Leven we eigenlijk in een hologram? Het zou zomaar kunnen

Alles om je heen is een illusie, en als je weet waar je moet kijken zie je de kieren

Is het heelal eigenlijk een hologram? Bent u een computersimulatie? Klinkt als voer voor sciencefiction (en dat is het ook), maar het idee wint ook stevig terrein in academische kringen - en in Silicon Valley. Wat is hier aan de hand?

Beeld Aïsha Zeijpveld

Het apparaat ziet eruit zoals natuurkundige apparaten er al snel uitzien: een rommelige explosie van slangen, snoeren, knoppen en buizen, samengepropt in een krappe ruimte bij het vermaarde Fermilab nabij Chicago. En toch: als er één apparaat is dat onze kijk op de wereld drastisch kan veranderen, is het deze opstelling wel. De 'Holometer', zoals het apparaat heet, is namelijk in het leven geroepen om iets ongelooflijks te onderzoeken: of de werkelijkheid misschien een projectie is.

De Holometer doet dat met twee haaks op elkaar geplaatste laserbundels, die heen en weer schieten door twee 40 meter lange tunnels. Door die laserbundels te laten versmelten kan de machine zeer minieme wiebelingen registreren in de spiegels waardoor de lasers vallen. En die verstorinkjes, miljarden malen kleiner nog dan de kern van een waterstofatoom, dáár zit het hem in. Het zou een fenomeen zijn vergelijkbaar met de pixels die opdoemen als je een bioscoopscherm van heel dichtbij bekijkt. De gruizigheid zou een sterke aanwijzing zijn dat de realiteit zoals we die kennen een hologram is - een driedimensionale projectie vanaf de rand van het heelal.

Ik zal u vertellen waarom dit artikel u aantrekt. Uw hele leven heeft u al het gevoel dat er iets raars is met uw bestaan. U kunt er niet goed de vinger op leggen wat het is, maar het knaagt, waar u ook gaat. En nu is de keuze aan u. U kunt doorbladeren, dit artikel overslaan, en geloven wat u wilt. Of u kunt verder lezen, en zien hoe diep het konijnenhol reikt.

Tekst gaat verder onder de foto.

In het konijnenhol: Neo (Keanu Reeves) in The Matrix. Beeld Warner Bros

In ongeveer die woorden ging het in The Matrix, de legendarische sciencefictionfilm waarin (spoiler alert) de werkelijkheid een enorme computersimulatie blijkt. Hoofdpersonage Neo kiest voor het konijnenhol, neemt een rode pil en wordt ruw wakker in een andere werkelijkheid: een wereld waarin robots de macht hebben gegrepen en mensen zijn ondergedompeld in een computer-gegenereerde, niet van echt te onderscheiden droom.

Sciencefiction natuurlijk. Maar opmerkelijk genoeg wél een idee dat ook in de academische wereld steeds wijdere kringen trekt. In New York was The Matrix onlangs gespreksthema van een publieksdebat met prominente natuurkundigen zoals Max Tegmark, Lisa Randall, James Gates en Neil deGrasse Tyson. In Washington baarden drie fysici opzien met een technisch vakartikel over de 'grenswaarden aan het heelal als numerieke simulatie'. En in een curieus expertrapport signaleerde de Bank of America Merrill Lynch afgelopen herfst dat de kans 20 tot 50 procent is dat de mens leeft in 'een fotorealistische 3D-simulatie'.

Aanwijzingen van computersimulatie

Alles om u heen, een illusie van bordkarton. Misschien is het beter als u even een slokje water neemt. Want als je weet waar je moet kijken, en je kijkt goed, kun je de kiertjes zien zitten.

'Ik kan me best voorstellen dat iemand zegt: we zien hier aanwijzingen van een computersimulatie', zegt in Nijmegen hoogleraar radioastronomie Heino Falcke. 'De denkstap valt te verenigen met wat we nu denken te weten over het heelal', zegt natuurkundejournalist George van Hal van New Scientist, die zowel een boek schreef over de wetenschap achter sciencefiction als een over de hogere natuurkunde van de kosmos.

Theoretisch fysicus Erik Verlinde (UvA) begint zijn voordrachten tegenwoordig zelfs vaak met een plaatje van de befaamde dwarrelende groene kriebeltekentjes uit The Matrix. 'Ik geloof wel dat we uiteindelijk zijn opgebouwd uit informatie', zegt hij. 'En dat de werkelijkheid zoals we die zien daarvan is afgeleid. En dan kun je je terecht afvragen: zijn we hier nou aanwezig, ja of nee?'

Die vraag is zo oud als de mensheid zelf. Al in de 4de eeuw voor Christus overwoog Plato of de wereld misschien de slagschaduw is van een of andere hogere, 'echtere' wereld; en in China vroeg Zhuangzi zich rond diezelfde tijd filosofisch af of hij droomde dat hij een vlinder was, of een vlinder die droomde dat hij Zhuangzi was.

In recentere tijden begon dat idee ook door te lekken naar de natuurkunde. Geen wonder: fysici zitten immers met een heelal vol geestverruimende zaken zoals onzichtbare krachten, ongrijpbare deeltjes en in zichzelf opgerolde dimensies. Een heelal, dat allang niet meer is te snappen met het boerenverstand, maar waarmee de rekenregels van de wiskunde wonderlijk genoeg wél uit de voeten kunnen.

Waarom wiskunde?

Dat is meteen al de eerste aanwijzing: waarom wiskunde? Een heelal met mooie rechte muren waarlangs je een meetlat kunt leggen, het lijkt hier verdorie wel een kunstmatig ding. Of neem de natuurconstanten, de vaste 'kengetallen' zoals de lichtsnelheid of de gravitatieconstante die de basis vormen onder de natuurkunde. Veel van de constanten lijken precies goed 'ingeregeld' om ons heelal mogelijk te maken, constateerden vele, vaak religieus ingestelde kosmologen nadat astronoom Fred Hoyle er in de jaren vijftig als eerste op had gewezen. Raar. Waarom zou dat zo zijn?

Het was de Brits-Zweedse filosoof Nick Bostrom die tien jaar geleden de hypothese nieuw leven inblies en hem cultstatus gaf. In vakblad Philosophical Quarterly opperde Bostrom dat het zelfs waarschijnlijk is dat we in een simulatie leven. In de verre toekomst zullen onze nakomelingen ongetwijfeld geavanceerde, niet van echt te onderscheiden computersimulaties maken, redeneerde hij. Die simulaties zullen de wereld nabootsen, zoals Civilization en The Sims dat ook al doen. En dat betekent dat we, statistisch gezien, 'zo goed als zeker in een simulatie leven'. In een wereld waar iedereen massaal computergames speelt, is de kans dat je een digitale Mario bent immers veel groter dan dat je een échte Mario bent.

Ook in de kosmologie is er een heropleving. Altijd al waren er kosmologen die het heelal voorstellen als een eindeloze opeenstapeling van pixelachtige blokjes, schetst theoretisch fysicus Gerard 't Hooft (Universiteit Utrecht). 'En de achterliggende gedachte, dat je het heelal kunt opvatten als een soort rooster waarin de punten beïnvloeden wat hun buur doet, is ook helemaal niet zo gek.'

Inmiddels, signaleert Verlinde, maakt de theoretische natuurkunde een omslag van klein naar groot. 'De 20ste eeuw was de eeuw van het reductionisme, waarbij alles uit deeltjes en krachten moest bestaan. Maar de taal van de 21ste eeuw is een heel andere', zegt hij. 'We zijn anders aan het nadenken, hebben het over verbondenheid en over emergente eigenschappen die spontaan uit de losse onderdelen tevoorschijn komen. Dat maakt de aandacht voor projecties en computersimulaties misschien een teken des tijds.'

Heelal van getallen

Zelf hoort Verlinde tot de groeiende stroom natuurkundigen die meent dat je het heelal het beste kunt beschrijven als opgebouwd uit informatie. Nullen en enen, ook de zwarte lege ruimte bestaat eruit, het hele heelal is informatie. Het is uit het gewriemel en gekronkel van die nullen en enen dat de natuurkunde opdoemt, denkt hij. En dat opdoemen gaat nogal letterlijk: als een hologram, omdat de nullen en enen een met elkaar 'verstrengeld' weefsel vormen dat voortdurend informatie doorsluist van en naar de rand van het heelal. 'Zodat alles wat zich in het universum afspeelt een soort afspiegeling is van wat er gebeurt op een schil aan de buitenkant', zegt hij.

En ja, daar snappen gewone mensen natuurlijk niets meer van en begint de grote spraakverwarring, denkt onder meer Van Hal. 'Het gaat in de natuurkunde vooral om die wiskunde. Als we het zus en zo opschrijven, werkt het beter', zegt hij. 'Je kunt ook prima rekenen aan elektromagnetische velden, zonder dat iemand ooit veldlijnen door zijn huis ziet lopen.'

Tekst gaat verder onder de foto.

Beeld Aisha Zeijpveld

Verwarrend dus dat het woord 'hologram' onmiddellijk associaties oproept met... nou ja, 3D-projecties. Nep. Toen de Grieks-Britse fysicus Kostas Skenderis vorige maand bewijs presenteerde dat het heelal kort na de oerknal uitstekend valt te beschrijven als hologram, spraken de nieuwskoppen boekdelen: het eerste bewijs dat ons universum een hologram is! 'Hier stuit je echt op een van de grotere vragen die we aan het stellen zijn', vertelt Verlinde. 'Kunnen we wat we zien in de ruimte opvatten als echt of niet? Ik denk eerlijk gezegd dat we het antwoord nog niet hebben gevonden.'

't Hooft, die het holografisch principe in de jaren negentig introduceerde, benadrukt dat het hologram vooral een soort boekhoudkundige truc is om de natuur te beschrijven. Op zeer kleine schaal, veel kleiner dan een atoom, blijken ruimte en tijd namelijk niet meer spiegelglad, maar begint de ruimtetijd te krommen, als krullende golfkoppen op een stormachtige zee. Om die zee te overzien, is het nuttig hem van bovenaf te bekijken - alsof het een plat vlak is.

'Dat was het idee van holografie', schetst 't Hooft. 'Het is gewoon een efficiënte manier om de werkelijkheid te beschrijven. En hoewel er een beetje een waas van geheimzinnigheid omheen hangt, is dat idee bruikbaar in allerlei modellen. Eigenlijk in alle situaties waarbij je merkt dat een theorie in een lager aantal dimensies wiskundig gezien een getrouwe afspiegeling is van die theorie in een hoger aantal dimensies.'

Holometer-experiment

Zo denken ze er ook over bij het Holometer-experiment in de VS. Terwijl de Holometer een zekere cultstatus verwierf in de nerd-o-sfeer van sciencefictionliefhebbers en toekomstmijmeraars, brachten de eerste metingen nog niet de gehoopte quantumgruizigheid aan het licht die zou kunnen duiden op een projectie. Maar zelfs als die korreligheid wél opduikt, is onduidelijk wat dat precies betekent, benadrukt Fermilab op zijn website.

Daar staat het als de bijsluiter bij een financieel product: 'Als fysici zeggen dat het heelal in het echt tweedimensionaal is, betekent dat nog niet dat de derde dimensie niet bestaat. Bovendien impliceert de gedachte dat ons driedimensionale heelal op de een of andere manier is gecodeerd in twee dimensies nog niet dat er iets of iemand is die de illusie projecteert of de simulatie draait.' Ook 't Hooft gelooft niet dat we een afspiegeling zijn. 'Juist het tegenovergestelde: ik denk dat we heel concreet in een driedimensionale structuur leven', zegt hij.

En de nullen en enen? Die informatie waaruit het heelal voortkomt - wat ís dat precies? Verlinde zet de knop van de natuurkundige weirdheid nog een tandje hoger: 'Als ik microscopisch denk, dan denk ik dat de bouwstenen van het universum vergelijkbaar zijn met wat je een quantumcomputer kunt noemen. Maar dan op een vreselijk kleine schaal. En de werkelijkheid die we zien is daarvan afgeleid. Of we zijn het gevolg van een of andere ingewikkelde berekening.'

't Hooft ziet het universum als een soort meerdimensionale superspreadsheet van getallen die voortdurend op elkaar inwerken, 'als het rekenboek van een superwiskundige', zoals hij verwoordt. 'Ik kan me een nog extremere visie op ons heelal voorstellen: misschien ís het heelal niets anders dan de wereld van getallen, met al hun bijzondere eigenschappen', stelt hij. 'Getallen geven hun eigenschappen door aan andere, nog grotere getallen, via de wiskunde. Het zou zomaar kunnen zijn dat de getallen op zichzelf een heelal vormen. Ons heelal? Het lijkt me denkbaar, maar echt begrijpen doen we dit nog helemaal niet.'

Dat doet toch al aardig denken aan de slierten computercode uit The Matrix. Van Hal drukt zich behoedzaam uit: 'Ik weet het gewoon niet. En bewijs het maar eens. Waar staat die quantumcomputer waarop de simulatie zou draaien eigenlijk?'

'Een miljard tegen één', zo schatte Tesla-oprichter Elon Musk afgelopen zomer in een voordracht de kans dat we in een computergame leven. En hij is de enige niet. Vooral in Silicon Valley is er sprake van een heuse 'obsessie met de simulatiehypothese', noteerde The New Yorker. Redacteur Tad Friend sprak zelfs twee miljardairs die de hulp van de wetenschap hebben ingeroepen om ze uit de simulatie te bevrijden. 'Helaas heb ik moeten beloven hun namen geheim te houden', mailt Friend desgevraagd.

Maar ja, ons hele universum als een technische gadget - waar anders dan in Silicon Valley kun je verwachten dat zo'n idee aanslaat? 'Uit die simulatietheorie spreekt een grote heilsverwachting', signaleert Falcke. 'Een heilsverwachting voor de technologie, zoals men die vroeger verwachtte van God of Jezus. Zelfs op datzelfde spirituele niveau.'

Tekst gaat verder onder de foto.

Het windmolenstelsel. Beeld getty

Bewijs het maar eens

En zoals ook bij God het geval is: bewijs maar eens dat we écht in The Matrix leven. Hoogleraar wijsgerige antropologie Jos de Mul (Erasmus Universiteit Rotterdam) begint over Ockhams scheermes: roep niet allerlei verklaringen aan die helemaal niet nodig zijn. 'Als het gras groeit, kun je daar ook allerlei bovennatuurlijke verklaringen voor bedenken. Maar waarom zou je?'

Bovendien is er ook wat tégen de simulatie in te brengen. 'Je zou een computer nodig hebben die groter is dan het heelal', zegt 't Hooft. 'Dat moet dus gebeuren in een ander heelal, eentje dat groter is dan het onze. Ik heb enige moeite om mij dat voor te stellen.'

Raar is ook dat onze werkelijkheid nergens compressie lijkt te bevatten, zoals je in games ziet: je zoomt in op een verre ster, om te ontdekken dat het gewoon wat losse pixels zijn, opgehangen ter decoratie. Misschien is dat wel het beste argument tégen de Grote Simulatie, vindt Verlinde: de werkelijkheid is te perfect. 'In de film The Matrix zag je op een gegeven moment een kat een stukje verspringen: een hapering! Maar in werkelijkheid word je nou nooit eens wakker om te ontdekken: hee, ze hebben de verkeerde dag gestart.' Zo'n foutje lijkt hem het overtuigendste bewijs voor een simulatie: 'Dat er iets onverwachts gebeurt. Een soort foutmelding. Als we in een simulatie leven, is de code wel érg goed geschreven.'

Brein in een vat

Officieel is The Matrix een gevalletje 'brein in een vat'. Dat is een filosofisch gedachtenexperiment, waarbij een echt bestaand brein een nepwerkelijkheid krijgt voorgeschoteld door het aan te sluiten op een simulatie. Een 'echte' gesimuleerde werkelijkheid komt volledig uit de computer: deeltjes en atomen zijn dan opgebouwd uit een of andere exotische omzetting van informatie naar tastbare materie.

Ontoetsbaar, onkenbaar, geen wetenschap meer. Een 'leuk gedachtenexperiment', zegt De Mul, 'niet natuurwetenschappelijk te onderzoeken', vindt Falcke. 'Een fantastisch idee dat erg op speculaties berust', constateert 't Hooft.

Of wacht. In elk geval één onderzoeksgroep denkt daar nadrukkelijk anders over. Misschien is de simulatie wel degelijk te kraken, door te kijken naar het gedrag van langsrazende kosmische deeltjes, oppert de Amerikaanse fysicus Silas Beane samen met twee collega's in alweer een vakartikel dat wereldwijd Matrix-achtige nieuwskoppen opleverde. Een computersimulatie zal op heel kleine schaal immers een onderliggend rooster hebben, zoals millimeterpapier op een tekentafel. En hoog-energetische kosmische deeltjes zouden die structuur blootleggen: ze zullen de neiging hebben om de lijntjes te volgen, 'op een manier die de structuur van het onderliggende rooster reflecteert', aldus de drie in Physical Review Letters. 'We hebben nog veel meer gegevens nodig', zei Beane op een presentatie in Californië. 'Maar als de simulator eindige bronnen heeft, zou zo'n effect er moeten zijn.'

De grote simulator, verraden door zijn ruitjespapier. Misschien moet u het glaasje water toch nog even bij de hand houden.


Vijf vragen aan Gerard 't Hooft

Waarom is er overal wiskunde?

Of het nu gaat om vallende appels of de beweging van het elektron: met de juiste natuurkundige vergelijkingen is het heelal prima te behappen. Dat is ergens ook raar. Waarom 'klopt' het heelal zo goed? Alsof het universum is uitgetekend op het millimeterpapier van de wiskunde.

Fysicus Gerard 't Hooft. Beeld Joost van den Broek / de Volkskrant

Waarom zijn de natuurconstanten wat ze zijn?

Uit de natuurkundevergelijkingen volgen zo'n 26 onveranderlijke, vaste, 'dimensieloze' getallen, zoals de massa van het elektron of de lichtsnelheid. Veel zouden problemen geven als ze groter of kleiner waren: atomen zouden instabiel zijn, sterren te kort leven. Dat kan betekenen dat er nog veel meer heelallen zijn, met iets anders afgestelde constanten. Of heeft iets of iemand ons heelal ingeregeld?

Zit er computercode verstopt in de natuurkunde?

Een bizarre en controversiële bewering van de vooraanstaande theoreticus James Gates van de Universiteit van Maryland: verstopt in de vergelijkingen van de snaartheorie vond hij, in zijn woorden, 'foutcorrecties zoals je die ook hebt in een browser'. De correcties zouden de werkelijkheid stabiliseren. Huh?

Kunnen we de pixels zien?

De kleinste lengteschaal in het heelal is de zogeheten Plancklengte, 10 tot de min 35ste meter. Maar als het heelal een projectie is, zou die schaal een stuk minder miniem moeten zijn - ongeveer zoals een projector pixels uitvergroot. In diverse experimenten zoekt men daarom naar zulke 'hologrampixels'.

Waarom is er een verband met informatica?

Theoretici merken de laatste jaren dat allerlei wiskundige begrippen uit de informatietheorie van pas komen ter verklaring van raadselachtige zaken uiteenlopend van donkere materie tot het schijnbare informatieverlies in zwarte gaten. Is het gewoon een teken des tijds dat uitgerekend onze generatie computerachtige eigenschappen in het heelal herkent, of zit er meer achter?

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.