De bizarre wetten van de quantummechanica zijn wellicht ook toe te passen op de alledaagse wereld. Ze kunnen ons inzicht bieden in complexe sociale systemen, stellen Andrei Khrennikov en Emmanuel Haven.
Bron: ANP
De vraag wat het onderscheid is tussen bewustzijn en niet bewust zijn, is moeilijk te beantwoorden. Als het bewustzijn een fysieke basis heeft, geldt dat dan ook voor de afwezigheid daarvan?
Dat lijkt voer voor psychologen, en niet voor natuurkundigen. Of toch wel? Wolfgang Pauli, die in 1945 de Nobelprijs voor de Natuurkunde kreeg voor zijn verdiensten in de quantummechanica, stelde dat de interactie tussen het bewuste en het onbewuste gelijkenis vertoont met een van de basisideeën binnen de quantumfysica: complementariteit. Dat wil zeggen dat het onmogelijk is om het gedrag van een deeltje te onderscheiden van diens interactie met het observerende instrument.
Pauli’s analogie gaat over twee verschijnselen die zich op een totaal andere schaal afspelen: de quantumschaal, het domein van de deeltjes, en de macroscopische wereld van (in dit geval) het brein. Hoe kan Pauli deze twee werelden aan elkaar gelijkstellen?
De wetten van de quantummechanica gehoorzamen niet aan de logica van de macroscopische wereld. Het gedrag van elektronen hangt bijvoorbeeld af van de vraag of ze worden waargenomen of niet. Bovendien lijken ze zich soms op twee plaatsen tegelijk te bevinden. En dan is er nog het fenomeen verstrengeling, waarbij twee deeltjes als een eenheid opereren, zelfs wanneer ze zich op grote afstand van elkaar bevinden.
Geen wonder dat sinds de jaren twintig, toen de quantumfysica ontstond, de mening heerst dat dit soort bizarre verschijnselen niet voorbij de quantumschaal te vinden zijn.
Geur
De afgelopen vijftien jaar echter zijn er steeds meer aanwijzingen gevonden dat quantummechanische processen zich wel degelijk op een macroscopisch niveau kunnen afspelen. Anton Zeilinger, fysicus aan universiteit van Wenen, heeft aangetoond dat interferentie van een deeltje met zichzelf eveneens optreedt bij grote holle koosltofmoleculen zoals C60, de zogeheten fullereen-moleculen of buckyballs. En een recente studie over onze reuk suggereert dat een quantummechanisch mechanisme betrokken is bij het activeren van geurreceptoren door moleculen.
Deze voorbeelden tonen aan dat bepaalde fysische processen op een schaal groter dan de quantumschaal verklaard kunnen worden met de regels van de quantumwereld. Maar kunnen we die regels ook toepassen in situaties waar überhaupt geen quantumprocessen aanwezig zijn?
Wij denken van wel. In Quantum Social Science stellen we voor om ‘quantumachtige’ modellen te gebruiken voor vakgebieden buiten de natuurkunde, met name de studie van complexe sociale systemen. Het idee om quantummechanica te gebruiken buiten de natuurkunde ontstond ruim tien jaar geleden. We probeerden toen nieuwe manieren te vinden om in de sociale wetenschappen de rol van informatie te modelleren, zoals informatie die van invloed is op de prijs van goederen.
We ontdekten dat concepten uit de quantumwereld bruikbaar zijn om inzicht te verschaffen in economische processen. Zo blijken quantumpotentialen een rol te kunnen spelen in de constructie van prijsformules.
Hoewel het idee om quantummechanica toe te passen in de sociale wetenschappen nog altijd vrij nieuw is, duiken steeds meer overtuigend bewijs op dat het een goede manier is om complexe situaties te begrijpen. Het gebied waarop die benadering de meeste vooruitgang heeft geboekt is de besluitvormingstheorie. In de psychologie en de economische wetenschappen worden modellen van besluitvormingsgedrag veel gebruikt. Maar het blijft moeilijk om te bepalen hoe accuraat ze zijn. Veel van de traditionele modellen zijn gebaseerd op de aanname dat mensen op rationele wijze een optimaal resultaat nastreven. In werkelijkheid gebeurt dat niet, doordat onze redenaties vertroebeld worden door vooringenomenheid.
Een klassiek voorbeeld hiervan is de zogeheten ellsberg-paradox. De psychologen Amos Tversky van Stanford en Eldar Shafir van Princeton bestudeerden hoe proefpersonen beslissingen namen in een spel van twee rondes. De uitslag van de tweede ronde hield geen verband met de uitslag van de eerste. De helft van de deelnemers kreeg de uitslag van de eerste ronde te horen, de andere helft niet. Ze mochten daarna beslissen of ze al dan niet zouden deelnemen aan ronde twee. Wat bleek: die beslissing werd sterk beïnvloed door kennis over de uitslag in de eerste ronde.
Dat gedrag toont onze aversie tegen ambiguïteit aan en onze voorkeur voor het bekende boven het onbekende.
Toch worstelen economen en psychologen daar nog altijd mee, omdat het ingaat tegen de wet van de totale kans. Dat is een klassiek model dat de waarschijnlijkheid van een uitkomst berekent.
Massamedia
Hoe past de quantumfysica hier in? Het blijkt dat dezelfde wet van de totale kans ook geschonden wordt in het tweespletenexperiment, dat aantoont dat elektronen met zichzelf interfereren. Om dat wiskundig te verklaren is een speciale factor nodig, genaamd quantum-interferentieterm.
Volgens Jerome Busemeyer, verbonden aan de universiteit van Indiana, en Diederik Aerts van de VU Brussel kan deze quantum-interferentieterm ook worden gebruikt om de vreemde waarschijnlijkheidswaarden in de ellsberg-paradox te verklaren. In het dagelijks leven hangen beslissingen vaak van de context af: een complexe mix van fysische, sociale en financiële factoren. Klassieke waarschijnlijkheidswetten kunnen weinig metcontext, maar de wetten van de quantumwaarschijnlijkheid wel.
Hersenwetenschap is een ander gebied dat kan profiteren van een quantumachtige benadering. Het toepassen van de quantuminformatietheorie bij het modelleren van het brein heeft geleid tot het ontstaan van een nieuw soort kunstmatige intelligentie. Het onderzoek lijkt veelbelovend: afgelopen mei kondigden Google en Nasa de lancering van een gezamenlijk Quantum Artificial Intelligence Lab aan.
We proberen ook te begrijpen hoe kiezers worden beïnvloed door de massamedia. Het blijkt dat we met de zogeheten quantum-mastervergelijking kunnen rekenen aan de interactie tussen een sociaal systeem en zijn omgeving, en daarmee de dynamiek van het kiezerssentiment.
Quantum-sociale wetenschap is een jong vakgebied. We willen benadrukken dat we er niet op uit zijn om de sociale wetenschappen in hun geheel op quantumleest te schoeien. Evenmin beweren we dat er daadwerkelijk quantumfysica aan het werk is in de complexe en grootschalige processen die wij beschreven hebben. Maar gezien de grote aandacht op congressen en de groeiende onderzoeksbudgetten ziet de toekomst er goed uit.
Andrei Khrennikov van de Linnaeus University in Zweden en de Belg Emmanuel Haven van de universiteit van Leicester in Engeland werken al tien jaar samen aan het toepassen van quantummechanische wiskunde op gebieden buiten de fysica. Quantum Social Science is hun nieuwste boek.