Kwantumvreemdheid De bizarre wereld van het allerkleinste

Vergelijkbare documenten
De golfvergelijking van Schrödinger

Higgs-deeltje. Peter Renaud Heideheeren. Inhoud

What does it all mean?

de Kosmische Tijd, Newtoniaanse tijd voldoet niet aan eigenschappen natuurlijke tijd om stil te staan bij de tijd

Quantummechanica voor jong en oud. Gerard Nienhuis Huygens Laboratorium Universiteit Leiden

Het tweespletenexperiment EN DE RELATIE TUSSEN HET INTERFERENTIEPATROON EN DE BREEDTE VAN DE SPLEET

Teleportatie op de quantum computer

: Toeval en/of determinisme in de natuurwetenschap (Deel II)

Brainstormen in Brussel Honderd jaar Solvayraden voor Fysica

Het vreemde van de Quantum mechanica

OVER DE PRESENTATRICE

Quantummechanica = golfmechanica

7. Hoofdstuk 7 : De Elektronenstructuur van Atomen

Kleinse Fles. Introductie String Zoologie Brane Worlds Zwarte Gaten

QUANTUMFYSICA DE EPR-PARADOX. Naam: Klas: Datum:

Q-bits en Quantumcomputers

Klas 6 natuurkunde. 4 nieuwe hoofdstukken 3 toetsen 3 PO s CE training. SE: Nova, PTA CE: Syllabus + examenregels

Quantummechanica 5/6 VWO

Atoom theorie. Inleiding

nieuw deeltje deeltje 1 deeltje 2 deeltje 2 tijd

Dit gaat m'n verstand te boven!!!

Alfastraling bestaat uit positieve heliumkernen (2 protonen en 2 neutronen) met veel energie. Wordt gestopt door een blad papier.

COPENHAGEN REVISITED

Gravitatie en kosmologie

Het Standaardmodel. HOVO college Teylers 20 maart 2012 K.J.F.Gaemers

Geleid herontdekken van de golffunctie

Hoe volmaakt is de Schepping? Dinsdag 21 oktober en 4 november Willibrordushuis Allan R. de Monchy

Kwantummechanica HOVO cursus. Jo van den Brand Lecture 2: September 29, 2016

Tentamen. Kwantumchemie & Fysica (4051QCHFY-1314FWN) Datum: 10 April Tijd/tijdsduur: 3 uur

Module kwantummechanica. Lerarenopleiding fysica UC Leuven-Limburg

Samenvatting. Inleiding

Quantum theorie voor Wiskundigen. Velden en Wegen in de Wiskunde

Gravitatie en kosmologie

Kwantummechanica en Cellulaire Automaten: De CA Interpretatie

De Broglie. N.G. Schultheiss

Speciale relativiteitstheorie: de basisconcepten in een notedop

Quantummechanica. J. Hilgevoord

Deeltjes in Airshowers. N.G. Schultheiss

Tekstboek Module 1. Bewustwording

Hoofdstuk 1 Atoombouw. Chemie 5 (2u)

Het Quantum Universum. Cygnus Gymnasium

LHCb Wat doen wij? Niels Tuning voor ET - 8 januari 2013

Unificatie. Zwakke Kracht. electro-zwakke kracht. Electriciteit. Maxwell theorie. Magnetisme. Optica. Sterke Kracht. Speciale Relativiteitstheorie

Schrödinger vergelijking. Tous Spuijbroek Cursus Quantumwereld Najaar 2013

Samenvatting Inleiding

De herschepping van de natuurkunde

Indeterminisme en Waarschijnlijkheid In de Quantamechanica. 26 November 2014

Hoofdstuk 9: Radioactiviteit

QUANTUM- & ATOOMFYSICA VWO

Elementaire Deeltjesfysica

Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de natuur

Samenvatting. Klassieke! deeltjes. Bosonen

Samenvatting. Geen probleem is te klein of te triviaal als je er echt iets aan kunt doen. R. Feynman

Speciale relativiteitstheorie

Hoofdstuk 3: Licht. Natuurkunde VWO 2011/

Wordt echt spannend : in 2015 want dan gaat versneller in Gevene? CERN echt aan en gaat hij draaien op zijn ontwerp specificaties.

Constante van Planck bepalen met LED s. Doel: Constante van Planck bepalen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Technische Natuurkunde

Minimaal aantrekkelijk Kwantumzwaartekracht. Sebastien Immers 2011

Gravitatie en Kosmologie

Fluorescentie. dr. Th. W. Kool, N.G. Schultheiss

Toeval en/of determinisme in de natuurwetenschap

Astronomische Technieken Hovo Cursus Prof.dr. Paul Groot (RU) Dr. Gijs Nelemans (RU)

Hoofdstuk 2: Bouw van de stoffen

Kwantummechanica HOVO cursus. Jo van den Brand Lecture 3: 6 oktober 2016

Bestaat toeval? De stellingen van Conway, Kochen, en Specker. Klaas Landsman. Nijmeegse Tweedaagse: Wiskunde 26 en 27 oktober 2009

Gravitatie en kosmologie

Opgave 1 Golven op de bouwplaats ( 20 punten, ) Een staalkabel met lengte L hangt verticaal aan een torenkraan.

DE ONTOLOGISCHE INTERPRETATIE VAN NUL-INTERACTIEMETINGEN IN DE QUANTUMMECHANICA

1 Leerlingproject: Relativiteit 28 februari 2002

-. afstand x van het midden en I0 de intensiteit als een van de twee spleten gesloten is.

Chaos in de klassieke mechanica

En ik ben niet de enige, door de eeuwen heen hebben grote natuurkundigen geworsteld met het begrip massa.

Wetenschappelijke Nascholing Deel 1: Van de alchemisten tot het Higgs-deeltje

Spectroscopie. ... de kunst van het lichtlezen... Karolien Lefever. u gebracht door. Instituut voor Sterrenkunde, K.U. Leuven

Wat is vacuüm? Jan de Boer (FNWI/IoP/ITFA, GRAPPA, D-ITP, ) NSA ouderdag 2016

Schoolexamen Moderne Natuurkunde

Week-end van de wetenschap, Groningen, 6 oktober 2013 Ivo van Vulpen

Scotty, beam me up! Kwantum teleportatie maakt gigantische sprongen

Uit: Niks relatief. Vincent Icke Contact, 2005

Speciale relativiteitstheorie

Zonnestraling. Samenvatting. Elektromagnetisme

Speciale relativiteitstheorie

De Large Hadron Collider 2.0. Wouter Verkerke (NIKHEF)

Energie-omzetting: omzetting van de ene energiesoort in de andere. Energie-overdracht: overdracht van energie van het ene voorwerp aan het andere.

Het ongrijpbare Higgs-deeltje gegrepen

Emergente zwaartekracht Prof. Dr. Erik Verlinde

Inleiding Astrofysica College 2 15 september Ignas Snellen

Samenvatting NaSk 1, 2 en 3

QUANTUMFYSICA FOTOSYNTHESE. Naam: Klas: Datum:

HOVO: Gravitatie en kosmologie OPGAVEN WEEK 1

De wonderen van de quantumwereld

De bouwstenen van het heelal Aart Heijboer

Fysische grondslagen radioprotectie deel 1. dhr. Rik Leyssen Fysicus Radiotherapie Limburgs Oncologisch Centrum

VERENIGDE DEELTJESINTERACTIES

ANTWOORDEN EN UITWERKINGEN TENTAMEN QUANTUMMECHANICA 2 VAN 8 JUNI e +" 1 = 1. e (" )=(k BT )

PMN Planner: Een voorbeeld gebaseerd op 2 contacturen per week

Ruimte, Ether, Lichtsnelheid en de Speciale Relativiteitstheorie. Een korte inleiding:

Het berekenbare Heelal

Transcriptie:

Kwantumvreemdheid De bizarre wereld van het allerkleinste Lezing Elcker-Ik Centrum 20 februari 2019 Hans Plets

Opbouw Deel I: Het ontstaan van de kwantumfysica Deel II: Vreemd, vreemder, vreemdst 1. Energie komt in pakketjes Planck en Einstein 2. Onzekerheidsrelaties Heisenberg 3. Golf of deeltje? Experiment van Young revisited 4. Kwantumverstrengeling EPR en Bell 5. Micro versus macro De kat van Schrödinger Deel III Het wereldbeeld van de kwantumfysica

Deel I: Het ontstaan van de kwantumfysica

Eind 19 de eeuw Bouwwerk van de fysica grotendeels voltooid Het lijkt waarschijnlijk dat de meeste van de grote unificerende principes stevig gevestigd zijn en dat verdere vooruitgang voornamelijk moet gezocht worden in de rigoureuze toepassing van deze principes op alle fenomenen die nog onder ogen komen Albert Michelson, 1894 Nobelprijs 1907 Albert Michelson

Vanwaar dit optimisme? Mechanica van Newton verder uitgewerkt Zelfde mechanisme verklaart bewegingen op aarde en in de ruimte Sir Isaac Newton Carnot (1824): basis gelegd voor de thermodynamica Sadi Carnot

Vanwaar dit optimisme? Maxwell (1865): magnetisme en elektriciteit samengevoegd tot elektromagnetisme James Maxwell

Kiezelsteentje in schoen Kirchhoff (1860) bestudeerde thermische straling Zwart lichaam : Gustav Kirchhoff Voorwerp dat alle inkomende straling absorbeert, dus niets reflecteert en vervolgens weer afgeeft als warmtestraling Goede benadering: Tegengestelde van perfecte spiegels Sterren zwarte stralers

Ultravioletcatastrofe

Elektromagnetisch spectrum

Max Planck (1900) Max Planck Als je aanneemt dat energie binnen de zwarte straler in pakketjes voorkomt, vind je de waargenomen grafiek Klassieke natuurkunde: energie varieert op continue wijze, dus niet opgebouwd kleine bouwstenen Terminologie: energie is gekwantiseerd Nobelprijs 1918!

Andere kiezelsteentjes Lijnenspectra van atomen Radioactiviteit Marie Curie Marie Curie Nobelprijs 1903 Nobelprijs 1911!

Slotsom deel I Klassieke natuurkunde kan waargenomen intensiteit van zwarte stralers niet verklaren Max Planck vindt work-around met pakketjes energie Deze zet markeert het begin van de kwantumfysica Maar wat betekent dit nu?

Deel II: Vreemd, vreemder, vreemdst Wie de kwantummechanica niet vreemd vindt, heeft er niets van begrepen Niels Bohr

Kwantumvreemdheid #1: Energie is gekwantiseerd Max Planck (1900): energie behandelen als opgebouwd uit kant-en-klare pakketjes is louter rekentrucje Albert Einstein (1905): pakketjes energie zijn reëel Foto-elektrisch effect niet zo sterk gebonden elektronen in atoom komen los bij opname voldoende energie opnemen van invallend licht Nobelprijs 1922!

Gevolg voor atoommodel Begin 20 ste eeuw: Atoommodel Rutherford: analogie met zonnestelsel Ernest Rutherford Maar, elektron moet op kern vallen Nobelprijs 1908!

Nieuw atoommodel Atoommodel Niels Bohr: ziet er niet zo verschillend uit: Niels Bohr Nobelprijs 1922! Maar: elektronen enkel op banen met specifieke energieniveaus

Atoommodel Bohr + Uitsluitingsprincipe van Pauli: geen 2 elektronen in zelfde toestand Wolfgang Pauli niet alle e in laagste energiebaan Nobelprijs 1945!

Atoommodel Maar dit atoommodel zullen we ook nog moeten bijstellen

Kwantumvreemdheid #2 Onzekerheidsprincipe Heisenberg Werner Heisenberg Principe dat een fundamentele beperking legt op de hoeveelheid informatie die je uit een kwantumsysteem kan halen Sommige grootheden kan je niet allebei tegelijk heel precies meten Bv. plaats en impuls of energie en tijd 1926: onzekerheidsrelaties van Heisenberg:

Nobelprijs 1932!

Onzekerheidsprincipe Gevolg: atoommodel van Niels Bohr Fout! Fout! Fout! Fout! is fout

Nieuw atoommodel Elektronenwolk rond atoomkern Plaats van het elektron rond de atoomkern is onbepaald, enkel waarschijnlijkheid dat elektron zich op een bepaalde plaats bevindt Een elektron in een atoom beweegt niet, het is aanwezig Die aanwezigheid wordt gegeven door een kansverdeling Dus zolang je niet vraagt waar een deeltje is, bestaat het in een samenstelling (superposition) van alle mogelijke plaatsen; van zodra je de vraag stelt een meting doet is het deeltje ergens, maar je kan nooit op voorhand weten waar

Kwantumvreemdheid #3: Golf of deeltje? Huygens (17 de eeuw): 1 ste uitgebreide theorie over de aard van licht Licht is een golf Newton: Licht bestaat uit deeltjes Young (1803): Licht is een golf Einstein (1905): Licht bestaat uit deeltjes Foto-elektrisch effect: licht bestaat uit stroom fotonen Verdere bevestiging: Comptoneffect Kwantumfysica: beide! Nobelprijs 1927! Arthur Compton

Experiment van Young Vooraf: karakteristiek van golven: interferentie Experiment: Lichtbron Laat dit schijnen op een wand met twee spleten Plaats een detectiescherm achter de wand Meet het lichtpatroon

Tweespletenexperiment van Young Experiment laat toe om te bepalen of licht een golf is of uit deeltjes bestaat: Deeltje Golf

Tweespletenexperiment Uitkomst experiment van Young: Golf!

Tweespletenexperiment - kwantumversie Hypothese van de Broglie (1924): dit geldt niet alleen voor Louis de Broglie licht, ook deeltjes zoals elektronen hebben golfkarakter Hypothese de Broglie experimenteel aangetoond in 1927 Nobelprijs 1927!

Stap 1: 1 spleet Tweespletenexperiment - kwantumversie Gaussverdeling van gedetecteerde deeltjes Detector Bron Deeltjes

Tweespletenexperiment - Stap 2: 2 spleten verwachting kwantumversie Verwachting: som van 2 Gausscurves Detector Bron Deeltjes

Tweespletenexperiment - Stap 3: 2 spleten meting kwantumversie Meting: interferentiepatroon Detector Bron Deeltjes

Tweespletenexperiment - kwantumversie Stap 4: 2 spleten 1 deeltje per keer uitgezonden Meting: interferentiepatroon blijft! Bron Particle emitter Deeltje Detector Je ziet individuele lichtdeeltjes op het scherm vallen Ze vallen op schijnbaar willekeurige plaatsen op het scherm Na verloop van tijd zie je het interferentiepatroon ontstaan

Tweespletenexperiment - kwantumversie Kwantumverklaring: deeltje gaat door beide en interfereert met zichzelf Superpositie toestanden Bron + + Detector

Tweespletenexperiment - kwantumversie Stap 5: 2 spleten extra meting om te kijken door welke spleet deeltje gaat Meettoestel Bron + Detector Interferentiepatroon verdwijnt!!

Tweespletenexperiment - Kwantumverklaring: kwantumversie Meettoestel Wavefunction collapse! Bron + or Detector

Wat betekent dit? Of iets zich voordoet als golf of als deeltje, hangt af van de vraag die we stellen Bij experiment van Young interfereren deeltjes met zichzelf door beide spleten tegelijk en gedragen zich als golf Bij detectie aan spleten, gedragen ze zich als deeltjes Golf-deeltjesdualiteit

Kwantumvreemdheid #4: Verstrengeling

Kwantumvreemdheid #4: Verstrengeling Verstrengeling: Information over eigenschappen wordt gedeeld tussen deeltjes Niet zomaar onafhankelijk van elkaar waarde aannemen voor energie, lading of andere fysische grootheden Alsof onzichtbare band hen samenhoudt, ongeacht onderlinge afstand Verstrengelde deeltjes komen voor in de vrije natuur Wetenschappers kunnen ze ook in het lab produceren

Verstrengeling Verstrengeld paar: elektron e en positron p Spin +1/2 of -1/2 Spin van het paar = 0

Verstrengeling Zolang je niet meet: e en p allebei in superpositie van beide spintoestanden Elk heeft kans van 50% op +1/2 en 50% op -1/2 Schending determinisme: op voorhand onbekend wie + of - Van zodra je ene meet, bv. e met spin +1/2 MOET p spin -1/2 hebben, ook al meet je p niet

Verstrengeling Hoe weet p dit? Klassiek: boodschapper gaat van e naar p en vertelt e is gemeten en heeft +1/2, dus jij moet nu -1/2 worden Maar: Spin -1/2 voor p gebeurt simultaan met +1/2 voor e Boodschapper reist met eindige snelheid ( lichtsnelheid) Verstrengeld paar kan willekeurig ver uit elkaar gaan en toch verstrengeld blijven

Verstrengeling Einstein: spookachtige werking op afstand Schending van Principe van lokaal realisme? Lokaliteit : eigenschappen ene deeltje kunnen geen instantaan effect hebben op eigenschappen andere deeltje Realisme : waarneembare kenmerken van deeltje zijn er altijd, ongeacht of we die wel of niet meten

EPR-paradox Einstein: Er bestaan verborgen variabelen die bepalen wie bij meting +1/2 en wie -1/2 aanneemt Indien juist: Kwantumfysica onvolledig Determinisme, lokaliteit en realisme gered Gedachte-experiment Einstein, Podolsky en Rosen, EPR

EPR-paradox EPR, 1935 Onzekerheidsrelatie Heisenberg tussen x- en y-component van impuls Impuls = massa x snelheid Verstrengeld paar A-B Meet x-component impuls A -> x-component B vastgelegd zonder te meten Meet y-component impuls B -> y-component A Dan zijn x- en y-component van A en B nauwkeurig bepaald Dit schendt de onzekerheidsrelatie van Heisenberg Besluit: kwantumfysica is onvolledig

Einstein versus Bohr John Bell Bell, 1964: experiment met spin +1/2-1/2 om te beslechten wie gelijk heeft Einstein: theorie verborgen variabelen A en B weten op voorhand hoe te reageren op meting bij dit type meting ben ik +1/2 en jij -1/2, bij dat type net omgekeerd Bohr: A en B hebben 50% op +1/2 en -1/2, maar onbepaald tot meting

Einstein versus Bohr Laat A en B uit elkaar bewegen Detector om A te meten, detector om B te meten Telkens 3 richtingen om spincomponent te meten

Einstein versus Bohr Ook componenten spin enkel +1/2 en -1/2 Als beide detectoren spin in zelfde richting meten, moeten spinwaarden tegengesteld zijn Maar bij verschillende spincomponenten, bv. stand 1 in detector A en stand 3 in detector B, niet noodzakelijk Bell: Kwantumfysica Bohr: 25% gelijke en 75% tegengestelde spinwaarden Einsteins theorie van verborgen variabelen: minstens 33% gelijke

Einstein versus Bohr

Analogie Op A en B doos met drie deurtjes, G (grijs), W (wit), B (blauw) Vanbinnen schijnt licht: ofwel R (rood), ofwel B (blauw) Wat is kans dat je zelfde licht ziet na openen deurtje in A en B? Kwantumfysica: 50% Theorie verborgen variabelen: voorgeprogrammeerd Zie tabel:

G-W-B Kies Kies Kies Kies Kies Kies Kies Kies Kies % matched Preset B-B-R G-G G-W G-B W-G W-W W-B B-G B-W B-B Match? ja ja nee ja ja nee nee nee ja 55% Preset B-R-B G-G G-W G-B W-G W-W W-B B-G B-W B-B Match ja nee ja nee ja nee ja nee ja 55% Preset B-R-R G-G G-W G-B W-G W-W W-B B-G B-W B-B Match ja nee nee nee ja nee nee ja ja 55% Preset R-B-B G-G G-W G-B W-G W-W W-B B-G B-W B-B Match ja nee nee nee ja ja nee ja ja 55% Preset R-B-R G-G G-W G-B W-G W-W W-B B-G B-W B-B Match ja nee ja nee ja nee ja nee ja 55% Preset R-R-B G-G G-W G-B W-G W-W W-B B-G B-W B-B Match ja ja nee ja ja nee nee nee ja 55%

De wereld van Bell Theorema van Bell: Geen enkele klassieke theorie (lokaal realisme) maakt dezelfde voorspellingen als de kwantumfysica Ongelijkheid van Bell: In theorie van verborgen variabelen moet % gelijke meetwaarden bepaalde waarde zijn (in ons vb 33%) Bell test: Experiment dat nagaat of ongelijkheid van Bell geschonden is

Uitslag Einstein versus Bohr Experimenten uitgevoerd vanaf jaren 1970 2015: loophole-free experiment, TU Delft En de winnaar is Niels Bohr en zijn kwantumfysica!!!

Terug naar EPR Maar hoe zat dat dan met de EPR-claim van onvolledigheid? Relatie Heisenberg toepassen op verstrengeld paar als 1 systeem Dus niet p xa p ya = 0 Maar p xab p yab h/4

Kwantumvreemdheid #5: Micro versus macro Waarom gaat kwantumgedrag in tegen onze intuïties? Bestaat er een grens tussen kwantumgebied en klassiek gebied? Is de beschrijving van de werkelijkheid coherent?

De kat van Schrödinger Doel: absurditeit aantonen van rol van de waarnemer Erwin Schrödinger Gedachtenexperiment uit 1935: Afgesloten ondoorzichtbare ruimte, met daarin Kat Atoom met 50% kans op radioactief verval binnen 1u Nobelprijs 1933! Geigerteller die verval meet Hamertje dat aangestuurd wordt door Geigerteller Flesje dodelijk blauwzuur Als Geigerteller verval meet, slaat hamer flesje kapot en sterft kat

Schrödinger s cat

De kat van Schrödinger Zolang men geen waarneming verricht: superpositie van toestanden kat is dood en levend tegelijk Absurd: toestand kat kan niet afhangen van onze waarneming Causaliteit vereist Ofwel verval -> vergif vrijgelaten -> kat dood Ofwel geen verval -> vergif niet vrijgelaten -> kat levend In plaats van superpositie Tot op heden voorwerp van discussie Link micro-macro?

Deel III: Het wereldbeeld van de kwantumfysica

Basisprincipes kwantumfysica 1. Beschrijving van een deeltje Golffunctie Drukt dualiteit golf-deeltje uit Formele beschrijving van Hypothese van de Broglie (1924) Bevat de informatie over het deeltje Golffunctie voldoet aan Vergelijking van Schrödinger (1925): Ipv. ruimtelijke coördinaten x, y, z

Basisprincipes kwantumfysica Klassiek deeltje Positie = x Kwantumdeeltje Golffunctie = (x) Deeltje bevindt zich hier Met bepaalde waarschijnlijkheid blijkt deeltje zich bij meting hier ergens te bevinden

Basisprincipes kwantumfysica Klassieke olifant: Kwantumolifant Grijs + Multicolor Superpositie van grijs & multicolor

Basisprincipes kwantumfysica Cruciale stap: Regel van Born (1926): Max Born Golffunctie ~ waarschijnlijkheid om deeltje ergens aan te treffen Waarschijnlijkheid gegeven door kwadraat amplitude golffunctie (x) x Pr(x) x Connectie formalisme kwantumfysica waarneembare werkelijkheid Nobelprijs 1954! Opm.: benaming kwantumfysica komt van Born

Basisprincipes kwantumfysica Klassieke olifant: Kwantumolifant Voor meting of Na meting Deterministisch Probabilistisch

Basisprincipes kwantumfysica 2. Bij meting kan wel een precieze plaats bepaald worden bijzondere rol van metingen in de kwantumfysica 3. Waarneembare grootheid (plaats, snelheid, ) operator ipv getal Iets dat ergens op inwerkt, bv. automechanieker die defecte auto transformeert in herstelde auto Hier: inwerken op golffunctie 4. Uitkomst inwerking van operator op golffunctie is onbepaald, maar de golffunctie zelf is precies te bepalen en voorspellen De golffunctie is deterministisch

Klassieke olifant: Kwantumolifant: Positie = hier Kleur = grijs Grootte = heel groot Positie: Positie object bestaat onafhankelijk van meting; meting is aflezing door waarnemer Positie is actie uitgevoerd op object dat resultaat oplevert

Basisprincipes kwantumfysica 5. Kwantumgedrag treedt op bij kleine, lichte deeltjes: fotonen, elektronen, atomen 1 meter Klassieke fysica 1 millimeter Klassieke fysica 1 micrometer Klassieke fysica 1 nanometer Kwantumfysica

Wie is wie? 1. Schrödinger 2. Pauli 1 2 3 3. Heisenberg 7 8 9 4 5 6 4. de Broglie 5. Born 6. Bohr 7. Planck 8. Curie 9. Einstein Solvayconferentie 1927

Klassiek: Klassiek versus kwantum Werkelijkheid bestaat onafhankelijk van de waarnemer realisme De werkelijkheid functioneert als een klok: De wereld is deterministisch & voorspelbaar: toestand op elk moment te voorspellen uit toestand op 1 moment (Laplace) Elke gebeurtenis heeft een oorzaak causaliteit Natuurkundige grootheden zijn continue variabelen Alle combinaties van meetwaarden zijn mogelijk Meetonnauwkeurigheden zijn een praktisch probleem Principe van lokaliteit: informatie verspreidt zich lichtsnelheid

Kwantum: Toepassingsgebied: kleine deeltjes Grootheden variëren stapsgewijs: discretisatie of kwantisatie Afhankelijk van de meting uit wat je meet zich als golf of deeltje Waarneming beïnvloedt de werkelijkheid Onbepaaldheid zit ingebakken in de werkelijkheid Schending realisme? De werkelijkheid is probabilistisch van aard Uit gegeven begintoestand volgen mogelijke toestanden, elk met bepaalde waarschijnlijkheid Schending determinisme? Gecorreleerde meetwaarden ongeacht afstand Schending lokaliteit? Ketens oorzaak-gevolg zijn niet fundamenteel Schending causaliteit? Bijna alles is verboden, behalve wat mag, en dat is verplicht

Interpretaties van de kwantumfysica Wiskundig formalisme vormt samen met relativiteitstheorie beste natuurkundige theorie die mens ooit bedacht heeft Fenomenale experimentele bevestigingen Zeer breed toepassingsgebied: transistor, chip, half/supergeleiders, optische telecommunicatie, GPS, MRI, cryptografie, kwantumcomputer, Maar wat leert kwantumfysica over hoe de werkelijkheid in elkaar zit? Elke theorie laat ruimte voor meer dan 1 interpretatie

Kopenhaagse interpretatie Meetproces fundamenteel bij creëren van de werkelijkheid die we waarnemen Bestaat de werkelijkheid niet als we niet kijken? Suggereert dit rol voor (menselijk) bewustzijn? Bij meting stort de golffunctie ineen en levert iets op dat gelokaliseerd kan worden in ruimte en tijd Voor de meting heeft de golffunctie geen fysische betekenis Nog steeds de dominante interpretatie

Kopenhaagse interpretatie

Kopenhaagse interpretatie Maar wanneer stort die golffunctie dan precies in? Golffunctie.golffunctie.golffunctie deeltje! tijd

Kopenhaagse interpretatie Pro Vertrouwde, mainstream interpretatie Contra Als de wereld kwantumfysisch is, dan ook het meettoestel Absurde gedachte dat meting zo cruciaal is Wat bepaalt de uitkomst van een meting?

Veel-werelden-interpretatie Bij een meting stort de golffunctie niet in: alle mogelijke alternatieve geschiedenissen en toekomsten zijn reëel ieder daarvan representeert een werkelijke "wereld" (of "universum") Per gebeurtenis opsplitsing tijdlijn in meerdere alternatieve tijdlijnen die elk een mogelijke uitkomst van die gebeurtenis bevatten

Veel-werelden-interpretatie Als >1 uitkomst mogelijk is, wordt iedere uitkomst verwezenlijkt in een nieuw universum De werkelijkheid valt of staat niet met een meting Drukt onbehagen uit dat een meetproces iets speciaals is Ook snarentheorie, kosmologie en sterrenkunde geven aanwijzingen voor veel werelden Maar: quid onze waarneming van de meest waarschijnlijke uitkomst?

Veel-werelden-interpretatie Hugh Everett III Parallel Worlds, parallel Lives Mark Oliver Everett

Veel-werelden-interpretatie Pro Meting heeft geen speciale status, geen golffunctie die instort Contra Eindeloze reeks niet-detecteerbare andere universa Geen echte werkelijkheid meer Wat bepaalt in welk universum wij ons bevinden? Kwantumversie van Russische roulette

In een notendop Kwantumvreemdheid: Disconnectie kwantumgedrag onze ervaring van de wereld Microwereld zo radicaal anders dan wereld waarin wij leven Dagelijkse ervaring laat niet toe er voorstelling van te maken Sterker nog: onze intuïtie en voorstellingsvermogen zijn daarbij veeleer hindernis Tegelijk wel nodig voor ons voortbestaan Misschien is het fundament van de werkelijkheid informatie Meting stemt overeen met verlies van informatie: je houdt 1 van vele mogelijke toestanden over

In een notendop Realiteit te vergelijken met pointillistisch schilderij? Duale beschrijving: Macro / Klassieke fysica: baai met zeilboot, roeiboot, brug, Relevant voor toeschouwer Micro / Kwantumfysica: beschrijving pixels Relevant voor kunstenaar Grovere beschrijving volgt uit fijnere Paul Signac: De haven van Rotterdam

In een notendop Breinbrekers op vlak van interpretatie: Realisme versus wereld waarvan bestaan afhangt van onze waarneming Determinisme versus waarschijnlijkheid en onbepaaldheid Zuiver toeval versus gebrekkige kennis van de mens Lokaliteit versus niet-lokaliteit Eén wereld versus veel werelden Causaliteit versus ontkoppelen oorzaak-gevolg

In een notendop Eindconclusie: Shut up and calculate? Ik denk dat ik rustig kan zeggen dat niemand de kwantummechanica begrijpt Richard Feynman Nobelprijs 1965

Slotbeschouwingen Verklaring van alle natuurverschijnselen kan herleid worden tot 3 basistheorieën: - Kwantumfysica - Relativiteitstheorie - Statistische mechanica

Slotbeschouwingen Wat tot dusver niet lukt: kwantumfysica + algemene relativiteitstheorie: kwantumzwaartekracht

Bedankt voor uw aandacht! Meer info: www.eoswetenschap.eu/hans-plets www.hansplets.eu hans_plets@yahoo.com