Kwantummechanica na tachtig jaar opgevolgd door nieuwe theorie?

Share Button

Al tachtig jaar wordt kwantummechanica geplaagd door iets vreemds: een ‘waarnemer’ die een kwantumgolffunctie doet instorten en zo een wazig deeltje vastlegt op één plaats. Een nieuwe theorie slaagt er in om voor het eerst in tachtig jaar hier komaf mee te maken.

Waarschijnlijkheidgolven in een kwantumomheining.

Waarschijnlijkheidgolven in een kwantumomheining.

Gapend gat in de kwantummechanica
Al bijna een eeuw is kwantummechanica zowel de succesvolste als meest raadselachtige theorie van de moderne wetenschap. We kunnen door kwantummechanische formules te gebruiken een werkelijk ongeëvenaarde nauwkeurigheid bereiken bij het voorspellen van natuurkundige fenomenen. Kwantummechanica was verantwoordelijk voor de komst van moderne techniek zoals halfgeleiders (dus computers), lasers en nog veel meer. Kwantummechanica bevat echter een groot gat: het is onbekend door wat voor proces precies golffuncties ineenstorten. Om dit raadsel op te lossen zijn tientallen zogeheten ‘interpretaties’ van de kwantummechanica bedacht, die echter geen van allen op dit moment door experimenten bevestigd of verworpen kunnen worden. Weinig bevredigend uiteraard.

Tijd voor de kettingzaag in het oerwoud aan kwantuminterpretaties
Meerdere Nobelprijswinnaars hebben opgeroepen dit storende gat in kwantummechanica te dichten, in Nederland Gerardus ’t Hoofd en in de VS Steven Weinberg, die kort geleden een blauwdruk heeft gepubliceerd van hoe een dergelijke ‘verbeterde’ kwantummechanica er uit zal komen te zien.  Er zijn al eerder pogingen gedaan om kwantummechanica te verbeteren, maar een nieuwe theorie, mede ontwikkeld door Weinberg, krijgt veel belangstelling. De nieuwe theorie is namelijk naadloos verweven met Einsteins speciale relativiteitstheorie. Tot nu toe zijn kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie van elkaar losstaande theorieën. De algemene relativiteitstheorie levert de ‘achtergrond’ waarop de kwantummechanica zich afspeelt.

“Zoals veel fysici heb ik gedurende mijn gehele carrière kwantummechanica gebruikt en luchtig de fundamentele vragen over haar betekenis genegeerd. Dit wel met een knagend gevoel dat er iets is dat ik zou moeten begrijpen,” aldus Weinberg.  “Als deze verfijning blijkt te kloppen, zou veel van de spookachtigheid die nog steeds kwantummechanica omringt wegsmelten.”

Als subatomaire deeltjes (en wat dat betreft: soms zelfs moleculen) niet worden gemeten, gedragen ze zich als een waarschijnlijkheidwolk. Ze zijn dan tegelijkertijd op alle  plaatsen in deze wolk. Deze wolk wordt weergegeven door een golffunctie, die zich uitbreidt in de ruimte. Als er een meting wordt uitgevoerd, klapt de waarschijnlijkheidsfunctie echter ineen en zien we alleen het deeltje op een precieze plaats, nooit de wazige golf zelf. De hamvraag is natuurlijk:  hoe kan een deeltje weten of het al dan niet in de gaten wordt gehouden? En waarom verandert het waarnemen van het deeltje zijn gedrag? Onzinnige vragen, zegt de Kopenhaagse interpretatie en de meeste fysici. Weinberg en de zijnen (en ondergetekende) zijn het hier hartgrondig mee oneens.

Ze stellen dat het inklappen van de golffunctie een toevalsproces is en dat deze domweg waarschijnlijker is als een meting wordt uitgevoerd. Tot nu toe slaagden ze er echter niet in hun theorie in overeenstemming te brengen met de speciale relativiteitstheorie. Dit jaar is Daniel Bedingham (die naast zijn baan in de financiële sector bijklust als natuurkundige aan het Imperial College van Londen, een manier op het spoor gekomen om dat voor elkaar te krijgen. Zijn theorie is een afgeleide van GRW, een theorie die genoemd is naar de mensen die deze in 1986 ontwikkeld hebben, GianCarlo Ghirardi, Alberto Rimini en Tullio Weber.

Wat houdt GRW in?
GRW zegt dat een kwantumcollaps extreem zeldzaam is voor een individueel deeltje, maar dat een actuele meting uitvoeren op een deeltje het deeltje dwingt een wisselwerking aan de gaan met de meetapparatuur. Het deeltje raakt zo verstrengeld (entangled). Omdat er zoveel atomen in de meetapparatuur voorkomen – een gram waterstof bevat bijvoorbeeld een onvoorstelbare 6,02 * 1023 atomen – is de kans vrijwel 1 dat er tijdens de meting een kwantumfunctie implodeert. Er is zo geen spookachtig effect nodig om het kwantumdeeltje in elkaar te laten storten.

In 1989 verfijnde Philip Pearle van het Hamilton College in Clinton, New York, GRW tot een andere theorie: continuous spontaneous localisation (CSL)[1]. CSL stelt dat de toevallige fluctuaties die bij toeval de golffuncties in laten storten, horen bij een soort veld dat het hele heelal vult en varieert over de ruimte en tijd. Helaas lukte het maar niet om CSL in overeenstemming te brengen met de speciale relativiteitstheorie. Slecht nieuws, uiteraard, want ook voor de speciale relativiteitstheorie zijn er geen uitzonderingen bekend. Vreemde knikpunten in de golffuncties zouden een oneindige hoeveelheid energie in het universum dumpen. We weten dat golffuncties dat niet doen (anders was het heelal allang ingestort tot een zwart gat).

Bedingham is er nu in geslaagd om CSL relativistisch te maken, wat de oneindigheden elimineert. Het fluctuerende veld werkt niet direct op de golffuncties, maar op een ‘tussenliggend’ veld dat de effecten gladstrijkt en zo de scherpe fluctuaties stopt. Bedingham’s idee beschrijft nu niet alleen de deeltjes zelf, maar ook de krachten tussen de deeltjes – een must voor elke theorie die kwantummechanica wil vervangen. Ghirardi is een van de mensen die nu met Bedingham het relativistische collapsmodel verder onderzoekt.

Theorie kan nu worden getest
Stefan Nimmrichter van de vooraanstaande onderzoeksgroep kwantumfysica van de universiteit van Wenen (zij zijn de groep die kwantumverstrengeling voor het eerst over grote afstanden hebben aangetoond) stelt nu een experiment voor om te toetsen of de theorie klopt. Als twee golffuncties met elkaar in contact komen, kunnen ze met elkaar interfereren – elkaar uitdoven of juist versterken. Tot dusver ouwe koek, dit is al begin negentiende eeuw door Young aangetoond. Nimmrichter stelt nu echter voor om te onderzoeken wat voor interferentiepatronen worden geproduceerd als twee wolkjes atomen met elkaar interfereren. Details in [2].

Bronnen:
1. Philip Pearle, Combining stochastic dynamical state-vector reduction with spontaneous localization. Physical Review A (1986) (paywall)
2. Stefan Nimmrichter et al., Testing spontaneous localization theories with matter-wave interferometry, Physical Review A (2011) (gratis toegankelijk)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

14 reacties

  1. Dzyan schreef:

    Dan wachten we de experimenten eerst maar eens even lekker af. Anders krijgen we net als bij de kosmologie allerlei mathematische “oplossingen” die geen mens kan begrijpen.

    Groet,

    Dzyan

  2. Barry schreef:

    Om maar meteen met de deur in huis te vallen:

    De hamvraag is natuurlijk: hoe kan een deeltje weten of het al dan niet in de gaten wordt gehouden? En waarom verandert het waarnemen van het deeltje zijn gedrag?

    Een deeltje kan niet weten dat het in de gaten gehouden wordt of het deeltje zou een onderdeel moeten zijn van een collectief bewustzijn. De deeltjes waarvan hier gesproken worden zijn zo klein dat het woord weten al zowieso niet op zijn plaats is, deze deeltjes zouden dan een onderdeel moeten zijn van een collectief onderbewustzijn.(Gaia theorie) Het waarnemen van een deeltje zorgt nooit voor verandering in het gedrag van het deeltje,(mits de waarnemingsapparatuur stralingsvrij is) de perceptie van de waarnemer kan wel veranderen naarmate de entropie groter wordt.

    Wat hierboven in het artikel beschreven wordt is eigenlijk niet meer of minder dan dezelfde zoektocht als de zoektocht naar het god-deeltje waarbij het god-deeltje niet 1 deeltje is maar een heel veld bestrijkt. (Higgs-bosonen) (Higgs-veld).

    Zoals ik het zie zou Nimmrichter met zijn experiment om de interferentiepatronen te onderzoeken wel eens heel dicht in de buurt kunnen komen van de ontdekking van donkere energie en daarop aansluitend donkere materie. Dit hoeft niet zo te zijn natuurlijk, donkere energie hoeft nog niet perse hetzelfde energiepatroon te hebben als donkere materie.De waarschijnlijkheidsfactor dat donkere energie hiermee gevonden wordt is in elk geval heel groot. Als het al bestaat…

    • jan schreef:

      Wat Barry al aangaf over het collectief bewustzijn houdt mij ook al een tijd bezig.
      Zou dat middels experimenten kunnen worden aangetoond ?
      Dat bewustzijn de oorzaak is voor bepaalde meetresultaten ? Of is Bewustzijn iets wat per definitie boven de te meten zaken staat ?
      Ik weet niet of er hier veel mensen van dit idee gecharmeerd zijn, omdat het idee van bewustzijn nogal zweverig klinkt.

  3. AK schreef:

    Nog steed een belangrijk boek over deze materie vind ik QED van Richard Feynman. Dit boek gaat dan wel “alleen” over fotonen en elektronen maar hij laat zien dat dit “deeltjes” zijn en dat we niet hoeven aan te nemen dat ze ook een “golf” kunnen zijn. Jammer dat hij er niet meer is, hij was een van de weinigen die de quantummechanica “begreep” voor zover dat mogelijk is.

  4. Bart schreef:

    * knagend gevoel dat er iest is dat ik*
    * wisselwerking aan de gaan *

    Germen, lees je artikels eens door voor ze te posten of gooi ze in een spellingscontrole (al zal die de tweede fout ook niet vinden). Als dat niet gaat wil ik me aanbieden je artikels door te lezen voordat ze op de site worden gepost. Dit soort fouten zien er gewoon erg onprofessioneel uit en horen, in mijn ogen, niet bij het Visionaire imago van deze site.

    OT: Het in overeenstemming brengen van de speciale relativiteitstheorie en kwantum mechanica is waar iedereen naar streeft. Ik vind het dan ook vreemd dat nog nooit iemand heeft geprobeerd om interferentie patronen van clusters atomen te maken. Het lijkt me een logische vervolg stap na het bestuderen van enkele interferentie patroon van protonen / atomen.

  5. Richard schreef:

    Kijk maar eens naar het werk van Nassim Haramein. Zijn theorie is ook een ‘unification’ theorie. Hij kan het ook goed uitleggen waardoor een kind het begrijpt.
    Ik snap niet dat hij niet meer in de mainstream komt.

    • Thierry schreef:

      Al gehoord van het demarcatiecriterium van Karl Popper?
      Wel,  Nassim ligt ver boven de grens van fantasiewetenschap.
      Wat zijn er toch veel mensen die daar zo naïef in zijn en zomaar inlopen, jammer ..
      Gelieve deze volgende link te lezen aub ! Hij lijkt wel Kenny G die zich in het genre ‘jazz’ bevind.
       http://www.grenswetenschap.nl/permalink.asp?i=8850

  6. Sander schreef:

    En specifiek kijken en specifiek meten doen zulks en entanglement ontstaan?

    Het deeltje meet ahw de exacte stand van mijn oogbollen?
    En beseft dat en welke meting gaande is?

    Alle andere toestanden materie in het universum bewegingen metingen en meetaparatuur en gekijk elders geluiden en verschijnselen niet?

    Moeten dan maar snel ook naar die haw king en kanonnen feestjes.Die zijn dolletjes en vol geschaterlach heb ik vernomen.

  7. Sander schreef:

    En hoe weet men van de een ander toestand als het datgene wat het is als men kijkt niet is?

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger