23 mei 2019

Superwazig kwantumeffect waarbij de tijd “bevriest” experimenteel bevestigd


De paradox van de Kat van Schrödinger stelt op beroemde wijze dat een kwantumkat die is opgesloten in een doos tegelijkertijd dood en levend is, totdat we de doos openen – op dat moment is de kat het één of het ander. Dit is een mooi voorbeeld van de mafheid van kwantummechanica! Maar als je door simpelweg te observeren de uitkomst van een experiment kunt bepalen, wat zou er dan gebeuren als we nooit wegkijken? Het blijkt dat de tijd dan effectief gezien stil blijft staan!Dat is de conclusie van een natuurkundig onderzoek dat is uitgevoerd door de Cornell University. De betrokken wetenschappers hebben een nauwgezet experiment uitgevoerd, waarin gekeken is naar het effect van “nooit wegkijken”. Dit heeft men gedaan door atomen heel snel achter elkaar te observeren, hetgeen gelijk staat aan iets bekijken zonder met je ogen te knipperen. Wat blijkt nou? De tijd lijkt stil te staan en de atomen in kwestie staan in een “kwantumslot”.Dit is de kwantumversie van één van de paradoxen van de Griekse filosoof Zeno. Stel dat een bewegend object zich verplaatst van A naar B. Om bij B te arriveren, moet eerst de halve afstand tussen A en B worden afgelegd. Maar om dit punt tussen A en B te bereiken, moet eerst de halve afstand daarvan worden afgelegd, enzovoort. Als je dit helemaal doorvoert, dan is er dus altijd een extra halve afstand om af te leggen, dus zal het object nooit bij punt B arriveren. In werkelijkheid werkt het natuurlijk niet zo: een bewegend object dat zich verplaatst van A naar B, zal altijd gewoon bij punt B arriveren. Maar in het wazige domein van de kwantumfysica blijkt het gedachtenexperiment van Zeno soms te kloppen: als je de tijd in stukjes snijd die klein genoeg zijn, dan blijft inderdaad alles “bevroren” stilstaan. Dit staat bekend als het kwantum-Zeno-effect.Maar laten, voordat we verder gaan, eerst onze kennis van de Kat van Schrödinger gaan opfrissen. Wat houd dat ook alweer in? Sheldon Cooper van de tv-show Big Band Theory legt het even haarfijn uit:

Bij de Kat van Schrödinger gaat is vooral het verval van radioactieve atomen van belang, omdat daarbij de afgifte van het gif wordt getriggered. Er zijn twee mogelijke staten: A (de atomen zijn niet vervallen en de kat leeft) en B (de atomen zijn wel vervallen en de kat is dood). Als we nooit in de doos kijken, zal na verloop van tijd een superpositie van beide staten (zowel A als B tegelijk) gaan optreden. Pas als we de doos openen en de inhoud gaan observeren, zal deze vreemde superpositie instorten tot één van de twee mogelijkheden: óf A óf B.In 1977 hebben natuurkundigen voorgesteld dat als je voortdurend in de doos zou blijven kijken – metingen zo snel achter elkaar uitvoeren, dat je feitelijk gezien één constante meting uitvoert – het systeem nooit genoeg tijd zal hebben om te evolueren tot een superpositie. In plaats daarvan zal het systeem steeds weer gaan instorten tot z’n originele staat:

Stel dat je een atoom hebt waarbij de kans zeer waarschijnlijk is dat het atoom na drie seconden zal vervallen – maar waarbij de kans zeer klein is dat het atoom na één seconde zal vervallen. Als je het atoom na drie seconden waarneemt, dan is de kans groot dat het atoom is vervallen. Maar als je het atoom drie keer binnen één seconden waarneemt, dan is de kans groot dat het atoom niet is vervallen. Elke keer als je een waarneming doet, zal het atoom terugkeren naar z’n oorspronkelijke staat en wordt de klok opnieuw ingesteld.

Deze ketel zal niet gaan koken.

Dat betekent dat een kwantumketel die voortdurend bekeken wordt nooit zal overkoken. Dit alles is niet alleen maar theoretisch geneuzel – het Cornell-experiment is de laatste in een serie experimenten waarbij bewezen is dat het kwantum-Zeno-effect werkelijk plaatsvindt. Er is trouwens ook een anti-Zeno-effect, waarbij het staren naar een metaforische ketel de boel sneller doet overkoken en ook dit effect is experimenteel bevestigd.Het Cornell-team heeft gebruik gemaakt van lasers om rubidiumatomen die zijn ingevangen in een lichtraster te koelen tot superlage temperaturen. Dankzij de wazigheden van kwantummechanica zal, zo nu en dan, een atoom middels een “tunnel” aan de val ontsnappen.Maar als je de atomen steeds sneller en sneller met laserpulsen raakt – het equivalent van voortdurend in de doos van Schrödinger kijken – dan is het veel moeilijker voor de atomen om hun “tunnel te graven”. Als de intervallen klein genoeg zijn, dan zijn de atomen feitelijk vastgevroren – alsof de tijd stilstaat. Bron: Gizmodo.

Reacties

  1. Kijk! Dit bevestigt nou mijn idee dat tijd een illusie is.
    Daar gaat mijn debuutroman (zie de banner op deze pagina) onder andere over.
    Zelfs de paradox van Zeno komt er in voor.

    Erg goeie blog Olaf!

    Hartelijke groet,
    Sybold Deen

    • Ik weet niet of je hier uit kan concluderen dat tijd een illusie is. Door het heel snel achter elkaar opnieuw waarnemen begint eigenlijk de kansberekening opnieuw of iets wel of niet zal gebeuren. En hoe vaker je opnieuw begint hoe dichter je bij de keer komt dat iets wel gebeurd. Want zoals in het artikel staat wordt het quantummtunneleffect niet volledig stilgezet, maar eerder uitgesteld waardoor het minder vaak voorkomt dan normaal.

      Maar als je de atomen steeds sneller en sneller met laserpulsen raakt – het equivalent van voortdurend in de doos van Schrödinger kijken – dan is het veel moeilijker voor de atomen om hun “tunnel te graven”

  2. Kijk, hier staat nou (in grote lijnen) precies, wat ik regelmatig ervaar.
    1]- Of ik ben gek.
    2]- Of dit klopt gewoon.

    Klein voorbeeld. In mijn dagelijks leven ben ik storingsmonteur in de grof keramische industrie.
    Hierbij werk en repareer ik regelmatig met grove en grote machines
    die vaak bewegingen repeteren cq herhalen.
    Als ik de timing van een beweging, uit het zicht, wil inschatten, kom ik 9 v/d 10 keer bedrogen uit.
    De stap in een beweging, waar van ik dacht dat die al genomen was,
    moest nog beginnen of was mijn inziens te lang bezig als ik op dat moment zicht heb op de machine.
    Het lijkt of de machine even stil heeft gestaan.(wat in de werkelijke timing niet zo is)

    Is het nou 1, of is het 2. U mag het zeggen 🙂

Laat wat van je horen

*

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

%d bloggers liken dit: