Klassieke natuurkunde, die bestond vóór de uitvinding van de kwantummechanica, beschrijft de natuur op een gewone (macroscopische) schaal. De meeste theorieën in de klassieke natuurkunde kunnen worden afgeleid als benaderingen die werken op de schalen die we gewend zijn. Kwantumfysica (het is ook kwantummechanica) verschilt van de klassieke wetenschap doordat de energie, het momentum, het impulsmoment en andere hoeveelheden van een gekoppeld systeem beperkt zijn tot discrete waarden (kwantisatie). Objecten hebben bijzondere eigenschappen zowel in de vorm van deeltjes als in de vorm van golven (dualiteit van golfdeeltjes). Ook in deze wetenschap zijn er grenzen aan de nauwkeurigheid waarmee grootheden gemeten kunnen worden (onzekerheidsprincipe).
Het kan worden gezegd dat er na de opkomst van de kwantumfysica in de exacte wetenschappen een soort revolutie plaatsvond, die het mogelijk maakte om alle oude wetten die voorheen als onbetwistbare waarheden werden beschouwd, te heroverwegen en te analyseren. Is dit goed of slecht? Misschien maar goed ook, want ware wetenschap mag nooit stil staan.
De "kwantumrevolutie" is echter gewordeneen soort klap voor de natuurkundigen van de oude school, die moesten accepteren dat waar ze eerder in geloofden slechts een reeks foutieve en archaïsche theorieën bleek te zijn die dringend herzien en aangepast moesten worden aan de nieuwe realiteit. De meeste natuurkundigen accepteerden deze nieuwe ideeën over een bekende wetenschap enthousiast en droegen bij aan de studie, ontwikkeling en implementatie ervan. Tegenwoordig bepa alt de kwantumfysica de dynamiek voor alle wetenschap als geheel. Het is dankzij haar dat baanbrekende experimentele projecten (zoals de Large Hadron Collider) zijn ontstaan.
Opening
Wat kan er gezegd worden over de fundamenten van de kwantumfysica? Het kwam geleidelijk voort uit verschillende theorieën die bedoeld waren om fenomenen te verklaren die niet verenigbaar waren met de klassieke natuurkunde, zoals de oplossing van Max Planck in 1900 en zijn benadering van het stralingsprobleem van veel wetenschappelijke problemen, en de overeenkomst tussen energie en frequentie in een artikel uit 1905 door Albert Einstein, die foto-elektrische effecten verklaarde. De vroege theorie van de kwantumfysica werd halverwege de jaren twintig grondig herzien door Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born en anderen. De moderne theorie is geformuleerd in verschillende speciaal ontwikkelde wiskundige concepten. In een daarvan geeft de rekenkundige functie (of golffunctie) ons uitgebreide informatie over de amplitude van de kans op de locatie van de impuls.
Fundamenten van kwantumfysica voor dummies
Wetenschappelijke studie van de golfDe essentie van licht begon meer dan 200 jaar geleden, toen de grote en erkende wetenschappers van die tijd de theorie van licht voorstelden, ontwikkelden en bewezen op basis van hun eigen experimentele waarnemingen. Ze noemden het golf.
In 1803 voerde de beroemde Engelse wetenschapper Thomas Young zijn beroemde dubbelexperiment uit, waardoor hij het beroemde werk "On the Nature of Light and Color" schreef, dat een grote rol speelde bij het vormgeven van moderne ideeën over deze bekende verschijnselen. Dit experiment speelde een belangrijke rol bij de algemene acceptatie van deze theorie.
Dergelijke experimenten worden vaak beschreven in verschillende boeken, bijvoorbeeld "Fundamentals of Quantum Physics for Dummies". Moderne experimenten met versnelling van elementaire deeltjes, bijvoorbeeld de zoektocht naar het Higgs-deeltje bij de Large Hadron Collider (kortweg LHC) wordt juist uitgevoerd om praktische bevestiging te vinden van veel puur theoretische kwantumtheorieën.
Geschiedenis
In 1838 ontdekte Michael Faraday, tot grote vreugde van de hele wereld, kathodestralen. Deze sensationele studies werden gevolgd door de verklaring over het probleem van straling, het zogenaamde "zwarte lichaam" (1859), gemaakt door Gustav Kirchhoff, evenals de beroemde veronderstelling van Ludwig Boltzmann dat de energietoestanden van elk fysiek systeem ook wees discreet (1877).). Later verscheen de kwantumhypothese ontwikkeld door Max Planck (1900). Het wordt beschouwd als een van de fundamenten van de kwantumfysica. De gewaagde hypothese van Planck dat energie zowel kan worden uitgezonden als geabsorbeerd in discrete "quanta"(of energiepakketten), komt exact overeen met de waargenomen patronen van blackbody-straling.
De wereldberoemde Albert Einstein heeft een grote bijdrage geleverd aan de kwantumfysica. Onder de indruk van kwantumtheorieën, ontwikkelde hij zijn eigen theorieën. De algemene relativiteitstheorie - zo heet het. Ontdekkingen in de kwantumfysica beïnvloedden ook de ontwikkeling van de speciale relativiteitstheorie. Veel wetenschappers begonnen in de eerste helft van de vorige eeuw deze wetenschap te bestuderen op voorstel van Einstein. Ze liep in die tijd voorop, iedereen mocht haar, iedereen was in haar geïnteresseerd. Geen wonder, omdat ze zoveel "gaten" in de klassieke natuurwetenschap dichtte (maar ze creëerde ook nieuwe), bood een wetenschappelijke rechtvaardiging voor tijdreizen, telekinese, telepathie en parallelle werelden.
De rol van de waarnemer
Elke gebeurtenis of toestand hangt rechtstreeks af van de waarnemer. Meestal wordt zo de basis van de kwantumfysica kort uitgelegd aan mensen die verre van de exacte wetenschappen zijn. De realiteit is echter veel gecompliceerder.
Dit past perfect bij veel occulte en religieuze tradities die eeuwenlang hebben aangedrongen op het vermogen van mensen om de gebeurtenissen om hen heen te beïnvloeden. In zekere zin is dit ook de basis voor een wetenschappelijke verklaring van buitenzintuiglijke waarneming, want nu lijkt de bewering dat een persoon (waarnemer) fysieke gebeurtenissen kan beïnvloeden met de kracht van het denken niet absurd.
Elke eigentoestand van een waargenomen gebeurtenis of object komt overeen meteigenvector van de waarnemer. Als het spectrum van de operator (waarnemer) discreet is, kan het waargenomen object alleen discrete eigenwaarden bereiken. Dat wil zeggen, het object van observatie, evenals de kenmerken ervan, worden volledig bepaald door deze operator.
Fundamenten van de kwantumfysica in complexe bewoordingen
In tegenstelling tot conventionele klassieke mechanica (of natuurkunde), kan men geen gelijktijdige voorspellingen doen van geconjugeerde variabelen zoals positie en momentum. Elektronen kunnen bijvoorbeeld (met een bepaalde waarschijnlijkheid) ongeveer in een bepaald gebied van de ruimte worden gelokaliseerd, maar hun wiskundige exacte positie is eigenlijk onbekend.
Contouren met een constante waarschijnlijkheidsdichtheid, vaak "wolken" genoemd, kunnen rond de kern van een atoom worden getekend om te bedenken waar een elektron zich het meest waarschijnlijk bevindt. Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg bewijst het onvermogen om een deeltje nauwkeurig te lokaliseren gezien het geconjugeerde momentum. Sommige modellen in deze theorie hebben een puur abstract computationeel karakter en impliceren geen toegepaste waarde. Ze worden echter vaak gebruikt om complexe interacties te berekenen op het niveau van subatomaire deeltjes en andere subtiele zaken. Bovendien stelde deze tak van de natuurkunde wetenschappers in staat om de mogelijkheid van het echte bestaan van vele werelden aan te nemen. Misschien kunnen we ze binnenkort zien.
Wave-functies
De wetten van de kwantumfysica zijn erg omvangrijk en gevarieerd. Ze kruisen metconcept van golffuncties. Sommige speciale golffuncties creëren een spreiding van waarschijnlijkheden die inherent constant of onafhankelijk is van de tijd, bijvoorbeeld wanneer in een stationaire energietoestand de tijd lijkt te verdwijnen ten opzichte van de golffunctie. Dit is een van de effecten van de kwantumfysica, die er fundamenteel voor is. Het merkwaardige feit is dat het fenomeen tijd radicaal is herzien in deze ongewone wetenschap.
Perturbatietheorie
Er zijn echter verschillende betrouwbare manieren om de oplossingen te ontwikkelen die nodig zijn om met formules en theorieën in de kwantumfysica te werken. Een dergelijke methode, algemeen bekend als "perturbatietheorie", gebruikt een analytisch resultaat voor een elementair kwantummechanisch model. Het is gemaakt om resultaten van experimenten te brengen om een nog complexer model te ontwikkelen dat gerelateerd is aan een eenvoudiger model. Dit is hoe de recursie verloopt.
Deze benadering is vooral belangrijk in de theorie van kwantumchaos, die enorm populair is voor het interpreteren van verschillende gebeurtenissen in de microscopische realiteit.
Regels en wetten
De regels van de kwantummechanica zijn fundamenteel. Ze beweren dat de inzetruimte van een systeem absoluut fundamenteel is (het heeft een puntproduct). Een andere verklaring is dat de effecten die door dit systeem worden waargenomen, tegelijkertijd eigenaardige operatoren zijn die vectoren in dit medium beïnvloeden. Ze vertellen ons echter niet welke Hilbertruimte of welke operatoren bestaan indit moment. Ze kunnen op de juiste manier worden gekozen om een kwantitatieve beschrijving van een kwantumsysteem te geven.
Betekenis en impact
Vanaf het allereerste begin van deze ongebruikelijke wetenschap hebben veel anti-intuïtieve aspecten en resultaten van de studie van de kwantummechanica aanleiding gegeven tot luide filosofische debatten en vele interpretaties. Zelfs fundamentele vragen, zoals de regels voor het berekenen van verschillende amplitudes en kansverdelingen, verdienen respect van het publiek en vele vooraanstaande wetenschappers.
Richard Feynman, bijvoorbeeld, merkte eens treurig op dat hij er helemaal niet zeker van was dat een van de wetenschappers de kwantummechanica begreep. Volgens Steven Weinberg is er op dit moment niet één interpretatie van de kwantummechanica die voor iedereen geschikt is. Dit suggereert dat wetenschappers een "monster" hebben gecreëerd om het bestaan waarvan ze zelf niet in staat zijn volledig te begrijpen en te verklaren. Dit doet echter niets af aan de relevantie en populariteit van deze wetenschap, maar trekt jonge professionals aan die echt complexe en onbegrijpelijke problemen willen oplossen.
Bovendien heeft de kwantummechanica een volledige herziening van de objectieve natuurwetten van het heelal afgedwongen, wat goed nieuws is.
Kopenhagen interpretatie
Volgens deze interpretatie is de ons bekende standaarddefinitie van causaliteit uit de klassieke natuurkunde niet meer nodig. Volgens kwantumtheorieën bestaat causaliteit in de voor ons gebruikelijke zin helemaal niet. Alle fysieke verschijnselen daarin worden verklaard vanuit het oogpunt van de interactie van de kleinste elementairedeeltjes op subatomair niveau. Dit gebied is, ondanks de schijnbare onwaarschijnlijkheid, zeer veelbelovend.
Kwantumpsychologie
Wat kan er gezegd worden over de relatie tussen de kwantumfysica en het menselijk bewustzijn? Dit is prachtig geschreven in een boek geschreven door Robert Anton Wilson in 1990 genaamd Quantum Psychology.
Volgens de theorie die in het boek wordt uiteengezet, zijn alle processen die in onze hersenen plaatsvinden het gevolg van de wetten die in dit artikel worden beschreven. Dat wil zeggen, dit is een soort poging om de theorie van de kwantumfysica aan de psychologie aan te passen. Deze theorie wordt als parawetenschappelijk beschouwd en wordt niet erkend door de academische gemeenschap.
Wilsons boek v alt op door het feit dat hij daarin een reeks verschillende technieken en praktijken biedt die zijn hypothese min of meer bewijzen. Op de een of andere manier moet de lezer zelf beslissen of hij de levensvatbaarheid gelooft van dergelijke pogingen om wiskundige en fysieke modellen toe te passen op de geesteswetenschappen.
Wilsons boek werd door sommigen gezien als een poging om mystiek denken te rechtvaardigen en het te koppelen aan wetenschappelijk bewezen nieuwerwetse fysieke formuleringen. Dit hoogst niet-triviale en opvallende werk is al meer dan 100 jaar in trek. Het boek wordt over de hele wereld gepubliceerd, vertaald en gelezen. Wie weet zal met de ontwikkeling van de kwantummechanica misschien ook de houding van de wetenschappelijke gemeenschap ten opzichte van de kwantumpsychologie veranderen.
Conclusie
Dankzij deze opmerkelijke theorie, die al snel een aparte wetenschap werd, konden we de omgeving verkennenwerkelijkheid op het niveau van subatomaire deeltjes. Dit is het kleinst mogelijke niveau, volledig ontoegankelijk voor onze waarneming. Wat natuurkundigen eerder over onze wereld wisten, moet dringend worden herzien. Werkelijk iedereen is het hier mee eens. Het werd duidelijk dat verschillende deeltjes met elkaar kunnen interageren op totaal ondenkbare afstanden, die we alleen kunnen meten met complexe wiskundige formules.
Bovendien heeft de kwantummechanica (en de kwantumfysica) de mogelijkheid bewezen van veel parallelle werkelijkheden, tijdreizen en andere dingen die door de geschiedenis heen alleen als sciencefiction werden beschouwd. Dit is ongetwijfeld een enorme bijdrage, niet alleen aan de wetenschap, maar ook aan de toekomst van de mensheid.
Voor liefhebbers van het wetenschappelijke beeld van de wereld kan deze wetenschap zowel een vriend als een vijand zijn. Feit is dat de kwantumtheorie brede mogelijkheden biedt voor verschillende speculaties over een parawetenschappelijk onderwerp, zoals al is aangetoond in het voorbeeld van een van de alternatieve psychologische theorieën. Sommige moderne occultisten, esoterici en aanhangers van alternatieve religieuze en spirituele bewegingen (meestal psychoculten) wenden zich tot de theoretische constructies van deze wetenschap om de rationaliteit en waarheid van hun mystieke theorieën, overtuigingen en praktijken te onderbouwen.
Dit is een ongekend geval, toen simpele vermoedens van theoretici en abstracte wiskundige formules leidden tot een echte wetenschappelijke revolutie en een nieuwe wetenschap creëerden die alles wat eerder bekend was, doorstreepte. In bepaaldekwantumfysica heeft de wetten van de aristotelische logica weerlegd, omdat ze heeft aangetoond dat er bij het kiezen van "of-of" nog een (en misschien meerdere) alternatieven is.
