Een kennismaking met kwantummechanica

Kwantummechanica gaat over "het kleinste van het kleinste". Vroeger werd het atoom als het kleinste aanzien wat er is. Het woord atoom komt uit het Grieks en betekent ondeelbaar (1). In zekere zin is dit ook waar, als je bijvoorbeeld een ijzeratoom deelt dan heb je geen ijzer meer.
Een atoom bestaat uit een kern met elektronen er rond. En - toch even vermelden - ruimtelijk gezien bestaat een atoom uit meer dan 99,9 % lege ruimte. De kern bestaat op zijn beurt uit protonen en neutronen, die dan uit nog kleinere deeltjes bestaan. Deze ultrakleine deeltjes, alsook het electron, noemen we "elementaire deeltjes".

Niels Bohr, een van de grondleggers van de kwantumfysica, zei:

Wie bij zijn eerste kennismaking met de kwantumfysica niet geschokt is, heeft er niets van begrepen.

Je valt inderdaad van de ene schokkende verrassing in de andere.
Een opsomming:

• een elementair deeltje is niet alleen een ultraklein deeltje, het kan ook een golf zijn (2). Maar een golf deint oneindig ver uit. Conclusie: een elementair deeltje kan ultraklein zijn, maar het kan ook oneindig groot zijn.
• We gaan nog even verder op het golf-deeltjeskarakter van elementaire deeltjes. Een deeltje is materie, een golf is dit niet. Iets kan dus tegelijk materie zijn en ook weer niet.
• Een ander fenomeen in de kwantummechanica: we kennen allemaal oorzaak en gevolg en we weten dat er eerst de oorzaak is en pas daarna het gevolg. In de kwantummechanica kan het ook andersom zijn; het gevolg kan voor de oorzaak komen.
• Er is een eigenschap die men non-localiteit noemt: een elementair deeltje kan op meerdere plaatsen tegelijk zijn en ook nergens, dan is het precies verdwenen.
• Een andere eigenschap is gelijktijdigheid. Het gaat vooral om oorzaak en gevolg die gelijktijdig gebeuren, of anders uitgedrukt: de tijd blijkt er helemaal geen vat op te hebben. In onze dagelijkse wereld kan dit niet. Als je bijvoorbeeld van Brugge naar Gent gaat, met welk vervoermiddel dan ook, dan gaat daar tijd over. In de kwantummechanica kan het zonder tijd. Merk hierbij op dat Brugge en Gent nog relatief dicht bij elkaar liggen. Ook de afstand van de planeet Aarde tot de planeet (dwergplaneet) Pluto kan in de kwantummechanica in bepaalde omstandigheden overbrugt worden zonder dat er tijd tussen komt (3).

Dit artikel is een kleine inleiding over kwantummechanica met de nadruk op het bizarre gedrag dat de kwantummechanica vertoond. In Een pakket rond kwantummechanica wordt dieper ingegaan op een aantal zaken. Zo komt kwantummechanica en logica aan bod. Bij een eerste kennismaking met de kwantummechanica kunnen we ons afvragen waar de logica naartoe is. En ook: wat is de diepe betekenis van het bizarre gedrag van de kwantummechanica?