Kwantummechanica

Golven

Dit experiment ligt aan de basis van de kwantummechanica, en gaat over golven of deeltjes.

We beginnen met golven en een één spleet situatie.
De golven bewegen door de spleet en planten zich voort, tot ze het scherm raken (de gevoelige plaat)
Daar zien we dat de hoogste intensiteit bereikt wordt in het midden, in directe lijn met de spleet.
Aan de helderheid op het scherm kun je de intensiteit aflezen.

Maar nu voegen we een tweede spleet toe, en dan zien we iets anders gebeuren.
Dalen van golven kunnen elkaar versterken, net als de topen van golven, als een dal en een top samen vallen dan heffen ze elkaar op.
We zien het volgende patroon: - een interferentiepatroon

Op de plekken waar de toppen van de golven elkaar tegen komen zijn de witte lijnen, de plekken waar ze elkaar opheffen zijn zwart, en alles wat daar tussenin zit is dus grijs.
Je ziet dat nog steeds in het midden de intensiteit het hoogst is.

 

Deeltjes

Stel dat je een serie pingpong ballen op een gevoelige plaat afvuurt, maar deze moeten eerst een spleet passeren.
Dit ziet er als volgt uit:

De ballen die tegen de wand aan knallen en dus niet precies op de plek van de spleet passeren, zullen de gevoelige plaat nooit bereiken.
De ballen die de spleet passeren (overleven) zullen een patroon op de gevoelige plaat achter laten, namelijk in de vorm van een verticale streep. (grofweg)

Nu voegen we een tweede spleet toe, wat je al verwacht gebeurt ook, er komt een tweede verticale band naast de eerste.
Dit ziet er als volgt uit:

 

Kwantum niveau

Dit vinden we eigenlijk allemaal heel logisch, en de klassieke natuurkunde werkt ook vrij logisch, maar nu gaan we kijken hoe dit zich op kwantum niveau voordoet.

We weten nu wat er met golven en deeltjes gebeurt in dit twee spletenexperiment, maar nu wat gebeurt er met een elektron?
Een elektron is een heel kleine stukje materie je zou kunnen zeggen en klein deeltje.
Laten we nu eens een elektron afvuren door één spleet.
Wat er gebeurt, is dat het zich net zo gedraagt als de pingpong ballen, je krijgt een lijn.
Zoals voorspelt dus, maar nu gaan we ze afvuren door twee spleten.
Je zou verwachten dat je nu 2 lijnen te zien krijgt, maar niets is minder waar, er ontstaat een interferentiepatroon.

Dus bij twee spleten krijgen w een patroon dat je zou verwachten bij golven, maar het zijn toch kleine deeltjes, die elektronen?
Wat de natuurkundige in eerste instantie dachten was dat de elektronen op elkaar reageerde en zo dit patroon vormde, daarom was het volgende experiment, om de elektronen niet in grote getalen tegelijk te verzenden maar één voor één.
Toch blijkt ook na dit experiment dat hetzelfde patroon ontstaat.

Conclusie:
Die ene elektron, verlaat het kanon als een deeltje, wordt een waarschijnlijkheidsgolf, gaat door beide spleten en er treedt zelfs met dat ene elektron interferentie op.

Wiskundige gezien is het nog vreemder:
- Het elektron gaat door beide spleten
- Het elektron gaat door de ene of de andere spleet
- Het elektron gaat door geen van beide spleten

Dit zijn allemaal mogelijkheden, allemaal waarschijnlijkheidsgolven

Meer duidelijkheid nodig: Meten is weten

Ze wilden natuurlijk weten door welke spleet de elektron eigenlijk ging, dus dit gingen ze meten.

Wat er toen gebeurde had niemand kunnen voorspellen.
Door er een meet apparaat tussen te zetten en dus stiekem mee te kijken, gedroeg het elektron zich weer zoals de pingpong bal (als deeltje)  en produceerde dus weer grofweg twee lijnen in plaats van een interferentiepatroon.

Wat dit betekende is dat het feit dat er een toeschouwer is ervoor zorgt dat het elektron ervoor koos om slechts door een van de twee spleten te gaan en niet door beide tegelijk.
Het heeft er dus de schijn van dat het elektron wist dat er een toeschouwer (meetapparatuur) bij stond.

Dit is dus de essentiële vraag van de kwantummechanica, bestaat materie uit golven of deeltjes en hoe krijgt meetapparatuur het voor elkaar dat een golf in elkaar stort.
Welkom in de bizarre realiteit van de kwantum wereld!!