info@wetenschapsnet.com

The Double-slit experiment

Wetenschap is voor iedereen

The Double-slit experiment

Wellicht het meest bekende experiment in de moderne natuurkunde, het tweespletenexperiment. Door de uitkomsten van dit experiment zijn vele natuurkundigen gaan twijfelen en nadenken over wat realiteit nou eigenlijk is. Het blijkt namelijk dat deeltjes op 2 plaatsen tegelijk kunnen zijn, dat deeltjes zich gedragen als golf en als deeltje en dat wanneer we het observeren ze een keuze lijken te maken door op 1 plek te zijn. Hoe zit dit nou allemaal?

Waar gaat het over?

Laten we een gedachtenexperiment doen. Stel je voor dat je een apparaat hebt dat tennisballen wegschiet op een muur. Je ziet meteen waar de tennisballen de muur raken. Zet er vervolgens een muur tussen met links en rechts van het midden een gat. Je kunt je vast voorstellen dat de tennisballen of de 1e muur raken of door de gaten gaan en de 2e muur raken. Door een lijn te trekken vanaf het apparaat, langs de uiteinden van de gaten in de 1e muur, tot aan de 2e muur kun je zeggen dat de tennisballen tussen die lijnen de muur moet raken. Vrij logisch allemaal nog, toch? Maar nu gaan we hetzelfde opnieuw doen, maar dan met elektronen (het kan ook met fotonen, dit zijn lichtdeeltjes).

Stippen: Tennisballen. Lijnen: Hiertussen moet de tennisbal wel bewegen. Streepjes: Het gebied waar de tennisbal de muur kan raken.

Allereerst is het belangrijk te weten wat elektronen zijn. Misschien heb je wel eens gehoord van atomen? Een atoom bestaat uit een atoomkern (bestaande uit protonen en neutronen) en een elektronenwolk (wil je meer info over wat een atoom is en hoe de kwantumwereld in elkaar zit, klik dan hier). Deze elektronen worden tijdens het experiment door een apparaat richting de muren geschoten. Je zou verwachten dat hetzelfde gebeurt als met de tennisballen, toch? Nou, nee dus. Het blijkt, zodra er niet geobserveerd wordt, dat er een bepaald patroon ontstaan op de 2e muur, genaamd een interferentiepatroon.

Interferentiepatroon

Hoe zit dat dan?

Dit klinkt ook erg lastig, laten we dat proberen op te helderen. Als je een steen in het water gooit ontstaat er een golf die alle kanten opgaat, laten we voor het gemak alleen het gedeelte nemen dat vanaf jouw standpunt verder het water in beweegt. De golf blijft van je af bewegen en er gebeurt niets geks. Nu gooi je 2 stenen naast elkaar en kijk je naar wat de 2 golven. Je zult zien dat de 2 golven met elkaar reageren, dit noemen we interfereren.

Het interferentiepatroon is namelijk een beetje apart. Het gebeurt natuurlijk niet met de tennisballen, zoals je hebt gezien, maar wel met bijvoorbeeld elektronen. Je vraagt je vast af hoe dat kan, aangezien beide bestaan uit materie. Het blijkt namelijk dat deeltjes in de kwantumwereld zich kunnen gedragen als zowel een deeltje als een golf. Dit effect staat bekend als het golf-deeltjesdualiteit. We beschrijven ze daarom met een waarschijnlijkheidsgolf. Daarin kun je zien waar je het deeltje waarschijnlijk zult vinden, of in ieder geval waar de kans groter is het te vinden. Dit zie je ook terug in het interferentiepatroon. Hoe verder weg van de, des te onwaarschijnlijker het is om het deeltje te vinden. Als 2 golven samen komen worden ze op de plekken waar ze elkaar raken groter, dus de kans om ze daar te vinden vergroot. Waar de 2 golven elkaar niet raken valt de waarschijnlijkheid zowat volledig weg. Daarom zie je dus ook het patroon.

Groen: raakvlakken, hier wordt de kans groter. Blauw: Golven. Rood: Waarschijnlijkheid.

Het raarste komt nog

En dat is nog lang niet het raarste wat opgemerkt is. Zodra we proberen te kijken wat er gebeurt en hoe het komt dat de deeltjes zich zo gek gedragen valt ineens het golf gedrag weg en ‘kiest’ het voor normaal deeltjes gedrag. Dus zodra we gaan kijken zien we ineens wel weer hetzelfde patroon als bij de tennisballen. Stoppen we vervolgens weer met observeren, en ineens is daar het interferentiepatroon weer. Zodra het deeltje interactie heeft met de omgeving is het afgelopen met het golf gedrag. Dit staat bekend als het meetprobleem in de kwantummechanica. Het is dus alsof het deeltje, tijdens het golf gedrag, op meerdere plekken tegelijk is. Dit noemen we superpositie. Gaan we ernaar kijken is het ineens een deeltje en weten we precies waar het is. Het staat dan ook wel bekend als het ineenstorten van het golffunctie.

We hebben nog steeds geen idee hoe dit kan. Het is alsof er een wereld bestaat waar de golven zijn en onze wereld, waarin de deeltjes zijn. Het gat ertussen heet dus het meetprobleem en niemand weet wat er aan de hand is. Voor nu is het een gat in onze kennis.

Het tweespletenexperiment toont aan dat de wereld om ons heen veel gekker is dan we onszelf kunnen voorstellen. Mocht je je afvragen wat voor ideeën er zijn rond de problemen die deze experimenten ons hebben opgeleverd kun je onderstaande link bekijken. Hier is er eentje die je misschien nog wel gekker vindt dan dit artikel zelf: Veel-Werelden Interpretatie. Daarin komt het erop neer dat elke keer als de golffunctie ineenstort en we dus 1 deeltje op 1 plek zien eigenlijk al die andere mogelijkheden ook echt gebeuren. Dus de realiteit splitst zich als het ware voortdurend in oneindig veel mogelijkheden. Oftewel, er zijn oneindig veel parallelle universums. Maar daar is nog niks van bewezen, alhoewel snaartheorie (een erg ingewikkelde theorie die probeert te verklaren hoe alles ontstaan is) wel aanwijzingen geeft voor het bestaan van een multiversum.

Mocht je je ook afvragen wat voor ideeën er zijn rond het multiversum, klik hier.

https://nl.wikipedia.org/wiki/Interpretatie_van_de_kwantummechanica

Deel dit bericht:

Tags: , , ,

nl_NLDutch
en_GBEnglish nl_NLDutch