Illya Jongeneel
Gepubliceerd: juni 2025

De zoektocht naar een allesomvattende theorie voert langs een onverwachte route: informatie. Geen data op een harde schijf, maar fundamentele quantuminformatie. Wat als de werkelijkheid niet uit deeltjes, maar uit bits bestaat?

Twee grootmachten, één probleem

De moderne natuurkunde wordt gedomineerd door twee zwaargewichten:

De algemene relativiteitstheorie, die zwaartekracht en ruimte-tijd beschrijft.
De quantummechanica, die het gedrag van elementaire deeltjes verklaart.

Beide theorieën zijn experimenteel bevestigd tot ver achter de komma – en toch spreken ze een radicaal andere taal. Pogingen om deze theorieën samen te voegen in één unificatietheorie – ook wel de theorie van alles genoemd – lopen vaak spaak. Vooral in extreme omstandigheden, zoals in het binnenste van zwarte gaten of bij het ontstaan van het heelal, botsen de formules.

Toch komt er iets nieuws aan het licht: informatie. Een groeiende groep natuurkundigen vermoedt dat niet materie of energie, maar informatie het fundament is waaruit ons universum ontstaat.

Wat is quantuminformatie?

In de klassieke informatietheorie – ontwikkeld door Claude Shannon in 1948 – wordt informatie opgeslagen in bits: een systeem dat óf 0 óf 1 is. In de quantummechanica wordt dit uitgebreid naar qubits, die in een superpositie kunnen verkeren: tegelijk 0 én 1. Dat lijkt abstract, maar is experimenteel bevestigd en vormt de basis van de quantumcomputer.

Daarbij komt het fenomeen van quantumverstrengeling. Twee qubits die met elkaar in contact zijn geweest, kunnen zo met elkaar verbonden blijven dat een meting aan de ene direct informatie geeft over de andere, zelfs als ze zich lichtjaren van elkaar bevinden. Dit verschijnsel – non-lokaliteit – werd door Einstein sceptisch omschreven als “spooky action at a distance”, maar is inmiddels een hard experimenteel feit.

Alles is informatie?

De Amerikaanse fysicus John Wheeler verwoordde het in de jaren zeventig als:

“It from bit” – elk fysiek object (een it) komt voort uit informatie (bit).

Recente theorieën zoals de holografische principe, quantumzwaartekracht en entropische zwaartekracht bouwen verder op dit idee. De ruimte zelf, stellen sommige theoretici, zou kunnen ontstaan uit netwerken van verstrengelde qubits. Het universum is dan geen ‘ding’ in ruimte – het is ruimte, ontstaan uit informatie.

De Nederlandse theoretisch fysicus Erik Verlinde heeft zelfs gesuggereerd dat zwaartekracht een gevolg is van veranderende informatietoestanden aan de rand van een systeem – niet een fundamentele kracht, maar een emergent verschijnsel.

Zwarte gaten als informatiepoorten

Nergens wordt de spanning tussen relativiteit en quantummechanica duidelijker dan bij zwarte gaten. Volgens Einstein zijn ze het gevolg van een extreme kromming van ruimte-tijd. Maar volgens Stephen Hawking stralen ze – paradoxaal genoeg – langzaam verdampende deeltjes uit. Hierdoor lijkt informatie te verdwijnen, iets wat binnen de quantummechanica niet mág gebeuren.

Dit probleem – de informatieparadox – heeft geleid tot radicale ideeën. Onder andere dat de informatie die in zwarte gaten valt, toch bewaard blijft aan de rand ervan, gecodeerd als een soort hologram. Deze holografische theorie van ruimte-tijd is een actieve onderzoekslijn in de fundamentele fysica.

Zijn we op weg naar een informatietheorie van alles?

In steeds meer modellen wordt informatie niet als bijzaak, maar als de essentie van de werkelijkheid beschouwd. Entanglementnetwerken, kwantuminformatievelden en emergente ruimte beschrijven hoe klassieke structuren – zoals massa, zwaartekracht en tijd – kunnen voortkomen uit onderliggende informatiedynamiek.

Hoewel deze benadering nog geen sluitend bewijs heeft, biedt ze een intrigerende brug tussen relativiteit en quantumtheorie. De ‘tegentijdige’ eigenschappen van beide systemen – continu versus discreet, lokaal versus non-lokaal – blijken misschien geen tegenstelling, maar juist complementair.

Een these als brug

Dit leidt tot de volgende werkhypothese:

“De fundamentele bouwsteen van de werkelijkheid is verstrengelde quantuminformatie. Ruimte, tijd en materie ontstaan uit de interactie van complementaire informatietoestanden.”

Het universum is dan niet een verzameling dingen in de ruimte, maar een verstrengeld informatieweefsel dat ruimte en tijd zélf genereert. De materie is slechts één mogelijke uitdrukking van deze onderliggende structuur.

Slotgedachte

Zijn we dan dicht bij de langgezochte allesomvattende theorie? Misschien. Maar we staan nog aan het begin van het informatietijdperk in de fundamentele fysica. Wat de kern van die informatie is – hoe bits precies veranderen in ‘its’ – blijft voorlopig een open vraag.

Toch lijkt het steeds aannemelijker dat we de kosmos niet moeten begrijpen als een verzameling deeltjes of krachten, maar als een uitdrukking van informatie zelf. Een gedachte die, hoe abstract ook, misschien de sleutel vormt tot het meest fundamentele inzicht van allemaal.

Over de auteur:
Illya Jongeneel is een onafhankelijk denker met een fascinatie voor de fundamenten van de natuurkunde. Dit artikel is een geactualiseerde en wetenschappelijk verantwoorde herwerking van een eerdere tekst uit 2017.

===================================

Oorspronkelijke tekst uit 2017:

DE ALLESOMVATTENDE THEORIE?

Illya Jongeneel. 20 januari 2017

Nog zeker onderwerp van discussie, maar het lijkt dat we dichtbij de zo nagejaagde wet van alles, de allesomvattende theorie of unificatietheorie zijn. Quantum informatie kan het laatste ontbrekende puzzelstukje zijn. Een uitleg is veelomvattend. Maar allereerst de begrippen:

Een atoom: is het allerkleinste deeltje van een ‘iets’ dat nog steeds alle eigenschappen van dat element bezit.

Quantum: is de kleinst mogelijke hoeveelheid van bijvoorbeeld materie, energie of een elektrische lading.

Een bit: is de kleinste eenheid van informatie, namelijk een symbool/signaal dat twee waarden aan kan nemen: aan of uit: 0 of 1.

Een qubit: is de basiseenheid van informatie, vergelijkbaar met een bit maar met het vermogen om in een ‘superpositie’ te bestaan. Dit betekent dat een qubit tegelijkertijd 0 en 1 kan zijn.

Belangrijk is het stukje quantum wetenschap dat we kennen als de Non-lokaliteit.

Non-lokaliteit.

Als twee quantum objecten – bijvoorbeeld, elektronen – op een moment met elkaar in een interactie betrokken zijn geweest,maken ze deel uit van eenzelfde quantum systeem. Ze hebben elk afzonderlijk onbepaalde eigenschappen, maar de som van die eigenschappen staat wel vast. Ze verkeren in een ‘quantum verstrengeling’ (entanglement).

Verstrengeling van quantum-deeltjes. Getty Images/Science Photo Libra

Voor deze quantum objecten geldt dan een gemeenschappelijke golffunctie. Terwijl deze golffunctie zich door de tijd heen ontwikkelt, blijven de betreffende objecten in een onlosmakelijke samenhang met elkaar verbonden.
Wanneer de betrokken objecten daarna volstrekt gescheiden worden, zodat ze elkaar niet (meer) kunnen beïnvloeden – althans niet op naspeurbare wijze – dan blijkt dat een meting van het éne object toch consequent een toestand weergeeft die precies tegengesteld is ( en complementair) aan de toestand van het andere object op exact hetzelfde moment. Dit geldt zelfs als de deeltjes vele lichtjaren van elkaar verwijderd zijn geraakt.
Het lijkt dus wel alsof de meting van het eerste object onmiddellijk en gelijktijdig effect heeft op de toestand van het tweede – ongeacht de afstand of isolatie tussen beide.
Dit soort effecten worden de non-lokale effecten genoemd in de QM (nonlocality). Letterlijk genomen impliceert deze non-lokaliteit dat snelheden groter dan het licht mogelijk zijn, en dat is in strijd met de relativiteitstheorie. Albert Einstein noemde dit verschijnsel met enige scepsis: ” spooky action at a distance” (Einstein, 1947).

Heel het heelal is informatie.

Ook als de betrokken deeltjes na hun scheiding helemaal geen interactie of ‘communicatie’ meer met elkaar hebben, blijft gelden dat ze elkaars complement blijven. Ze hebben hoe dan ook een parallelle ontwikkeling. Je zou kunnen denken dat de betrokken quantum deeltjes op hun reis door ruimte en tijd alle informatie meenemen die nodig is om op het ‘juiste’ tijdstip de ‘juiste’ eigenschappen te vertonen die past in de parallelle ontwikkeling.

Met andere woorden, de deeltjes bewaren zoveel informatie over hun oorspronkelijke situatie dat ze steeds kunnen voldoen aan het ‘programma’ van de golffunctie inclusief al zijn mogelijkheden. Probleem is dat dit een absurd grote informatiecapaciteit zou vergen.

Steeds meer vooraanstaande natuurkundigen zijn geïntrigeerd door de schijnbaar onmogelijke uitkomsten van uit de quantum-mechanica voortkomende theorieën. Een groeiende groep natuurkundigen denkt dat informatie de fundamentele bouwsteen is van het universum, dat het universum gemaakt is van informatie.

In het dagelijks leven heeft iedereen wel een instinctief begrip van wat we met het woord informatie bedoelen. De krant staat bijvoorbeeld bomvol informatie. We noemen die informatie dan ‘het nieuws’, een term die redelijk goed aansluit bij wat je met je boerenverstand kan bedenken als informatiedefinitie. Informatie is iets dat je nog niet wist, of iets dat je kunt leren.

Maar in de fysica heb je een exactere definitie nodig. Halverwege de vorige eeuw beschreef de Amerikaanse wiskundige Claude Shannon het simpelste systeem voor informatieopslag, een systeem dat zich in twee afzonderlijke – even waarschijnlijke – toestanden kan bevinden, zoals ‘aan’ en ‘uit’. De informatie in zo’n systeem noemt men een bit: een nul of een één.

De ongrijpbare eigenschappen van de quantumfysica toegepast op klassieke bits leidt tot de stap naar de qubit: een informatiedrager die niet alleen nul of één kan zijn, maar ook nul en één tegelijk, iets dat fysici superpositie noemen. Qubits hebben bovendien de maffe eigenschap dat ze met elkaar willen verstrengelen. Wie vervolgens een meting verricht aan het ene qubit, leert ook iets over de ander. Hoe ver die qubits fysiek ook uit elkaar zitten.

Quantuminformatie speelt mogelijk een doorslaggevende rol in het universum. Doordat quantuminformatie aan elkaar kan klitten en vastklinken tot kettingen van verstrengelde nullen en enen, blijft die informatie op spookachtige wijze met elkaar verbonden, zelfs over duizelingwekkende kosmische afstanden. Dat weefsel van verstrengelde informatie kan best eens de basis zijn waaruit het gehele heelal is opgebouwd.

We moeten kunnen uitleggen hoe uit die informatie lijnen, punten, en ruimte en tijd ontstaan. En hoe dat vervolgens leidt tot de relativiteitstheorie van Einstein. Wat ontbreekt, is een goed begrip van wat informatie nu precies is. Hoe ‘weet’ een bit dat het de ene keer een deeltje moet vormen, en de andere keer een stukje lege ruimte? Wat is de schakelaar? Voor een qubit kan dat bijvoorbeeld een elektron zijn, dat de ene kant op tolt voor een nul en de andere voor een één. Is dat elektron dan een bit aan informatie?

„Nee”, zegt hoogleraar in de theoretische fysica Verlinde. „Het idee is juist dat dat elektron zelf ook weer is opgebouwd uit quantuminformatie. Je moet je die informatie niet voorstellen als een ding. Het is juist datgene waaruit alle dingen ontstaan”, zegt hij. Daarmee sluit hij zich aan bij een beroemde uitspraak van de Amerikaanse theoretisch fysicus John Wheeler, die in de jaren zeventig stelde dat in het heelal sprake was van It from bit . Oftewel: een fysiek ding (een ‘it’) bestaat altijd uit bits, uit informatie.

Maar nog steeds kan niemand je vertellen hoe je van ‘bit’ naar ‘it’ komt. Hoe weten ketens van verstrengelde bits dat ze soms een deeltje moeten zijn en soms een stuk lege ruimte. Daarbij is verstrengelde informatie het vertrekpunt.

Een ding is zeker: de ultieme theorie van ruimte en tijd is niet meetkundig, maar gebaseerd op informatie.

Het laatste traject op weg naar de allesomvattende theorie.

Tot zover de laatste inzichten. We zijn er nu bijna. Wat ontbreekt is een samenvoeging van deze laatste ontwikkelingen in de wetenschap in een samenvattende allesomvattende maar eenvoudige these.

Een onoplosbare tegenstelling leek – en lijkt – te zijn die tussen de relativiteitstheorie van Einstein en de quantumtheorie. Juist deze schijnbare tegenstelling brengt ons wellicht tot de allesomvattende theorie. Daarvoor een zijsprong via de vraag:

Wat is een zwart gat?

Een zwart gat is een punt in de ruimte waaruit je nooit meer kunt ontsnappen. In 1915 liet de Duitse natuurkundige Karl Schwarzschild als eerste met behulp van Einsteins algemene relativiteitstheorie zien dat je voorwerpen zó zwaar kon maken dat zelfs het licht niet langer aan hun zwaartekracht kan ontsnappen. Zulke voorwerpen ballen door hun waanzinnig grote massa uiteindelijk samen in een enkel, letterlijk punt: een plek zonder afmeting, een bolletje met diameter nul. Een plek waarin de materie verdwenen is (diameter nul) en de massa oneindig groot lijkt. Dat bizarre punt noemen fysici een singulariteit, een punt in de ruimtetijd waarin de natuurwetten hun geldigheid verliezen.

Het lijkt onmogelijk om zwarte gaten met onze huidige natuurkunde te beschrijven. Dat komt door een berucht probleem in de fysica: haar twee belangrijkste theorieën – de relativiteitstheorie van Einstein en de quantumtheorie – willen met geen mogelijkheid samenwerken. Wanneer fysici beide aan elkaar willen plakken, gaat het mis. Hun formules geven dan ineens volkomen belachelijke antwoorden. De veronderstelde singulariteiten in het binnenste van die gaten kun je alleen beschrijven met een combinatie van beide theorieën. Juist de schijnbare onverenigbaarheid van quantumtheorie en relativiteit is mogelijk de basis voor de allesomvattende theorie. Aannemelijk is dat beide conflicterende theorieën tegelijkertijd complementair en aan elkaar verbonden – als waren zij in een quantum verstrengeling – geldig zijn. En dat dit de kern is van de allesomvattende theorie voor alles.

Hoewel nog vatbaar voor verbetering en kritiek dan nu de basis voor de allesomvattende theorie in de vorm van een these.

These:

De fundamentele bouwsteen van alles is de verstrengeling van met elkaar verbonden complementaire tegenstellingen.

Processen komen tot stand door de wisselwerking van de verstrengelde complementaire tegenstellingen.

In ons heelal is de primaire complementaire tegenstelling: materie/non-materie waarbij non-materie waarschijnlijk vertegenwoordigd wordt door Quantum-informatie.

De ruimte wordt gevuld met materie en tegelijkertijd met niet materiële Quantum-informatie. Die Quantum-informatie is verstrengeld met (entanglement) en dus in constante wisselwerking met de materie. Het is immers de verbonden tegenstelling daarvan. Quantum-informatie is dus ook de verbinding tussen alle materie.

De niet materiële Quantum informatie zou je bijgevolg “God” kunnen noemen; of wat er ook aan namen gegeven is voor wat is maar niet is. De materie – de complementaire tegenstelling van Quantum informatie – is dan de “Duivel”.

==============================================

Bijlage 30-06-2025. Verdere uitwerking van de these.

—————————————————–

Cyclische Emergentie van Materie uit Verstrengelde Quantum-informatie

(informatietheoretische hypothese over het ontstaan en verdwijnen van materie)

I. Context en uitgangspunten

De moderne kosmologie voorspelt het thermodynamische einde van het universum via een ‘warmtedood’, waarbij alle structuur en materie verdwenen zijn. Tegelijk stelt de quantum-informatietheorie dat informatie mogelijk fundamenteler is dan materie en dat ruimte, tijd en deeltjes voortkomen uit verstrengeling van informatie.

Deze hypothese onderzoekt de mogelijkheid dat het universum cyclisch is, waarbij quantuminformatie overleeft na het verdwijnen van materie, en dat deze informatie, onder bepaalde voorwaarden, materie opnieuw voortbrengt.

II. Axioma’s / Postulaten

1. Fundamenteel axioma: “It from Bit”

Elke fysieke entiteit (“it”) is een manifestatie van onderliggende quantum-informatie (“bit”).

Gebaseerd op het werk van John Wheeler, maar hier uitgebreid tot een structureel fundament: informatie is niet beschrijvend maar constitutief.

2. Entanglement is structuurvormend

Verstrengeling (entanglement) is het mechanisme waardoor quantuminformatie ruimtelijke relaties, materie en tijdordening vormt.

Entanglement bepaalt hoe informatie wordt gepositioneerd binnen een emergente ruimte-tijd.

3. Informatie is behoudend en onverwoestbaar

Quantuminformatie kan niet vernietigd worden; zelfs bij het verdwijnen van materie (zoals in zwarte gaten) blijft de informatie in principe behouden (cf. black hole information paradox, Maldacena & Hawking-debat).

4. Kosmische ‘collapse’ is overgang van ‘it’ naar ‘bit’

Het verdwijnen van alle materiële structuur (warmtedood) is een volledige overgang van fysische werkelijkheid naar pure quantuminformatie, opgeslagen in een fundamenteel verstrengeld veld.

5. Emergentie van nieuwe orde (Big Bang) is een spontane decoherentie van verstrengelde informatie

Onder onbekende condities (bijv. kritieke informatie-dichtheid, of entropie-instabiliteit) kan een spontane herschikking (‘decoherentie’) van het informatieveld plaatsvinden, wat leidt tot de her-constructie van materie — een nieuwe Big Bang.

III. Verloop van een cyclus

Fase 1: Expansie

Klassieke materie, sterrenstelsels, ruimte en tijd ontwikkelen zich uit een oorspronkelijk coherente ‘klomp’ quantuminformatie.
Verstrengeling geeft structuur aan ruimte-tijd (cf. AdS/CFT, emergente zwaartekracht).

Fase 2: Warmtedood

Na kosmologische tijdschaal verdwijnt materie (via Hawking-straling, protonverval).
Wat overblijft is een volledig ontkoppeld universum zonder actieve fysica, maar met resterende, verstrengelde quantuminformatie in een abstract substraat.

Fase 3: Spontane informatiedecoherentie

In dit substraat ontstaat een instabiliteit of faseovergang.
De quantuminformatie ordent zich opnieuw in coherente toestanden, die zich uitkristalliseren als fysieke werkelijkheid.
Resultaat: een nieuwe ruimte-tijd structuur met nieuwe natuurconstanten: een Big Bang.

Noot:

Door verstrengeling en superpositie is het denkbaar dat de overgang van “bit” (niet fysiek) naar “it” (materie) niet geleidelijk gaat maar in één grote Big Bang.

IV. Toetsbaarheid en implicaties

Hoewel (nog) niet experimenteel testbaar, biedt de theorie enkele implicaties:

Herdefinitie van zwaartekracht en ruimte: als entanglement de basis is, moet zwaartekracht niet geometrisch, maar informatie-theoretisch worden beschreven.
Zwarte gaten als informatietransitiezones: de informatie die zwarte gaten uitstralen (via Hawking-straling) draagt bij aan het informatiereservoir dat aan de basis ligt van een toekomstig universum.
Kosmische cycli als informatiecycli: de ‘Big Bang’ is geen absoluut begin, maar een informatie-herschikking.

V. Status van de theorie

Aansluitend bij theoretisch werk van: Wheeler (“It from Bit”), Maldacena (entanglement & emergente ruimte), Verlinde (zwaartekracht als entropie), Penrose (conformale cyclische kosmologie), Seth Lloyd (quantum computing & universum als quantum computer)

VI. Theoretische these (beknopte formulering)

Het universum is een cyclisch proces van emergentie van materie uit verstrengelde quantuminformatie.
Materie is een tijdelijke verschijning van een dieper, niet-fysiek informatieweefsel. Wanneer alle materie verdwijnt, blijft dit informatieweefsel bestaan en vormt de kiem voor een nieuwe kosmische fase.