2 oktober 2020

Kunnen wij gebeurtenissen in het verleden beïnvloeden? (update: nu met filmpjes)

Credit: NekoJaNekoJa/Wikipedia.

Dan nu een artikel uit de categorie “what the fuck”. Het blijkt dat wij mensen het vermogen hebben om de geschiedenis van het universum te veranderen…nou ja, een soort van. Veel lezers van AstroBlogs zullen wel eens gehoord hebben van het “tweespletenexperiment” (Double-Slit Experiment). Dit beroemde experiment wordt vaak in een laboratorium uitgevoerd en is na een paar seconden voorbij. Nu is de natuurkundige John Wheeler met een versie gekomen die zo groot als de Melkweg is en miljarden jaren nodig heeft.De Twee Spleten en de Uitgestelde KeuzeHet Double-Slit Experiment is in menig klaslokaal uitgevoerd, en niet zonder reden. Het is immers de makkelijkste manier om de bizarre wetten van de kwantummechanica te demonstreren. Bij het experiment zijn slechts een paar dingen nodig: een lichtbron, een barriére en een achtergrondscherm. In de barriére bevinden zich twee spleten. Stel je voor dat je bij de lichtbron één foton per keer kan produceren. Deze zal door één van de spleten gaan en het scherm raken, waarbij een “vlekje” ontstaat – toch? Helaas, wat blijkt nou: op het scherm ontstaan geen stipjes, maar een golfpatroon. Het is alsof dat ene foton door beide spleten tegelijk is gegaan en zichzelf heeft verstoord, waarbij een interferentiepatroon is ontstaan. Hiermee komt het golfkarakter van deeltjes tot uiting, hetgeen aan de basis staat van de kwantummechanica.

Okee, maar logisch gezien kan een foton helemaal niet door twee spleten tegelijk gaan, toch? Om dit te checken zetten we bij beide spleten een meetapparaat neer, dat precies kan aangeven wanneer er een foton langskomt. We produceren een foton en het meetapparaatje geeft aan dat het foton door de linkerspleet is gegaan en niet door de rechter. We blijven dit herhalen, totdat blijkt dat het foton 50 procent van de tijd door links is gegaan, en 50 procent door rechts. Als we dan naar het achtergrondscherm kijken, dan zien we helemaal geen golfpatroon, maar twee opeenstapelingen van puntjes. Het foton is steeds door één van de twee spleten gegaan. Als we de meetapparatuur dan weghalen bij de spleten en we herhalen het experiment, dan ontstaat er weer een golfpatroon op het achtergrondscherm. Het meten van de fotonen als ze door de spleet gaan vernietigt het interferentiepatroon, waarna de golf instort.

Credit: Patrick Edwin Moran – Wikipedia

Nu heeft John Wheeler een variant bedacht op dit experiment. Hierbij bevinden zich twee detectoren achter het scherm, in plaats van bij de spleten. De detectoren blijven op hun plaats als het foton vertrekt bij de lichtbron. De detectoren blijven ook op hun plaats als het foton door de spleten gaat. Pas daarna zullen de detectoren soms op hun plaats blijven, en soms aan de kant schuiven. Als ze op hun plaats blijven, zal het foton de detectoren kunnen bereiken. Als ze wegschuiven, zal het foton de detectoren niet kunnen bereiken. De keuze om de detectoren aan de kant te schuiven wordt pas gemaakt nadat het foton de spleten gepasseerd heeft. Door nu te meten door welke spleet het foton is gegaan zal dat geen invloed meer hebben – de golf zal niet instorten, toch?Wat blijkt nou? Als de detectoren op hun plaats blijven, ontstaan er twee opstapelingen van puntjes op het scherm (ervan uitgaande dat je het experiment een aantal keren herhaalt). Als de detectoren aan de kant schuiven, ontstaat er een interferentiepatroon (golfpatroon) op het scherm. Wat betekent dit nou? Dat we achteraf kunnen bepalen of het foton door één of door beide spleten tegelijk is gegaan. Het is alsof we gebeurtenissen in het verleden kunnen beïnvloeden. Bizar toch?

Kosmische Dubbele Spleet

Credit: Patrick Edwin Moran – Wikipedia

Destijds dachten de meeste natuurkundigen dat de uitkomst van het “Uitgestelde Keuze” experiment van Wheeler het gevolg was van verkeerde apparatuur of van een onjuiste opstelling. Vandaar dat Wheeler voorstelde om het experiment op een veel grotere schaal te herhalen. Stel je voor dat een verre ster licht uitstraalt. Tussen de ster en de aarde bevindt zich een sterrenstelsel. Dit stelsel zal het licht niet tegenhouden, maar afbuigen door de zwaartekracht. Dit kan op twee manieren: een foton kan links of rechts afgebogen worden. Nu hebben we plotsklaps een Double-Slit experiment in de ruimte! De fotonen vervolgen hun weg naar de aarde, waarna ze gemeten kunnen worden. Aangezien dit een Double-Slit experiment is, zal het volgende gebeuren: als we de exacte richting meten waarvan het foton gekomen is, zal er géén interferentiepatroon ontstaan. Als we de exacte richting niet meten, zal er wél een interferentiepatroon ontstaan. Het interessante is nu, dat de fotonen “de keuze” om links, of rechts, of allebei tegelijk te gaan miljarden jaren geleden gemaakt hebben. Toch bepaalt onze meting in het heden welk pad de fotonen gekozen hebben (links, rechts, of allebei tegelijk). Dat zou dus betekenen dat wij gebeurtenissen kunnen beïnvloeden die miljarden jaren geleden gebeurd zijn!

Superpositie

Natuurlijk zijn veel natuurkundigen het daar niet mee eens, en wellicht hebben ze gelijk. Volgens hen moeten we eerder denken aan een superpositie van meerdere staten. Het foton bevindt zich in alle staten tegelijk als het door de spleet reist, of langs het sterrenstelsel. Pas als we het meten “beslist” het foton de weg die het heeft afgelegd (oftewel, z’n verleden). Het maakt dan niet uit of het foton gemeten wordt op het moment dat het door de spleet reist, of miljarden jaren later. De keuze wordt pas gemaakt als we het meten. Maar ook in dat geval blijft het merkwaardig verschijnsel dat miljarden jaren na dato een “keuze wordt gemaakt” over welke staat binnen de superpositie werkelijk is ingenomen. De bizarre regels van de kwantummechanica blijven moeilijk te bevatten! P.S. ik ben bepaald geen expert op dit gebied en de kans is dan ook groot dat er fouten geslopen zijn in dit artikel. Het is dan ook moeilijk te bevatten materie!

Comments

  1. Enceladus Enceladus zegt

    Buitengewoon interessante materie. Ik heb hier de laatste tijd meer over gelezen en het duizelt mij soms ook.

    groet,
    Gert (Enceladus)

  2. Ook ik breek mijn hoofd hier al langer op, maar ik ben van de school die zegt dat het niet kan. In mijn idee is het een bewijs dat we een denkfout maken. Het kan niet kloppen, dus verzinnen we de kwantum theorie om het goed te praten. Maar dat is een rare manier van wetenschappelijk denken.
    Ik weet er nog te weinig van, maar mijn “theorie” is: het is geen golf, het is geen deeltje, dan is het “iets anders”. Wat dat dan is, weet ik niet of nog niet. Maar het idee van iets veranderen in het verleden slaat nergens op (vind ik). Het verleden bestaat namelijk niet, het is een gedachte. Je kan het verleden dus nooit veranderen, want er is geen verleden.
    Maar als mijn migraine voorbij is zal ik dit artikel nogmaals lezen. Trouwens: voeren ze dit in klaslokalen echt uit? Ik wou dat ik erbij kon zijn.

    • Enceladus Enceladus zegt

      @ Maarten: Het volgende bedoel ik beslist niet vervelend, maar toen ik las dat jij schreef ‘dat het niet kan kloppen en we dus de kwantumtheorie hebben verzonnen om het goed te praten’ moest ik meteen denken aan de wijze woorden van Niels Bohr: “If quantum mechanics hasn’t profoundly shocked you, you haven’t understood it yet.”

      Ik vrees dus dat het wél klopt. De werkelijkheid is waarschijnlijke vele malen bizarder dan wij (onze breinen) aan kunnen.

      groet,
      Gert (Enceladus)

    • Jurgen Kobierczynski zegt

      Hallo Maarten,

      Het is gemakkelijk om dit experiment uit te voeren: neem enkele potloodvulsels en houd ze tussen uw vingers terwijl je een laserstraal door de vulsels uit schijnt. Als er een kleine lichtspleten zijn tussen de vulsels krijg je een interferentiepatroon:

      Hier heb ik een foto, nu zojuist genomen:
      http://www.flickr.com/photos/jurgenk2/12695979464/

  3. Ik heb begrepen dat, omdat fotonen reizen met de snelheid van het licht, de tijd voor een foton stilstaat. Het foton onstaat in de ster en verdwijnt, vanuit zijn standpunt bekeken, direct weer daar waar het gemeten wordt. Vanuit een foton gezien is er dus geen verleden en dus niks te veranderen. Of dat wat helpt voor de begripvorming.., ik denk het niet 😉

  4. @Enceladus: nee hoor, is helemaal niet vervelend. Sterker nog, met de aanvulling van @Wolter wordt het al iets logischer. Maar ik schaam mij er niet voor om te zeggen dat ik kwantummechanica niet begrijp, want dat is ook zo. Aan de andere kant kan het ook dat Niels \Bohr zich vergist, laten we dat niet vergeten.
    De tijd staat stil voor een foton. Dat klinkt wel heel interessant. Die moet even borrelen in mijn hoofd.
    Maar STEL dat het zo is, dat de tijd stil staat, dan nog klopt mijn gedachte dat je het verleden niet kan veranderen, omdat er geen verleden bestaat. Al die bizarre kwantum effecten vind ik heel boeiend, maar iets veranderen dat niet bestaat, dat blijf ik onzinnig vinden.

  5. @iedereen: is het trouwens al bewezen dat licht bestaat uit photonen? Of is licht toch ook een golf? Of alsnog iets heel anders? Hoe is daar de stand van zaken? Wie weet dat?

  6. Kunnen wij gebeurtenissen in het verleden beïnvloeden? Neem nou de ‘déjà vu’ ervaringen wat iedereen wel eens ervaren heeft. Ik denk daar automatisch aan. Ook wel eens van ‘overerving’ van herinneringen gehoord?

    Zou het kunnen dat bij iedere beslissing die een mens neemt de andere ‘opties’ verdwijnen in een ‘stand-by parallel universum? En als het juiste moment daar is dat beide elkaar ‘kruisen’, zou dat de verklaring zijn voor het déjà vu gevoel? 😉

    Dr Quantum – Double Slit Experiment
    http://www.youtube.com/watch?v=DfPeprQ7oGc

  7. Enceladus Enceladus zegt

    @Maarten en Wolter: Interessante gedachte dat de tijd stil staat voor fotonen. Probleem lijkt me echter dat fotonen geen bewustzijn hebben en dus ook geen tijd kunnen ervaren.

    @Maarten: Ja, Niels Bohr zou zich ook vergist kunnen hebben. En ik geef grif toe dat ik de meeste dingen van kwantummechanica ook niet begrijp. Maar wat ik ervan begrijp, maakt dat ik het tamelijk ‘spooky’ vindt.

    @Monique: Je zegt alweer iets wat ik ook denk. Frapant! Ik mail je dadelijk even.

    groet,
    Gert (Enceladus)

  8. Dit experiment in een klaslokaal? Als je me kunt uitleggen hoe zou ik erg blij zijn… Dit is niet met simpele middelen mogelijk helaas. Ik heb wel eens gehoord van iemand die iets gemaakt heeft, maar dat is ook verre van simpel…

  9. Interessante materie en inderdaad knap ingewikkeld allemaal. Toevallig las ik onlangs een ander artikel, dat ook gaat over de kwantummechanika en de invloed van de vrije wil, in dit geval de stelling van Bell: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/02/140220112515.htm Sterrenkundigen stellen een experiment voor om met behulp van quasars die stelling te ontkrachten (of niet). Qua schaal dus vergelijkbaar met bovenstaand experiment om zwaartekrachtslenzen te gebruiken. Wat betreft dat double split experiment in het klaslokaal: ik kom toch met wat googlen enkele verwijzingen tegen naar uitleg daarover, al weet ik niet of het allemaal erg bruikbaar is. Eentje is: http://cavendishscience.org/phys/tyoung/tyoung.htm . Tenslotte nog even een link naar een Astroblog van lang geleden, waarin ik het had over de ‘ultieme’ beïnvloeding van de mens op het heelal, hetgeen zich in 1998 moet hebben afgespeeld: https://www.astroblogs.nl/2007/11/23/heeft-de-mens-de-levensduur-van-het-heelal-beinvloed/ Oh ja nog één ding: John Wheeler (1911-2008) kwam al in 1978 met dat experiment aan, dus het is niet iets recents – die indruk kreeg ik een beetje in Olaf’s artikel, dat verder uitstekend is.

  10. Kijk, het interessante is wel dat we nu de hele avond hiero over kwantum mechanica hebben zitten praten. Dus wat dat betreft is het artikel van Olaf zeer nuttig geweest. Mijn ideeen over kwantummechanica zijn echter nog steeds anders dan ik hier ergens tegen kom. Ik begrijp er dus nog weinig van.

    1) Het dubbele spleet experiment. Het filmpje kende ik al en is duidelijk, maar wat me ‘stoort’ is dat er ‘geheimzinnig’ gedaan wordt over de verandering van de uitkomst als er naar gekeken wordt. Alsof daar iets spookys gebeurt. Daar geloof ik niet in. Het is niet spooky, we begrijpen het nog niet. Net zoals bliksem vroeger heel eng was. Mijn idee is bij dit filmpje steeds: ALS het oog de uitslag verandert, dan ligt dat dus aan het oog! Hoe werkt dat ook, wil ik weten? Hoe kijken ze, hoe meten ze dat, en kan het zijn dat dit iets verandert aan de uitslag? Als tweede denk ik aan een derde vorm, geen golf, geen deeltje, maar een ‘ flux generated betawave’ (ofzo).

    2) In dit kader kwam ook de kwantumcomputer ter sprake bij ons. Een qubit zou daar drie staten kunnen hebben, 0,1 en een superstaat, die ik maar even 2 noem. Mijn vraag hierbij is: kunnen we er niet een vierde staat aan toevoegen, nr 3, aan, uit, aanuit, en geenvanallen? Maar hier moet ik nog even over nadenken.

    3) Tijd veranderen. Deja Vu e.d. hebben hier niets mee te maken denk ik. Als een deja vu hebt, lijkt het alsof je iets eerder hebt meegemaakt, een herinnering. Maar herinneringen bestaan wel, alleen “het verleden” an sich bestaat niet, is volgens mij alleen een gedachte. Een herinnering creeert iets dat we ‘verleden’ noemen, maar die verleden tijd bestaat niet, die is slechts een herinnering.

    De zwaartekracht lenzen moeten nog even inzinken. Tenslotte: wat Axel en ik ons afvroegen was: Olaf, hoe heb jij die reaktie kunnen schrijven om 17.44 uur terwijl we hoorde dat de laatste pont om 17.45 vertrok? Doe je dat mobiel op het water? Of was je kwantum shifted op twee plaatsen tegelijk?

    • Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt

      Kwantumshift inderdaad. Nee hoor, ik had een pont eerder gepakt 😉

    • @Maarten Meulendijks

      Betreffende je qubits stukje, de staten zijn eigenlijk 0, 1 en de superpositie waarin de qubit zowel 0 als 1 is. Dit moet je eigenlijk zien als een proceentueel gedeeltelijk 0 en 1 tegelijk, bijvoorbeeld 10% 0 en 90% 1, zolang je maar op 100% uitkomt. Een ‘geen van beide’ is niet mogelijk want de qubits werken veelal op basis van spin van deeltjes en een spin moet er zijn, in fotonen is dat de horizontale en verticale spin die de 0 en 1 vertegenwoordigen, geen spin om ‘geen van beide’ te vertegenwoordigen is dus niet mogelijk.

      De kracht van een quantumcomputer zit in de qubit die dus tegelijk in superpositie 0 en 1 zijn, terwijl een conventionele bit maar 0 of 1 kan zijn.
      Nemen we 32 bits, dan kunnen die bits maar 1 waarde tegelijk vertegenwoordigen. Neem je 32 qubit dan heb je alle (ongeveer) 4,1 miljard waardes tegelijk. Een normale computer kan dus maar 1 berekening op die ene waarde los laten terwijl een quantumcomputer die ene berekening tegelijk op alle (ongeveer) 4,1 miljard waardes tegelijk doet.

      Voor wat meer informatie, zie bijvoorbeeld http://tweakers.net/reviews/3365/1/kwantumcomputers-razendsnel-rekenen-op-de-kleinste-deeltjes-inleiding.html of google op ‘how does a quantumcomputer works’ oid 🙂

    • @ Maarten Meulendijks. Mijn stelling: Er bestaan géén herinneringen als het verleden niet bestaat.

      Uw citaat:’ Maar herinneringen bestaan wel, alleen “het verleden” an sich bestaat niet, is volgens mij alleen een gedachte.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: