn namelijk in diverse vakbladen al sinds 1966 onweerlegde en zelfs onaangevochten bewijzen verschenen die aantonen dat de 3-dimensionale ruimtelijke wereld om ons heen die we volgens traditie ‘de realiteit’ plegen te noemen, in het geheel niet de volledige realiteit is. Die complete realiteit blijkt volgens die bewijzen te bestaan uit de volledige 4-dimensionale (4D) Minkowski-ruimte (Mi)-ruimte. D.w.z. het gehele 4D tijdruimtelijke complex waarmee de Speciale Relativiteitstheorie werkt. Dat tonen die bewijzen op twee manieren aan: tien doen het direct, en vier (alle onweersproken in de vakliteratuur) doen het indirect, nl door het soms optreden te bewijzen van invloeden vanuit de toekomst op het heden. In het laatste geval moet die toekomst er dus wel realistisch zijn. In verband met deze situatie stel ik enkele veranderingen voor in onze grondopvattingen over de natuur en haar wetten. (Zie beneden voor nadere toelichting.)

 

Nieuw paradigma noodzakelijk; het is geen alternatieve hypothese maar de juistheid ervan is reeds bewijsbaar. Het  behelst dat de realiteit  vierdimensionaal is in plaats van drie-dimensionaal.

 

(1)   De wereld is realistisch vierdimensionaal(4D) en gedetermineerd i.p.v. 3D) en fundamenteel onzeker;(zie voor het eerste en de twee laatste bewijzen hiervoor Ref. 2; 3 en 4 en eveneens Ref 5) die verwijst naar Secs 1 – 5 van Page 6.1 van mijn website The Scientifization of Culture

 

(2)   Er zijn in die 4D wereld evenzeer retroactieve invloeden vanuit de toekomst naar het verleden of heden (zie de boven genoemde Segs 1 – 5).. De boven genoemde invloed van een waarnemer op zijn meetobject is daarvan een voorbeeld. Er zijn nu tien directe bewijzen geleverd van de realistisch 4D aard van de wereld (acht onaangevochten) en vier via aangetoonde retroactie (alle onweersproken). Zie ook Ref 5.

 

(3)   Van 4D standpunt bezien is de retroactie de volledig determinerende verborgen variabele die Einstein en andere deterministen veronderstelden, maar dan als invloed uit het verleden, d.w.z. causaal Zie Ref  6.

 

(4)   De vooroordelen die we op dit moment moeten opgeven (vgl. 100 jaar geleden), zijn die rondom het 4D karakter van de wereld;

 

(5)   Als we ze opgeven, doemen verklaringen op van niet lokale verschijnselen en zijn verborgen variabelen sowieso verklaard (Refs  5 en 6). Ook de quantisering van actie (werking) vindt nu een verklaring (zie  Ref  5  en Ref 6) en mogelijk ook bewustzijn (Ref 7) evenals paranormale verschijnselen (Ref 8).

 

(6)   In bovenstaand licht heeft’t Hooft wellicht gelijk met het ‘af’ zijn als hij zijn opmerking beperkt tot causale krachten uit het verleden en de 3D formulering van de werkelijkheid.

 

Ter verduidelijking van relevante standpunten kan ook de discussie dienen tussen Dennis Dieks en uw recensent in Civis Mundi 12 (2012) over Jan van Frieslands en mijn Einsteins God dobbelt niet 9)

 

Kritiek op ’t Hooft’s boek om wat er niet in staat: hoe de vierdimensionale verborgen variabele ingrijpt

 

            Echter, de gedachtenwisseling tussen Dieks en mij blijft zeer relevant voor ’t Hoofts boek en dan speciaal voor wat er niet in staat.

Er treden  namelijk ook in de microfysica een aantal merkwaardige situaties op die sterk suggereren dat, in tegenstelling tot ’t Hooft’s mening in NRC Hb (22-3-2014) de micro- en elementairedeeltjesfysica nog lang niet ’af’ zijn. Dit punt is zeer relevant voor het boven aangesneden onderwerp van het opgeven van vooronderstellingen in de quantumysica. Enkele van de bedoelde situaties zijn: mainstreamtheorie kan noch de aangetoonde, retroactie, noch de non-localiteit van de paradox van EPR goed voorstelbaar verklaren;

Zij kan dat evenmin t.a.v. hoe een proton een elektron aantrekt;

Diverse fenomenen, zoals bewustzijn en het paranormale, evenals een plausibele grond voor de quantisering, ontbreken in de mainstreamtheorie; steeds weer moeten gecompliceerde algoritmen met gering Aha-gehalte ‘uitkomst’ bieden.

 

In verband met de eerder in punt (2) boven genoemde 4D-kwestie wijzen ook vier in de vakliteratuur niet aangevochten publicaties ondubbelzinnig op het bestaan van retroactieve invloeden, dus terug in de tijd, iets wat in een 4D –situatie niet langer paradoxaal is (zie, ook voor literatuurverwijzingen, opnieuw de Secs 1 – 5 van) Page 6. 1 van mijn website. The scientifization of culture met literatuuropgave (uitsluitend refereed Journals)) Ook ’t Hooft gaf eerder te kennen, over te hellen naar het determinisme. Merk in dit hele verband van retroactie verder op dat ook omgekeerd retroactie realistische vierdimensionaliteit aantoont, want een toekomst die invloed uitoefent moet bestaan.

 

 Nog enkele punten van belang zijn:

 

1)                          Ook de bovenlokale verschijnselen blijken in bovenstaand kader te verklaren (zie weer de paragrafen 1 – 5 van mijn website, page 6.1,, met verwijzingen).
Ten aanzien van de quantisering in 4D blijken de werkingsquanta niets anders te zijn dan zeer realistische vierdimensionale ‘atomen van gebeurtenissen’, d.w.z. atomen van de 4D grondstof van de vierdimensionale wereld . Zo wordt de hele quantisering voorstelbaar, ook weer via die van werking. Deze wordt een zeer realistisch fenomeen in ons realistisch 4D paradigma. Werkingsquanta blijken ‘gewoon’ 4-dimensionale elementaire gebeurtenissen te zijn, de atomen van het gebeuren. Ook (het bestaan in de tijd van) elementaire deeltjes wordt in de realistische ‘4D’ wereld gevormd door structuren van zulke werkingsquanta. Deze zijn van de dimensie E x t.

 

2)                          De hele ‘mainstream’ fysica , inclusief ’ t Hooft, ziet niet alleen over het hoofd hoe de 4D-revolutie diverse centrale paradoxen verklaart, maar negeert evenzeer het bestaan van veertien niet serieus aangevochten bewijzen van 4D. Menen de zwijgers over wat op internet bekend is als <rietdijk-putnam-penrose argument >.echt dat die bewijzen allemaal fout zijn, of dat het hier gaat om een filosofische kwestie van interpretatie?

3)                          De elementaire-deeltjestheorie besteedt al vele decennia de meeste aandacht aan de unificatie van de vier hoofdkrachten, niet aan fundamenteler onderwerpen zoals voorstelbare modellen, onder meer van hoe een proton een elektron naar zich toetrekt of hoe de vier hoofdkrachten bijvoorbeeld corresponderen met de structuur van diverse deeltjes.

4)                          Er worden weinig pogingen gedaan om ‘non-locality’ zoas bij de pardox van EPR op te lossen; veeleer verdringt men ook deze in een niet erg fysisch voorstelbare brij van formalisme.  Hoe‘eenzijdig’ de situatie is blijkt al hieruit dat van de 24 hoogleraren in de elementairedeeltjesfysica die aan Amerika’s vijf beste universiteiten doceren er 22 behoren tot de school van de snarentheorie. D.w.z. bij de studie van die bouwstenen van de schepping gaat bijna alle aandacht (weer) uit naar een hypermathematische theorie in 11 dimensies over alweer dat deel ervan dat gaat over de mathematische unificatie van de vier hoofdkrachten.

 

Is het nog rationeel als men enerzijds zo licht tilt aan het ontbreken van voorstelbare modellen in de deeltjestheorie  dat ’t Hooft in NRC Hb  vermoedde dat die theorie al bijna af was, terwijl anderzijds veertien lonten voeren naar het kruitvat van een mainstream-theorie die zelfs onverklaard laat hoe  een proton  een elektron naar zich toetrekt. Verder verklaart die theorie niet hoe de kracht-overbrengers die uitgaan van het proton de richting weten te vinden waarin het elektron zich ophoudt.

 

 

Deels samenvattend enkele vragen aan ’ t Hooft

 

a)      Hoe kunt u menen dat de deeltjesfysica haar voltooiing nadert als zij zelfs niet in staat is om begrijpelijk te maken hoe de kracht-overbrengende deeltjes (virtuele fotonen) tussen een proton en een elektron ten eerste in staat zijn zo’n elektron resp. proton te vinden, en ten tweede om het elektron naar het proton toe te trekken (afstotend wegduwen is makkelijker voorstelbaar). Een gecompliceerd formalisme verklaart dit niet: het verschaft geen Aha-Erlebnis.

 

b)      Tenslotte, terugkomend op ons eerste motto boven deze bespreking, wil ik ’t Hooft verzekeren dat ik de wereld nooit zou hebben geschapen naar de probabilistische beginselen van de huidige microfysica, volgens welke God niet alleen dobbelt met de bouwstenen van de schepping maar ook met de tragedies van het lot. U wel? Alleen al daarom raad ik u aan, ook nog eens te kijken naar enige van de 14 bewijzen die eerder ter sprake kwamen. En dan speciaal die vier ervan die ook retroactieve invloeden impliceren, d.w.z. zodanige die ook het bestaan van invloeden in negatieve tijdrichting aantonen, een zekere mate van doelgerichtheid in de natuurprocessen, dus die echt ‘toeval vervangen door soms ook bovenlokale coherenties. Vergelijk hier ERR.

 

 

Noten

 

1 C.W. Rietdijk, De contra-revolutie tegen de rede, Athenaeum-Polak & Van Gennep, Amsterdam dln 1 en 2, 1973 en 1975;

2 C.W. Rietdijk , Philosophy of Science, Vol 33 (1966), p. 341;

3 C.W. Rietdijk, Four-dimensional Reality and Determinism; an answer to Stein; in Relativity and the Dimensionality of the World (Ed. V. Petkov, is Vol 153 in Series Fundamental Theories of Physics (Eds A, Van der Merwe et al.) , p. 101,(2007);

4 C.W. Rietdijk, Physics Essays,Vol. 23 (2010), p. 468;

5 Secs 1 – 5 van Page 6.1 van mijn website The Scientifization of Culture

6 C.W. Rietdijk, Physics Essays, Vol. 16 (2003) p. 43.

7 C.W. Rietdijk, Physics Essays Vol 19 (2006), p. 200.

8 C. W. Rietdijk, Physics Essays Vol. 20  (2007 ), p. 169.

9 Jan van Friesland en Wim Rietdijk: Einsteins God dobbelt niet, Aspekt 2011.