Universum onthoudt alles

Share Button

In ons dagelijks leven kan informatie worden gecreëerd, worden gekopieerd en worden vernietigd. Op kwantumschaal is dat niet zo. Zo verbiedt het ‘no cloning theorem’ dat kwantumtoestanden (wat je als kwantuminformatie kan zien) van één kwantumdeeltje naar een ander kwantumdeeltje wordt gekopieerd zonder dat de kwantumtoestand van het eerste deeltje verdwijnt. Een experiment bevestigde dat ook het vernietigen van informatie is op kwantumniveau onmogelijk. Wat je ook doet, er blijven altijd sporen van achter…

Kopiëren en vernietigen bestaat niet in de kwantumwereld
Er zijn twee fundamentele stellingen in de kwantummechanica: naast het ‘no cloning theorem’ ook het ‘no deleting theorem’: een kwantumtoestand kan niet worden vernietigd. Hij kan slechts overgedragen worden aan een ander kwantumdeeltje (of groep deeltjes). De bekende onzekerheidsrelatie van Heisenberg, bijvoorbeeld: de onzekerheid in energie maal de onzekerheid in tijd is groter dan de constante van Planck, zegt niets over de onzekerheid van kwantumtoestanden. Hij zegt slechts iets over de onzekerheid van de koppeling van onze klassieke wereld aan de kwantumwereld. Kwantumtoestanden onderling, in wisselwerking met elkaar, zijn volledig  deterministisch.

Ook verstoppen kan niet meer
Aan dat rijtje fundamentele stellingen kan nu definitief een derde stelling worden toegevoegd: het ‘no-hiding theorem’.

Papierversnipperaars, al dan niet hamster-powered zoals deze van een Engelse student, bestaan niet in de kwantumwereld.

Papierversnipperaars, al dan niet hamster-powered zoals deze van een Engelse student, bestaan niet in de kwantumwereld.

Theoretisch natuurkundigen Samuel L. Braunstein en Arun K. Pati bewezen deze al in 2007. Volgens het ‘no hiding theorem’  kan een kwantumtoestand zich niet verstoppen in de interacties tussen een kwantumsysteem en de rest van de wereld. De kwantumtoestand moet zich óf in het kwantumsysteem, of in de rest van de wereld bevinden. Er is domweg geen andere mogelijkheid. Met uitzondering van de twijfelachtige snaartheorie is het in de natuurkunde een goede traditie dat een theoretische bewering slechts zoveel waard is als door middel van experimenten kan worden ondersteund, althans: pogingen tot falsificatie kan overleven.

Arun Pati en twee collega’s, de ondertussen overleden Jharana Rani Samal die op haar zevenentwintigste verjaardag overleed en alle experimentele werkzaamheden verrichte, en Anul Kumar van het Indian Unstitute of Technology in Bangalore, hebben nu door middel van een experiment aangetoond dat een voorspelling, gedaan met behulp van het ‘no-hiding theorem’, klopt.

Hoe werkte het experiment?
De experimentatoren maakten gebruik van moleculen monofluordibroommethaan.

Het molecuul. Wit is waterstof, geel is fluor en zwart koolstof. De atoomkernen van deze drie atomen vormen magneetjes.

Het molecuul. Wit is waterstof, geel is fluor en zwart koolstof. De atoomkernen van deze drie atomen vormen magneetjes.

Een koolstofatoom, isotoop C-13 (dus een oneven aantal kerndeeltjes, waardoor de kern in een magneetje verandert)  dus waaraan één fluoratoom (ook fluor-19 kent een oneven aantal kerndeeltjes, net als waterstof met zijn ene proton) en twee broomatomen (met een even aantal kerndeeltjes (80), dus niet magnetisch)  hangen.

Met die drie atoomkernmagneetjes vormt dit molecuul, overigens berucht wegens de effecten op de ozonlaag, een minuscule kwantumcomputer met drie zogeheten qubits (de magnetische atoomkernen). Elke atoomkern kan de ene kant of de andere kant om “draaien”, de spin. Magneetjes die tegen elkaar in gericht staan (zoals gebeurt als niet alle drie atoomkernen dezelfde spin hebben) stoten elkaar af. Dit is energetisch ongunstiger en dat effect kan je meten in een NMR, waarin een extreem sterk magneetveld is aangebracht, de reden dat je geen metalen voorwerpen bij je moet hebben in een ruimte waarin een NMR staat.

In dit molecuul staat het waterstofatoom tegenover het fluoratoom, het koolstofatoom bevindt zich in het midden. Bij de meting werd eerst de koolstofkern in een bepaalde kwantumtoestand gebracht. Vervolgens werd deze toestand gewist, door het monster met moleculen bloot te stellen aan een volstrekt toevallige reeks van magnetische pulsen. Daarna werden de kwantumtoestanden van de drie atoomkernen in de moleculen weer gemeten. Het bleek dat de kwantumtoestand van de koolstofkern zich “verplaatst” had naar de twee naburige atoomkernen, maar niet verdwenen was, precies zoals voorspeld door het no-hiding theorema.

Informatie leeft eeuwig
Het universum onthoudt dus alles en informatie gaat nooit verloren. Ook als je in een zwart gat valt en vele noniljarden jaren stukje bij beetje uitgebraakt wordt als Hawkingstraling, kan iemand die alle kwantumtoestanden registreert, hier in principe al je informatie weer in terugvinden. Hiermee is de informatieparadox van  het zwarte gat opgelost. Het no-deleting theorema en het no-hiding theorema samen zeggen dat er alleen voortdurende overgangen zijn maar dat er niets is wat er niet was en niets zal zijn wat er niet op dit moment is. Zouden de kwantumtoestanden van ons lichaam en onze hersenen ook worden overgedragen op dingen om ons heen? De kwantummechanica beantwoordt deze vraag nu bevestigend: er blijft altijd iets van ons bestaan. In hoeverre het betekenis heeft, is dan wel de vraag…

Bronnen
Physorg
Arxiv

Share Button

Germen

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

Dit vind je misschien ook interessant:

5 reacties

  1. Barry schreef:

    Tsja, in hoeverre heeft het betekenis.. Het betekent dat als quantumteleportatie een volledig uitgewerkt feit is geworden dat eventueel met het teleporteren van een mens naar een andere planeet bijvoorbeeld fouten in de teleportatie zelf gerepareerd kunnen worden. Als er dan stukjes mens “verdwijnen“ in het teleportatieproces kunnen ze die informatie weer terugvinden omdat de informatie zelf niet verdwijnt.

    Wat ook significant is, is het feit dat Albert Einstein er dan naast zat, volgens hem verdwijnt informatie in een zwart gat dusdanig dat het dan ook werkelijk echt volledig vernietigd is.

  2. its me schreef:

    bittorrent rules

    wanneer mag ik gaan koloniseren??

  3. Frank schreef:

    Dan zouden ook al onze ervaringen, al onze gedachten en mogelijk ons bewustzijn bewaard blijven na onze fysieke dood. Een hemel dus?

  4. Jose Garcia schreef:

    Interessant artikel. Vertoont gelijkenis met mijn recent geschreven theorie.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Advertisment ad adsense adlogger