Zou de kat van Schrödinger in het echte leven kunnen bestaan?

Zou de kat van Schrödinger in het echte leven kunnen bestaan?
Shutterstock

Ben je ooit op meer dan één plek tegelijk geweest? Als je veel groter bent dan een atoom, is het antwoord nee.

Maar atomen en deeltjes worden beheerst door de regels van de kwantummechanica, waarin verschillende mogelijke situaties tegelijk kunnen bestaan.

Kwantumsystemen worden geregeerd door wat een "golffunctie" wordt genoemd: een wiskundig object dat de waarschijnlijkheden van deze verschillende mogelijke situaties beschrijft.

En deze verschillende mogelijkheden kunnen naast elkaar bestaan ​​in de golffunctie als wat een "superpositie" van verschillende toestanden wordt genoemd. Een deeltje dat op verschillende plaatsen tegelijk bestaat, is bijvoorbeeld wat we "ruimtelijke superpositie" noemen.

Pas als er een meting wordt uitgevoerd, 'stort' de golffunctie in en komt het systeem in een bepaalde toestand terecht.

Over het algemeen is de kwantummechanica van toepassing op de kleine wereld van atomen en deeltjes. De jury weet nog niet wat het betekent voor grootschalige objecten.

In ons onderzoek, vandaag gepubliceerd in Opticastellen we een experiment voor dat deze netelige vraag voor eens en voor altijd kan oplossen.


 Haal het laatste uit InnerSelf


De kat van Erwin Schrödinger

In de jaren dertig bedacht de Oostenrijkse natuurkundige Erwin Schrödinger zijn beroemde gedachte-experiment over een kat in een doos die volgens de kwantummechanica tegelijkertijd levend en dood kon zijn.

Daarin wordt een kat in een afgesloten doos geplaatst waarin een willekeurige kwantumgebeurtenis 50-50 kans heeft om hem te doden. Totdat de bak wordt geopend en de kat wordt geobserveerd, is de kat allebei dood en tegelijkertijd levend.

Met andere woorden, de kat bestaat als een golffunctie (met meerdere mogelijkheden) voordat hij wordt waargenomen. Wanneer het wordt waargenomen, wordt het een bepaald object.


Wat is de kat van Schrödinger?

Na veel debat bereikte de toenmalige wetenschappelijke gemeenschap een consensus met de “Kopenhagen interpretatie”. Dit zegt in feite dat de kwantummechanica alleen van toepassing kan zijn op atomen en moleculen, maar niet veel grotere objecten kan beschrijven.

Blijkt dat ze het bij het verkeerde eind hadden.

In de afgelopen twee decennia, natuurkundigen hebben gecreëerd kwantumtoestanden in objecten gemaakt van triljoenen atomen - groot genoeg om met het blote oog te zien. Hoewel dit heeft nog niet inclusief ruimtelijke superpositie.

Hoe wordt een golffunctie werkelijkheid?

Maar hoe wordt de golffunctie een 'echt' object?

Dit is wat natuurkundigen het "kwantummeetprobleem" noemen. Het heeft wetenschappers en filosofen ongeveer een eeuw lang in verwarring gebracht.

Als er een mechanisme is dat het potentieel voor kwantumsuperpositie van grootschalige objecten verwijdert, zou het op de een of andere manier de golffunctie moeten "verstoren" - en dit zou warmte creëren.

Als dergelijke warmte wordt gevonden, betekent dit dat kwantumsuperpositie op grote schaal onmogelijk is. Als een dergelijke hitte uitgesloten is, dan is het waarschijnlijk dat de natuur het niet erg vindt om "kwantum te zijn" op welke grootte dan ook.

Als dat laatste het geval is, kunnen we met voortschrijdende technologie grote objecten plaatsen, misschien zelfs levende wezens, in kwantumtoestanden.

Dit is een illustratie van een resonator in kwantumsuperpositie. De rode golf vertegenwoordigt de golffunctie.
Dit is een illustratie van een resonator in kwantumsuperpositie. De rode golf vertegenwoordigt de golffunctie.
Christopher Baker, auteur voorzien

Natuurkundigen weten niet hoe een mechanisme dat grootschalige kwantumsuperposities voorkomt eruit zou zien. Volgens sommigen is het een onbekend kosmologisch veld. Anderen vermoed de zwaartekracht zou er iets mee te maken kunnen hebben.

De Nobelprijswinnaar voor natuurkunde van dit jaar, Roger Penrose, denkt dat dit een gevolg kan zijn van bewustzijn van levende wezens.

Minuscule bewegingen najagen

In de afgelopen tien jaar hebben natuurkundigen koortsachtig gezocht naar een spoorhoeveelheid warmte die zou duiden op een verstoring van de golffunctie.

Om dit te achterhalen, hebben we een methode nodig die alle andere bronnen van "overtollige" warmte die een nauwkeurige meting in de weg kunnen staan, kan onderdrukken (zo perfect mogelijk).

We zouden ook een effect, genaamd kwantum "backaction", onder controle moeten houden, waarbij het observeren zelf warmte creëert.

In ons onderzoek hebben we zo'n experiment geformuleerd, dat zou kunnen uitwijzen of ruimtelijke superpositie mogelijk is voor grootschalige objecten. Het beste experimenten tot nu toe hebben dit niet kunnen bereiken.

Het antwoord vinden met kleine trillingen

Ons experiment zou resonatoren gebruiken met veel hogere frequenties dan tot nu toe. Dit zou het probleem van eventuele warmte uit de koelkast zelf verwijderen.

Net als bij eerdere experimenten, zouden we een koelkast moeten gebruiken bij 0.01 graden Kelvin boven het absolute nulpunt. (Absoloute nul is de laagste temperatuur die theoretisch mogelijk is).

Met deze combinatie van zeer lage temperaturen en zeer hoge frequenties ondergaan trillingen in de resonatoren een proces dat "Bose-condensatie" wordt genoemd.

Je kunt je dit voorstellen als de resonator zo stevig wordt bevroren dat de warmte van de koelkast er niet aan kan wiebelen, zelfs niet een beetje.

We zouden ook een andere meetstrategie gebruiken die helemaal niet kijkt naar de beweging van de resonator, maar naar de hoeveelheid energie die deze heeft. Deze methode zou ook de terugwarmte sterk onderdrukken.

Maar hoe zouden we dat doen?

Afzonderlijke lichtdeeltjes zouden de resonator binnendringen en een paar miljoen keer heen en weer stuiteren en overtollige energie absorberen. Ze zouden uiteindelijk de resonator verlaten en de overtollige energie wegvoeren.

Door de energie te meten van de lichtdeeltjes die naar buiten kwamen, konden we bepalen of er warmte in de resonator zat.

Als er warmte aanwezig was, zou dit erop wijzen dat een onbekende bron (waar we geen controle over hadden) de golffunctie had verstoord. En dit zou betekenen dat superpositie onmogelijk op grote schaal kan plaatsvinden.

Is alles kwantum?

Het experiment dat we voorstellen is uitdagend. Het is niet iets dat je zomaar op zondagmiddag kunt opzetten. Het kan jaren van ontwikkeling, miljoenen dollars en een hele reeks bekwame experimentele fysici vergen.

Desalniettemin zou het een van de meest fascinerende vragen over onze realiteit kunnen beantwoorden: is alles kwantum? En dus vinden we het zeker de moeite waard.

Wat betreft het plaatsen van een mens of kat in kwantumsuperpositie - er is echt geen manier voor ons om te weten hoe dit dat wezen zou beïnvloeden.

Gelukkig hoeven we hier voorlopig niet over na te denken.The Conversation

Over de auteur

Stefan Forstner, postdoctoraal onderzoeker, De universiteit van Queensland

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

volg InnerSelf op

facebook-icontwitter-iconrss-icoon

 Ontvang de nieuwste via e-mail

{Emailcloak = off}

Steun een goede baan!

VAN DE REDACTIE

Waarom ik COVID-19 zou moeten negeren en waarom niet
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Mijn vrouw Marie en ik zijn een gemengd stel. Ze is Canadees en ik ben een Amerikaan. De afgelopen 15 jaar hebben we onze winters in Florida en onze zomers in Nova Scotia doorgebracht.
InnerSelf Nieuwsbrief: november 15, 2020
by InnerSelf Staff
Deze week staan ​​we stil bij de vraag: "waar gaan we heen vanaf hier?" Net als bij elke overgangsrite, of het nu gaat om afstuderen, trouwen, geboorte van een kind, een cruciale verkiezing of het verlies (of vondst) van een ...
America: Hitching Our Wagon to the World and to the Stars
by Marie T Russell en Robert Jennings, InnerSelf.com
Welnu, de Amerikaanse presidentsverkiezingen liggen nu achter ons en het is tijd om de balans op te maken. We moeten een gemeenschappelijke basis vinden tussen jong en oud, democraat en republikeins, liberaal en conservatief om echt te maken ...
InnerSelf Nieuwsbrief: oktober 25, 2020
by InnerSelf Staff
De "slogan" of ondertitel voor de InnerSelf-website is "Nieuwe attitudes --- nieuwe mogelijkheden", en dat is precies het thema van de nieuwsbrief van deze week. Het doel van onze artikelen en auteurs is om ...
InnerSelf Nieuwsbrief: oktober 18, 2020
by InnerSelf Staff
Tegenwoordig leven we in mini-bubbels ... in onze eigen huizen, op het werk en in het openbaar, en mogelijk in onze eigen geest en met onze eigen emoties. Echter, leven in een luchtbel, of het gevoel hebben dat we zijn ...