[D66] Hypothese: Non-locality en de Zonne-elektronenschil

[René Oudeweg]

On 5/29/23 10:46, Dr. Marc-Alexander Fluks via D66 wrote:
> De simpelste manier om het te begrijpen is aan te nemen dat een 
> deeltje beschreven kan worden door een golf en het behoeft geen betoog 
> dat een golf een niet-locaal verschijnsel zij (dwz: een golf is overal 
> ipv op 1 plek).
>
> Van de week stond er een aardig stuk over in de krant.
> https://www.volkskrant.nl/wetenschap/op-twee-plekken-tegelijk-zijn-zo-werken-fysici-verder-aan-het-beroemde-idee-van-de-kat-van-schrodinger~b1f2de80/
>

volkskrant.nl 
<https://www.volkskrant.nl/wetenschap/op-twee-plekken-tegelijk-zijn-zo-werken-fysici-verder-aan-het-beroemde-idee-van-de-kat-van-schrodinger~b1f2de80/> 



  Op twee plekken tegelijk zijn: zo werken fysici verder aan het
  beroemde idee van de ‘kat van Schrödinger’

10–14 minutes
------------------------------------------------------------------------
null Beeld Elki Boerdam

Beeld Elki Boerdam

Het is misschien wel het meest duizelingwekkende idee uit de moderne 
natuurkunde: dat de realiteit zich op de allerkleinste schaal totaal 
anders gedraagt dan we gewend zijn.

Neem bijvoorbeeld elementaire deeltjes, de kleinst mogelijke 
bouwsteentjes van alles. Hoe klein of groot je het ook bedenkt, of het 
nu mensen, wolkenkrabbers, pantoffeldiertjes of zelfs complete 
sterrenstelsels zijn, alles bestaat uit zulke minuscule deeltjes. Die 
deeltjes worden geregeerd door de tegendraadse wetten van de 
quantumfysica, die onder meer toestaan dat ze op meerdere plekken 
tegelijk zijn. ‘Superpositie’, heet dat in quantumkringen. Als mens kun 
je nooit tegelijk op de Martinitoren én het Empire State Building zijn, 
maar in die kleinedeeltjeswereld kan dat wel.

*Over de auteur**
*George van Hal <https://www.volkskrant.nl/auteur/George%20van%20Hal> 
schrijft voor /de Volkskrant/ over sterrenkunde, natuurkunde en 
ruimtevaart. Hij publiceerde boeken over alles van het heelal tot de 
kleinste bouwstenen van de werkelijkheid.

De vraag die zich daarbij opdringt: vanwaar dat verschil? Waarom kunnen 
deeltjes iets wat voorwerpen uit de wereld van alledag niet kunnen? 
Bestaat er een grens? En misschien nog wel belangrijker: wat onthult dat 
over de basisregels waarop onze gehele werkelijkheid rust?

In de jacht op antwoorden proberen fysici daarom de minuscule 
quantumwereld, met haar bizarre wetten, op te rekken naar de onze. En 
dat levert steeds grotere successen op. Letterlijk.

Neem het experiment dat fysici eind april beschreven in het vakblad 
/Science/ <https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf7553>. Daarin 
tonen ze hoe ze een kristalletje van 16,2 microgram tegelijk in twee 
richtingen laten trillen: van noord naar zuid én van links naar rechts. 
Total bizar natuurlijk: alsof je hossend op de moderne 
Snollebollekes-klassieker /Links rechts/ tegelijk beide richtingen uit 
danst.


      De kat van Schrödinger

Natuurlijk klinkt 16,2 microgram als weinig, maar naar quantummaatstaven 
is het gigantisch. Het kristalletje bestaat uit zo’n honderd biljard 
atomen, 100.000.000.000.000.000, een 1 met – tel ze maar – 17 nullen. En 
dat terwijl de vorige recordhouder ‘slechts’ zo’n tweeduizend atomen in 
superpositie 
<https://www.volkskrant.nl/wetenschap/tweeduizend-atomen-zijn-tegelijk-op-twee-plaatsen-fysici-vestigen-nieuw-deeltjesrecord~b0f86f9e9/> 
wist te brengen. Met dit experiment beginnen fysici zelfs de grens te 
benaderen van een van de beroemdste gedachtenexperimenten uit de 
natuurkunde: dat van ‘de kat van Schrödinger’.

Dat experiment werd 88 jaar geleden bedacht door fysicus Erwin 
Schrödinger. Hij stelde zich een kat voor in een doos met een dichte 
deksel. In die doos zit een dodelijk gif in een glazen flesje. Dat 
flesje kan door een willekeurig quantumproces kapotgaan, bijvoorbeeld 
het wel of niet radioactief vervallen van een atoom. Dat verval stuurt 
vervolgens een mechanisme aan waarmee het flesje kapotgaat. Komt het gif 
vrij, dan sterft de kat. Gebeurt dat niet, dan blijft hij leven. De kat, 
zo extrapoleerde Schrödinger uit de quantumfysica, verkeert zo lang de 
doos dicht blijft in een superpositie van dood en levend.

Dat is overigens geen metafoor. ‘Onze taal schiet tekort wanneer we het 
over superposities hebben’, zegt fysicus Oriol Romero-Isart van de 
universiteit van Innsbruck. Bij het vermengen van leven en dood kan 
vrijwel niemand zich echt iets voorstellen. Net zomin als bij deeltjes 
die op meerdere plekken tegelijk zijn. ‘Ik zie het altijd voor me als 
een wazig plaatje: een deeltje dat is uitgesmeerd over verschillende 
locaties’, zegt hij. Zo ook bij Schrödingers kat: in de doos zouden 
leven en dood op bijna magische wijze vermengd zijn.

null Beeld Elki Boerdam

Beeld Elki Boerdam

Fysicus Erwin Schrödinger. Beeld Bettmann Archive

Fysicus Erwin Schrödinger.Beeld Bettmann Archive


      Decoherentie

Schrödinger bedacht het experiment ooit om de meest gangbare 
interpretatie van de quantumfysica te ridiculiseren: wanneer je al 
redenerend tot zulke evident onzinnige conclusies komt, klopt er iets 
niet, wilde hij ermee zeggen. Opmerkelijk is daarom dat het idee 
tegenwoordig juist dient als hulpmiddel om quantumfysica aan leken uit 
te leggen.

‘Dood en levend tegelijk’ blijkt immers een handig voorbeeld van 
superpositie, terwijl de dichte deksel van de doos meteen een tweede 
eigenaardigheid van de quantumfysica illustreert: het feit dat 
superpositie slechts bestaat totdat je gaat kijken. Of, natuurkundiger: 
totdat iemand een meting verricht. Zodra je gaat meten, verdwijnt de 
superpositie. De kat is dan dood óf levend, een deeltje is niet langer 
uitgesmeerd, maar scherp.

‘Het moderne inzicht is dat er geen grens bestaat tussen de 
quantumwereld en die van alledag’, zegt fysicus Carlo Beenakker van de 
Universiteit Leiden. Er is dus niets fundamenteels dat verhindert dat 
biljartballen, katten of zelfs mensen in superpositie geraken.

Dat zoiets nooit gebeurt, heeft alleen een praktische reden. ‘In de 
echte wereld raak je continu verstrengeld met alles om je heen’, zegt 
Beenakker. Fysici spreken van ‘verstrengeling’ wanneer twee deeltjes 
quantummechanisch met elkaar verbonden raken, ook zonder dat er iets 
fysieks is dat ze aan elkaar vastmaakt. Die massale verstrengeling van 
alles met alles vangt voorwerpen in de wereld van alledag in een soort 
onzichtbaar quantumspinnenweb.

Eén enkele waarneming – een lichtdeeltje dat op je oog valt, een 
warmtetrilling die je huid raakt, de wind die door je haren blaast – is 
vervolgens al genoeg om dat hele web van deeltjes tegelijk van hun 
superposities te ontdoen. Alsof je simultaan miljarden en miljarden 
dozen uit Schrödingers gedachtenexperiment opent. Die overgang van 
quantumnatuurkunde naar het alledaagse heet in de natuurkunde 
‘decoherentie’.

null Beeld


      Zwaartekracht

‘Het mechanisme achter decoherentie wordt**goed begrepen’, zegt 
Romero-Isart. De belangrijkste resterende vraag is daarom: hoelang kun 
je het uitstellen? Dat is onder meer relevant wanneer je een 
quantumcomputer wilt bouwen, een futuristisch rekenbeest dat de wetten 
van de quantumfysica gebruikt en daarom zolang mogelijk beschermd moet 
blijven tegen decoherentie.

Op een fundamenteler niveau kunnen de antwoorden op zulke vragen 
bovendien meer onthullen over de manier waarop de werkelijkheid in haar 
diepste wezen werkt. Bestaat er bijvoorbeeld een punt waarop voorwerpen 
simpelweg te zwaar worden voor quantumeffecten? Volgens sommige fysici 
is de quantumfysica niet zo gediend van zwaartekracht: hoe zwaarder iets 
is, hoe sneller het dan zijn quantumeigenschappen verdient.

Anderen, zoals Romero-Isart, hopen juist dat de zwaartekracht van 
quantumvoorwerpen ons iets nieuws gaat leren. ‘Ik ben echt benieuwd wat 
er gebeurt met het zwaartekrachtsveld van een zwaar voorwerp in 
superpositie’, zegt hij. Volgens de algemene relativiteitstheorie van 
Einstein is zwaartekracht in essentie slechts een kromming van ruimte en 
tijd, vergelijkbaar met de kuil die een zware loden bal veroorzaakt 
wanneer je die op een schuimrubberen mat legt. ‘Raken de ruimte en tijd 
rond zo’n voorwerp dan zelf óók in superpositie?’, vraagt Romero-Isart. 
‘Dat is echt terra incognita, totaal onontgonnen terrein. We hebben geen 
enkele theorie om te voorspellen wat er dan zal gebeuren.’


      Interferentiepatroon

Fysici gebruiken twee methoden om de quantumgrenzen steeds verder op te 
rekken: dingen laten trillen in meerdere richtingen, of experimenten met 
interferentiepatronen, zoals het zogeheten tweespletenexperiment. 
Daarbij maakt men gebruik van het feit dat deeltjes ook golven zijn, een 
andere vreemde conclusie uit de wereld van de quantumfysica.

Of, nou ja, vreemd: eigenlijk is dat juist heel inzichtelijk, vindt 
Beenakker. ‘Bij golven is het niet zo raar dat ze op meerdere plaatsen 
tegelijk kunnen zijn. Het maakt de quantumfysica begrijpelijker.’

Wanneer je in een vijver twee stenen laat vallen, zullen de golven die 
ontstaan elkaar overlappen. Fysici noemen dat een interferentiepatroon. 
Omdat ook deeltjes golven zijn, gebeurt iets soortgelijks wanneer je 
deeltjes door twee spleten laat stromen. Elke spleet doet daarna dienst 
als het steentje in de vijver, zodat achter beide spleten golven 
ontstaan. Ook hier overlappen die elkaar en maken ze een 
interferentiepatroon.

null Beeld Elki Boerdam

Beeld Elki Boerdam

Maar nu komt de crux: dat werkt zelfs wanneer je maar één deeltje 
tegelijk op die twee spleten afstuurt. In de alledaagse wereld zou niets 
kunnen overlappen en interfereren, maar in de quantumwereld duikt toch 
het interferentiepatroon op. De enige verklaring? Dat ene deeltje moet 
simultaan door beide spleten gaan.

Met dat experiment boekten fysici tot nog toe de grootste successen in 
het opschalen van quantumeffecten. Het vorige record, met een molecuul 
bestaand uit tweeduizend atomen, werd op die manier geboekt. ‘En wij 
denken nu ook na over mengvormen: iets dat je én laat trillen én met 
zichzelf laat interfereren’, zegt Romero-Isart.


      Beerdiertjes in superpositie

Romero-Isart droomt bovendien al jaren van de volgende revolutionaire 
stap: het in superpositie brengen van levende wezens. ‘We naderen nu het 
punt waarop zoiets mogelijk wordt’, zegt hij. Zijn belangrijkste 
kandidaat heeft hij al: het beerdiertje. Dat schier onverwoestbare 
microwezen overleefde eerder tijdens experimenten al eens in het vacuüm 
van de ruimte, aan de buitenkant van internationaal ruimtestation ISS. 
En in 2021 doken zelfs al berichten op van verstrengelde beerdiertjes, 
al bleek dat later schromelijk overdreven 
<https://www.volkskrant.nl/wetenschap/hoe-het-minuscule-beerdiertje-een-zwakte-onthult-in-de-moderne-wetenschap~b68fd958/>. 


‘De grootste uitdaging als je micro-organismen in superpositie wilt 
brengen, is om ze te isoleren van de omgeving’, zegt hij. Je moet ze 
extreem koelen en in een vacuüm stoppen om te voorkomen dat ze 
informatie uitwisselen met de omgeving. Bij het beerdiertje kan dat nog, 
maar daarna is het wel klaar. De meeste andere organismen overleven zo’n 
behandeling niet.

Het beerdiertje lijkt momenteel de beste kandidaat voor experimenten met 
het in superpositie brengen van levende wezens. Beeld Getty

Het beerdiertje lijkt momenteel de beste kandidaat voor experimenten met 
het in superpositie brengen van levende wezens.Beeld Getty

‘Een échte kat van Schrödinger, laat staan een mens, is dus absoluut 
uitgesloten’, zegt Romero-Isart. En zelfs als je het op de een of andere 
manier voor elkaar zou krijgen een mens bij zo’n experiment in leven te 
houden, zal het alsnog mislukken. ‘Stel dat je tegelijk in de woonkamer 
en in de keuken bent, in superpositie’, zegt hij. ‘Dan nog zie je zodra 
je je ogen opent waar je bent. En het gaat niet alleen om kijken, echt 
élke interactie verstoort de superpositie.’

De huidige experimenten laten daarom vooral zien dat Schrödinger, geheel 
in quantumstijl, simultaan gelijk én ongelijk had. Een kat in 
superpositie blijft door decoherentie altijd onmogelijk. Tegelijk kan 
wat hij voorstelde op kleinere schaal wél, mogelijk zelfs met levende 
microwezens. En die conclusie voelt in 2023 nog net zo bizar en 
onvoorstelbaar als 88 jaar geleden.
-------------- next part --------------
An HTML attachment was scrubbed...
URL: <http://www.tuxtown.net/pipermail/d66/attachments/20230529/0555efae/attachment-0001.html>