Kwintessens
Geschreven door Patrick De Reyck
  • 2198 keer bekeken
  • minuten leestijd
  • Reacties

26 januari 2023 Kwantumverstrengeling en gekleurde sokken
'Entanglement', zo wordt het meestal genoemd in de wetenschappelijke literatuur. Een kwantummechanisch gebeuren, en het wordt nogal eens uitgelegd aan de hand van elektronen en hun spin, maar ik kan me voorstellen dat er nu al lezers op het punt staan af te haken. Het lijkt ook allemaal zo abstract, terwijl het toch over onze natuur gaat. Daarom probeer ik het anders, met kousen of sokken, meer bepaald met hun kleur. Geel en blauw bijvoorbeeld, geen wit. De natuur is nooit fout.
Stel u dan ook de volgende situatie voor: twee broers – of een andere irrelevante combinatie van al dan niet verwanten – staan 's morgens op, doen wat ze moeten doen en kleden zich uiteindelijk aan. Hun sokken halen ze uit eenzelfde lade met daarin slechts twee paar: een geel en een blauw. Beide broers zijn echter volledig kleurenblind; ze zien dus niet welk gekleurd paar ze nemen en aandoen. In wetenschappelijke taal: ze maken geen meting van de kleur van hun sokken, net zomin als elektronen dat zelf doen van hun spin (+1/2 of -1/2). Beide broers zijn nu door de hele opzet coherent verstrengeld wat de kleur van hun sokken betreft: draagt de ene geel, dan draagt de andere blauw en omgekeerd. Vervolgens vertrekken ze allebei naar hun werk, op verschillende plaatsen in de stad – dezelfde werkplaats mag ook, maar ik probeer het geitenwolleneenvoudig te houden – waar ze bij het binnenkomen passeren langs de receptionist die niets ontgaat, ook niet de kleur van sokken. Stel dat die receptionist-observeerder – weer wetenschappelijke taal, min of meer – kennis heeft van het lade- en sokkengebeuren bij de broers thuis en nu de sokkenkleur van de ene ziet (waarneemt, meet), bijvoorbeeld blauw, dan weet hij of zij ogenblikkelijk wat de kleur is van het paar sokken van die andere broer op zijn werk: geel. Vice versa idem voor de receptionist – van hetzelfde type (meetinstrument) – op het werk van de andere broer.
Is er ergens in dat proces informatie ogenblikkelijk, en dus sneller dan het licht, van de ene naar de andere locatie gestuurd? Natuurlijk niet. Die informatie was er al bij de betrokkenen. Er is geen 'spooky action at a distance' (Einstein, die dat wel dacht).
Kwantummechanisch ligt het natuurlijk iets anders – niet gaan lopen – want bij de meting (het zien van de kleur) door bijvoorbeeld die eerste receptionist, had die in een macroscopische kwantumwereld met dezelfde kans (bijvoorbeeld) gek genoeg de andere kleur kunnen waarnemen: geel. En de andere receptionist in dat geval? Wel, stel dat haar of zijn meting wat later gebeurde, omdat die andere broer nog vlug even een cappucino was gaan nuttigen, of een omweg langs zijn lief had gemaakt of om gelijk welke reden dan ook, dan had zij of hij onvermijdelijk blauw waargenomen. En eigenlijk is dat tijdsverschil ook weer niet relevant. De decoherentie is immers onmiddellijk. Hoe is dat te verklaren? Er is trouwens kwantummechanisch nog iets anders mogelijk: het verbreken van de verstrengeling, bijvoorbeeld onderweg naar het werk, zodat de waarneming van de ene receptionist geen uitsluitsel meer geeft over die van de andere. Moeilijk te vatten als verschijnsel in onze klassieke wereld (zoals die door fysici wordt benoemd).
Een logische uitleg van dit alles – die wetenschappelijk zeer goed werkt – is dat de toestand van de kleur van elk paar sokken een zogenaamde superpositie van beide kleuren is, en ik bedoel geen mengeling, eerder een soort van overlapping, die alleen bij waarneming (in dit geval) met dezelfde kans de ene of de andere kleur geeft – de zogenaamde 'instorting van de golffunctie', soit – en daardoor de meting aan het verstrengelde andere 'deeltje' in de andere kleur 'dwingt'. Dat lijkt al meer op ogenblikkelijk getransfereerde informatie – Einstein was niet dom en mensentaal schiet uiteindelijk onvermijdelijk tekort – maar ook hier bleek dat niet het geval. Het verklaart trouwens tevens de mogelijke verbreking van verstrengeling, die vrij gemakkelijk gebeurt en waardoor een waarneming van de kleur van het ene deeltje niets meer zegt over de waargenomen kleur van het andere. Er blijven dan immers altijd twee mogelijkheden over met elk een bepaalde waarschijnlijkheid op waarneming.
Maar nooit is er dus transfer sneller dan het licht, wat onmogelijk is in ons universum (da's dan weer een ander verhaal). Einstein had naast deze 'spooky action', die volgens hem in strijd was met zogenaamde localiteit en causaliteit en dus met fysisch realisme, ook een hekel aan het hele kansgebeuren, wat hij metaforisch uitdrukte met: 'God dobbelt niet'. Er moest volgens o.a. hem iets dieper zitten, verborgen, dat het kwantummechanische gebeuren bij meting wegtrekt uit het statistische (terwijl die wereld op zich toch deterministisch evolueert): de zogenaamde 'hidden variables', en tevens een uitleg verschafte voor de 'spooky action'. Uiteindelijk werd door John Stewart Bell theoretisch aangetoond dat dat niet het geval kan zijn. En waarom zou het ook? Later werd dit meermaals experimenteel bevestigd, zoals het goede wetenschap betaamt. Einstein en die anderen waaronder David Bohm en Louis De Broglie, de bedenkers van de eerste verborgen-variabelentheorie, hadden ongelijk. 'Let's talk about socks' was trouwens oorspronkelijk Bells idee, zij het louter als aanzet in zijn 1981 paper getiteld: Bertlman's Socks and the Nature of Reality.
Interactie tussen het klassieke domein – onze (Newtoniaans-fysische) wereld – en het kwantummechanische, bijvoorbeeld door onze metingen, verbreekt de superpositie. Maar ook de aggregatie van ontelbare kwantumdeeltjes waaruit de objecten in onze klassieke wereld bestaan – wijzelf incluis – en de onderlinge interacties van al die deeltjes doen hetzelfde met de kwantummechanische coherentie: ze opheffen. We leven in een hoofdzakelijk fysisch decoherente wereld, toch volgens het realisme dat ik aanhang (niet helemaal samenvallend met dat van Einstein: what's in a name). Ik hoop dus niet dat iemand onder jullie bijvoorbeeld gelooft dat het heelal wemelt van sterrenstelsels in toestanden van superpositie die pas oplossen wanneer deze stelsels worden waargenomen? Of nog erger, dat ons bewustzijn er voor iets tussen zit, of er zelfs het gevolg van zou zijn? Het mag natuurlijk, wie ben ik, want u zou verrast kunnen zijn van het gezelschap waarin u zich dan bevindt (waaronder een Nobelprijswinnaar Fysica). Maar laat u toch maar geen kat in een zak aanpraten, of in een doos. Vraag het maar aan die van Schrödinger – down the rabbit hole – moest ze het al overleefd hebben.
Kwintessens
Patrick De Reyck is een gepensioneerde leerkracht wiskunde en wetenschappen, met als opleidingen fysica en wijsbegeerte.
_Patrick De Reyck -
Meer van Patrick De Reyck

_Recent nieuws

Bekijk alle nieuwe berichten

_Populair nieuws

Bekijk meer populair nieuws