Skip to content
Home » Natuurkundigen delen prijs voor inzichten in de spookachtige wereld van de kwantummechanica

Natuurkundigen delen prijs voor inzichten in de spookachtige wereld van de kwantummechanica

    Natuurkundigen delen prijs voor inzichten in de spookachtige wereld van de kwantummechanica
    quantum

    Krediet: CC0 Publiek Domein

    De Nobelprijs voor natuurkunde in 2022 is toegekend aan een drietal wetenschappers voor baanbrekende experimenten in de kwantummechanica, de theorie over de microwereld van atomen en deeltjes.


    Alain Aspect van de Université Paris-Saclay in Frankrijk, John Clauser van JF Clauser & Associates in de VS, en Anton Zeilinger van de Universiteit van Wenen in Oostenrijk, delen het prijzengeld van 10 miljoen Zweedse kronen (US$915.000) “voor experimenten met verstrengelde fotonen, het vaststellen van de schending van Bell-ongelijkheid en baanbrekende kwantuminformatiewetenschap.”

    De wereld van de kwantummechanica lijkt inderdaad heel vreemd. Op school wordt ons geleerd dat we vergelijkingen in de natuurkunde kunnen gebruiken om precies te voorspellen hoe dingen zich in de toekomst zullen gedragen – waar een bal naartoe zal gaan als we hem bijvoorbeeld van een heuvel rollen.

    Kwantummechanica is anders dan dit. In plaats van individuele uitkomsten te voorspellen, vertelt het ons de waarschijnlijkheid van het vinden van subatomaire deeltjes op bepaalde plaatsen. Een deeltje kan eigenlijk op meerdere plaatsen tegelijk zijn, voordat we willekeurig één locatie “kiezen” wanneer we het meten.

    Zelfs de grote Albert Einstein zelf was hierdoor in de war – tot het punt waarop hij ervan overtuigd was dat het verkeerd was. In plaats van dat de uitkomsten willekeurig waren, dacht hij dat er een aantal “verborgen variabelen” moesten zijn – krachten of wetten die we niet kunnen zien – die voorspelbaar de resultaten van onze metingen beïnvloeden.

    Sommige natuurkundigen omarmden echter de gevolgen van de kwantummechanica. John Bell, een natuurkundige uit Noord-Ierland, maakte in 1964 een belangrijke doorbraak door een theoretische test te bedenken om aan te tonen dat de verborgen variabelen die Einstein in gedachten had, niet bestonden.

    Volgens de kwantummechanica kunnen deeltjes “verstrengeld” zijn, spookachtig verbonden, zodat als je de ene manipuleert, je automatisch en onmiddellijk ook de andere manipuleert. Als deze spookachtigheid – deeltjes die ver uit elkaar liggen en elkaar op mysterieuze wijze onmiddellijk beïnvloeden – zou worden verklaard door de deeltjes die met elkaar communiceren via verborgen variabelen, dan zou communicatie tussen de twee sneller dan het licht nodig zijn, wat de theorieën van Einstein verbieden.

    Kwantumverstrengeling is een uitdagend concept om te begrijpen, dat in wezen de eigenschappen van deeltjes met elkaar verbindt, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn. Stel je een gloeilamp voor die twee fotonen (lichtdeeltjes) uitzendt die in tegengestelde richtingen van de lamp af bewegen.

    Als deze fotonen verstrengeld zijn, kunnen ze een eigenschap delen, zoals hun polarisatie, ongeacht hun afstand. Bell stelde zich voor om experimenten op deze twee fotonen afzonderlijk uit te voeren en de resultaten ervan te vergelijken om te bewijzen dat ze verstrengeld waren (echt en mysterieus verbonden).

    Clauser bracht de theorie van Bell in de praktijk in een tijd dat experimenten met enkele fotonen bijna ondenkbaar waren. In 1972, slechts acht jaar na Bells beroemde gedachte-experiment, toonde Clauser aan dat licht inderdaad verstrengeld kan zijn.

    Hoewel de resultaten van Clauser baanbrekend waren, waren er een paar alternatieven, meer exotische verklaringen voor de resultaten die hij behaalde.

    Als licht zich niet helemaal gedroeg zoals de natuurkundigen dachten, zouden zijn resultaten misschien zonder verstrengeling kunnen worden verklaard. Deze verklaringen staan ​​bekend als mazen in de test van Bell, en aspect was de eerste die dit uitdaagde.

    Aspect bedacht een ingenieus experiment om een ​​van de belangrijkste mogelijke mazen in de test van Bell uit te sluiten. Hij toonde aan dat de verstrengelde fotonen in het experiment niet echt met elkaar communiceren via verborgen variabelen om de uitkomst van Bell’s test te bepalen. Dit betekent dat ze echt spookachtig met elkaar verbonden zijn.

    In de wetenschap is het ongelooflijk belangrijk om de concepten te testen waarvan we denken dat ze correct zijn. En er zijn er maar weinig die hierin een belangrijkere rol hebben gespeeld dan Aspect. De kwantummechanica is de afgelopen eeuw keer op keer getest en heeft het ongedeerd overleefd.

    kwantumtechnologie

    Op dit punt is het je misschien vergeven dat je je afvraagt ​​waarom het ertoe doet hoe de microscopische wereld zich gedraagt, of dat fotonen verstrengeld kunnen raken. Dit is waar de visie van Zeilinger echt uitblinkt.

    We gebruikten ooit onze kennis van klassieke mechanica om machines te bouwen, om fabrieken te maken, wat leidde tot de industriële revolutie. Kennis van het gedrag van elektronica en halfgeleiders heeft de digitale revolutie aangedreven.

    Maar het begrijpen van de kwantummechanica stelt ons in staat om het te exploiteren, om apparaten te bouwen die in staat zijn om nieuwe dingen te doen. Velen geloven inderdaad dat het de volgende revolutie van de kwantumtechnologie zal stimuleren.

    Kwantumverstrengeling kan worden gebruikt in computers om informatie te verwerken op manieren die voorheen niet mogelijk waren. Door kleine veranderingen in verstrengeling te detecteren, kunnen sensoren dingen met grotere precisie dan ooit tevoren detecteren. Communiceren met verstrengeld licht kan ook de veiligheid garanderen, omdat metingen van kwantumsystemen de aanwezigheid van de afluisteraar kunnen onthullen.

    Het werk van Zeilinger maakte de weg vrij voor de kwantumtechnologische revolutie door te laten zien hoe het mogelijk is om een ​​reeks verstrengelde systemen aan elkaar te koppelen, om zo het kwantumequivalent van een netwerk te bouwen.

    Anno 2022 zijn deze toepassingen van de kwantummechanica geen sciencefiction. We hebben de eerste kwantumcomputers. De Micius-satelliet maakt gebruik van verstrengeling om veilige communicatie over de hele wereld mogelijk te maken. En kwantumsensoren worden gebruikt in toepassingen van medische beeldvorming tot het detecteren van onderzeeërs.

    Uiteindelijk heeft het Nobelpanel van 2022 het belang erkend van de praktische basis voor het produceren, manipuleren en testen van kwantumverstrengeling en de revolutie die het helpt teweeg te brengen.

    Ik ben blij dat dit trio de prijs in ontvangst mag nemen. In 2002 ben ik begonnen met een Ph.D. aan de Universiteit van Cambridge die door hun werk werd geïnspireerd. Het doel van mijn project was om een ​​eenvoudig halfgeleiderapparaat te maken om verstrengeld licht te genereren.

    Dit was bedoeld om de apparatuur die nodig is om kwantumexperimenten uit te voeren aanzienlijk te vereenvoudigen en om praktische apparaten voor real-world toepassingen te bouwen. Ons werk was succesvol en het verbaast en windt me op om de sprongen en grenzen te zien die sindsdien in het veld zijn gemaakt.


    Nobelprijswinnaar natuurkunde wilde de kwantumtheorie omverwerpen die hij betuigde


    Geleverd door The Conversation

    Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.Het gesprek

    citaat: Nobelprijs: natuurkundigen delen prijs voor inzichten in de spookachtige wereld van de kwantummechanica (2022, 8 oktober), opgehaald op 8 oktober 2022 van https://phys.org/news/2022-10-nobel-prize-physicists-insights-spooky .html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.