De eerste paradox.
Laten we bij de EPR-paradox beginnen. Het gedachte-experiment van Einstein, Podolsky en Rosen uit 1935 gaat over deeltjes die elkaar op grote afstand beïnvloeden, door Einstein aangeduid als “spooky action at a distance”. Het begrip verstrengeling (een term van Schrödinger) was nodig om hier uit te komen. Hoe is dit te rijmen met de lokaliteit van de macroscopische wereld? Blijkbaar kan een ondeelbaar geheel op verschillende locaties tegelijkertijd zijn. Hoe dan?
Wat als isolatie niet bestaat en alles een geheel is?

Elementaire deeltjes als combinaties van relaties.
Volgens de gangbare deeltjesfysica is een elementair deeltje een deeltje dat niet in andere deeltjes te splitsen is: het kleinste en ondeelbare geheel. In bovenstaand model staan de elementaire deeltjes zoals ze meestal worden weergegeven.
In een visie van samenhang kunnen die elementaire deeltjes echter ook als combinaties van relaties gezien worden. Waarin verschillen die combinaties dan van elkaar? Wat maakt dat informatie en gedeelde informatie niet homogeen is? Wat geeft deze deeltjes hun specifieke kenmerken?

Verschillen in complexiteit
Stel dat relatiesets van elkaar verschillen doordat ze op verschillende posities extra informatie verstrengeld hebben. Dan bepaalt dát aspect het gedrag bij collaps van de verstrengeling op basis van waarschijnlijkheid. Want hoe meer complexiteit hoe minder opties voor herverdeling. En bedenk dat die partners ook weer informatie met hun buren delen. Om iets over een deeltje te weten moet je dus ook de buren kennen. Want vóór en ná collaps van de superposities (herverdeling van informatie) mogen er geen verschillen zijn in de totale hoeveelheid informatie in het universum. Dit zegt immers het no-hiding theorem. Wat het betreffende deeltje met zijn buren verdeelt, moeten die buren ook weer verdelen. Netto moet alles gelijk blijven. De mate van waarschijnlijkheid waarmee zijn buren kunnen veranderen heeft dus ook effect op het deeltje zelf.

Massa, lading en spin zijn effecten van de mate van waarschijnlijkheid om te veranderen
Massa, lading en spin zijn wellicht helemaal geen intrinsieke eigenschappen van deeltjes, maar emergente eigenschappen van een groter geheel. De massa van een deeltje, bijvoorbeeld, is mogelijk niets anders dan het (on)gemak waarmee het verandert. Bij grote hoeveelheden verspringende informatie bepaalt entropie (de mate van waarschijnlijkheid) wat er bij collaps gebeurt. Zo bepaalt entropie de eigenschappen spin, lading en massa van de elementaire deeltjes.

Overweeg eens een relatieset dat slechts via één extra verstrengeling gebonden is. Het kent alleen een oriëntatie, maar geen lading, geen massa en een neutrale spin. Dit is van toepassing op het foton. En omdat het foton zo makkelijk informatie met zijn omgeving uitwisselt, kan het zich met de grootst mogelijke snelheid lineair verplaatsen. Het verplaatst zich in ‘vacuüm’ met de lichtsnelheid. Deze snelheid is plancklengte (1.616255 x10⁻³⁵ m) gedeeld door plancktijd (5.391247 x10⁻⁴⁴ s). Dan kom je op 299792458 m/s. Dit zijn uiteraard allemaal extrapolaties van macroscopische begrippen.

Het foton is het meest eenvoudige ‘elementaire deeltje’. Andere deeltjes zijn complexer door combinaties van extra verstrengelingen. Dat maakt voor hen veranderen minder waarschijnlijk en geeft ze eigenschappen zoals massa, spin, en lading.

Een uitdaging
Oorzaak en gevolg zijn macroscopisch begrippen. We zijn gewend te zoeken naar verklaringen. We willen effecten van deeltjes berekenen en hun gedrag voorspellen. Voor kwantumeffecten is dat echter niet of nauwelijks mogelijk. Hier hebben we te maken met kansverdelingen. En het hele samenhangende universum gaat in één gebeurtenis over naar een volgende toestand op basis van waarschijnlijkheid. Denk hierbij terug aan het holografisch principe van Van ’t Hooft uit deel 1. Dat kun je niet berekenen. Toch is zelfs op kwantumniveau (of is dit al de overgang naar macroscopisch niveau?) een beetje stabiliteit te herkennen. Bij elementaire ‘deeltjes’ in een min of meer neutrale omgeving zijn de verschillen tussen het waarschijnlijk en het onwaarschijnlijk delen van verstrengelde informatie zo groot dat er sprake is van enige stabiliteit. Denken in oorzaak en gevolg wordt dan verleidelijk. Maar dat is onterecht.

Laat ook het idee van de objectieve waarneming, en de objectieve ruimte en tijd los. Waarneming, ruimte en tijd, het is allemaal afhankelijk van de waarnemer. Alles bevindt zich in de ruimte en tijd waarmee het verstrengeld is. Bij waarneming/interactie veranderen beide partijen.

Geen metafysische krachten maar gewoon waarschijnlijkheid
Alle in dit gedachte-experiment beschreven gebeurtenissen/veranderingen zijn effecten van waarschijnlijkheid. Het zijn dus geen ongrijpbare metafysische krachten die (een richting van) verandering teweegbrengen. Wat eruitziet als een kracht is gewoon de meest waarschijnlijke ontwikkeling onder bepaalde condities. De besproken ‘deeltjes’ hebben zes relaties. Door de relaties van hun relaties zijn ze uiteindelijk verbonden met alle andere deeltjes. Verschillende combinaties van relaties veranderen met een grotere of kleinere waarschijnlijkheid. Dit geeft ze eigenschappen, waardoor ze zich op een bepaalde manier gedragen. De vier fundamentele natuurkrachten worden alle vier apart besproken.

Informatie verspringt (kwantumtermen); deeltjes bewegen (macroscopische termen)
Informatie bevindt zich als kansverdelingen in superposities en verstrengelingen, en wordt sprongsgewijs herverdeeld naar nieuwe superposities. Hoe gaat dat? De Kopenhaagse interpretatie heeft het over een collaps van de golffunctie van de Schrödingervergelijking. Deze collaps bepaalt de uitkomst van de kansverdeling. Hoe ziet dat eruit voor macroscopische begrippen zoals ruimte en tijd? Wanneer de Schrödingervergelijking ruimte en tijd beschrijft, is de uitkomst een concrete waarde van ruimte of tijd die toegekend wordt aan een situatie. Er is dan bijvoorbeeld ruimte toegekend aan de relatie tussen twee punten/deeltjes. Met andere woorden: er is ruimte ontstaan tussen twee deeltjes. Dat is visueel voor te stellen als het verplaatsen van ruimte van de ene plek naar een andere plek, of – zoals wij eerder geneigd zijn te zeggen – een deeltje beweegt ten opzichte van een ander deeltje. Je zou ook kunnen zeggen dat dat bij een bewegend deeltje ruimte-informatie aan de voorzijde verdwijnt en aan de achterzijde erbij komt. Alles wordt hier uiteraard gezien in relatie tot de waarnemer.

Vergeet niet dat verplaatsing in ruimte of tijd naast lineair ook angulair gaat. Die angulaire uitwisseling is voor te stellen als een verandering van oriëntatie; in ruimte en tijd.

Een begin maken
In het volgende hoofdstuk wordt een begin gemaakt met het beschrijven van elementaire deeltjes als sets van relaties. Bij een relatie interpretatie zal het nooit mogelijk zijn om elementaire deeltjes als exacte dingen te beschrijven. Elk deeltje is uiteindelijk verbonden met alle andere elementen in het universum (isolatie bestaat niet), maar niet op precies dezelfde manier. Een deeltje is een patroon, geen exact ding. Toch is er binnen een deeltje een groot verschil in de mate van waarschijnlijkheid van verandering van de relaties, waardoor een zekere mate van stabiliteit ontstaat. Enerzijds hebben deeltjes verstrengelingen die bijna volledig vrij kunnen uitwisselen. Bij deze is het onwaarschijnlijk dat ze geen informatie herverdelen. Dit zijn saaie onzichtbare relaties met het universum. Anderzijds hebben ze relaties die zo sterk gebonden zijn dat het minder waarschijnlijk is dat ze wel informatie herverdelen. Een herverdeling van zo’n sterkere verstrengeling wordt collaps genoemd en vormt echt een sprong. Een collaps is als een ‘point of no return’. Deze verschillen in type verstrengeling maakt deeltjes enigszins stabiel en herkenbaar als bijvoorbeeld een elementair deeltje. Er zijn ook minder stabiele of zelfs instabiele elementaire deeltjes die snel vervallen tot iets anders. Dat zijn de bosonen, en de 2^e en 3^e generatie fermionen. Bij die laatste kun je je overigens afvragen of het gaat om elementaire deeltjes, of combinaties van een 1^e generatie fermion met een aanhangsel. Dat zou kunnen verklaren waarom ze zoveel zwaarder (lees: complexer) zijn; en zo instabiel.

Nieuwe generaties lijken vaak op hun ouders
In termen van relatiefysica kunnen deeltjes gezien worden als constructies van relaties. ‘Deeltjes’ blijven bij verandering niet intact, maar vormen door het verspringen van informatie telkens nieuwe generaties informatiesets. Deze lijken overigens vaak op hun ouders omdat de meest waarschijnlijke opties dikwijls kleine veranderingen zijn.

Bij elke verandering wordt een set gedemonteerd en opnieuw geconstrueerd

Intermezzo: Materie en antimaterie
Even iets over de factor tijd; een macroscopisch begrip. We onderscheiden twee richtingen van tijd: naar het verleden en naar de toekomst. Feynman-diagrammen laten mooi de effecten van de richting van de tijd zien. Materie beweegt naar de toekomst, antimaterie naar het verleden. Wanneer een deeltje zijn antideeltje tegenkomt, zullen beide annihileren tot fotonen. Dit zijn deeltjes waarvoor de richting van de tijd geen betekenis heeft. Deze nieuwgevormde fotonen vertegenwoordigen energie die ontstaan is uit de massa’s van het deeltje en het antideeltje.

Een elektron en een positron ‘annihileren’ tot een foton (creatie van een of meer fotonen)

Er is een theorie (er zijn ook andere) die zegt dat er kort na de Big Bang meer materie dan antimaterie was. Dat zou de reden zijn waarom er nu, naast fotonen – of beter: bosonen – die geen tijd kennen, bijna alleen materie over is. Dat er soms toch antimaterie is past bij een visie van samenhang, omdat er bij ontelbaar veel gebeurtenissen ook af en toe het onwaarschijnlijke gebeurt, en er heel even een antideeltje bestaat. Op macroniveau is dit geneutraliseerd. Onze vertrouwde materie is informatie die zich – in het grote geheel – in één richting ontwikkelt; de richting die wij de toekomst noemen. Wij leven in onze macroscopische wereld dus van het verleden naar de toekomst.

Om zo veel mogelijk aan te sluiten bij het Standard Model of Elementary Particles is in het volgende hoofdstuk voor het gemak in eerste instantie gekozen voor het bespreken van wat wij materie noemen. De antimaterie komt later ter sprake.

Nog meer over tijd
Wanneer men het over tijd heeft in de betekenis van de tijdsvolgorde (er is een voor en een na), of tijd die te maken heeft met causaliteit (dit volgt uit dat), gaat het over een emergent begrip dat van toepassing is op macroniveau. Tijd is overigens altijd subjectief en heeft alleen betekenis voor de waarnemer. Alles bevindt zich in de tijd waarmee het verstrengeld is.

Entropie en samenhang zijn de veroorzaker van de richting van de tijd. Ontwikkelingen kunnen op kwantumniveau nog heel even, en heel plaatselijk, terug bewegen. Want ook het onwaarschijnlijke kan gebeuren. Entropie is de factor die de mogelijkheid van het omdraaien van de richting van ontwikkelingen op macroniveau doet verdwijnen, omdat onwaarschijnlijkheden geneutraliseerd worden. Door entropie gebeurt globaal (verdeeld over het hele universum) alleen het meest waarschijnlijke.