Wat de fuck bedoel je, het universum is een hologram?

Vorige week publiceerden we een artikel dat er steeds meer bewijs is dat het universum een hologram is, maar dat artikel sloeg een nogal essentiële stap over: wat de fuck bedoel je, het universum is een hologram?!

Dit is een belangrijke vraag, voor iedereen zonder een master in theoretische natuurkunde, die opzij werd geschoven door de uitleg van het bewijs. Maar vrees niet! Het holografische principe is een fantastische theorie, met ongelofelijk veel gevolgen als deze bewezen wordt, dus ik wil graag de taak op me nemen om het uit te leggen in woorden die iedereen begrijpt en hopelijk duidelijk maken hoe extreem vet het principe is.

Verwacht dus geen moeilijke details die mijn kennis tentoonspreiden, maar waar niemand iets aan heeft, want 1) ik weet niet genoeg om daarover te vertellen, en 2) de theorie is eigenlijk niet heel moeilijk te begrijpen.

Wat ik je wel wil vertellen is waarom het principe bedacht is, waarom dat interessant is voor mensen zoals jij en ik, en wat het betekent voor de manier waarop we ALLES bekijken.

Laten we beginnen bij het begin: informatie.

Ik ben nu informatie op jou aan het overbrengen, door middel van woorden. Deze woorden dragen kennis over van mijn brein naar het jouwe.

Daarbij worden de woorden die ik hier schrijf opgeslagen op een server, waar harde schijven in zitten die mijn woorden coderen in enen en nullen. Op zo'n harde schijf lijkt de informatie (mijn uitleg over het holografisch principe) in geen velden of wegen op de conceptuele informatie die zich hopelijk in jouw brein nestelt. Maar de informatie staat er wel, in een andere vorm.

Hetzelfde geldt bijvoorbeeld voor een kaart van het openbaar vervoer; de kaart representeert de informatie die je nodig hebt om van punt A naar punt B te komen, zonder dat de kaart een perfecte replica is van de werkelijkheid van het metrostelsel.

Lang verhaal kort: informatie, in de abstracte zin van het woord, kan op verschillende manieren perfect opgeslagen worden, zonder dat het een absolute kopie is van het ding dat het omschrijft.

Onthoud dat.

Eerst even wat achtergrond, want waarom moeten natuurkundigen nou weer zoiets krankzinnigs verzinnen, als de wereld om ons heen prima werkt met de theorieën die we hebben?

In de woorden van Gerard 't Hoofd, één van de grondleggers van het holografische principe: "We hebben een wonderbaarlijke theorie over de werking van de natuur. Maar die is niet goed genoeg."

Het 'probleem', waarbij het holografische principe uitkomst moet bieden, ontstond toen Stephen Hawking stelde dat alle informatie die in zwart gat valt, voor altijd verdwijnt. Nu zullen de meeste mensen niet vaak een zwart gat tegenkomen, en lijkt dit probleem dus irrelevant voor jou en mij. Maar dat is niet zo!

Theorieën binnen exacte vakken als natuurkunde en wiskunde zijn gebaseerd op compleetheid. Een theorie moet ALTIJD en voor elke situatie kloppen om van waarde te zijn. Theorieën mogen niet 'een beetje' kloppen. En dat was precies het probleem bij de stelling van Hawking. Hij onderbouwde zijn statement dat informatie verloren gaat in een zwart gat door middel van quantummechanica – terwijl één van de basisprincipes van quantummechanica is dat informatie nooit (NOOIT) verloren mag gaan!

Zijn stelling mócht dus niet kloppen, omdat dat zou betekenen dat de interne logica van quantummechanica niet klopt en de hele theorie waardeloos is. Oké, niet waardeloos misschien, maar intussen weten we uit experimenten genoeg om te zeggen dat quantummechanica prachtig werkt. In real life. Het feit dat de chips in je computer zo snel, licht en klein zijn heb je bijvoorbeeld (deels) te danken aan quantummechanica.

Hawking moest er dus naast zitten. De informatie van objecten die in het zwarte gat vallen, moest ergens behouden worden.

Waar dan? In een hologram natuurlijk!

De Nederlandse Nobelprijswinnaar en natuurkundige Gerard 't Hooft was niet tevreden met Hawkings stelling en presenteerde een oplossing die nogal vreemd klinkt: de informatie van elk object dat in een zwart gat verdwijnt, wordt 'opgeslagen' in een tweedimensionaal oppervlak rondom het zwarte gat. Elke 'pixel' van dat oppervlak, ter grootte van een Planck-lengte (10^-33 cm), bevat een bit (1 of 0) en al die bits samen bevatten alle informatie van alle objecten die zich erbinnen bevinden. Een soort hologram dus, van alles binnen het oppervlakte. En voilá: het holografische principe.

Maar wacht, niet afhaken! We doen een stapje terug, want het wordt pas boeiend als je ziet wat dit betekent.

Het moeilijkste aan het holografische principe is er een voorstelling van maken in je hoofd. Dat is niet raar, aangezien wij de wereld ervaren in drie dimensies en niet als een tweedimensionaal vlak van allemaal kleine pixels.

Laat me dit uitleggen aan de hand van een uitleg van Leonard Susskind, een natuurkundige die het holografisch principe van 't Hooft verder uitwerkte.

Je kent wel van die hologrammen toch? Geen high-tech shit, gewoon die groene plaatjes die je in rare fantasy-winkeltjes kan kopen die diepte lijken te hebben als je ernaar kijkt. En waar je een beetje omheen kan kijken. Zoals deze:

Als je inzoomt op zo'n hologram zie je dit:

Onzin. Ruis. Er valt geen pijl op te trekken, je weet niet wat het uiteindelijke object is dat je gaat zien.

Maar als je weer uitzoomt, zie je bijvoorbeeld deze kindonvriendelijke clown die een sigaar rookt. Als je er omheen beweegt, zie je diepte en zou je de achterkant of de kalende kruin van de clown kunnen zien. In 3D. Terwijl het gewoon een tweedimensionaal oppervlak is waar je naar kijkt!

Zo moet je je ongeveer voorstellen hoe het holografisch principe werkt, alleen in plaats van een sigaarrokende clown, staat alle informatie van het universum gecodeerd op dat tweedimensionale oppervlakte.

Kijk om je heen en neem even een momentje om je dat voor te stellen. Alles wat jij nu voor je ziet is eigenlijk net zo'n hologram, plat, met een illusie van diepte die gecreëerd wordt door onze beperkte sensoren en bewustzijn. De diepte die je ziet en de dingen die je voelt zijn allemaal het gevolg van uitwisseling van bits op een plat vlak. Jij bent zelf ook een plat hologram.

In ons hoofd zou een tweedimensionaal vlak met informatie een gevolg zijn van alles wat erin zit – zoals de informatie op een metrokaart het gevolg is van hoe de metro's op elkaar aansluiten. Maar dat is bij het holografische principe precies verkeerd om geredeneerd.

Wij zien de tweedimensionale metrokaart als gevolg van het bestaan van de metro, terwijl het holografische principe in feite stelt dat de tweedimensionale kaart het metrosysteem laat ontstaan. Raar!

Dit is wat het holografische principe zo fundamenteel dope maakt. Wij mensen interpreteren de wereld in drie dimensies, maar eigenlijk zijn ontstaat die ervaring van ruimtelijkheid uit de interactie van tweedimensionale bits. De driedimensionale ruimte is slechts een soort onbedoeld gevolg van de informatie die tweedimensionaal is opgeslagen. Een beetje zoals je ogen diepte zien op twee platte schermen in virtual reality.

Dit heeft meer consequenties dan een goed gespreksonderwerp met je stonervrienden.

Ten eerste is het een fundamenteel andere manier van kijken naar het universum, ongeveer net zo'n grote paradigmaverandering als de relativiteitstheorie of de quantummechanica. De relativiteitstheorie veranderde compleet hoe we kijken naar hele grote en hele snelle objecten. De quantummechanica bewees dat hele kleine dingen zich heel raar gaan gedragen. Het holografische principe zou veranderen hoe we kijken naar alles. Letterlijk.

Daarnaast zou het principe een brug kunnen zijn tussen die twee kolossen van theorieën. Op het moment is het namelijk zo dat quantummechanica niet gerijmd kan worden met zwaartekracht. De wetten van quantummechanica werken niet meer als je naar groottes gaat kijken waarop zwaartekracht relevant wordt. Het holografische principe geeft een mogelijkheid om beide theorieën te herformuleren op een nieuwe basiseenheid: informatie.

De huidige basiseenheden, zoals energie, ruimte en materie, zouden met het holografische principe gereduceerd worden tot gevolgen van het bestaan van informatie. Natuurkundigen noemen dit emergente eigenschappen, die ontstaan uit de interactie van patronen in de informatie.

Maar voordat dit een algemeen geaccepteerd 'feit' wordt, moet er nog een hoop werk worden verricht. Niet alleen zou er beter experimenteel bewijs moeten worden gevonden – wetenschappers hebben al enkele aanwijzingen gevonden, maar het is nog niet sluitend – er moeten ook nog wat gaten worden gedicht. Zo werkt het holografische principe nog niet met een tijdsdimensie, en zijn er wat andere probleempjes die te gecompliceerd zijn om hier uit te leggen.

Desalniettemin is het holografische principe een fantastische theorie met een hele hoop bizar intelligente natuurkundigen als aanhangers. En is het, zelfs voor stervelingen als jij en ik, een mega-interessante manier om naar de werkelijkheid te kijken.

Het komt niet vaak voor dat er een theorie wordt bedacht die de kijk op de wereld en het universum fundamenteel verandert – en met een beetje geluk mogen wij getuige zijn van een periode waarin dit gebeurt.