Kwantummechanica blijft ook voor kwantummechanici een mysterie (afb: New Scientist)

Het wordt tijd om al onze kwantumkaarten op tafel te leggen, vond een aantal natuurkundigen en vorige maand vond er in Wenen een bijeenkomst plaats. Ze presenteerden een serie ideeën en plannen voor toekomstige experimenten die een verklaring kunnen geven voor de vreemdheid van de kwantumtheorie zouden kunnen verklaren. Het leek een presentatie of botsing van al of niet wilde ideeën te zijn, maar wie weet komt daar ooit nog iets werkbaars uit. Het is wetenschap, weet je?
De kwantummechanica is vreemd, heel vreemd. Die theorie slaat grote gaten in onze opvatting over ruimte, tijd en werkelijkheid. De meeste mensen die zich er mee bezighouden accepteren die gekte. Het zeventigtal natuurkundigen die van 23 tot en met 25 oktober in Wenen waren zochten naar een verklaring van de gekte en ze vroegen zich af waar de kwantumwetten vandaan komen. Is de kwantummechanica een opstapje naar een dieper begrip van de werkelijkheid? “Er zijn veel mensen die denken een eind op die weg te zijn, maar ze spreken elkaar tegen”, zegt Aephraim Steinberg van de universiteit van Toronto (Can). “Een van hen kan gelijk hebben, maar ik weet absoluut niet wie.”
Hij presenteerde proeven die proberen te laten zien welke paden fotonen nemen om tegelijkertijd door twee spleten te gaan. Dat heeft te maken met die malle superpositie, het idee dat een kwantumdeeltje in twee verschillende toestanden tegelijk kan zijn. De grootste aanhang onder kwantumonderzoekers heeft de uitleg dat dit mogelijk is doordat fotonen alleen vaste eigenschappen hebben als ze gedetecteerd zijn. Daarvóór is er alleen een wiskundige golffunctie die de mogelijke uitkomst van de meting voorspelt, maar volgens Steinberg moet je het experiment opvatten in termen van de zogeheten Bohmse mechanica, die veronderstelt dat er relaties zijn tussen alle kwantumdeeltjes. Elk deeltje heeft een “gidsgolf” die zijn positie en moment begeleidt en neemt dus een verschillende weg door de dubbele spleten. “Er zijn simpele proeven die een verband aangeven tussen het model en de echte wereld.”
Velen vinden die Bohmse mechanica, afkomstig van de Britse natuurkundige David Bohm, onbevredigend, maar de discussie in Wenen maakte duidelijk dat dat voor veel ideeën en gissingen geldt.
Lev Vaidman van de universiteit van Tel Aviv (Is) noemde het in Wenen een wildeganzenjacht. “Er is geen reden om dieper te gaan.” Hoewel, hij heeft ook zo zijn eigen gedachten. Hij is een fel aanhanger van de theorie van vele werelden. Die suggereert dat elke kwantumgebeurtenis, zoals een foton die gedwongen wordt te kiezen tussen twee spleten, een nieuwe wereld opent. De foton gaat via de ene spleet de ene wereld in en via de andere een andere wereld. Dat zou volgens Vaidman de enige manier zijn om te verklaren waarom een meting schijnt te ‘ontaarden’ in een superpositie van toestanden.

Markus Arndt van de universiteit van Wenen onderzoekt hetzelfde probleem door grote en ingewikkelde moleculen in superpositie te brengen. Hij denkt dat als de moleculen ingewikkelder worden, hun configuraties kunnen veranderen als ze ‘ontaarden’, waarmee je meer zicht zou kunnen krijgen op het achterliggende. Nobelprijswinnaar Gerard ‘t Hooft denkt dat de zaak veel eenvoudiger is. “Ik hoef al die gymnastiek niet te doen.” Hij houdt het op iets dat hij superdeterminisme heeft genoemd. De natuurkundige wereld heeft verborgen relaties die gevormd zijn tijdens de processen die de deeltjes en velden gevormd hebben. Deze relaties liggen ten grondslag aan de maffe verschijnselen en schijnbare willekeur in de kwantumwereld, denkt ’t Hooft.
Dat lijkt op een misschien vermakelijke maar verder nutteloze botsing van ongefundeerde ideeën en ideetjes. ’t Hoogt vond de ijeenkomst toch erg nuttig. “Die gaf me de gelegenheid mijn ideeën uiteen te zetten. Ik ben er steeds meer van overtuigd dat ik gelijk heb.” Howard Wiseman van de Australische Griffith-universiteit wijst er op dat al die ideeën bij elkaar mensen op nieuwe gedachten kunnen brengen. “Het is allemaal onderdeel van het wetenschappelijke discours. Het kan van belang zijn voor de soort proeven die je wilt gaan doen.”
Organisator Jan Walleczek van Phenoscience Laboratories, een in Berlijn gehuisveste onderzoeksorganisatie, is het eens. “Ik geloof dat de bijeenkomst zinnig was door weer de aandacht te vestigen op op genegeerde mogelijkheden. We geloven dat er een nieuw hoofdstuk is begonnen in het onderzoek naar de fundamenten van kwantummechanica.” Tuurlijk, maar hij kan als organisator toch moeilijk zeggen dat het een onvruchtbare bijeenkomst was of ben ik nu te cynisch?

Bron: New Scientist