Einstein stuurt Schrödingers kat de ruimte in?

Moderator: Astro

Reageer
Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Einstein stuurt Schr

Superpositie

De kwantum superpositie is op dit forum onderwerp van menig topic geweest. Tik 'superpositie' of 'verstrengeling' maar eens in, rechtsboven in het zoekvak.

 

In het kort: Deeltjes verkeren in een mengvorm van toestanden zolang er niet aan gemeten wordt. Een kwantumdeeltje is bijvoorbeeld én linksdraaiend én rechtsdraaiend tegelijk totdat het na een interactie met de buitenwereld, bijvoorbeeld een meting, definitief een van deze twee mogelijkheden inneemt. Deze kwantumvaagheid is een bizarre, maar middels talloze experimenten aangetoonde eigenschap van deeltjes.

 
De kat

Erwin Schrödinger zette een gedachtenexperiment op: Stel dat in een doos één radioactief atoom zit. Dat atoom zal ooit een keer vervallen, maar het is nimmer te zeggen wanneer dat gebeurt, en - dat is de crux - zolang er niet gemeten wordt zal het atoom ingevolge de kwantumvaagheid zowel vervallen als niet vervallen zijn, het verkeert in superpositie. In de doos deed hij een stralingsmeter, die zodra het verval van het atoom plaats vond een mechaniekje activeerde dat een flesje gif brak. De kat van Schrödinger ging in die doos en de doos dicht. Niemand zou kunnen zeggen of de kat levend of door het gif gedood was. Maar was de kat nu ook in superpositie, levend en dood tegelijk?

 
De grens

Algemeen wordt beargumenteerd dat de kwantumvaagheid niet opgaat voor grote objecten zoals de kat. Die kat met zijn enorme aantal deeltjes is nimmer echt af te schermen van zijn omgeving; er zal altijd interactie met de buitenwereld zijn, en de kwantumvaagheid van de kat zal daardoor onmeetbaar kort duren. In die doos is de kat óf dood óf levend en niet beide tegelijk.

 

Maar nog steeds is het onderwerp van menige discussie waar de grens van dit bizarre kwantumgedrag ligt. Hoe groot kan een object zijn dat nog merkbaar/meetbaar aan deze kwantumvaagheid gehoorzaamt? Het is (loop de berichten er op door) gelukt om twee atomen in superpositie te houden. En volgens dit artikel is het zelfs gelukt met forse moleculen:

 
"Our data confirm the fully coherent quantum delocalization of single compounds composed of about 5000 protons, 5000 neutrons and 5000 electrons"
 
Einstein

Een effect van de relativiteit is de tijddilatatie. Klokken hoog in de bergen tikken (een heel klein beetje) sneller dan klokken op zeeniveau. Ook dit spreekt zeer tot de verbeelding, en ook dit effect wordt door talloze experimenten ondersteund. Materie kromt zowel de ruimte als de tijd. In een minder sterk gekromde ruimtetijd (een minder sterk gravitatieveld) verloopt de tijd sneller dan in een sterker gekromde ruimtetijd. Hoog in de bergen is de zwaartekracht wat zwakker dan op zeeniveau (in relativistische termen kromt de ruimtetijd hoog in de bergen wat minder), en loopt de tijd wat sneller dan op zeeniveau. Er is dus een verticale zwaartekrachtgradiënt, die bij grotere hoogteverschillen van enige kilometers met ultra precieze apparatuur te meten is. Dat dit effect bij een hoogteverschil van een duizendste millimeter nagenoeg onmeetbaar is, mag ook duidelijk zijn.

 
Einde van de kat?

Igor Pikovski, theoretisch fysicus bij het Weense centrum voor kwantumwetenschappen, verbindt beide effecten in een paper (zie bijlage).

Want, zo betoogt hij, de tijddilatatie in een heel klein gebied van een gravitatieveld mag dan wel extreem gering zijn, al snel is ze toch zo groot dat er decoherentie optreedt. Omdat de tijd in het bovenste deel van het experiment anders verloopt dat die in het onderste deel, zijn de golflengten van de waarschijnlijkheidsgolven verschillend en valt de kwantumsamenhang bij macroscopische afmetingen al zeer snel weg. Hij berekent dat een massa van 1 gram onder invloed van 1 duizendste millimeter hoogteverschil hier op Aarde al in een duizendste seconde decoherent is, dat de kwantumvaagheid ervan verdwenen is.

En, dat is het belangrijkste, tegen zwaartekrachtsverschillen kan niet worden afgeschermd. Ook een object dat verder op geen enkele manier met de buitenwereld in contact staat/beïnvloed wordt zal hierdoor op Aarde zijn kwantumvaagheid verliezen.
 
Image1.jpg
Image1.jpg (144.17 KiB) 437 keer bekeken
Bron: M.U.

 
De ruimte in

Of hij gelijk heeft zou bijvoorbeeld aan te tonen zijn met twee volkomen gelijke kwantumexperimenten die horizontaal en verticaal zijn opgesteld. De decoherentietijd zou meetbaar moeten verschillen. Vooralsnog is daar geen noodzaak toe, want de metingen die nu verricht kunnen worden zijn honderden keren te onnauwkeurig om last van het effect te hebben.

 

Wellicht worden we, als Pikovski gelijk heeft, in de toekomst gedwongen ons kwantumlab (en Schrödingers kat) de ruimte in te sturen om de invloed van tijddilatatie op macroscopische kwantumexperimenten te elimineren.

 

Meer lezen bij New Scientist: klik

Kritiek op het artikel in New Scientist: klik

Wetenschappelijk paper van Pikovski:

Reageer