dinsdag 25 februari 2014

KUNNEN WIJ GEBEURTENISSEN IN HET VERLEDEN BEÏNVLOEDEN? (UPDATE: NU MET FILMPJES)


Double Split Experiment
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 Keuze
Het 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 barrière en een achtergrondscherm. In de barrière 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.
delayed choice
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
Cosmic Double Split
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!

Geen opmerkingen:

Een reactie plaatsen