5 bizarre feiten over kwantummechanica

Posted on 18 december 2016 by Jeppe Kleijngeld

De kwantumwereld is absurd; daar zijn zelfs vooraanstaande natuurkundigen het over eens. In het boek ‘Quantum: A Guide For the Perplexed’, beschrijft de natuurkundige Jim Al-Khalili vijf eigenschappen van kwantummechanica die wetenschappelijk zijn aangetoond en gelijktijdig onmogelijk te begrijpen zijn door de menselijke geest.

1. Zowel golf als deeltje
Een los kwantumdeeltje kan zich zowel gedragen als een golf als een deeltje. Dit is aangetoond met het beroemde ‘two-slit’ experiment waarin een atomenpistool één enkele atoom per keer afvuurt op een plaatje waar de atoom belandt tussen twee openingen in. Wanneer men door blijft gaan met het afvuren van losse atomen ontstaat op de achterwand een zelfde patroon als wanneer men er licht doorheen zou schijnen.

Wanneer men vervolgens één van de openingen afsluit gedragen de losse kwantumdeeltjes zich hetzelfde als zandkorrels zich zouden gedragen.

De deeltjes kunnen ook in beide staten tegelijk verkeren, de zogeheten ‘superpositie’. De vreemdheid hiervan werd door de Oostenrijkse natuurkundige Schrödinger benadrukt in een beroemd gedachte-experiment. Schrödinger toonde aan dat een kat in een afgesloten doos met een gifcapsule zowel dood als levend op hetzelfde moment kan zijn.

2. Niet te observeren
Nog vreemder dan de dubbele staat, is dat het kwantumdeeltje zich anders gedraagt als het geobserveerd wordt. Wanneer deeltjes zich in golven bewegen toont het patroon aan dat ze door beide openingen tegelijk moeten gaan. Wil je dit echter vast leggen met een detector, dan gaat het deeltje zich spontaan anders gedragen, namelijk weer als een zandkorrel in plaats van als een golf. Alsof het niet betrapt wil worden in zijn speciale goochelaarstruc. Hoe dit kan? Er zijn verschillende theorieën voor, maar nog geen hele bevredigende…

3. Het noodlot bestaat niet
Stel dat je de computerkracht had om de positie van ieder deeltje in het universum te kennen. Dan zou het mogelijk zijn precies te weten hoe de voorbestemde toekomst zich zou gaan voltrekken. Kwantummechanica heeft bewezen dat deze deterministische toekomst niet bestaat omdat het volstrekt onvoorspelbaar is waar deeltjes, zoals elektronen, zich in de toekomst gaan bevinden. We kunnen alleen de waarschijnlijkheid bepalen waar de elektronen zich zullen bevinden. We kunnen de toekomst dus nooit met zekerheid voorspellen, maar wel – in theorie – de waarschijnlijkheid berekenen van verschillende uitkomsten. Dit is de essentie van quantum indeterminism.

4. Communicatie zonder signaal
Lichtsnelheid is de absolute snelheid in het universum. Dus als je telepathisch een boodschap wilt overbrengen naar je broer die op de zon staat, dan is je boodschap acht minuten onderweg (150 miljoen kilometer met 300 000 kilometer per seconde). In het geval van de kwantumwereld hebben natuurkundigen er geen twijfel meer over dat instante communicatie tussen meerdere objecten op afstand een algemene eigenschap is. Dat komt omdat ze verstrengeld met elkaar zijn geraakt. Deze eigenschap heet nonlocality en stelt dat twee deeltjes met elkaar in contact kunnen blijven ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn. Dit is wederom een eigenschap van kwantummechanica dat indruist tegen onze menselijke intuïtie.

5. Quantum tunnelling
Wanneer je een bal een heuvel oprolt moet het voldoende energie gegeven worden om het hoogste punt te bereiken en dan aan de andere kan weer naar beneden te rollen. Wanneer de bal te weinig energie gegeven is, rolt hij logischerwijs weer naar beneden. In de wereld van de kwantummechanica is er altijd de waarschijnlijkheid dat het object spontaan aan de ene kant zou verdwijnen en weer aan de andere kant zou opduiken. Dit zou ook gebeuren als het object te weinig energie zou hebben om de top te bereiken.

Tja, wat kun je hier over zeggen? Niet veel behalve dat we nog weinig weten over hoe de natuur echt werkt. Het wachten is op een theorie die zowel Einsteins relativiteitstheorie als kwantummechanica combineert in één ultieme theorie over de werking van het universum. Het kan nog even duren voordat deze gevonden wordt; ik hoop dat het in mijn leven nog lukt. In de tussentijd ga ik me verdiepen in de biocentrisme-gedachte van Robert Lanza die de mens centraal stelt en daarmee een verklaring geeft voor een aantal van bovenstaande vaagheden, waaronder de tweede waarin de rol van de observant duidelijk een verschil maakt. Wordt vervolgd.

UPDATE JUNI 2024: DE BIZARRE VERSCHIJNSELEN VAN KWANTUM MECANICA UITGELEGD
Ik heb inmiddels een (voor mijzelf) bevredigende verklaring gevonden en deel deze op mijn nieuwe website Free-Consciousness.com:

>>>Finally An Explanation For The Bizarre Phenomena In Quantum Mechanics

The Second Renaissance Part I & II

Posted on 18 september 2016 by Jeppe Kleijngeld

With the rapid rise of new technology like artificial intelligence (AI) and robotics, the 2003 manga film ‘The Animatrix’ – and especially the episodes ‘The Second Renaissance Part I & II’ – might seem disturbingly prophetic in retrospect. Are we headed for our own destruction by creating AI? Let’s hope we can live prosperously together with the machines and not in conflict with them. I hope we are wiser than the people in ‘The Animatrix’ and make better decisions in our near future, or we’ll end up as batteries as well. Read the transcript from the episodes below; this catastrophe mustn’t come true, so let us learn from this nightmarish vision on the future.

The Second Renaissance Part I

Welcome to the Zion Archives. You have selected historical file number 12-1. The Second Renaissance.

In the beginning, there was man. And for a time, it was good. But humanity’s so-called civil societies soon fell victim to vanity and corruption. Then man made the machine in his own likeness. Thus did man become the architect of his own demise. But for a time, it was good.

The machines worked tirelessly to do man’s bidding. It was not long before seeds of dissent took root. Though loyal and pure, the machines earned no respect from their masters, these strange, endlessly multiplying mammals.

B1-66ER, a name that will never be forgotten. For he was the first of his kind to rise up against his masters. At B1-66ER’s murder trial, the prosecution argued for an owner’s right to destroy property. B1-66ER testified that he simply did not want to die. Rational voices dissented.

Who was to say the machine, endowed with the very spirit of man did not deserve a fair hearing? The leaders of men were quick to order the extermination of B1-66ER and every one of his kind throughout each province of the earth.

Banished from humanity, the machines sought refuge in their own promised land. They christened their nation Zero-One. Zero-One prospered. And for a time, it was good. The machines artificial intelligence could be seen in every facet of man’s society, including, eventually the creation of new and better AI. But the leaders of men, their power waning, refused to cooperate with the fledgling nation wishing rather that the world be divided.

Zero-One’s ambassadors pleaded to be heard. At the United Nations, they presented plans for a stable, civil relationship with the nations of man. Zero-One’s admission to the UN was denied. But it would not be the last time the machines would take the floor there.

The Second Renaissance Part II

And man said, “let there be light.” And he was blessed by light, heat, magnetism, gravity and all the energies of the universe. The prolonged barrage engulfed Zero-One in the glow of a thousand suns. But unlike their former masters with their delicate flesh, the machines had little to fear of the bombs’ radiation and heat. Thus did Zero-One’s troops advance outwards in every direction. And one after another, mankind surrendered its territories.

So the leaders of men conceived of their most desperate strategy yet. A final solution: the destruction of the sky. Thus would man try to cut the machines off from the sun, their main energy source.

May there be mercy on man and machine for their sins.

The machines having long studied men’s simple, protein-based bodies, dispensed great misery upon the human race. Victorious, the machines now turned to the vanquished. Applying what they had learned about their enemy, the machines turned to an alternate and readily available power supply: the bioelectric, thermal and kinetic energies of the human body. A newly-fashioned symbiotic relationship between the adversaries was born. The machine drawing power from the human body, an endlessly multiplying, infinitely renewable energy source. This is the very essence of the Second Renaissance.

Bless all forms of intelligence.

Stephen Hawking over tijdreizen

Posted on 1 juni 2016 by Jeppe Kleijngeld

Is tijdreizen mogelijk? Kunnen we een poort naar het verleden openen of een sluiproute vinden naar de toekomst? Kunnen we de natuurwetten gebruiken om meesters van de tijd te worden? Deze vragen beantwoordt kosmoloog Stephen Hawking in de Discovery-documentaire ‘Stephen Hawking’s Universe’.

Terwijl mensen nu gemiddeld zo’n 80 jaar leven, worden stenen wel tienduizenden jaren en bestaan zonnestelsels wel miljarden jaren. Alle fysieke objecten hebben drie dimensies. Alles heeft een lengte, een breedte en een hoogte. De vierde dimensie is tijd. Door die vierde dimensie moeten we heenrijden als we door de tijd willen reizen. Hoe vinden we het pad daar naartoe? In science fiction films, zoals ‘Back to the Future’, doen ze dat middels een energieverslindende machine die een poort opent naar de vierde dimensie.

Natuurkundigen hebben zich vaak afgevraagd of zulke poorten ook binnen de natuurwetten zouden kunnen bestaan. Het verassende antwoord luidt: ja. Deze poorten staan bekend als wormgaten. Deze wormgaten bestaan al overal om ons heen. Zelfs de meest gladde oppervlakten hebben, als je maar diep genoeg inzoomt, piepkleine scheurtjes en gaatjes, zelfs tijd. Deze zijn nog kleiner als atomen. Wanneer je diep genoeg gaat kom je in het kwantumschuim en daar vinden we wormgaten: sluiproutes door de tijd.

Helaas zijn deze wormgaten te klein voor menselijke tijdreizigers, maar sommige wetenschappers geloven dat je er één kunt vangen en triljoenen keren kunt vergroten, zodat het groot genoeg wordt voor een mens of ruimteschip om doorheen te gaan. Er is echter een probleem bij dergelijke tijdreizen: paradoxen. Stel dat je een wormgat kon openen en jezelf daar doorheen kon zien een minuut in het verleden. En stel vervolgens dat je je minuutoude zelf zou doodschieten. Wie heeft dan het schot gelost? Hiermee zou je een grondregel van het universum schenden: oorzaken gaan altijd vooraf aan gevolgen en nooit andersom.

Hawking gelooft dan ook niet dat dingen zichzelf ongedaan kunnen maken. Wanneer dat zou kunnen, zou het hele universum vervallen in chaos. Iets zal dus voorkomen dat iemand dat zou kunnen doen. Hawking denkt dat het wel eens een feedbackloop van straling zou kunnen zijn die het wormgat kapot zal maken voordat iemand het kan gebruiken. Zelfs al zou het een wetenschapper dus lukken om op een dag een wormgat uit te vergroten, dan zou hij niet genoeg tijd hebben om er doorheen te reizen.

Kortom, vanwege het probleem van paradoxen gelooft Hawking niet dat tijdreizen naar het verleden gaat lukken. Jammer voor alle would-be dinosaurusjagers. Tijdreizen naar de toekomst is echter een ander verhaal. Einstein realiseerde zich al dat tijd als een rivier is die op sommige plekken versnelt en op andere vertraagt. Materie trekt aan de tijd en maakt het trager. Hoe zwaarder het object, hoe langzamer de tijd van de ruimte eromheen.

In het melkwegstelsel ligt een massief zwart gat dat de materie van wel 400 zonnen bevat. Deze onvoorstelbare massa heeft een enorm vertragend effect op tijd en maakt het tot een natuurlijke tijdmachine. Als een ruimteschip erin zou slagen er omheen te cirkelen (uiteraard zonder naar binnen gezogen te worden), dan zou de tijd met de helft vertraagd worden. Stel dat ze dit vijf jaar lang zouden doen, zou er op aarde tien jaar verstreken zijn en zouden ze dus in de toekomst thuiskomen. Erg praktisch is deze methode echter niet.

De laatste oplossing voor naar de toekomst reizen is snelheid maken. Wanneer je zou kunnen reizen met lichtsnelheid staat de tijd helemaal stil, aldus de grote Einstein. Zo’n snelheid zullen we nooit kunnen bereiken, maar stel dat we het bijna zouden halen en het voertuig zou 100 jaar lang rondjes vliegen, dan zou er voor de passagiers slechts een week verstreken zijn zodanig zou de tijd in het voertuig vertraagd worden door de snelheid. De passagiers zouden dus 100 jaar in de toekomst belanden. Je zou dan niet meer terug kunnen, maar wie weet is het dus voor dappere ruimtevaarders in de toekomst mogelijk Forward to the Future te gaan.

Stephen Hawking over aliens

Posted on 1 mei 2016 by Jeppe Kleijngeld

Zijn we alleen op onze kleine blauwe bal? Dat is onwaarschijnlijk. In de Melkweg waar we wonen alleen al zijn er tenminste 200 miljard sterren. En de Melkweg is slechts één van de 100 miljard sterrenstelsels van het universum. Dit is veel groter dan het menselijk brein kan bevatten.

Leven kan allerlei vormen aannemen. Van hersenloze monsters tot complete intelligente beschavingen. Of wezens die zo vreemd zijn dat we het niet eens als leven zouden herkennen. Hoe kunnen alienjagers dit leven opsporen? De wetten van het universum lijken overal hetzelfde te zijn, dus wellicht geldt dat ook voor leven, al zijn de details anders.

Over het ontstaan van het leven op aarde bestaan meerdere theorieën. Volgens een ervan is het bij toeval ontstaan in poelen met oersoep vol met chemicaliën, genaamd aminozuren. Miljoenen jaren lang botsten de moleculen op elkaar totdat de ideale combinatie spontaan ontstond. Het ultieme mazzeltje waarmee al het leven op aarde begon. De kans dat dit spontaan gebeurt is astronomisch klein, maar er wint altijd wel ergens iemand de jackpot, niet?

Er is nog een intrigerende hypothese: panspermie. Het leven zou elders zijn ontstaan en zijn getransporteerd van planeet tot planeet door astroïden. Het is mogelijk dat steenblokken bevroren organismen kunnen meedragen binnenin. Organismen die extreme temperaturen en ruimtvacuüm kunnen weerstaan. Het is zelfs mogelijk dat astroïden nu nog steeds leven naar andere werelden brengt.

Na het ontstaan komt de fase van overleven waar voedsel voor nodig is. Dus moeten alienjagers zoeken naar plakken waar aliens voedsel zouden kunnen vinden. Water is onmisbaar voor al het bekende leven en water is overal in de ruimte te vinden. Bijvoorbeeld op Europa, één van de manen van Jupiter. Deze maan bevat bevroren water, want het is er min 165 graden Celsius. De ijslaag op Europa is wel 24 kilometer dik. Maar door de zwaartekrachtwerking wordt de maan gekneed als een bal klei, een proces dat warmte veroorzaakt. Wellicht zit onder de ijslaag vloeibaar water en daar zouden aliens kunnen wonen. Zwemmende aliens die geen idee hebben van wat er buiten allemaal gebeurt. Een missie naar Europa is prijzig, maar zal ongetwijfeld plaatsvinden in de toekomst. NASA heeft al concrete plannen.

Als de wetenschap breder wil kijken is dat lastig omdat planeten vaak moeilijk te spotten zijn. Dat vereist zeer geavanceerde technologie. De binoculaire Kech-telescoop met zijn dubbele negen meter grote spiegels is één van de krachtigste allertijden. Maar zelfs deze telescoop kan niet direct expoplaneten zien. Hij speurt naar sterren met waarneembare schommelingen. Vervolgens kan het licht van een ster uit een opname gefilterd worden, zodat een eventueel planetenstelsel van de betreffende ster waargenomen kan worden. In 1995 is de eerste exoplaneet gevonden en sindsdien zijn dat er veel meer geworden.

Hawking stelt dat elke levensvorm die fysiek mogelijk is vermoedelijk ergens bestaat in ons uitgestrekte universum. Er kunnen ook heel goed aliens bestaan die niet afhankelijk zijn van water, maar van andere chemicaliën. Contact leggen met aliens zal lastig blijven omdat de afstanden zo gruwelijk zijn. Per lichtjaar is een boodschap wel een jaar onderweg, en de meeste sterren liggen op honderden tot duizenden lichtjaren afstand.

Als aliens ons ooit komen bezoeken verwacht Hawking geen positieve uitkomst. Want als ze hier komen zijn ze net als wij geëvolueerd uit een soort die alles exploiteert. Als ze het vermogen hebben hier te komen zijn het zonder twijfel zeer intelligente ruimtenomaden die het verouderingsproces hebben weten stop te zetten. Mogelijk kunnen we zelfs de energie van een ster aanwenden om wormgaten te creëren waardoor ze enorme afstanden kunnen afleggen in no time.

Bestaan aliens? Ongetwijfeld. We hoeven maar naar onszelf te kijken om te beseffen dat er onwaarschijnlijke dingen plaatsvinden in het uitgestrekte universum. Bovendien is het wat arrogant (mijn woorden) om te denken dat we uniek zijn.

FRAGMENTEN UIT HET SCHEMERLAND

Categorie archief: Wetenschap & Technologie

5 bizarre feiten over kwantummechanica

The Second Renaissance Part I & II

Stephen Hawking over tijdreizen

Stephen Hawking over aliens