Stel je voor dat twee grote ideeën samenkomen. Het eerste komt van Thomas Hertog en Stephen Hawking. Hun beeld van het vroege universum stelt: helemaal aan het begin is er geen scherp “eerste moment” met vaste regels. Er is een soort kwantumnevel – vele mogelijke manieren waarop de kosmos zich zou kunnen ontvouwen. Naarmate het universum groeit, worden sommige patronen stabiel en kopieerbaar, en krijgen we de vertrouwde, constante natuurwetten die we vandaag de dag meten. Hertog (samen met Hawking) hanteert een worm-tube perspectief waarin oorsprong, evolutie en waarnemerschap met elkaar verbonden zijn.
Het tweede idee komt van Kurt Gödel. Gödel dacht dat wiskunde niet zomaar een menselijk spelletje is; het is een echt, tijdloos landschap van waarheden. Hij toonde ook aan dat geen enkele afzonderlijke set van regels alle wiskundige waarheid kan omvatten – er zullen altijd ware stellingen zijn die buiten elke eindige lijst van axioma’s vallen. En hij vermoedde dat tijd, zoals wij die voelen stromen, niet fundamenteel is. De werkelijkheid is diep vanbinnen misschien meer een geheel – zoals een volledige roman die in één keer bestaat, ook al lezen we hem pagina voor pagina.
Hoe passen deze ideeën in elkaar? Hier is een eenvoudige manier om het te zien.
Stel je een tijdloze bibliotheek voor die elke consistente wiskundige blauwdruk voor een universum bevat – elke geometrie, elke set van krachten, elk mogelijk “wetboek”, en zelfs elke volledige geschiedenis die zou kunnen bestaan. De bibliotheek zelf verandert niet. Dat is het domein van Gödel: alles tegelijk, buiten de tijd.
Stel je nu een enkele route voor die door die bibliotheek is uitgestippeld: die route is ons universum. Terwijl je erlangs beweegt, verschijnt tijd als een ordening van gebeurtenissen; er gebeuren dingen; herinneringen stapelen zich op. In het begin loopt de route door de “kwantumnevel”-secties van de bibliotheek, waar vele alternatieven elkaar overlappen. Later betreedt de route hoofdstukken waar vertrouwde, stabiele regels de boventoon voeren – de zwaartekracht gedraagt zich zoals we verwachten, atomen behouden hun structuur, sterren worden gevormd, scheikunde werkt. De regels zijn niet veranderd in de bibliotheek; wat veranderd is, is door welk deel van de bibliotheek onze route loopt. Dat is het verhaal van Hertog-Hawking: langs de route worden de wetten voor ons feitelijk vastgelegd.
Er zit nog een wending in hun beeld: top-downselectie. De feiten die we nu waarnemen – bijvoorbeeld dat er sterrenstelsels bestaan en dat koolstofchemie werkt – fungeren als aanwijzingen aan het einde van een mysterieroman. De kennis van het laatste hoofdstuk beperkt welke eerdere hoofdstukken hiernaartoe hadden kunnen leiden. In termen van de fysica “filteren” onze huidige gegevens de ruimte van mogelijke beginpunten. Van alle vroege kwantummogelijkheden overleven alleen die welke verenigbaar zijn met wat we zien als serieuze kandidaten voor ons verleden. Dit is geen magie; het is gewoon voorwaardelijk redeneren op grote schaal.
Waar passen waarnemers in dit verhaal? Beklim de “ladder van het waarnemerschap,” van natuurkunde tot cultuur.
Onderaan botsen kwantumsystemen tegen hun omgeving en laten ze sporen na. De meeste delicate kwantumtoestanden vervagen, maar enkele robuuste patronen overleven en kunnen steeds opnieuw worden gekopieerd. Dat kopiëren – in technische termen decoherentie genoemd – bouwt de gemeenschappelijke, klassieke wereld waar we het over eens zijn.
Het leven evolueert om die sporen te lezen. Ogen vangen fotonen, oren vangen drukgolven, neuzen vangen chemicaliën. Wezens comprimeren enorme stromen ruwe data tot eenvoudige signalen: licht betekent dag, een geur betekent voedsel, een schaduw betekent gevaar.
Hersenen gaan verder: ze voorspellen. Ze bouwen interne modellen, vergelijken verwachtingen met wat er daadwerkelijk gebeurt, en passen zich aan. Aandacht en bewustzijn voelen als het controlepaneel voor dat onophoudelijke modelleren. Een geest registreert niet alleen; hij gokt, test en leert.
Aan de top geven wetenschap en wiskunde deze fundamentele cyclus een enorme impuls. We bouwen instrumenten die onze zintuigen vergroten. We delen methoden die feiten stabiel maken voor verschillende mensen en plaatsen. En we creëren symbolen – vergelijkingen en concepten – die diepe regelmatigheden met een verbazingwekkende efficiëntie vastleggen. Kortom, waarnemers staan niet buiten het verhaal. Ze zijn een laat, maar krachtig onderdeel van hoe één tak van de bibliotheek leesbaar en wetmatig wordt.
En Gödels beroemde limieten? Die geven ons een zachte waarschuwing. Als de wiskunde dieper is dan welke eindige lijst van axioma’s dan ook, dan moeten we geen uiteindelijke, kleine “theorie van alles” verwachten die alle feiten voor eens en voor altijd verklaart. In plaats daarvan moeten we een raamwerk verwachten dat ons vertelt hoe we mogelijke geschiedenissen moeten wegen en waarom bepaalde patronen domineren in werelden zoals de onze. Binnen dat raamwerk zullen onze “wetten” ongelooflijk goed zijn – goed genoeg om sondes op kometen te laten landen en microchips te ontwerpen – maar nog steeds effectief en regime-gebonden. Duw je naar de extremen – het zeer vroege universum, de binnenkant van zwarte gaten – dan kunnen sommige van die wetten buigen of plaatsmaken voor een algemenere beschrijving. Zie dit als een Gödel-vormige horizon voor onze verklaringen: er is altijd een breder perspectief.
Dit verzacht ook de oude strijd over het concept tijd. Op het niveau van de bibliotheek stroomt er niets; de hele structuur is gewoon. Langs onze route is tijd zo echt als wat dan ook – herinneringen stapelen zich op, entropie groeit, pijlen wijzen van verleden naar toekomst. Beide visies kunnen tegelijkertijd waar zijn omdat ze spreken over verschillende niveaus: de kaart (tijdloos) en de reis (vol van tijd).
Samengevat luidt het verhaal als volgt. De fundamentele bouwstenen van de werkelijkheid zijn wiskundig en onuitputtelijk. Ons universum is één gerealiseerd pad door die bouwstenen. In het begin loopt het pad door een regio waar alles wat kan gebeuren, ook gebeurt – op een vage manier. Naarmate patronen zich vestigen en gekopieerd kunnen worden, wordt de wereld klassiek en “zetten” de wetten die we kennen zich “vast”. Waarnemers ontstaan binnen deze gestabiliseerde wereld. Ze lezen verslagen, bouwen modellen en slagen er met wetenschap en wiskunde in om verbazingwekkend veel te zeggen over hun hoekje van de bibliotheek, zelfs terwijl een uiteindelijke, volledige encyclopedie buiten bereik blijft.
Het beeld is dus eenvoudig, hoewel groots. Een tijdloze bibliotheek van mogelijkheden; een pad dat onze wereld wordt; wetten die zich verharden naarmate patronen zich vestigen; waarnemers die opklimmen van ruwe data naar wetenschap; en een herinnering van Gödel dat er altijd meer planken overblijven om te verkennen.