In nature, one cannot observe any relation. No pictures of relations have ever been shot.
Ricardo Manzotti in The Spread Mind (Introduction, p. IX)

Is het überhaupt mogelijk om relaties te observeren? Hoe is een relatie waar te nemen als bij de waarneming onmiddellijk zowel het object als de waarnemer veranderen? Zoiets kan alleen indirect.

En hoe zit het eigenlijk met isolatie? Is volledige isolatie voorstelbaar? Een deeltje in isolatie kent geen ruimte en tijd. Is het er wel als er geen relaties zijn? Wanneer een deeltje een interactie aangaat is het er blijkbaar. Alleen dan? Of is alles voortdurend met elkaar in relatie?

Als ……..

• elke gebeurtenis die ook anders had kunnen zijn informatie is …
• informatie fysiek is ….
• alle informatie in het universum behouden blijft ….

……. dan moet bij elke gebeurtenis informatie fysiek overgedragen worden. Het overdragen van informatie kennen we van het collaberen van verstrengelingen. Is alles in het universum verstrengeld?

Experimenten met fotonen. Zijn ze geïsoleerd of verstrengeld?
Er zijn experimenten bedacht om te achterhalen hoe fotonen, lichtdeeltjes, zich gedragen: als deeltje of als een golffunctie. Of als beide. Dat zijn bijvoorbeeld het beroemde ‘double-slit experiment’ en het ‘delayed choice experiment’ [1] [2]. De experimenten laten een deeltjeseffect óf een golfeffect zien; nooit beide. Exacte herhaling van de opzet laat telkens hetzelfde resultaat zien. Wanneer men echter een tussentijdse waarneming doet om stiekem te kijken hoe het gedrag tijdens het proces eruit ziet, dan leidt dat tot een ander gedrag bij het eindresultaat. De stiekeme waarneming heeft het eindresultaat veranderd. Hoe kan dat?

Dualiteit van golven en deeltjes
Er is een mooie animatie te vinden die laat zien wat er gebeurt wanneer je een waarnemer toevoegt aan het tweespletenexperiment.

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File%3AWave-particle_duality.ogv

Wat als de elementen verstrengeld zijn?
Bij het bespreken van de experimenten gaat men er stilzwijgend van uit dat alle elementen geïsoleerd zijn. Maar wat als de elementen verstrengeld zijn? Kijk eens naar het delayed choice experiment. Wat als elke interactie in dit experiment met spiegel, ‘beam splitter’ of waarnemer de verstrengelingen van het foton verandert? Dan zal dát het gedrag van het foton veranderen. Het foton kan zich op twee manieren gedragen. Zolang het foton interferentie met zichzelf kan aangaan, is een golffunctie te zien. Wanneer deze mogelijkheid wordt geblokkeerd kan alleen een deeltjeseffect zichtbaar worden.
Bij het inlassen van een extra interactie veranderen de verstrengelingen. Het eindresultaat is door deze toevoeging veranderd.

Wheeler’s delayed-choice experiment (bron: Wikipedia)

If a single photon is emitted into the entry port of the apparatus at the lower-left corner, it immediately encounters a beam-splitter. Because of the equal probabilities for transmission or reflection the photon will either continue straight ahead, be reflected by the mirror at the lower-right corner, and be detected by the detector at the top of the apparatus, or it will be reflected by the beam-splitter, strike the mirror in the upper-left corner, and emerge into the detector at the right edge of the apparatus. Observing that photons show up in equal numbers at the two detectors, experimenters generally say that each photon has behaved as a particle from the time of its emission to the time of its detection, has traveled by either one path or the other, and further affirm that its wave nature has not been exhibited.

If the apparatus is changed so that a second beam splitter is placed in the upper-right corner, then part of the beams from each path will travel to the right, where they will combine to exhibit interference on a detection screen. Experimenters must explain these phenomena as consequences of the wave nature of light. Each photon must have traveled by both paths as a wave, because if each photon traveled as a particle along just one path then the many photons sent during the experiment would not produce an interference pattern.

Bij het bovenste experiment (bovenste plaatje) is de uitkomst een deeltjeseffect. Bij het onderste een golfeffect. Een variatie op het tweede experiment is het plaatsen van een polarisatieplaat op één van de routes. Men noemt dit het pad coderen. Je voegt daarmee een extra interactie toe. Het gevolg is dat het foton zich niet meer als golf, maar alleen als deeltje gedraagt. Een interactie verandert (het gedrag van) het deeltje. Dit wordt uitgewerkt in deel 2.

Hoe zit het met de grotere objecten? Zijn die ook verstrengeld?
Hoe zit het met de apparaten van het experiment? Zijn die ook verstrengeld met hun omgeving? Dat zou je mogen aannemen. Het is echter in deze experimenten niet te verifiëren, omdat ze groot en stabiel zijn. De effecten van verstrengeling van grotere objecten met hun omgeving beschrijft men ook wel als een heat bath. Net als bij een object dat de temperatuur van de omgeving aanneemt wisselt een object ook kwantuminformatie uit met de omgeving. Dit heet decoherentie. Het wordt kort toegelicht in bijgevoegde figuur, en is uitgebreider na te lezen op de Engelstalige Wikipedia-pagina ‘quantum decoherence’ [3].

In classical scattering of a target body by environmental photons, the motion of the target body will not be changed by the scattered photons on the average. In quantum scattering, the interaction between the scattered photons and the superposed target body will cause them to be entangled, thereby delocalizing the phase coherence from the target body to the whole system, rendering the interference pattern unobservable.

source: Wikipedia

Decoherentie, is dat alleen weglekken van verstrengelde informatie? Of is het meer dan dat?
Een gangbare opvatting over verstrengelingen van objecten op macroniveau is dat deze geen rol zouden spelen, omdat de verstrengelde informatie weg zou lekken naar de omgeving, zoals in het hierboven genoemde hitte bad. In het dagelijks leven merk je ogenschijnlijk weinig van verstrengelingen. Maar met een trucje lukt het wel om Einsteins spukhafte Fernwirkung te zien.
In hun artikel Macroscale entanglement and measurement in Science [4] laten Hoi-Kwan Lau en Aashish Clerk zien dat verstrengeling op macroniveau herkenbaar en meetbaar is. In een experiment verstrengelen zij twee aluminium trommeltjes (twee membranen van 70 picogram, toch zo’n biljoen atomen) en demonstreren ze het effect van de verstrengeling: beide trommeltjes vertonen op afstand tegelijkertijd (!) hetzelfde gedrag. Het is hen in een laboratorium gelukt om het willekeurig weglekken van verstrengelingen te voorkomen. Maar wat gebeurt er op macroniveau ‘in het wild’? Hoe zijn dan effecten van samenhang te herkennen?

Samenhang versus isolatie
Een voorbeeld uit onze leefomgeving om samenhang versus isolatie te laten zien is aan de hand van taal. Neem het woord ‘arm’. Het woordenboek Van Dale geeft zeven betekenissen. Vier als zelfstandig naamwoord (menselijk lichaamsdeel, mouw van een kledingstuk, arm van een inktvis en arm van een rivier) en drie als bijvoeglijk naamwoord (met weinig of geen bezit, beklagenswaardig en weinig natuurlijke rijkdom opleverend). Geïsoleerd, dus zonder context, heeft ‘arm’ geen betekenis. Of zeven betekenissen tegelijk. Het woord bevindt zich dan in superpositie, zou je kunnen zeggen. In relatie met een context stort de superpositie ineen en krijgt het een betekenis.

Is taal te abstract als voorbeeld? Liever een voorbeeld uit de ‘fysieke’ wereld? Probeer je dan opnieuw een deeltje in volledige isolatie voor te stellen. Alleen op de wereld kent het geen tijd en ruimte. En wanneer er geen (relaties met) andere deeltjes zijn dan kent het ook geen massa, lading of temperatuur. Want ook deze eigenschappen hebben alleen betekenis in een context met andere deeltjes. Zijn er überhaupt eigenschappen te bedenken van deeltjes in complete isolatie? In de klassieke natuurkunde worden de relaties met andere deeltjes die massa en lading doen ontstaan zwaartekracht en elektromagnetische kracht genoemd. Zijn dit misschien gewoon verstrengelingen?

Nog een fysiek voorbeeld: lichaamsgewicht. Gewicht in isolatie heeft geen betekenis. Iemand weegt 80 kg. Wat zegt dat? Is het veel of weinig? Wat kun je ermee? Wanneer dit gewicht echter gezien wordt in samenhang met lengte en andere kenmerken van die persoon krijgt het al meer inhoud en detail. In hoofdstuk 4 ging het over de betekenis van gewicht voor gezondheid en over de relaties tussen lichaamsgewicht en factoren zoals genetische aanleg, omgeving, voeding, beweging, hormonen enz. Al deze factoren samen hebben invloed op iemands lichaamsgewicht en op gezondheid. Met alleen het gegeven van een gewicht van 80 kg weet je niets over gezondheid. Bovendien kun je niets met gewicht in relatie tot gezondheid. Je kunt niet aan één knop draaien om gewicht of gezondheid te veranderen. De hele context doet mee.

Doe wat filosofen doen, en draai het eens om
In ons alledaagse denken staan deeltjes centraal. Ze gaan onderling wisselwerking met elkaar aan, en veranderen daardoor. Als we dat beeld nu eens omdraaien en de relaties tussen ‘deeltjes’ centraal stellen? Bekijk het eens als de voor- en achterkant van een borduurwerkje. Aan de voorkant zie je de deeltjes. Aan de achterkant de verbindingen. Ze kunnen niet zonder elkaar.

Hoe denk jij nu over isolatie? Bestaat volledige isolatie? Bestaan er deeltjes zonder relatie met andere deeltjes? Of is isolatie een theoretisch begrip dat nodig is om in modellen en reductie te kunnen denken? En als er relaties zijn, wat zijn die relaties dan? En wat is de rol van krachten zoals zwaartekracht en elektromagnetische kracht in deze visie?