Hoe Quantum Suicide Werkt

{h1}

Quantum zelfmoord is een vorm van gedachte-experiment dat gerelateerd is aan het veld van de kwantumfysica. Meer informatie over de concepten achter de kwantum zelfmoord theorie.

- Een man gaat zitten voor een pistool, dat op zijn hoofd is gericht. Dit is geen gewoon pistool; i-t is opgetuigd tegen een machine die de spin van a meet kwantumdeeltje. Elke keer dat de trigger wordt getrokken, wordt de spin van het quantumdeeltje - of quark -- is gemeten. Afhankelijk van de meting zal het pistool ofwel vuren of niet. Als het quantumdeeltje wordt gemeten als ronddraaien in een beweging met de klok mee, zal het pistool vuren. Als de quark tegen de klok in draait, zal het pistool niet afgaan. Er zal slechts een klik zijn.

Zenuwachtig haalt de man de adem in en haalt de trekker over. Het pistool klikt. Hij trekt opnieuw de trekker over. Klik. En nogmaals: klik. De man blijft de trekker steeds opnieuw indrukken met hetzelfde resultaat: het pistool schiet niet. Hoewel het goed functioneert en vol zit met kogels, maakt het niet uit hoe vaak hij de trekker overhaalt, maar het kan nooit schieten. Hij zal dit proces voor de eeuwigheid voortzetten en onsterfelijk worden.

Ga terug in de tijd naar het begin van het experiment. De man trekt voor de allereerste keer aan de trekker en de quark wordt nu gemeten als met de klok mee draaien. Het pistool vuurt. De man is dood.

Maar wacht. De man heeft de eerste keer al de trekker overgehaald - en een oneindig aantal keren daarna - en we weten al dat het pistool niet vuurde. Hoe kan de man dood zijn? De man is niet op de hoogte, maar hij is zowel levend als dood. Elke keer dat hij de trekker overhaalt, wordt het universum in tweeën gesplitst. Het blijft steeds opnieuw splitsen telkens wanneer de trigger wordt getrokken [bron: Tegmark].-

Dit gedachte-experiment wordt genoemd quantum zelfmoord. Het werd voor het eerst gesteld door de toenmalige theoreticus Max Tegmark van de Universiteit van Princeton in 1997 (nu op faculteit aan het MIT). EEN gedachte experiment is een experiment dat alleen in de geest plaatsvindt. Het kwantumniveau is het kleinste niveau van materie dat we tot nu toe hebben ontdekt in het universum. Materie op dit niveau is oneindig klein en het is vrijwel onmogelijk voor wetenschappers om het op een praktische manier te onderzoeken met behulp van traditionele methoden van wetenschappelijk onderzoek.-

Kwantumfysica

Een vrouw staat in de buurt van een supergeleidende magneetmagneet die wordt gebruikt om kwantumdeeltjes te meten.

Een vrouw staat in de buurt van een gebruikte supergeleidende magneetmagneet om quantum deeltjes te meten.

In plaats van het gebruik van de wetenschappelijke methode - onderzoek van empirisch bewijs - om het kwantumniveau te bestuderen, moeten fysici gedachte-experimenten gebruiken. Hoewel deze experimenten alleen hypothetisch worden uitgevoerd, zijn ze geworteld in de gegevens die in de kwantumfysica zijn waargenomen.

Wat wetenschap op quantumniveau heeft waargenomen, heeft meer vragen opgeroepen dan het heeft verhoord. Het gedrag van kwantumdeeltjes is grillig en ons begrip van de waarschijnlijkheid wordt dubieus. Bijvoorbeeld, fotonen - de kleinste hoeveelheid licht - is aangetoond dat het voorkomt in zowel deeltjes- als golftoestanden. En de richting van deeltjes wordt verondersteld tegelijkertijd in beide richtingen te reizen, in plaats van in slechts één richting op verschillende tijdstippen. Dus wanneer we de kwantumwereld onderzoeken, zijn we buitenstaanders van de kennis die het bezit. Dientengevolge wordt ons begrip van het universum zoals we het kennen uitgedaagd.

Dit heeft ertoe geleid dat sommigen geloven dat ons begrip van de kwantumfysica even fundamenteel is als het begrip van de oude Egyptische astronomen eeuwen geleden, die beweerden dat de zon een god was. Een paar wetenschappers zijn van mening dat nader onderzoek naar kwantumsystemen orde en voorspelbaarheid zal onthullen binnen wat we momenteel als chaos zien. Maar is het mogelijk dat kwantumsystemen niet begrepen kunnen worden binnen de traditionele modellen van de wetenschap?

In dit artikel zullen we bekijken welke kwantum-zelfmoord onthult over ons universum, evenals andere theorieën die het ondersteunen of tegenspreken.

Maar eerst, waarom kan een fysicus niet eenvoudig de deeltjes meten die hij probeert te bestuderen? In de volgende sectie zullen we meer leren over dit fundamentele gebrek aan kwantumobservatie, zoals uitgelegd door Heisenberg's onzekerheidsbeginsel.

Heisenberg's onzekerheidsbeginsel

Werner Heisenberg

Werner Heisenberg

- Een van de grootste problemen met kwantumexperimenten is de schijnbaar onvermijdelijke neiging van mensen om de situering en snelheid van kleine deeltjes te beïnvloeden. Dit gebeurt alleen door onze waarnemingen van de deeltjes, en het heeft kwantumfysici gefrustreerd. Om dit te bestrijden hebben fysici enorme, uitgebreide machines gemaakt zoals deeltjesversnellers die elke fysieke menselijke invloed verwijderen uit het proces van het versnellen van de bewegingsenergie van een deeltje.

Toch vinden de gemengde resultaten die kwantumfysici vinden bij het onderzoeken van hetzelfde deeltje, erop dat we gewoon niet kunnen helpen, maar het gedrag beïnvloeden Quanta - of kwantumdeeltjes. Zelfs de lichtfysici gebruiken om hen te helpen de voorwerpen die ze waarnemen beter te zien, het gedrag van quanta kunnen beïnvloeden. Fotonen, bijvoorbeeld - de kleinste maat van licht, die geen massa of elektrische lading hebben - kunnen nog steeds een deeltje rondstuiteren, waardoor de snelheid en snelheid veranderen.

Dit heet Heisenberg's onzekerheidsbeginsel. Werner Heisenberg, een Duitse natuurkundige, stelde vast dat onze waarnemingen een effect hebben op het gedrag van quanta. Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg klinkt moeilijk te begrijpen - zelfs de naam is nogal intimiderend. Maar het is eigenlijk gemakkelijk te begrijpen, en als je dat eenmaal doet, zul je het fundamentele principe van de kwantummechanica begrijpen.

Stel je voor dat je blind bent en in de loop van de tijd heb je een techniek ontwikkeld om te bepalen hoe ver een voorwerp weg is door er een medicijnbal naartoe te gooien.Als u uw medicijnbal naar een kruk in de buurt gooit, keert de bal snel terug en weet u dat deze dichtbij is. Als je de bal naar iets aan de overkant van je straat gooit, duurt het langer om terug te komen en je weet dat het object ver weg is.

Het probleem is dat wanneer je een bal gooit - vooral een zware bal zoals een medicijnbal - op iets als een kruk, de bal de kruk door de kamer zal slaan en misschien zelfs voldoende momentum heeft om terug te stuiteren. Je kunt zeggen waar de ontlasting was, maar niet waar het nu is. Wat meer is, je zou de snelheid van de ontlasting kunnen berekenen nadat je hem met de bal hebt geraakt, maar je hebt geen idee wat de snelheid was voordat je erop stootte.

-Dit is het probleem dat wordt onthuld door het onzekerheidsprincipe van Heisenberg. Om de snelheid van een quark te kennen, moeten we hem meten en meten, we zijn gedwongen om hem te beïnvloeden. Hetzelfde geldt voor het observeren van de positie van een object. Onzekerheid over de positie en snelheid van een object maakt het moeilijk voor een fysicus om veel over het object te bepalen.

Natuurlijk gooien natuurkundigen niet precies medicijnballen naar quanta om ze te meten, maar zelfs de geringste interferentie kan ervoor zorgen dat de ongelooflijk kleine deeltjes zich anders gedragen.

Dit is de reden waarom kwantumfysici gedwongen zijn om gedachte-experimenten te creëren op basis van de waarnemingen van de echte experimenten die op het kwantumniveau zijn uitgevoerd. Deze gedachte-experimenten zijn bedoeld om te bewijzen of weerleggen interpretaties - verklaringen voor de hele kwantumtheorie.

In de volgende sectie zullen we kijken naar de basis voor kwantum zelfmoord - de Many-Worlds interpretatie van de kwantummechanica.

The Many-Worlds Theory

Hoe Quantum Suicide werkt: quantum

Het kwantum zelfmoordgedachte experiment is gebaseerd op en probeert te bewijzen wat een steeds meer geaccepteerde interpretatie van de kwantumfysica, de theorie van de vele werelden, is. Deze theorie werd voor het eerst voorgesteld in 1957 door een promovendus aan de universiteit van Princeton genaamd Hugh Everett III. De theorie werd decennia lang versmaad totdat collega Princetonian Max Tegmark het kwantum zelfmoord experiment creëerde, dat de interpretatie ondersteunt [bron: The Guardian].

Volgens de Many-Worlds-theorie splitst de wereld zich voor elk mogelijk resultaat van een actie in een kopie van zichzelf. Dit is een onmiddellijk proces dat Everett heeft gebeld decohesie. Het is een beetje zoals een boek met je eigen avonturen, maar in plaats van te kiezen tussen het verkennen van de grot of het afstuderen met de schat, splitst het universum zich in tweeën, zodat elke actie wordt ondernomen.

Een essentieel aspect van de theorie van de Many-Worlds is dat wanneer het universum uiteenvalt, de persoon zich niet bewust is van zichzelf in de andere versie van het universum. Dit betekent dat de jongen die met de schat is vertrokken en uiteindelijk nog lang en gelukkig leeft, zich totaal niet bewust is van de versie van hemzelf die de grot binnenging en nu voor groot gevaar staat, en omgekeerd.

Dit is hetzelfde geval met kwantum-zelfmoord. Wanneer de man de trekker overhaalt, zijn er twee mogelijke uitkomsten: het pistool vuurt of het doet het niet. In dit geval leeft de man of sterft hij. Telkens wanneer de trigger wordt getrokken, splitst het universum om elk mogelijk resultaat te kunnen verwerken. Wanneer de man sterft, kan het universum niet meer splitsen op basis van het trekken van de trekker. De mogelijke uitkomst voor de dood wordt teruggebracht tot één: voortgezette dood. Maar met het leven zijn er nog steeds twee kansen die overblijven: de man blijft leven of de man sterft.

Hoe Quantum Suicide werkt: werkt

Een gids voor de kwantumwereld?

-Wanneer de man de trekker overhaalt en het universum in tweeën gesplitst is, zal de versie van de man die leefde niet weten dat hij in de andere versie van het gespleten universum is gestorven. In plaats daarvan blijft hij leven en krijgt hij opnieuw de kans om de trekker over te halen. En elke keer dat hij de trekker overhaalt, zal het universum opnieuw splitsen, met de versie van de man die leeft, en zich niet bewust zijn van al zijn sterfgevallen in parallelle universums. In die zin zal hij voor onbepaalde tijd kunnen bestaan. Dit heet kwantum onsterfelijkheid.

Dus waarom zijn niet alle mensen die ooit hebben geprobeerd zichzelf onsterfelijk te doden? Wat interessant is aan de interpretatie van de Many-Worlds is dat ze volgens de theorie in een parallel universum dat wel zijn. Dit lijkt ons niet het geval, omdat de splitsing van het universum niet afhankelijk is van ons eigen leven of de dood. Wij zijn omstanders of waarnemers in het geval van andermans zelfmoord, en als waarnemers zijn we onderhevig aan waarschijnlijkheid. Toen het geweer eindelijk afdaalde in het universum - of de versie - die we bewonen, zaten we vast aan dat resultaat. Zelfs als we het geweer oppakken en blijven fotograferen, blijft het universum in één staat. Immers, als een persoon dood is, wordt het aantal mogelijke uitkomsten voor het neerschieten van een dode gereduceerd tot één.

Maar de theorie van de Many-Worlds is in tegenspraak met een andere kwantumtheorie, de Kopenhagen-interpretatie. In de volgende sectie zullen we naar deze theorie kijken en zien waarom het de regels van kwantumzelfmoord verandert.

De Kopenhagen-interpretatie

Hoe Quantum Suicide werkt: werkt

De Many-Worlds theorie van de kwantummechanica veronderstelt dat voor elke mogelijke uitkomst van een bepaalde actie, het universum splitst om elke op-e te accommoderen. Deze theorie haalt de waarnemer uit de vergelijking. We kunnen de uitkomst van een gebeurtenis niet langer alleen beïnvloeden door het te observeren, zoals wordt beweerd door het onzekerheidsprincipe van Heisenberg.

Maar de theorie van de Many-Worlds draait om een ​​algemeen geaccepteerde theorie van de kwantummechanica. En in het onvoorspelbare kwantumuniversum zegt dit echt iets.

Gedurende het grootste deel van de vorige eeuw was de meest geaccepteerde verklaring voor de reden waarom hetzelfde kwantumdeeltje zich op verschillende manieren kan gedragen, de Kopenhagen interpretatie. Hoewel het de laatste tijd veel geld kost van de interpretatie van de Many-Worlds, gaan veel kwantumfysici er nog steeds vanuit dat de interpretatie van Kopenhagen correct is. De interpretatie van Kopenhagen werd voor het eerst gesteld door natuurkundige Niels Bohr in 1920. Er staat dat een kwantumdeeltje niet in de ene staat of een andere bestaat, maar in alle mogelijke toestanden tegelijkertijd. Pas wanneer we de staat ervan observeren, is een kwantumdeeltje essentieel gedwongen om een ​​waarschijnlijkheid te kiezen, en dat is de toestand die we waarnemen. Omdat het elke keer in een andere waarneembare staat kan worden gedwongen, verklaart dit waarom een ​​kwantumdeeltje zich grillig gedraagt.

Deze staat van bestaan ​​in alle mogelijke toestanden tegelijk wordt een object genoemd coherente superpositie. Het totaal van alle mogelijke toestanden waarin een object kan bestaan ​​- bijvoorbeeld in een golf of deeltjesvorm voor fotonen die in beide richtingen tegelijk reizen - vormt het object Golf functie. Wanneer we een object observeren, klapt de superpositie in en wordt het object in een van de statussen van zijn golffunctie gedwongen.

Bohr's Kopenhagen-interpretatie van de kwantummechanica werd theoretisch bewezen door wat een beroemd gedachte-experiment is geworden met een kat en een doos. Het wordt de kat van Schrödinger genoemd en het werd voor het eerst geïntroduceerd door de Weense fysicus Erwin Schrödinger in 1935.

In zijn theoretisch experiment plaatste -Schrödinger zijn kat in een doos, samen met een beetje radioactief materiaal en een geigerteller - een apparaat voor het detecteren van straling. De Geigerteller was zo ontworpen dat toen hij het verval van het radioactieve materiaal waarnam, het een hamer activeerde die klaar was om een ​​kolf te breken die blauwzuur bevatte, dat, wanneer het vrijkwam, de kat zou doden.

Om elke zekerheid met betrekking tot het lot van de kat te elimineren, moest het experiment binnen een uur plaatsvinden, lang genoeg zodat een deel van het radioactieve materiaal mogelijk kon bederven, maar kort genoeg zodat het ook mogelijk was dat geen van de radioactieve stoffen zou kunnen.

In het experiment van Schrödinger werd de kat in de doos verzegeld. Tijdens zijn verblijf daar, de kat kwam te bestaan ​​in een onkenbare staat. Omdat het niet kon worden waargenomen, kon niet worden gezegd of de kat levend of dood was. Het bestond in plaats daarvan in de staat van zowel leven als dood. Het lijkt een beetje op het antwoord van de kwantumfysica op de oude Zen-vraag: als er een boom in het bos valt en er niemand in de buurt is om het te horen, maakt het dan een geluid?

Omdat de Kopenhagen-interpretatie zegt dat wanneer een object wordt geobserveerd gedwongen om één staat of een andere te nemen, het kwantum zelfmoord experiment niet werkt volgens deze theorie. Aangezien de richting van de quark gemeten door de trigger kan worden waargenomen, zal de quark uiteindelijk gedwongen worden de richting met de klok mee te nemen die het geweer zal afvuren en de man zal doden.

Maar is dit niet allemaal dom? Lijken deze gedachte-experimenten en kwantuminterpretaties ons echt iets bij? In de volgende sectie zullen we enkele van de mogelijke implicaties van deze ideeën bekijken.

De implicaties van kwantumfysica

Terwijl ons begrip van de kwantumfysica dieper wordt, hoe zal het onze perceptie van de fysieke wereld veranderen?

Terwijl ons begrip van de kwantumfysica dieper wordt, hoe zal het onze perceptie van de fysieke wereld veranderen?

In vergelijking met de klassieke wetenschap en de Newtoniaanse fysica lijken de theorieën die zijn gepropageerd om de kwantumfysica te verklaren, krankzinnig. Erwin Schrödinger noemde zijn kattenexperiment 'nogal belachelijk' [bron: Goldstein, Sheldon]. Maar van wat de wetenschap heeft kunnen waarnemen, zijn de wetten die de wereld regeren die we elke dag zien niet waar op het kwantumniveau.

De kwantumfysica is een relatief nieuwe discipline, die teruggaat tot 1900. De theorieën die over het onderwerp zijn gesteld, zijn allemaal slechts theorieën. Wat meer is, er zijn concurrerende theorieën die verschillende verklaringen geven voor de eigenaardige gebeurtenissen die plaatsvinden op het kwantumniveau. Welke geschiedenis laat zien is de juiste? Misschien is de theorie die de ware verklaring voor de kwantumfysica blijkt te zijn, nog niet geposeerd. De persoon die het poseert, is misschien nog niet eens geboren. Maar is het, gezien de logica die dit studiegebied heeft vastgesteld, mogelijk dat alle theorieën die de kwantumfysica uitleggen allemaal even waar zijn op hetzelfde moment - zelfs degenen die elkaar tegenspreken?

Niels Bohrs Kopenhagen-interpretatie van de kwantumfysica is misschien wel de geruststellendste theorie die naar voren is gebracht. Door te verklaren dat deeltjes in alle staten tegelijkertijd bestaan ​​- in samenhangende superpositie - wordt ons begrip van het universum enigszins scheef gezet, maar is het nog steeds enigszins te begrijpen. De theorie van Bohr is bovendien geruststellend omdat het van ons mensen de oorzaak maakt dat een object een vastberaden vorm aanneemt. Hoewel wetenschappers vinden dat het vermogen van een deeltje om in meer dan één staat te bestaan ​​frustrerend is, beïnvloeden onze waarnemingen het deeltje. Het blijft tenminste niet bestaan ​​in alle staten terwijl we ernaar kijken.

Veel minder geruststellend is de interpretatie van Everett's Many-Worlds. Deze theorie haalt elke macht over het kwantumuniversum uit onze handen. In plaats daarvan zijn we slechts passagiers van de splitsingen die plaatsvinden bij elke mogelijke uitkomst. In essentie verdwijnt ons idee van oorzaak en gevolg onder de Many-Worlds-theorie.

Dit maakt de interpretatie van Many-Worlds enigszins verontrustend. Als het waar is, dan is Adolf Hitler in een universum dat parallel loopt aan het universum dat we momenteel bewonen succesvol in zijn campagne om de wereld te veroveren. Maar op dezelfde manier, in een ander universum, hebben de Verenigde Staten nooit atoombommen op Hiroshima en Nagasaki laten vallen.

De Many-Worlds-theorie is ook zeker in tegenspraak met het idee van Occam's scheermes, dat de eenvoudigste uitleg meestal de juiste is. Nog vreemder is de implicatie van de Many-Worlds-theorie dat tijd niet bestaat in een coherente, lineaire beweging.In plaats daarvan beweegt het in sprongen en starts, bestaande niet als een lijn, maar als takken. Deze takken zijn even talrijk als het aantal consequenties voor alle acties die ooit zijn ondernomen.

Het is moeilijk om je niet voor te stellen wat ons begrip van de kwantumwereld zal blijken te zijn. Het theoretische veld is al enorm vooruitgegaan sinds de oprichting meer dan een eeuw geleden. Hoewel hij zijn eigen interpretatie had van de kwantumwereld, heeft Bohr mogelijk de latere theorie aanvaard die Hugh Everett heeft geïntroduceerd met betrekking tot de vele werelden. Per slot van rekening was het Bohr die zei: "Iedereen die niet geschokt is door de kwantumtheorie, heeft het niet begrepen."

Ga naar de volgende pagina voor meer informatie over kwantumzelfmoord, inclusief gerelateerde WordsSideKick.com-artikelen.

Gerelateerde artikelen

  • Hoe Atom Smashers werken
  • Hoe Atomen werken
  • Hoe licht werkt
  • Hoe de wet van Murphy werkt
  • Hoe het scheermes van Occam werkt
  • Hoe Quantum Computers zal werken
  • Hoe teleportatie werkt
  • Hoe tijdreizen zullen werken
  • Kun je de tijd stil maken?
  • Hoe werken snoepjes van Pop Rocks?
  • Wat is een atoomklok en hoe werkt het?


Video Supplement: TWL #8: Immortality Through Quantum Suicide.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com