Kwantummechanica simpeler dan gedacht

Share Button

Twee raadsels in de kwantummechanica, golf-deeltje dualiteit en kwantumonzekerheid, zijn in feite twee manifestaties van één en hetzelfde ding. Is dit de doorbraak waarop we al een kleine eeuw wachten om kwantummechanica beter te begrijpen?

Informatie
Patrick Coles, Jedrzej Kaniewski en Stephanie Wehner bereikten deze doorbraak toen ze aan het Centre for Quantum Technologies van de National University of Singapore samenwerkten. Wehner, die nu als assistent hoogleraar werkt aan de Technische Universiteit Delft bij de onderzoeksschool Qutech, benaderde het vraagstuk als een informatievraagstuk. “Het verband tussen onzekerheid en golf-deeltje dualiteit wordt op natuurlijke wijze duidelijk als je ze als vragen over een [kwantummechanisch] systeem beschouwt. Ons resultaat laat zien hoe krachtig de benaderinjg van natuurkunde als informatievraagstuk is,” aldus Wehner.

Dat een deeltje tegelijk ook een golf kan zijn, hangt ten diepste samen met de onzekerheidsrelatie, ontdekten drie onderzoekers. Bron: Tim Teo/Singapore State University

Dat een deeltje tegelijk ook een golf kan zijn, hangt ten diepste samen met de onzekerheidsrelatie, ontdekten drie onderzoekers. Bron: Tim Teo/Singapore State University

Wat zijn golf-deeltje dualiteit en kwantumonzekerheid?
De golf-deeltje dualiteit betekent dat op kwantumschaal ‘dingen’ zowel golf als deeltje zijn. Zo is het elektron een puntdeeltje als je het meet, maar gedraagt het zich ook als een golf, bijvoorbeeld als je elektronen met elkaar laat interfereren of in de vorm van de elektronenwolk die rond atoomkernen hangt. Het kwantumonzekerheidsprincipe houdt in dat het onmogelijk is, bepaalde combinaties van dingen over een deeltje met volledige zekerheid te weten, omdat ze fundamenteel onbepaald zijn. Bekende voorbeelden: impuls en plaats, de reden dat zeer koude atomen wazig worden, en tijd en energie: de reden dat er virtuele deeltjes zeer kort kunnen bestaan. Beide, zo blijkt nu, zijn manifestaties van één en hetzelfde verschijnsel.

Entropische onzekerheidsrelaties
De ‘steen van Rosetta’, waarmee het drietal kwantumonzekerheid en golf-deeltje dualiteit in elkaar vertalen is iets wat de drie ‘entropische onzekerheidsrelaties’ noemen. Deze relaties zijn gebaseerd op kwantumonzekerheid. Entropie is ‘wanorde’ of ‘informatieinhoud’ van een systeem. Hoe entropischer een systeem, hoe meer informatie nodig is om het systeem te beschrijven. Het drietal slaagde er in, om alle wiskunde die voor golf-deeltjes dualiteit wordt gebruikt, te vertalen in entropische onzekerheidsrelaties.
In eerdere publicaties, ontdekten Wehner en haar twee collega’s verbindingen tussen het onzekerheidsprincipe en andere fysica, zoals kwantum-nonlocaliteit (‘werking op afstand’) en de Tweede Hoofdwet van de thermodynamica.
Kortom: een knap stukje werk, wat wel eens zou kunnen leiden tot een Nobelprijs. Het drietal wil nu de volgende stap zetten en proberen uit te vinden hoe deze puzzelstukken in elkaar passen. Iets wat ik persoonlijk in hun plaats zeker zou overwegen is dit stukje werk, dat kwantummechanica gebruikt om zwarte gaten te beschrijven, van oudsher het domein van de algemene relativiteitstheorie.

Bronnen
S. Wehner et al., Equivalence of wave-particle duality to entropic uncertainty, Nature Communications DOI: 10.1038/ncomm6814 (2014) (link naar ArXiv preprint)
Quantum physics just got less complicated: Wave-particle duality and quantum uncertainty are same thing, Science Daily, 2014

Share Button

Germen

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

Dit vind je misschien ook interessant:

1 reactie

  1. Jaap schreef:

    Sorry, hij daalt nog niet in, volgens mij is en was er geen verschil in inzicht tussen dualiteit en het onzekerheids principe.
    Ook is er bij de quantummechanica naar mijn weten geen schending van de tweede wet van de thermodynamica geconstateerd, wel bij de snaar theorie (penrose).

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger