Een andere benadering van natuurkunde

Artikel 2 van de reeks: Op zoek naar de grondslagen van de werkelijkheid.

Een nieuwe kijk op de werkelijkheid en de samenhang daarvan.

Verantwoording. De in deze artikelen beschreven ideeën zijn speculatief en niet experimenteel bevestigd. Zij zijn bedoeld als een filosofisch-ontologische verkenning van mogelijke onderliggende structuren van de fysische werkelijkheid en niet als vervanging van experimenteel bevestigde natuurkunde.

Waarom bestaat er een werkelijkheid? De moderne natuurkunde is uitzonderlijk succesvol — maar niet volledig verklarend. Theorieën als de relativiteitstheorie en de kwantummechanica beschrijven de werkelijkheid met grote precisie en zijn uitgebreid experimenteel bevestigd. Toch blijven onder deze succesvolle beschrijvingen diepere vragen bestaan over de oorsprong van de structuren waarop zij berusten. Bovendien is de onderlinge samenhang tussen de verschillende domeinen van de natuurkunde nog niet volledig begrepen, en ontbreekt een eenduidig conceptueel fundament dat deze gebieden verbindt.

We beschrijven velden, deeltjes en krachten, maar vragen zelden wat de minimale voorwaarden zijn waaronder zulke beschrijvingen überhaupt mogelijk worden. Waarom is er een dynamische structuur die als veld kan worden beschreven? Waarom bestaan er toestanden, overgangen en wetmatigheden? En uiteindelijk: waarom bestaat er überhaupt ‘iets’?

Dat waren de vragen die mij ertoe brachten natuurkunde te gaan studeren. Tijdens mijn studie in Delft kwamen deze fundamentele vragen echter nauwelijks aan bod. Achteraf bezien was Leiden, met zijn sterkere traditie in theoretische en fundamentele natuurkunde, wellicht beter aangesloten op mijn belangstelling. Toch koos ik bewust voor Delft, omdat ik naast de theoretische vragen ook een praktische opleiding wilde volgen waarmee ik in de praktijk iets kon opbouwen. De studie werd afgerond, een loopbaan in het bedrijfsleven volgde en natuurkunde verschoof naar de achtergrond. Toch verdwenen de vragen nooit. Ik bleef lezen, me verbazen en het gevoel houden dat er een eenvoudiger en fundamenteler uitgangspunt moest bestaan onder alles wat wij beschrijven.

Mijn belangrijkste vraag over de werkelijkheid is niet hoe de werkelijkheid zich gedraagt, maar waarom er überhaupt een fysische werkelijkheid kan bestaan die zich gedraagt. En hoe is deze werkelijkheid ooit ontstaan? Waaruit, waardoor of onder welke voorwaarden?

Daarnaast lijkt in de moderne natuurkunde de nadruk steeds sterker te zijn komen te liggen op de mathematische beschrijving van verschijnselen. Die mathematische benadering is buitengewoon krachtig en heeft geleid tot voorspellingen met een ongekende nauwkeurigheid. Toch roept dit ook een fundamentele vraag op: beschrijft de wiskunde de werkelijkheid zelf, of beschrijft zij patronen en relaties binnen een onderliggende werkelijkheid die conceptueel nog niet volledig wordt begrepen? Juist omdat de wiskunde zo succesvol is, rijst de vraag waarom deze beschrijvingen zo goed werken en in hoeverre zij de werkelijkheid weerspiegelen, dan wel een uiterst succesvol model daarvan vormen. Vanuit mijn optiek vormt wiskunde mogelijk niet het fundament van de fysica maar eerder de formele taal waarmee fysische samenhangen kunnen worden beschreven zodra zij conceptueel zijn gedefinieerd. Vanuit die gedachte ontstaat de vraag of onder de huidige mathematische structuren eenvoudiger, meer fundamentele dynamische principes bestaan die eerst conceptueel begrepen moeten worden voordat zij mathematisch kunnen worden geformaliseerd.

Een andere interpretatie van de natuurkunde. Mijn benadering van natuurkunde is mede beïnvloed door decennia werken in informatietechnologie en systeemarchitectuur. Net zoals complexe softwaresystemen ontstaan uit eenvoudige onderliggende instructie- en proceslagen, zou ook de fysische werkelijkheid begrepen kunnen worden als een hiërarchie van emergente dynamische structuren.

De hierna volgende artikelen zijn ontstaan uit het opnieuw oppakken van mijn fundamentele vragen over natuurkunde, gekoppeld aan mijn opgebouwde kennis in de informatica. Het onderzoek begint bij de vraag of het mogelijk is een basale structuur te definiëren die noodzakelijk is voordat fysische beschrijving betekenis kan krijgen. Als het ware een zoektocht naar de meest elementaire bouwstenen van fysische betekenis. De artikelen pretenderen niet de bestaande natuurkunde te vervangen of te corrigeren. Integendeel zelfs. Theorieën zoals de kwantumveldentheorie en de kwantumfysica beschrijven de fysische werkelijkheid met grote precisie en voorspellende kracht. Dat betekent dat deze mathematische modellen kennelijk een goede beschrijving van de werkelijkheid geven. De insteek van deze artikelen is echter anders van aard. Het verkent de vraag of de formele structuren van deze theorieën — zoals velden, deeltjes en hun interacties — kunnen worden begrepen als emergente beschrijvingen vanuit een meer minimale, onderliggende dynamische structuur. De centrale gedachte daarbij is dat niet objecten of deeltjes noodzakelijk fundamenteel zijn, maar mogelijk onderliggende dynamische relaties en coherentiestructuren. Het doel is daarmee niet om nieuwe fysica te introduceren, maar om te onderzoeken of de bestaande beschrijving conceptueel kan worden teruggevoerd op eenvoudiger uitgangspunten. Bovendien wordt daarmee gezocht naar de uiteindelijke samenhang tussen de verschillende gebieden van de natuurkunde, vanaf de kleinste deeltjes en quantummechanica, tot kosmologie en het vraagstuk van bijvoorbeeld donkere energie.