RECENTE REACTIES
VOLG MIJ
Om de wereld te begrijpen en mogelijk ten goede te veranderen, moet je wel weten hoe die in elkaar zit. De kwantumfysica heeft baanbrekend onderzoek verricht. Hoe vreemd het op het eerste gezicht misschien ook lijkt: voor Welvaart voor Iedereen is het relevant om te zien wat dat onderzoek heeft opgeleverd.
Het revolutionaire van de kwantumfysica
VIDEO, 19/04/2015
Dr Quantum - Double Slit Experiment
I
n september 2002 werd het tweespletenexperiment door de lezers van Physics world uitgeroepen tot het 'meest mooie experiment' en de bekende kwantumfysicus Richard Feynman heeft ooit gezegd: "alles in de kwantumfysica kan door het zorgvuldig doordenken van de implicaties van dit ene experiment worden afgeleid".
Physicsworld.com, The most beautiful experiment (pdf)
Bekijkenpingback

Greene, Brian, The elegant universe: superstrings, hidden dimensions, and the quest for the ultimate theory
Bekijkenpingback

Hoe werkt het tweespletenexperiment en waarom zijn de resultaten zo opzienbarend? Een goede animatievideo over het tweespletenexperiment is te vinden in de documentaire What the Bleep!?: Down the Rabbit Hole. Dr Quantum - Double Slit Experiment. Zie video hierboven.
Bron: Youtube, Dr Quantum - Double Slit Experiment
Bekijkenpingback
Krijtbolletjes
Een flink aantal kleine deeltjes materie -krijtbolletjes- worden naar een plaat geschoten waar een spleet in zit. Achter de plaat staat een schoolbord, waar de krijtbolletjes een stip op achterlaten. De meeste krijtbolletjes raken alleen de plaat met de spleet, maar de bolletjes die door de spleet heen gaan, raken het schoolbord en maken daarop een patroon dat op de spleet lijkt.
Nu wordt een tweede spleet in de plaat aangebracht. Weer wordt met krijtbolletjes geschoten. We krijgen te zien wat we hadden verwacht: een patroon van twee spleten op het schoolbord.
Water
Wat zou er gebeuren als we in plaats van krijtbolletjes golven water op de plaat afschieten? Met een enkele spleet in de plaat gaat een deel van de golven door de spleet en vormt zo een patroon op het schoolbord, zoals bij de krijtbolletjes bij een enkele spleet. Het meeste, waar de top van de golf het schoolbord raakt, recht voor de spleet.
Maar wat gebeurt er als we een plaat met twee spleten tussen de golven en het schoolbord plaatsen. Er gebeurt nu iets totaal anders. Als het water door beide spleten komt, veroorzaakt dat aan de andere kant van de plaat nieuwe golven, die elkaar op weg naar het schoolbord onderling raken. Als de top van de ene golf de achterkant van een andere golf raakt, heffen ze elkaar op. Dit wordt 'destructieve interferentie' genoemd.
Als we golven door twee spleten sturen, krijgen we een 'interferentie patroon' op het schoolbord. De heldere lijnen op het schoolbord laten zien waar de golftoppen elkaar raakten (constructieve interferentie) en het schoolbord bereikten. De donkere ruimte daartussen is waar de top van de ene golf de achterkant raakte van een andere golf (destructieve interferentie), elkaar daardoor hebben opgeheven en het schoolbord niet bereikten.
Dus als je materiedeeltjes (krijtbolletjes) afschiet door de spleten, krijg je twee patronen op het schoolbord die op de spleten lijken waar ze doorheen zijn gekomen. Als we golven door de spleten sturen, krijgen we een interferentiepatroon op het schoolbord.
Elektronen
Vervolgens wordt dit experiment met elektronen uitgevoerd in plaats van met krijtbolletjes. Een elektron is een heel klein bolletje dat rond een kern draait; een klein materiedeeltje en solide, net zoals een krijtbolletje. Daarom verwachten we hetzelfde patroon op het schoolbord als bij de krijtbolletjes. Als er maar een enkele spleet in de plaat zit, is dat ook zo.
Wanneer we een serie elektronen afvuren door de plaat met twee spleten, dan verwachten we een patroon dat gelijk is aan de twee spleten op het schoolbord, net als bij de krijtbolletjes, maar... DAT IS NIET ZO! In plaats daarvan krijgen we hetzelfde interferentie patroon als bij de golven door de twee spleten.
De bouwstenen van ons universum zijn geen materiedeeltjes, maar mogelijkheidsgolven
Aanvankelijk dachten de wetenschappers dat het aan de hoeveelheid elektronen lag die op dat moment op het schoolbord werden afgevuurd. Misschien botsten de elektronen tegen elkaar aan de andere kant van de plaat en schakelden elkaar daardoor uit en bereikten dus het schoolbord niet. In 1974 uiteindelijk waren wetenschappers in staat om een enkele elektron per keer op het schoolbord af te vuren en was er dus geen mogelijkheid om een interferentie aan te gaan. Maar de uitkomst was nog steeds een interferentiepatroon.
Hoe was dit mogelijk? Hoe kon het afvuren van een enkel klein deeltje materie door twee spleten, een interferentiepatroon van een golf doen ontstaan? Er was maar één verklaring mogelijk: een elektron is een golf en geen deeltje. Een elektron is geen solide materiedeeltje zoals we altijd hebben gedacht! Recente experimenten hebben aangetoond dat dit ook voor atoomkernen geldt, dus niet alleen voor elektronen.
Dus de fundamentele bouwstenen van ons fysieke universum – de kern en de elektronen van een atoom – bestaan niet uit deeltjes materie, maar bestaan in feite uit golven. In de kwantumfysica wordt dit de 'golf-deeltjes dualiteit' genoemd. Dit liet iedereen versteld staan, maar het is nog niet het einde van het verhaal…
Observeren
Zijn elektronen dus beide: golven en deeltjes? Het ene moment reagerend als deeltje en het andere moment als golf? Toentertijd geloofde niemand hierin. Er moest iets fout zijn dachten ze…
Dus gingen wetenschappers het experiment aanpassen en gingen kijken (met meetapparatuur) hoe een enkele elektron door de dubbele spleten zou gaan en of die wel echt reageerde als golf in plaats van als deeltje. Toen ze het elektron gingen observeren, gebeurde er weer iets nieuws. Ze kregen het standaard deeltjespatroon op het schoolbord, dat er net zo uit zag als bij het afvuren van de krijtbolletjes door de twee spleten.
Het eenvoudige kijken naar het elektron betekende dat het elektron reageerde als deeltje in plaats van als golf. Het ging daarom slechts door één spleet, niet door beide, en vormde daarmee net zo'n patroon als bij de krijtbolletjes. De uiteindelijke conclusie was: een elektron is van oorsprong een golf en geen deeltje, totdat het wordt geobserveerd. Dan verandert het in een deeltje met een gefixeerde positie in tijd en ruimte.
Onze realiteit is alleen echt en solide als die wordt waargenomen
Dit is pas echt radicaal: een elektron is een golf totdat het wordt geobserveerd en dan een deeltje wordt! De implicaties hiervan zijn gigantisch. Het betekent dat realiteit, dat het universum, waarvan we altijd dachten dat het 'echt' en 'solide en voorspelbaar' was, helemaal niet 'echt', niet 'solide en voorspelbaar' is. De bouwstenen van ons universum zijn geen materiedeeltjes, maar mogelijkheidsgolven; golven van potentiële mogelijkheden waarbij elektronen zo gauw ze worden waargenomen verschijnen als deeltjes.
Volgens de kwantumfysica kunnen we aannemen dat de atomen (kernen met elektronen) waaruit ons fysieke universum bestaat, alleen echt en solide zijn als ze worden waargenomen. Als ze niet worden waargenomen, keren ze terug naar een golftoestand van oneindige mogelijkheden.
Niemand weet het antwoord op de vraag hoe, of waarom, de waarnemer het elektron van een golf in een deeltje verandert. Hierover kunnen deskundigen alleen maar speculeren.
Ineenstorten van de golffunctie
Met andere woorden, zo gauw een elektron wordt gezien, plopt deze tevoorschijn en neemt daarmee een specifieke locatie in tijd en ruimte in en vormt daarmee dat wat wij zien als realiteit. Dat wordt het 'ineenstorten van de golffunctie' ('collapsing the wave function') genoemd.
Het ineenstorten van de golffunctie kan met kwantumberekeningen worden verklaard en voorspeld, maar is in gewone taal moeilijk te beschrijven. In principe betekent het dat een elektron normaal in een golftoestand verkeert (een golffunctie) en vele mogelijkheden heeft om deeltje te worden. Op het moment dat het elektron wordt waargenomen storten deze vele golftoestanden ineen tot een enkele toestand, de toestand van een deeltje op een specifieke locatie.
De fysicus Nick Herbert zegt het zich zo voor te stellen dat de wereld achter onze rug (waar we niet kunnen kijken of waarnemen) een 'radicale dubbelzinnige onophoudelijk stromende kwantumsoep' (a radically ambiguous and ceaselessly flowing quantum soup) is. Als we ons omdraaien om die soep te bekijken dan bevriest onze blik die soep onmiddellijk en wordt het 'realiteit'.
Nick Herbert, How Large is Starlight: A Brief Look at Quantum Reality, Revision 10, no. 1 (Summer 1987), pp. 31-35
Volgens Herbert maakt ons dit een soort Midas, de legendarisch koning die nooit het gevoel van zijde had gekend of iemand kon strelen omdat alles wat hij aanraakte in goud veranderde. Op dezelfde manier kan de mens nooit de ware textuur van de kwantumrealiteit ervaren omdat alles wat we aanraken in materie verandert.
Nick Herbert, How Large is Starlight: A Brief Look at Quantum Reality, Revision 10, no. 1 (Summer 1987), pp. 31-35
Bron: hoofdstuk 4 en 5 Butterfliesfree
Lees alle artikelen over Butterflies are free to fly op WvI
Schrijf een reactie

Je mailadres blijft geheim
Je naam en mailadres zijn verplicht
Publiceer

  1. John Molenaar  5 september

    Het electron bevindt zich altijd in een golftoestand, behalve als het DIRECT wordt gemeten. Elke waarneming gaat immers gepaard met een interactie tussen meetapparaat en het gemetene. Door deze interactie (o.a. uitvoerig beschreven in de QED) wordt het electron gedwongen om 1 toestand aan te nemen. Wij beschrijven dat als het ineenstorten van een golffunctie. De electron-golf is echter een andere golf dan de waarschijnlijkheidsorbitaal / golf van een elctron als deze zich om een atoomkern bevindt. Vergelijk het maar met het fotograferen van een rijdende auto: normaliter zie je een bewegend voertuig, bij het maken van de foto (waarneming) zie je een stilstaande auto op de snelweg. Dit is echter een voorbeeld uit onze alledaagse Newtoniaanse wereld. In de wereld van de QM kun je dat het beste vertalen als dat alle onderdelen waaruit de auto bestaat LOS over de snelweg vliegen; wanneer we deze auto dan fotograferen worden de onderdelen (de autogolf) waargenomen als auto. Als onze waarneming stopt (na de foto) zijn het weer losse onderdelen.
    Op subatomair niveau is het hele Universum inderdaad een continue vibrerende hoeveelheid “ietsen”. Deze vibrerende velden verbinden zich aan elkaar, waardoor er een mass-effect optreedt waardoor we in de Newtoniaanse werkelijkheid de “samengestelde ietsen” als deeltjes waarnemen. Zie hiervoor o.a. de Quantum Chromodynamica. De scheidingslijn tussen Newtoniaans en QM is voortdurend het veld van onderzoek; en het antwoord zal door de wetenschap worden gegeven.

    Terugkomend op mijn eerste zin: als we het elctron INDIRECT meten (een ja dat kan tegenwoordig) dan blijft het electron een golf. Aan dezze golfvorm dankt het hele Universum zijn/haar bestaan. Zie hiervoor het Pauli exclusion principle.

    • Mia  27 oktober

      Bedankt voor je reactie John. Je schrijft dat we tegenwoordig een electron indirect kunnen meten. Hoe werkt dat? Want uiteindelijk moet je het gemetene toch ook aflezen? Wordt het dan weer een deeltje?

VOLG MIJ
ZOEKEN