Actueel

Actuele artikelen en andere inhoud over kwantumfysica en/of bewustzijn

Hoe groot mag de kwantumwereld zijn?
Fysici zoeken de grenzen op

Quanta Magazine Augustus 2021

Hoe groot kan een object zijn en zich nog steeds gedragen als een kwantumgolf? In theorie elke grootte.

Het artikel is van Philip Ball (van Beyond Weird). De kwantummechanica voorspelt niets over een grens waar de kwantumwereld over gaat in de klassieke fysische objectieve wereld. Veel kwantumfysici geloven toch dat die grens bestaat en ze zijn druk op zoek. De technieken zijn al zo ver gevorderd dat ze nanodeeltjes van rond 100 nanometer (0,1 μm) in op een precies bepaalde plek kunnen houden zonder hun kwantumtoestand te verstoren. De volgende stap is dan om die nanodeeltjes in kwantum superpositie te brengen. Dat is een golftoestand en die kan dan in principe bestudeert worden via de interferentie die die golven vertonen. Als er interferentie wordt geconstateerd, zoals dat gebeurt wanneer ze door een dubbele spleet gaan, dan betekent dat de nanodeeltjes nog in hun kwantumtoestand zijn.

Die nanodeeltjes zijn zo groot dat zwaartekracht een rol begint te spelen. Dit zou een weg kunnen zijn om te onderzoeken waar de twee grote theoriën, de zwaartekrachttheorie van Einstein en de kwantummechanica, elkaar ontmoeten en wat er in dat geval gebeurt.

De onderzoekers gaan nog steeds uit van de decoherentiehypothese. Een hypothese die, volgens mij, onhoudbaar is omdat een macro object als een dubbelspleet nooit decoherentie veroorzaakt. Dergelijk inconsequent gedrag falsifiëert een theorie, hoe populair ook.

De grootte van 100 nanometer zit al dicht in de buurt van de grootte van virussen – gewoonlijk tussen 20 en 300 nanometer volgens WikiPedia. Als deze onderzoekers succes hebben in het aantonen dat deze nanodeeltjes in de kwantumtoestand verkeren zolang ze niet geobserveerd worden dan geldt dat dus ook voor virussen.

Wave-particle duality quantified for the first time

PhysicsWorld sept 2021

De golf-deeltje dualiteit speelt de fysici al parten sinds het begin van de kwantumfysica. Als je een kwantum object door een dubbele spleet stuurt, met daarachter een scherm, dan wordt de plaats waar dit object op het scherm verschijnt bepaald door de manier waarop de toestandsgolf door de twee spleten gaat en met zichzelf interfereert. Er ontstaan zones waarin de kans minimaal is dat het object daar aankomt. Dat is het interferentiepatroon. Eén enkel object produceert nog geen interferentiepatroon, daar heb je een groot aantal objecten voor nodig met allemaal dezelfde golflengte. Bij een scherp gedefinieerd interferentiepatroon zeggen fysici dat ze het golfkarakter van het object waarnemen. Dat vind ik overigens niet, wat ze waarnemen is een interferentiepatroon.

Dubbele spleet interferentie.© Joerg Enderlein

Wanneer we het experiment zo inrichten dat het informatie oplevert over de gepasseerde spleet verdwijnt het interferentiepatroon en wordt de kans om het object aan te treffen het grootst in het midden achter de twee spleten en neemt links en rechts naar opzij geleidelijk af. Een vage vlek dus. In dat geval zeggen fysici dat ze het deeltjeskarakter van het object waarnemen.

Waves and particles Two lithium niobate crystals (PPLN1 and PPLN2) are pumped and seeded simultaneously by the same pump and seed lasers, resulting in the emission of two signal photons s1 or s2 for quantum interference detection at PD. Then, conjugate idler photons i1 and i2 provide “which-path” (or “which-source”) information, where the controllable source purity is determined by the overlap between the single photon–added coherent states of one of the idler modes and the unchanged coherent state of another idler mode. Two idler fields can be detected independently by detectors DA and DB. (© Institute for Basic Science)

Fysici van Korea’s Instituut voor Basiswetenschappen (IBS) hebben een experiment opgezet – zie figuur – en uitgevoerd waarbij ze de informatie over de gepasseerde spleet geleidelijk kunnen regelen van 0 tot 100%. Het interferentiepatroon dat waargenomen wordt varieert dan geleidelijk van scherp gedefinieerd tot niet meer waarneembaar volgens een eenvoudige pythagoreïsche relatie:

P2 + V2 = Î¼s2.

P staat voor, wat ik noem, de deeltjes-achtigheid, het geeft de mate aan waarin het deeltjeskarakter waargenomen wordt. Als we scherpe interferentie zien is P klein of nul, als we geen interferentie zien is P 100%. De V staat voor de interferentie-kwaliteit. Hoe dichter de waarde van V bij de 100% zit, hoe zuiverder golfgedrag we waarnemen. Het symbool μ staat voor een begrip dat ze bronzuiverheid genoemd hebben. Dat is een gegeven van de opstelling en daar gaan we hier niet verder op in dan te zeggen dat μ hier als een constante beschouwd mag worden. De fysici die dit experiment hebben uitgevoerd dragen hun resultaat aan als een argument voor een deeltje-golf complementariteit die een glijdende schaal vertoont. Een kwantumobject zou dus gedeeltelijk golf en gedeeltelijk deeltje kunnen zijn.

Mijn bezwaar daartegen is dat ze van twee totaal verschillende fenomenen, het materiële deeltje en de immateriële toestandsgolf, iets gelijkaardigs maken. Zoiets als afkoelende waterdamp die tot een druppel condenseert. Alsof de onbegrensde toestandsgolf ook iets materieels is die geleidelijk overgaat in een scherp begrensd stukje materie.

Hier is volgens mij in een eenvoudige relatie gevat dat, hoe meer informatie we hebben over de gepasseerde spleet hoe groter de kans is dat het object zich in de spleet gemanifesteerd heeft. De aan ons beschikbare informatie creëert het object in de spleet, dat is iets dat ik hier op verschillende plaatsen en ook in mijn boek al heb betoogd. Ik vraag me af of we die informatie eigenlijk ook niet zelf creëren.