Alles neigt naar steeds meer chaos, zo ongeveer luidt de roemruchte tweede wet van de thermodynamica. Dat is een knoertharde wet, dacht men, maar die vervelende en onbegrijpelijke kwantumwereld gooit weer eens roet in het eten. Niet rigoureus, maar toch. In die kwantumwereld schijnt zelfs een ‘familie’ tweede wetten te bestaan, ontdekten onderzoekers van, onder meer, de technische universiteit Delft.

“De oude wet wordt soms beschouwd als een statistische wet, die alleen waar is bij grote aantallen”, zegt onderzoeker Jonathan Oppenheim van het University College in Londen. “Zelfs als onderdelen van een systeem geordender worden, dan zal de totale entropie (maat voor chaos;as) toch toenemen.” Of dat ook inderdaad zo is moest natuurlijk worden uitgezocht en verbazend genoeg bleek die wet ook stand te houden bij kleine aantallen deeltjes, maar er zijn ook vele andere ’tweede wetten’ in het geding. Net als macrosystemen neigen microsystemen naar wanorde, maar er zijn andere wetten die de manier waarop die wanorde wordt bereikt beperken. “Deze bijkomende wetten zeggen in feite dat er veel verschillende soorten wanorde zijn op kleine schaal, maar ze nemen, gaande de tijd, steeds toe”, zegt medeonderzoeker Michal Horodecki van de universiteit van Gdansk (Pol). De onderzoekers vonden vier verschillende soorten wanorde. Ze toonden aan dat niet alleen de entropie toeneemt, maar dat ook andere soorten wanorde moeten toenemen. “Statistische wetten gelden voor grote getallen”, zegt Stephanie Wehner van de TU Delft. “Als je duizenden keer een munt opgooit krijg je evenveel keren kop als munt. Dat werkt niet bij een paar keer. Iets soortgelijks gebeurt er bij systemen met weinig deeltjes. We kunnen hulpmiddelen uit de kwantuminformatietheorie gebruiken om te begrijpen wat er gebeurt als we niet zo veel deeltjes hebben.” Een kwantumhuis wordt net zo goed als een normaal huis rommeliger en viezer naarmate de tijd vordert, maar hoe dat gebeurt volgt bepaalde wetten, legt Oppenheim nog maar eens uit. “Het lijkt er daarbij op dat de manier waarop die tweede wetten wisselwerken ze de traditionele tweede wet soms onderuit halen. Zo kan een klein systeem spontaan geordender worden als het wisselwerkt met een systeem dat nauwelijks verandert. Dat betekent dat sommige kamers in het kwantumhuis soms spontaan netter worden, terwijl andere alleen maar viezer worden, maar alleen nauwelijks merkbaar.” Het studiewerk zou gevolgen kunnen hebben voor de ontwikkelingen op nanogebied. Dan hebben we het niet alleen over elektronica, maar ook over biologische motortjes en kwantumcomputers.

Bron: Eurekalert