quantummechanica en superpositie

Superpositie (kwantummechanica)
Bron: Wikipedia

Superpositie is een term uit de kwantummechanica, een bijzondere tak van de natuurkunde. Het bijzondere aan kwantummechanica is dat je, in tegenstelling tot andere gebieden van natuurkunde, niet kan bepalen waar een deeltje (zoals een foton) zich bevindt met een berekening. Als onbekend is waar een deeltje zich bevindt, is het volgens de natuurkunde 'in superpositie'. Dit betekent dat er een soort 'wolk' van mogelijke plaatsen van aanwezigheid rond het deeltje hangt.

Pas als je een waarneming gaat doen, dwing je het deeltje om naar één plek te gaan. Dit betekent niet dat zo'n wolk niet bestaat, sterker nog, hij bestaat wel. Het is niet zo dat we niet weten waar een deeltje zich bevindt, het heeft gewoon geen precieze plaats totdat er een waarneming wordt gedaan.

Uiteraard is het niet zo dat al deze dingen ook voor grote voorwerpen zoals bijvoorbeeld mensen gelden. Deze 'regels' zijn voorbehouden aan kleine deeltjes die vallen onder de kwantumwetten die van kracht zijn bij verschijnselen zoals superpositie. Dit komt, volgens de beroemde Britse wis- en natuurkundige Roger Penrose, door de zwaartekracht. Penrose refereert hiervoor aan de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. Deze stelt dat zwaartekracht een kromming van de ruimtetijd is. Dit betekent dat als een deeltje op de twee verschillende plaatsen kan zijn, dat er twee deuken in de ruimtetijd ontstaan.

Om van de ene positie naar de andere te gaan is energie nodig. Dit wordt onder andere beschreven in het in 1927 ontdekte Onzekerheidsrelatie van Heisenberg, dat stelt dat hoe lichter een deeltje is, hoe minder zwaartekracht erop werkt, waardoor lichte deeltjes als fotonen minder energie nodig hebben om van de ene ruimtetijd naar de andere te gaan, en daardoor miljoenen jaren in superpositie kunnen blijven. Bij grote voorwerpen als mensen is de zwaartekracht zo groot dat deze kwantumonzekerheid over de positie heel snel vervalt tot één positie.

zoals dit?

Superpositie is inherent aan de relativiteit/elasticiteit van ruimtetijd. Je ziet geen deeltjes, je ziet beelden. De manier waarop je waarneemt is van doorslaggevend belang voor de beeldvorming. Soms zie je golven, soms zie je deeltjes, soms zie je een deeltje dat op twee plaatsen tegelijk lijkt te zijn. Zo werkt quantummechanica. De macrokosmos -de wereld zoals wij hem waarnemen- is een afgeleide van gemiddelden van zeer veel delers. We zien een vrij concreet universum in 3D ruimte en een universeel tijdverloop. Maar als je maar diep genoeg in de materie duikt wordt e.e.a. heel chaotisch. Tijdruimte is niet meer wat je gewend bent.

De film die genoemd werd is pure entertainment en druipt van de pseudoscience zoals je die in SF films kunt tegenkomen. Leuk om te bekijken misschien, maar heeft totaal geen wetenschappelijke waarde.

Fysiek op meerdere plaatsen tegelijk versus dit zo waarnemen: het is hetzelfde. Je neemt deeltjes waar. Je neemt essenties waar, relaties, en je bent zelf onderdeel van de waarneming c.q. meting. Het onzekerheidsprincipe gaat daar ook over: ga je dicht genoeg met je neus op een deeltje zitten dan wordt de marge van benadering te groot om concreet een uitspraak te kunnen doen over tijdstip/positie. Niet alleen in gedachte maar ook als je concreet de proef op de som neemt. Hieruit volgen rare paradoxen. Bij experimenten blijken deze paradoxen zich ook echt te manifesteren. Gelukkig maar, het betekent dat we een aardige kijk hebben op hoe het zaakje in elkaar zou kunnen steken.

Op quantumniveau is het een chaos voor ons. Verleden en toekomst lopen door elkaar heen, deeltjes verschijnen en verdwijnen, een bepaalde plek is niet meer uit te drukken als een of ander coordinaat in een denkbeeldig assenstelsel. Krachten/wetmatigheden die in de macrokosmos van doorslaggevend belang zijn stellen hier niets meer voor, terwijl juist superzwakke wetmatigheden in de macrokosmos hier ijzersterk blijken te zijn.

Het gaat veel te ver om hier verder op in te gaan. Bekijk http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/everything.html , een serie programma's online. Hier wordt e.e.a. veel duidelijker uitgelegd aan de hand van voorbeelden en normaal taalgebruik. Het is gemaakt door natuurkundigen die er dagelijks mee bezig zijn.

De waarnemer in dat filmpje is ook niet zo "passief" als een oog.
Als het echt simpelweg een camera zou zijn had die nooit elektronen kunnen meten die er niet langs komen.
Denk aan een laserstraal in vacuum,dat ziet een camera bij gebrek aan reflecterend stof en dus beinvloeding van de meting ook niet.
Om elektronen waar te kunnen nemen en om dus te "zien" door welke sleuf die gaan moet je hun veld meten de inductie in de ontvanger beinvloed daarmee altijd de meting, juist als het om slechts een enkel elektron gaat.

In de elektro techniek is dat een van de eerste dingen die je leert he, stroom meten? dan meet je spanningsval over een weerstand.
Zelfs met een stroomspoel nog
En idem als je spanning meet, eigenlijk meet je dan de stroom door een hele hoge weerstand

Eigenlijk zeg ik dit omdat in het fimpje het lijkt op "toverij" zonder wisselwerking van krachtvelden.
En dat is juist wat er wel gebeurt in de quantum mechanica.

quote:

Op maandag 15 januari 2007 15:36 schreef Keromane het volgende:
Superpositie is inherent aan de relativiteit/elasticiteit van ruimtetijd. Je ziet geen deeltjes, je ziet beelden. De manier waarop je waarneemt is van doorslaggevend belang voor de beeldvorming. Soms zie je golven, soms zie je deeltjes, soms zie je een deeltje dat op twee plaatsen tegelijk lijkt te zijn. Zo werkt quantummechanica. De macrokosmos -de wereld zoals wij hem waarnemen- is een afgeleide van gemiddelden van zeer veel delers. We zien een vrij concreet universum in 3D ruimte en een universeel tijdverloop. Maar als je maar diep genoeg in de materie duikt wordt e.e.a. heel chaotisch. Tijdruimte is niet meer wat je gewend bent.

Ik lees wel vaker dingen van jou, en ik ben eigenlijk bijzonder benieuwd waar jij je ideeen vandaan haalt Ik lees nogal es dingen waarvan ik echt niet zou weten hoe je ze bedenkt.

Superpositie in de quantumfysica heeft weinig te maken met relativiteit of ruimte-tijd. Het is het idee dat een algemene toestand van een systeem een vector in je Hilbert-ruimte is, waarbij je basis je eigenvectoren zijn. Die eigenvectoren representeren je verschillende toestanden, en de bijbehorende eigenwaarden zijn de meetwaarden voor de fysische grootheden. Zodra je meet, wordt er 1 component uit die vector gepikt, en dat wordt je nieuwe toestand. De kans op die eigenvector wordt gegeven door de coefficient, oftewel door de desbetreffende component van je vector. De overgang van de algemene vector naar 1 van je eigenvectoren wordt wel "collapse of the wavefunction" genoemd, en men is nog steeds niet in staat geweest om dit proces met een continue transformatie te beschrijven.

Daarbij vind ik het altijd wat lastig om te zeggen dat "een deeltje op 2 plaatsen tegelijk is". Je hebt het dan over het golfkarakter van het deeltje, en het is prima te begrijpen dat een golf niet gelocaliseerd is. Dat een fysiek deeltje echter ook als een golf kan worden omschreven, dat is eigenlijk het aparte.

Ohwja, die film is inderdaad een kutfilm, op dat ene fragmentje na dan

quote:

Op maandag 15 januari 2007 16:38 schreef Keromane het volgende:
Verleden en toekomst lopen door elkaar heen, deeltjes verschijnen en verdwijnen, een bepaalde plek is niet meer uit te drukken als een of ander coordinaat in een denkbeeldig assenstelsel. Krachten/wetmatigheden die in de macrokosmos van doorslaggevend belang zijn stellen hier niets meer voor, terwijl juist superzwakke wetmatigheden in de macrokosmos hier ijzersterk blijken te zijn.

Dit is ook weer zo'n uitspraak. Verleden en toekomst lopen door elkaar heen? De quantumveldentheorie is strikt causaal, daarmee quantiseer je je velden ook en promoot je ze tot operatoren ( in het formalisme van canonische quantisatie dan )

Daarbij stel je dat de krachten op macroscopische schaal niks meer voorstellen op hele kleine schaal. Dat hangt nou net van je schaal af. Jij probeert volgens mij de schaal in de buurt van de Planckschaal te beschrijven. Daar is nou net zwaartekracht weer heel erg belangrijk. Het is nogal een technisch verhaal om dit uit de doeken te doen, maar waar het op neerkomt is dat quantumfluctuaties ervoor zorgen dat de ruimte-tijd niet meer vlak is, iets wat de algemene relativiteitstheorie wel voor een vacuum voorspelt.

Ik denk dat je iets voorzichtiger moet zijn met dergelijke uitspraken

Vraag me trouwens af wat dit topic hier doet

ehmmmm, dit lijkt me toch echt een [WFL]-topic.
[DE] -> [WFL]

quote:

Op maandag 15 januari 2007 20:55 schreef Haushofer het volgende:

[..]
De overgang van de algemene vector naar 1 van je eigenvectoren wordt wel "collapse of the wavefunction" genoemd, en men is nog steeds niet in staat geweest om dit proces met een continue transformatie te beschrijven.

Dat laatste intrigeert mij enorm. Is er een fundamentele/wiskundige reden dat je een elementair partikel enkel als een golf of enkel als een deeltje moet beschouwen? Of is het theoretisch mogelijk dat er meerdere tussenvormen zijn en ligt het aan onze beperkte meetinstrumenten dat we de transformatiefasen gewoon nog niet kunnen waarnemen? Is het wellicht net zoiets als het feit dat electronen instantaan van de ene "baan" naar de andere kunnen springen, zonder dat er een vloeiend pad in de tijd lijkt te bestaan?

quote:

Op maandag 15 januari 2007 20:55 schreef Haushofer het volgende:

[..]
Ik denk dat je iets voorzichtiger moet zijn met dergelijke uitspraken

Vraag me trouwens af wat dit topic hier doet

Ideeen haal ik uit veel lezen en sinds wat vrienden gepromoveerd zijn ook bespreken. Natuurkunde en astronomie e.d. hebben me altijd geinteresseerd, alhoewel het de laatste tijd op een lager pitje staat.

Ik gaf al aan dat het veel te ver gaat om alles te gaan beschrijven. Hou het erop dat ik 'Jip en Janneke taal' gebruikte en het klopt dat dat al gauw veel te kort door de bocht is. Als je met hogere wiskunde aan komt zetten begrijpt bijna niemand het meer. Verder is wiskunde niets anders dan een manier om dingen te beschrijven. Het spreekt minder tot de verbeelding. Hoe dan ook, mensen die diepgaande kennis willen opdoen van een internetforum moeten denk ik twee keer nadenken.

Superpositie heeft van alles te maken met ruimtetijdrelativiteit, alleen is dit een volstrekt andere ruimtetijd dan je waarneemt in de macrokosmos. Ruimtetijd in de macrokosmos is een van vele afgeleiden van zowat oneindig veel gemiddelden op quantumniveau. Dit is niets anders dan een benadering. In onze perceptie is onze macrokosmos vrij consistent en ga je pas gekke dingen zien bij bijv. hoge snelheden/versnellingen of in de buurt van erg veel massa. Op quantumniveau wordt je echter al heel snel met gekke dingen geconfronteerd. Dingen die je niet zomaar kunt plaatsen in een denkbeeldig 3D assenstelsel en een universeel tijdsverloop.

Je hebt in het veld natuurlijk weinig aan deze antieke zienswijze omdat je er weinig mee kunt. Dit stadium was eind 19e eeuw al zo goed als gepasseerd. Zelfs Newton had er al iets van opgemerkt. Wel is het een aardige benadering van de materie als je er nog geen kaas van hebt gegeten. Voor elk vakgebied geldt overigens dat het handig kan zijn te kijken naar hoe denkbeelden tot stand zijn gekomen, welke stappen er zijn geweest.

Dat een golf als deeltje kan worden gezien heeft vooral te maken met de benadering, de beschrijving, het model waarin je het stopt, hoe je het bekijkt. Dat geldt ook voor de paradox dat een deeltje op twee plaatsen tegelijk kan zijn / is / lijkt te zijn / niet kan zijn. Over superposities gesproken. Hoe dan ook, ik geloof dat dat de essentie van de vraag van TS was en ik hoopte eenvoudig antwoord erop te hebben kunnen geven. Dingen zijn niet altijd zoals ze lijken. TS moet die docu 'Elegant Universe' bekijken, daarin wordt met voorbeelden in begrijpelijke taal e.e.a. uitgelegd.

Verleden en toekomst lopen op quantumniveau door elkaar, bezien vanuit onze perceptie van ruimtetijd op macrokosmische schaal. Ook weer zoiets. Kort door de bocht, maar iets eenvoudiger te uit te leggen op deze manier. Ook wat dit betreft koop je er in het veld niks voor en komt voor het serieuze werk hogere wiskunde om de hoek kijken.

Ik probeerde geen schalen te beschrijven, hooguit te hinten naar verschillen in orde van groottes. Niet meer dan een vage 'ter illustratie'.

Algemene relativiteitstheorie voorspelt geen vlakke ruimtetijd in een vacuum. Waar sprake is van ruimtetijd is geen sprake van vacuum. Niet in de juiste zin van het woord. Lang geleden is er gezocht naar een substantie zoals ether, recentelijker is er gezocht naar bijzondere deeltjes. Intussen begint duidelijk te worden dat deeltjes e.d. manifestaties zijn van ruimtetijd i.p.v. een manifestatie in ruimtetijd. Ruimtetijd is overal. Ruimtetijd kan theoretisch ontleed worden in oneindig veel lineaire 'ruimtetijdjes' waarmee weer combinaties zijn te maken, afhankelijk van de manifestaties/relaties die je onderzoekt en op welke manier. In feite werd dit al vele decennia min of meer onbewust gedaan bij bijv. formuleren en is het niets anders dan weer een andere zienswijze. Een zienswijze waarmee weer wat lastige factoren zijn weg te strepen. In het woud aan publicaties is er wel wat over te vinden, ikzelf hou me er al een paar jaar niet meer zoveel mee bezig. Tegenwoordig volg ik actuele ontwikkelingen en bespreek bevindingen met vrienden onder het genot van een borrel.

Wat dit topic hier doet vraag ik me ook af, maar er zal wel een macroscopisch verband zijn. Alles is immers relatief.

De enige échte wetenschapper die geïnterviewd is voor de film (what the bleep do we know) heeft na zien van de film geschokt gereageerd. David Albert, universitair docent aan Columbia University, geeft toe dat hij het interview gegeven heeft en wist dat het voor een film van existentialistische aard gebruikt zou worden. Hij wist niet dat zijn woorden uit contekst gebruikt zouden worden om precies het tegenovergestelde van zijn overtuiging uit te dragen. Hij gelooft absoluut niet in een koppeling tussen Quantum mechanica en het bewustzijn. Hij gelooft al helemaal niet dat er enige wetenschappelijke aanleiding is om te geloven dat ons bewustzijn de werkelijkheid, middels Quantum mechanica, kan beïnvloeden.

In feite wordt in de gehele film wetenschap misbruikt en verkeerd geïnterpreteerd om een religieuze gedachte van onderbouwing te voorzien. Het is propaganda voor de Ramtha sekte van J.Z. Knight, een vrouw die in contact zou staan met de geest van een 35.000 jaar oude mystieke strijder, Ramtha genaamd.

De Ramtha sekte gelooft dat door bewust te zijn van de koppeling tussen ons bewustzijn en de werkelijkheid, geleerd kan worden de werkelijkheid te beïnvloeden. Dit is niet gebaseerd op wetenschap. De echte quantum mechanische theorie geeft daar ook geen aanleiding toe. Er wordt veel getheoretiseerd en nagedacht over de betekenis van Quantum mechanica en wat het voor de werkelijkheid betekent. Daarin komen snaar-theorie, paralelle universa, deeltjes-golven etc. naar voren.

Een van die principes is dat elk moment een keuze bevat. Gaat een deeltje links of rechts, kiest een mens ervoor om nu op te staan of nog te blijven liggen. Keuzes die in feite twee kanten op kunnen. Ja of nee. De keuze "ja" heeft een ander vervolg dan de keuze "nee". Ieder moment van keuze zou in theorie het universum op de tijdslijn splitsen. Eentje waar de keuze "ja" gemaakt wordt, eentje waar de keuze "nee" gemaakt wordt. En al die splitsingen en universa bestaan naast elkaar en gaan uit elkaar lopen. Dus bestaat er een oneindige hoeveelheid universa die een klein beetje van elkaar verschillen. Een universum dat pas afgesplitst is, is practisch hetzelfde als waar wij nu in zitten. Maar hoe verder geleden de splitsing, hoe groter het verschil.

In sommige universa zullen mensen al zijn uitgestorven. In andere zijn de Nazi's nog aan de macht, weer een andere zit nog in het stenen tijdperk. Of er is een ander mens-achtig ras ontwikkeld tot dominante soort. Alles kan, en dus bestaat alles, ergens in een universum. Wat sommigen denken is dat het theoretisch mogelijk zou kunnen zijn om tussen die universa te reizen (Quantum Leap is een SF serie die daarop gebaseerd is). Maar ons huidige bestaan en universum veranderen door een gedachte of wens, dat is nergens op gebaseerd. Maar dat is wel wat de Ramtha's ervan maken. Doordat alles ergens bestaat, kan ook alles via Quantum Mechanica naar onze tijdlijn en ons universum gehaald worden. Maar dat strookt helemaal niet met de theorie. Want dat doen zou weer een keuze zijn, waarbij dus twee universa afsplitsen. Eentje waar dit wel, en eentje waar dit niet gebeurt.

De andere wetenschappers in de film staan allemaal ergens in de organisatie van deze Ramtha sekte. Dr. Joe Dispenza is een student aan de Ramtha school. Dr. Ledwith is een oud priester die een aanklacht wegens sexueel misbruik in Ierland heeft afgekocht bij het vermeend slachtoffer. En is nu docent aan de Ramtha school. Allemaal "wetenschappers" die in de film worden gebruikt om de gedachte uit te dragen.

(de Volkskrant)

[ Bericht 0% gewijzigd door ExperimentalFrentalMental op 16-01-2007 07:48:48 ]

De quantummechanica beschrijft overigens op een veel kleinere schaal dan een atoom. Een atoom doet "normaal". Electronen en fotonen bevinden zich wel in de schaal van quantummechanica.

TS beschrijft het 'twee spleten'-experiment, een klassieker in de niet-klassieke fysica, zogezegd

Voor een mooie uitleg mét plaatjes, zie -uiteraard- Wikipedia.

quote:

Op dinsdag 16 januari 2007 01:10 schreef Keromane het volgende:

Ik gaf al aan dat het veel te ver gaat om alles te gaan beschrijven. Hou het erop dat ik 'Jip en Janneke taal' gebruikte en het klopt dat dat al gauw veel te kort door de bocht is. Als je met hogere wiskunde aan komt zetten begrijpt bijna niemand het meer. Verder is wiskunde niets anders dan een manier om dingen te beschrijven. Het spreekt minder tot de verbeelding. Hoe dan ook, mensen die diepgaande kennis willen opdoen van een internetforum moeten denk ik twee keer nadenken.

Ja, maar wat jij bv stelt over superpositie is niet kort door de bocht; ik persoonlijk heb geen flauw idee waar je het vandaan trekt Het klinkt allemaal erg tov en jofel, maar je zult het in geen enkel boek over quantumfysica tegenkomen. Tenminste, die van mij geven een hele andere uitleg.

quote:

Verleden en toekomst lopen op quantumniveau door elkaar, bezien vanuit onze perceptie van ruimtetijd op macrokosmische schaal. Ook weer zoiets. Kort door de bocht, maar iets eenvoudiger te uit te leggen op deze manier. Ook wat dit betreft koop je er in het veld niks voor en komt voor het serieuze werk hogere wiskunde om de hoek kijken.

Dit is niet kort door de bocht, dit is gewoonweg fout. Als " verleden en toekomst doormekaar zouden lopen", zou je het causaliteitsbeginsel schenden. De quantumfysica kan dan soms wat exotisch aandoen, maar dit doet ze zeker niet. De quantumfysica heeft wel wat problemen wat betreft de speciale relativiteitstheorie, en dit wordt opgelost met het invoeren van velden.

quote:

Algemene relativiteitstheorie voorspelt geen vlakke ruimtetijd in een vacuum. Waar sprake is van ruimtetijd is geen sprake van vacuum. Niet in de juiste zin van het woord. Lang geleden is er gezocht naar een substantie zoals ether, recentelijker is er gezocht naar bijzondere deeltjes. Intussen begint duidelijk te worden dat deeltjes e.d. manifestaties zijn van ruimtetijd i.p.v. een manifestatie in ruimtetijd. Ruimtetijd is overal. Ruimtetijd kan theoretisch ontleed worden in oneindig veel lineaire 'ruimtetijdjes' waarmee weer combinaties zijn te maken, afhankelijk van de manifestaties/relaties die je onderzoekt en op welke manier. In feite werd dit al vele decennia min of meer onbewust gedaan bij bijv. formuleren en is het niets anders dan weer een andere zienswijze. Een zienswijze waarmee weer wat lastige factoren zijn weg te strepen. In het woud aan publicaties is er wel wat over te vinden, ikzelf hou me er al een paar jaar niet meer zoveel mee bezig. Tegenwoordig volg ik actuele ontwikkelingen en bespreek bevindingen met vrienden onder het genot van een borrel.

De algemene relativiteitstheorie voorspelt zeker wel een vlakke ruimte-tijd voor een vacuum. En dan heb ik het over een klassiek vacuum. Over quantumfluctuaties doet de ART immers geen uitspraken. Als je een klassiek vacuum hebt, heb je geen energie-impuls tensor, en krijg je je Minkowskimetriek weer terug. En die is vlak.

Een vacuum in de quantumveldentheorie wordt ook gedefinieerd als de toestand van de impulsoperator met eigenwaarde 0.

quote:

Op maandag 15 januari 2007 14:44 schreef vogeltjesdans het volgende:
Niets bleek echter minder waar. Ook als de elektronen stuk voor stuk werde afgeschoten, vertoonden deze het patroon van de gausscurve als waren ze allemaal tegelijk afgeschoten. Maar hoe kon dat dan? Hoe kunnen elektronen elkaar nu beinvloeden als ze slechts stuk voor stuk worden afgeschoten?

Dat was toch geen GAUSSCURVE?
Het was een interferentie patroon van donkere en lichte gebieden!

als je een appel die voor een slak ligt snel wegpakt dan zal de slak het wegpakken niet registreren en in zijn beleving zal de appel ineens weg zijn. betekent dat dat er geen hand was die de appel pakte? volgens aanhangers van de qm wel. je zou ook gewoon toe kunnen geven dat onze apparatuur niet snel genoeg is om eea te registreren. kortom sneller dan de lichtsnelheid dus.
volgende vraag

Het draait dus allemaal om de ontvanger (perceptie). What else is new

Jammer genoeg zie ik bijna geen mensen die het met me eens zijn dat licht bij gratie oog bestaat, en geluid bij gratie oor.