Kwantum

Manjit Kumar

	Type:	Paperback
	Uitgever:	Ambo | Anthos
	Gewicht:	705 gram
	Aantal Pagina's:	476
	ISBN:	90-263-2136-8
	ISBN-13:	978-90-263-2136-8
	Categorie:	Relativiteit & Kwantummechanica
	Richtprijs:	€ 37,99

Korte Inhoud

Zonder de ontdekking van de kwantumtheorie had de wereld zoals deze er nu uitziet nooit bestaan: onze computers, televisies en wasmachines zouden bijvoorbeeld niet werken. Kwantum is het eerste boek dat de dramatische geschiedenis van de kwantumtheorie - en daarmee het grootste intellectuele debat van de twintigste eeuw - voor een breed publiek beschrijft.

Centraal in 'Kwantum' staat de discussie tussen Niels Bohr en Albert Einstein die in 1927 in alle hevigheid ontbrandde. Bohr ging er vanuit dat de objectieve realiteit onkenbaar was. Einstein dacht dat er wel degelijk een wereld bestond die zich afspeelt buiten onze waarneming en dat het de taak van de natuurkunde was die wereld te ontdekken en begrijpen. Bohrs standpunt werd aanvankelijk algemeen geaccepteerd, maar Einstein werd - vijftig jaar na zijn dood - alsnog in het gelijk gesteld.

Behalve de grote maatschappelijke, politieke en filosofische veranderingen die de kwantumtheorie in de twintigste eeuw tot gevolgd had, vertelt 'Kwantum' ook het meeslepende verhaal van de strijd tussen twee complexe maar briljante geesten.

Uittreksel

Blz. 378: `Ik heb honderd keer zo veel nagedacht over de kwantumproblematiek als over de algemene relativiteitstheorie,' heeft Einstein eens toegegeven. Dat Bohr het bestaan van een objectieve werkelijkheid afwees in zijn poging te begrijpen wat de kwantummechanica hem over de atoomwereld vertelde, was voor Einstein een onmiskenbaar teken dat de theorie hooguit maar een deel van de hele waarheid bevatte. De Deen bleef erbij dat er geen kwantumwerkelijkheid is buiten wat er door een experiment, een waarneming, zichtbaar wordt gemaakt. `Ontegenzeggelijk is het logisch mogelijk daarin te geloven,' erkende Einstein, 'maar het druist zo tegen mijn wetenschappelijk instinct in, dat ik het niet kan nalaten naar een vollediger concept te zoeken'. Hij bleef 'geloven in de mogelijkheid een model van de werkelijkheid te geven dat gebeurtenissen zelf voorstelt, en niet alleen maar de kans dat ze plaatshebben'. Toch heeft hij Bohrs Kopenhaagse interpretatie uiteindelijk niet kunnen weerleggen. 'Over de relativiteitstheorie sprak hij afstandelijk, over de kwantumtheorie hartstochtelijk,' heeft Abraham Pais, die Einstein in Princeton had gekend, gememoreerd. `Het kwantum was zijn demon.'

`Ik denk dat ik gerust kan zeggen dat niemand de kwantummechanica snapt,' zei de beroemde Amerikaanse Nobelprijswinnaar Richard Feynman in 1965, tien jaar na Einsteins dood. Nu de Kopenhaagse interpretatie als kwantumorthodoxie zo onherroepelijk was als een pauselijk decreet uit Rome, namen de meeste fysici Feynmans raad gewoon ter harte. 'Blijf je, als het maar even kan, niet afvragen "maar hoe kan het zo zijn?" waarschuwde hij.' 'Niemand weet hoe het zo kan zijn.' Einstein heeft nooit gedacht dat het zo was, maar wat zou hij hebben gedacht van de stelling van Bell en de experimenten waaruit bleek dat die de noodklok over hem luidde?

Centraal in Einsteins fysica stond zijn rotsvaste geloof in een werkelijkheid die 'daarbuiten' bestaat, los van de vraag of ze al dan niet wordt waargenomen. 'Bestaat de maan alleen als je ernaar kijkt?' vroeg hij Abraham Pais in een poging duidelijk te maken hoe absurd het is er anders over te denken. De werkelijkheid die Einstein zich voorstelde had lokaliteit en werd beheerst door causale wetten die de natuurkundige moest ontdekken. 'Als je er niet meer van uitgaat dat wat er in verschillende gedeelten van de ruimte bestaat zijn eigen onafhankelijke, werkelijke bestaan heeft,' zei hij in 1948 tegen Max Born, 'zou ik gewoon niet weten wat de natuurkunde dan geacht wordt te beschrijven.' Einstein geloofde in realisme, causaliteit en lokaliteit. Als hij bereid zou zijn geweest er een van op te offeren, welke zou het dan zijn geweest?

`God dobbelt niet,' heeft Einstein dikwijls en gedenkwaardig gezegd.' Net als een hedendaagse reclameschrijver besefte hij de waarde van een onvergetelijk cliché. Het was zijn kordate afwijzing van de Kopenhaagse interpretatie en geen hoeksteen van zijn wetenschappelijke opvatting van de wereld. Dat was niet altijd duidelijk, zelfs niet voor iemand als Born, die hem bijna een halve eeuw heeft gekend. Het was Pauli die Born ten slotte uitlegde waar het bij Einsteins verzet tegen de kwantummechanica eigenlijk om draaide.

Toen Pauli in 1954 twee maanden in Princeton verbleef, gaf Einstein hem een conceptversie van een artikel van Born waarin het determinisme werd aangeroerd. Pauli las het en schreef zijn vroegere baas dat let begrip "determinisme" in Einsteins ogen niet zo fundamenteel is als het vaak wordt gevonden'. " Dat was iets wat Einstein hem in de loop der jaren 'vele malen nadrukkelijk' gezegd had. 'Einsteins uitgangspunt is niet "deterministisch" maar "realistisch",' legde Pauli uit, 'wat betekent dat hij een ander filosofisch vooroordeel heeft.' Met 'realistisch' bedoelde Pauli dat Einstein aannam dat bijvoorbeeld elektronen al bestaande kenmerken hebben nog voordat er een meting wordt verricht. Hij beschuldigde Born ervan 'een namaak Einstein voor uzelf te hebben opgericht, die u vervolgens met veel bombarie omver hebt gegooid'. Verrassend genoeg, gezien hun langdurige vriendschap, had Bom nooit helemaal begrepen dat wat Einstein dwarszat niet het dobbelen was, maar het feit dat in de Kopenhaagse interpretatie 'de voorstelling van een als los van de waarneming gedachte werkelijkheid wordt afgewezen'.

Eén mogelijke reden voor het misverstand kan zijn dat Einstein in december 1926 voor het eerst zei dat God 'niet dobbelt' toen hij Born probeerde duidelijk te maken dat hij zich onbehaaglijk voelde bij de rol van waarschijnlijkheid en toeval in de kwantummechanica en de afwijzing van causaliteit en determinisme» Pauli begreep echter dat Einsteins bezwaren veel verder gingen dan het feit dat de theorie in termen van waarschijnlijkheid werd uitgedrukt. 'Het lijkt me vooral misleidend het begrip determinisme in het debat met Einstein in te brengen,' waarschuwde hij Born.

`Centraal in het probleem,' schreef Einstein in 1950 over de kwantummechanica, 'staat niet zozeer de kwestie van causaliteit als wel die van realisme."? Al jaren hoopte hij 'het kwantumraadsel nog eens te kunnen oplossen zonder de voorstelling van de werkelijkheid te hoeven opgeven'. Voor de bedenker van de relativiteitstheorie moest die werkelijkheid lokaal zijn, zonder ruimte voor invloeden sneller dan het licht. De schending van de ongelijkheid van Bell betekende dat Einstein, als hij een kwantumwereld wilde die los van waarnemers bestond, de lokaliteit zou moeten opgeven.

De stelling van Bell kan niet uitmaken of de kwantummechanica volledig is of niet, maar alleen kiezen tussen de kwantummechanica en een lokale verborgen-variabelentheorie. Als de kwantummechanica klopt - en dat geloofde Einstein, omdat de theorie elke experimentele toets uit zijn tijd had doorstaan - impliceerde de stelling van Bell dat een verborgenvariabelentheorie die de uitkomsten ervan reproduceerde non-lokaal moest zijn. Bohr zou, net als anderen, de uitkomsten van de door Alain Aspect gedane proeven hebben opgevat als steun voor de Kopenhaagse interpretatie. Einstein zou waarschijnlijk hebben aanvaard dat de uitkomsten van het toetsen van de ongelijkheid van Bell geldig waren, en niet hebben getracht de lokale werkelijkheid te redden via een van de nog niet gedichte mazen in die proeven. Er was echter nog een uitweg die Einstein misschien zou hebben aanvaard, al is die volgens sommigen in strijd met de geest van de relativiteitstheorie: het `no-signalling theorem', dat inhoudt dat signaaloverdracht niet kan plaatshebben met een snelheid hoger dan die van het licht.

Er werd ontdekt dat non-lokaliteit en kwantumverstrengeling niet zijn te gebruiken om nuttige informatie ogenblikkelijk van de ene plaats naar de andere over te brengen, omdat een meting aan één deeltje van een verstrengeld paar een volkomen willekeurige uitkomst oplevert. Door zo'n meting komt een experimentator niets meer te weten dan de waarschijnlijkheden van de uitkomst van een mogelijke, op een verre locatie door een collega uitgevoerde meting aan het andere verstrengelde deeltje. De werkelijkheid mag dan lokaal zijn, en invloeden sneller dan licht tussen verstrengelde deeltjesparen op gescheiden locaties toelaten, het is wel een goedaardige werkelijkheid, zonder 'spookachtige communicatie op afstand'.

Sloten het team van Aspect en anderen die de ongelijkheid van Bell toetsten hetzij lokaliteit, hetzij een objectieve werkelijkheid uit maar lieten ze een non-lokale werkelijkheid toe, in 2006 werd een groep van de universiteiten van Wenen en Gdansk de eerste die non-lokaliteit en realisme aan een proef onderwierp. Het experiment was geïnspireerd door het werk van de Britse natuurkundige sir Anthony Leggett. In 1973, en nog niet geridderd, kreeg Leggett het idee om de stelling van Bell te verbeteren door aan te nemen dat er ogenblikkelijk overgebrachte invloeden tussen verstrengelde deeltjes waren. In 2003, het jaar dat hij de Nobelprijs kreeg voor zijn werk aan de kwantumeigenschappen van vloeibaar helium, publiceerde Leggett een nieuwe ongelijkheid, die non-lokale verborgen-variabelentheorieën uitspeelde tegen de kwantummechanica.

Koop dit boek bij

---

Bestellen