Kwantumspook eindelijk ontmaskerd?

Share Button

We kunnen niet de exacte plaats van een deeltje weten, alleen de waarschijnlijkheid dat we het op een bepaalde plaats vinden als we meten. Dit is wiskundig heel handig te beschrijven met een waarschijnlijkheidsgolf. Een handig wiskunstig trucje, maar niet reëel, vinden sommige natuurkundigen. Helaas voor hen blijken ze er nu behoorlijk naast te zitten.

Volgens kwantummechanica moet er wel iets als een waarschijnlijkheidsgolf bestaan, anders kloppen de voorspellingen niet meer.

Volgens kwantummechanica moet er wel iets als een waarschijnlijkheidsgolf bestaan, anders kloppen de voorspellingen niet meer.

Het raadsel Ψ
Al bijna negentig jaar – zo oud is kwantummechanica al – is de waarschijnlijkheidsgolf bekend als handig wiskundig hulpmiddel om uit te rekenen waar een deeltje zich bevindt. De Oostenrijkse fysicus Erwin Schrödinger koos er toen voor het eerst voor om alle deeltjes in de kwantumwereld, variërend van elektronen tot atomen (en naar we nu weten: zelfs grote moleculen), kunnen worden beschreven als ontastbare ‘dingen’ die zich over de ruimte uitspreiden zoals golven over een wateroppervlak. Uiteraard is het ‘wateroppervlak’ hier de driedimensionale ruimte. Deze werden beschreven door wat Schrödinger ‘golffuncties’  noemde, aangeduid met de Griekse letter Ψ (psi). Goed nieuws voor natuurkundigen die hiermee het gedrag van deeltjes met (relatief) eenvoudige wiskunde konden beschrijven. Maar wat stelt de geheimzinnige Ψ werkelijk voor? Niemand die het weet.
Om dit probleem op te lossen zijn er allerlei zogeheten kwantuminterpretaties bedacht die zo heten, omdat er tot nu toe nog geen experiment bedacht is om ze van elkaar te onderscheiden – en dus aan te tonen welke klopt. Wiskundig komen ze namelijk op hetzelfde neer. De meeste natuurkundigen vinden Ψ handig, maar meer ook niet.Volgens hen heeft alleen het kwadraat van Ψ, |Ψ|2, echt een natuurkundige betekenis, want dit beschrijft de waarschijnlijkheid dat een deeltje zich in een gebied bevindt en kan gemeten worden. Ψ zelf is een imaginair getal, dingen die natuurkundigen bij berekeningen doorgaans zonder er verder over na te denken uit het eindresultaat wegflikkeren (al worden ze wel bij tussenberekeningen gebruikt). Je kan het niet meten, dus bestaat het niet, zo is de gedachte.
Waarschijnlijkheidsgolf noodzakelijk
Een beetje te kort door de bocht, zo blijkt nu. Een drietal Britse theoretisch natuurkundigen,  Matthew Pusey en Terry Rudolph van Imperial College London samen met Jonathan Barrett van Royal Holloway University of London, stelden een hypothetische kwantumtheorie op die het gedrag van een kwantumdeeltje volledig beschrijft maar waarin geen waarschijnlijkheidsgolf voorkwam, maar waarin de onzekerheid te “danken” is aan onze beperkte kennis. In vakjargon: verborgen-variabelen theorieën. Op zich is dit mogelijk. Naar blijkt in hun artikel, gaat dit hopeloos mis als twee van dergelijke systemen, bijvoorbeeld atomen, met elkaar gaan wisselwerken. De voorspellingen van de “verborgen variabele” theorie zonder waarschijnlijkheidsgolf blijken dan namelijk af te wijken van de voorspellingen van de kwantummechanica, waarvan we na bijna een eeuw weten dat deze altijd uitkomen. Ergo: de waarschijnlijkheidsgolf is niet slechts een handig wiskundig trucje, maar bestaat werkelijk. Lucien Hardy van het Perimeter Institute for Theoretical Physics in Waterloo, Ontario, Canada komt, via een heel andere techniek, tot vergelijkbare conclusies.[2] Dit is een sterke breuk met de ideeën die wijlen kwantumgrootheid Niels Bohr hierover had. Volgens hem en collega Heisenberg bestonden fenomenen als atomen en subatomaire deeltjes alleen als je ze waarneemt. Tegenwoordig denken de meeste kwantumtheoretici dat er wel degelijk een objectieve realiteit bestaat.
Er is nog maar één manier waarmee aan de waarschijnlijkheidsgolf is te ontkomen, namelijk aannemen dat alle deeltjes voortdurend, los van plaats en tijd, met elkaar in contact staan. Op die manier zijn de deeltjes toch niet onafhankelijk van elkaar. Dit zou echter een enorme breuk betekenen met bijvoorbeeld de algemene relativiteitstheorie. De stelling dat de waarschijnlijkheidsgolf werkelijk bestaat is dan plausibeler.
Wereld met oneindig veel dimensies?
De wereld van waarschijnlijkheidsgolven is, zo kunnen we wel stellen, bizar. Als twee deeltjes met elkaar verstrengeld zijn nemen ze een zesdimensionale ruimte in. Drie deeltjes een negendimensionale ruimte etcetera. Dit opent totaal nieuwe onderzoeksrichtingen en zo zullen we volkomen nieuwe fenomenen ontdekken. De kwantummechanica zoals we die nu kennen, zou wel eens fundamenteel kunnen veranderen. En als je bedenkt dat alle natuurkunde, met uitzondering van de algemene relativiteitstheorie, intiem is verweven met kwantummechanica zijn de gevolgen hiervan enorm. Als we nieuwe fenomenen op het spoor komen kunnen we mogelijk dingen die we ons nu nog niet eens voor kunnen stellen. Nu door deze nieuwe ontdekking de bijl is gezet in de zielloze zogeheten Kopenhaagse interpretatie, krijgen veel interessantere interpretaties zoals Hugh Everett III’s veel-werelden interpretatie (bij iedere mting splitst het universum in meerdere takken) of de gidsgolf interpretatie van De Broglie (deeltjes worden meegevoerd op een onzichtbare golf) weer de aandacht die ze verdienen. Uiteraard zou het kunnen bezoeken van parallelle werelden fantastisch zijn, maar ook het ontraadselen van de ware aard van de gidsgolven moet de nodige spectaculaire natuurkunde en toepassingen opleveren.
Share Button

Germen

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

Dit vind je misschien ook interessant:

19 reacties

  1. Germen schreef:

    Ik ontdekte de fout nu pas. Nu kan weer gereageerd worden :)

  2. antares schreef:

    Laten we die lui in de andere dimensies eens gaan pesten, door hier massaal alleen nog de hamburgers te gaan eten. Hebben ze daar een enorme waarschijnlijkheidsgolf van wacotaco’s te kauwen. :)

  3. Roeland schreef:

    De veel werelden interpretatie vind ik zelf uiterst onwaarschijnlijk.
    Wat je vaak hoort is dat bij iedere beslissing die een mens neemt er twee werelden ontstaan. In de ene wereld ga je bijv. rechtsaf en in de andere linksaf.
    Echter wat me niet duidelijk is waarom menselijke beslissingen zo enorm belangrijk zouden zijn.
    Als bij iedere alternatieve beweging van wat voor elementair deeltje dan ook er een nieuwe wereld ontstaat dan zullen binnen een fractie van een seconde alleen door de actie die hier op Aarde plaatsvindt miljarden en miljarden werelden ontstaan. En dat gaat zo eindeloos door. Dit lijkt me niet erg waarschijnlijk……..

    • Paul.R schreef:

      Roeland, let wel ik ben een leek, het woordje werelden zou ik veranderen in situaties. Alles zo ver wij het als mens kunnen waarnemen bestaat uit dualisme. Als er geen dualisme is zou er dus ook geen werking van de quantummechanica zijn en dus ook geen veranderingen zijn. M.a.w als alle mensen bv gelijk zouden zijn is er dus ook geen afspiegeling, mede van goed en kwaad, links of rechts etc. Ik denk dus wel dat er in het begrip van elementaire deeltjes, steeds aan verandering onderhevig is, waardoor nieuwe situatie ontstaan. Ook de aarde is steeds in een zeer langzaam proces onderhevig aan verandering, denk aan de werking van de schollen. Hierdoor ontstaan ook steeds nieuwe situaties, met alle werkingen van dien. Als ik me goed herinner, schuiven deze tectonischeplaten 2 cm per jaar over elkaar heen, wardoor de onderste laag weer omgezet wordt in magma, zo verkrijg je dus wel steeds nieuwe situaties, met nieuwe werkingen en mogelijkheden. Mvg, Paul

  4. sydney schreef:

    Wij beginnen er al mee dat “deeltjes” bestaan uit 1 of meer kwanta (h) die zich manifesteren door de wisselwerking tussen minimaal 2 velden. Dat zijn kwantumvelden (scalair/vector) en het is sowieso al verschrikkelijk “dom” om deeltjes te zien als lokale fenomenen die omgeven zijn door een soort van “domain wall” ten opzichte van de voortbrengende velden. Dat is namelijk onze zintuiglijke waarnemingen van de wereld om ons heen projecteren op het allerkleinste en deze “denkreflex” zijn al lang achterhaald alhoewel veel wetenschappelijke publicaties er nog van wemelen.
    Het verschil tussen een “verborgen variabele” en een waarschijnlijkheidsgolf is redelijk vergelijkbaar met het verschil tussen een open en een gesloten systeem. De laatste vertegenwoordigt de invariantie t.o.v. de betrokken energie. Dus ja, psi is noodzakelijk voor een kloppende beschrijving van de interacties.
    Oneindig veel “dimensies” (dat zijn het in werkelijkheid niet) hebben daar in zoverre iets mee te maken dat het mechanisme dat daar achter zit, leidt tot oneindig veel mogelijkheden die op het moment “nu” zich manifesteren in één werkelijkheid (de werkelijkheid van natuurkundige fenomenen die gevormd worden door lokale configuraties van energie-kwanta).
    Zie het als zo’n 3D draadmodel van een fysiek voorwerp op het scherm van een CAD-station. Het universum is volledig gevuld met oneindig veel van deze “draadmodellen”, die onderling met elkaar verbonden zijn (de draadmodellen zijn manifest in het scalaire veld). De hiërarchie tussen deze veranderende draadmodellen bepaalt welke kwanta op het moment “nu” de configuratie/het fenomeen zijn.
    De werkelijkheid van de relativiteitstheorie… Die is secundair en alleen van belang voor fysici die graag de werkelijkheid “zintuiglijk” willen houden (klassieke natuurkunde). De kwantumveldtheorie beschrijft de volledige werkelijkheid (uh, in ieder geval is het niveau van beschrijven fundamenteel) en de relativiteitstheorie beschrijft alleen de relaties tussen de “toppen van de ijsbergen” die drijven in de zee van de kwantumvelden.
     

    • moerstaal schreef:

      Sydney,

      “Dat is namelijk onze zintuiglijke waarnemingen van de wereld om ons heen projecteren op het allerkleinste en deze “denkreflex” zijn al lang achterhaald alhoewel veel wetenschappelijke publicaties er nog van wemelen.”

      Dat roep ik al 15 jaar en er reageert nooit iemand. Matthijs van der Meer gaf ooit eens een lezing over dit onderwerp. Het ging eigenlijk nog meer over de evolutie van de wetenschap. Van Newton tot kwantummechanica en verder. Hij het het over de 4 modellen. Van R3 losstaande objecten, R2 tot objecten die elkaar aanraken, R2 deels samenvallen of R0 volledig samenvallen. Zijn visie is dat alles samenvalt en er geen ruimte of tijd bestaat. Het universum is een soort horloge. Draai je ergens aan dan verandert alles mee. Dit zien we natuurlijk in onze dagelijkse realiteit niet in werking maar is wel het uitvloeisel van de theorie. Daarnaast kan het verstrengeling verklaren. Alles hangt namelijk met alles samen. Klinkt heel holistisch en misschien zelfs nihilistisch maar even goed…

      PS
      Ik zit te zoeken naar artikelen van hem om hier een linkje te kunnen geven.. Gevonden en er staan condoleances bij… Shocking want ik ken hem persoonlijk alleen lang niet gezien en had anders weer contact met hem gelegd! Er was een klik na die lezing en we hebben toen nog weleens goede gesprekken gehad over werkelijk van alles. Dus ik laat het hier even bij. Als iemand hem kent verneem ik dat graag!

      • sydney schreef:

        @Moerstaal, sorry, maar ik ben niet onder de indruk van die theorie van Matthijs van der Meer. Wie ruimte en tijd “wegpoetst”, pleegt projectie. Het is inderdaad zo dat afstand en tijd binnen een deel van de werkelijkheid anders functioneren dan dat wij kennen uit de fysica (alhoewel dat laatste niet helemaal klopt, de theoretisch fysicus John Archibald Wheeler heeft hier heel veel onderzoek naar gedaan).
         
        Als veranderingen in de ruimte plaatsvinden met snelheden die onbeperkt zijn, dan bestaat er geen afstand meer. Want of je nu op hetzelfde moment 1 km verder bent of 1 lichtjaar: de “reistijd” is even lang (onmiddellijke signaaloverdracht). En ook het tijdsbegrip bestaat nu uiteraard niet meer. Maar… dit heeft helemaal niets te maken met de verplaatsing van energie kwanta. Dus die denkbeeldige raket gaat nooit en te nimmer sneller dan de lichtsnelheid. Die denkbeeldige raket bestaat dus gewoon in een universum dat ruimte en tijd kent (alles bevindt zich in dat ene universum).
        Wat er plaatsvindt, is dat ieder punt in de ruimte “communiceert” met ieder ander punt in de ruimte. Maar de “motor” achter die communicatie zijn de overal plaatsvindende veranderingen in het universum in de vorm van energiekwanta. In de bovenstaande post gaf ik hier de naam “draadmodellen” aan omdat er nu eenmaal geen duidelijk begrippenkader op dit gebied bestaat. En uiteraard probeer ik met mijn woordkeuze wel een beetje “in de buurt te blijven”. Het wordt wel eens door fysici die zich bezig houden met onmiddellijke overdracht van eigenschappen “EPR-bruggen” genoemd maar dat begrip is daardoor te verweven met paarvorming om het hier te kunnen gebruiken.
        Zelf heb ik nooit hallucinerende middelen gebruikt, maar veel beschrijvingen van mensen die hier mee geëxperimenteerd hebben, geven weer dat afstand en tijd tijdens zo’n trip niet meer “werkt” zoals wij dat in het dagelijks leven ervaren. En inderdaad: hun lichaam komt nauwelijks van z’n plaats. Ik ben bang dat de inspiratiebron voor veel “metafysische theorieën” schuilt in een aantal chemische verbindingen. 

        • moerstaal schreef:

          Sydney, je gaat er helaas niet goed inhoudelijk op in. Vooral je laatste alinea getuigt niet van respect. Matthijs was voor zover ik weet vrij van drugs. Ik kan je zijn profiel geven welke nog online is (met 2K artikelen)  en kan je ook een samenvatting van die lezing emailen welke ik op mijn harde schijf heb.
          Trouwens, als je met de lichtsnelheid reist ga je toch oneindig snel, alleen niet voor diegene die je langs ziet suizen. Die ziet een in de tijd bevroren iemand…

  5. luc schreef:

    En hoe hebben ze de Bell ongelijkheden aangepakt? Die zeggen namelijk dat een ‘hidden variable’ theorie niet kan bestaan, middels een wiskundig bewijs. Geen een. Wil je een punt maken, zul je die toch echt moeten aanpakken.

    Daarnaast gebruik je het begrip dimensie verkeerd. Een bewegende bal kun je ook beschrijven als punt in zesdimensionale ruimte (3 ruimte en 3 impuls). Twee voetballen door een punt in 12 dimensionale ruimte. Faseruimte heet dat, niets bijzonders.

    Die waarschijnlijkheidsgolf is trouwens niks bijzonders, die leert iedereen die (theoretische) natuurkunde studeert aan een universiteit (waar ik er een van ben overigens). Wat is er nou precies nieuw? 

    Overigens kreeg ik hiervan rillingen over mijn rug:
    “Ψ zelf is een imaginair getal, dingen die natuurkundigen bij berekeningen doorgaans zonder er verder over na te denken uit het eindresultaat wegflikkeren (al worden ze wel bij tussenberekeningen gebruikt). Je kan het niet meten, dus bestaat het niet, zo is de gedachte.”

    Dat doen natuurkundigen dus absoluut niet zo!

    • Germen schreef:

      Uit het werk van Bell volgt dat er inderdaad geen lokale verborgen variabelen kunnen bestaan. Niet-lokale verborgen variabelen, zoals bijvoorbeeld in de interpretatie van Bohm, kunnen wel degelijk bestaan.

       
      Dimensie is niets anders dan een wiskundige vrijheidsgraad. Wat wij waarnemen als x, y en z zijn domweg vrijheidsgraden van beweging. De waarschijnlijkheidsgolf als wiskundig hulpmiddel is inderdaad niets bijzonders, wat overigens ook duidelijk in het artikel staat, de fysische interpretatie ervan echter wel.

      “Dat doen natuurkundigen dus absoluut niet zo!”
      Ik moet je helaas teleurstellen. Vraag eens na bij je prof wat hij doet met virtuele deeltjes bijvoorbeeld. Evanescerende golven, nog zoiets. Bij elke reflectie komen er golven vrij die sneller bewegen dan c. Die doven uiteraard wel exponentieel uit, maar dat terzijde. Althans, het (reële) deel dat wij waarnemen. Wat gebeurt er met het virtuele deel? Etc. Mijn stelling is dat we een groot deel van de fysische realiteit missen.

  6. sydney schreef:

    @Germen, als het bovenstaande artikel tot doel had om een discussie op gang te krijgen over het mogelijk ontbreken van een deel van de werkelijkheid in de bestaande natuurkundige beschrijvingen, dan was dat voor mij in ieder geval niet zo duidelijk.
    Voor wat die dimensies betreft: gelukkig kom je tegenwoordig soms in wiskundige publicaties tegen dat al dat gegoochel met het begrip “dimensie” eigenlijk niet kan. Er zijn 3 duidelijk gelijkwaardige dimensies (wiskundig hulpsysteem), de 4de hoort al eigenlijk niet meer thuis in het rijtje. Fysici leunen uiteraard heel sterk op de toegepaste wiskunde maar soms leidt dit tot een verbijsterende begripsvervuiling.
    De vraag of er wel of niet lokaal verborgen variabelen bestaan, is afhankelijk van het niveau waarop je de werkelijkheid beschrijft. Fysici zijn altijd bezig met de “empirische” werkelijkheid en dan heeft het speculeren over verborgen variabelen eigenlijk niet zoveel zin. Als de uitkomsten maar corresponderen met de waarnemingen… Men heeft een bepaalde keuze gemaakt voor wat “echte wetenschap” is en dat heeft nu eenmaal consequenties.
    En het verschil tussen lokaal en niet-lokaal… Wordt het er niet bij de QM ingehamerd dat een lokale verandering het hele universum doet veranderen?!
    Misschien valt dit nog het makkelijkste te illustreren aan de hand van het begrip “tijd”. Newton kende het begrip “absolute tijd” en de fenomenologische tijd (common time). Einstein kende alleen de relatieve tijd (= fenomenologische tijd). En binnen de kwantumtheorie kennen wij de Planck time (circa 10^-43 sec) en komt het er eigenlijk op neer dat “de tijd” helemaal niet “vloeit” maar een discreet karakter moet bezitten. Alle 3 de begrippen zijn natuurlijk juist (metafysica) en moeten onverbrekelijk deel uitmaken van alle veranderingen binnen het universum. Maar hoe zulke sterk van elkaar afwijkende begrippen toch één en dezelfde realiteit vormen, overstijgt een beetje het niveau van de empirische fysica.
    Fysici gaan elkaar “bevechten” om tot een consensus te komen welke van de 3 begrippen nu eigenlijk juist is.

  7. Qvic schreef:

    In mijn beleving zijn er maar 3 dimensies, maar omdat wij mensen maar 5% van het hele elektromagnetisch spectrum kunnen waarnemen met het blote oog. Gaan we gemakshalve de niet zichtbare spectrum andere dimensies benoemen. Ik ben er al lang achter dat onze wetenschappelijke kennis van het kwantummechanica eigenlijk zo de prullenbak in kan. Als de basis al verkeerd is, dan zijn ook alle theorieën die hier op geënt zijn al fout. Maar ze blijven toch stug volhouden aan deze fantasieën. Dat symbool herken ik wat gebruikt wordt, maar is niet volledig er behoort nog een stukje aan. Misschien is dit bewust gedaan of onbewust. Want op deze manier verzwijg je n.l. de ware theorie.   

  8. Xtabay schreef:

    In een stiefkwartiertje 10 dimensies nader toegelicht.
    Mooi, maar voor deze 3d-er nauwelijks te bevatten.
    Imagining the Tenth Dimension
    http://www.documentary-log.com/imagining-the-tenth-dimension/

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger