Kwantummechanica is overal, maar is niet te begrijpen
De wetmatigheden die God bij de schepping aan de geschapen wereld meegaf, zijn voor natuurkundigen een blijvende bron van onderzoek. Aan het begin van de 20e eeuw leek het erop dat door ontdekkingen van grote natuurkundigen als Copernicus, Newton en Einstein die wetmatigheden zo goed als ontrafeld waren. De ontwikkeling van de theorie van kwantummechanica maakte een eind aan die gedachte.
Met de ontdekking van natuurwetten over beweging en evenwicht was de mensheid in staat om bijvoorbeeld de banen van planeten nauwkeurig na te rekenen. Dat maakte ook de lancering van de eerste satelliet mogelijk, in 1957. Einstein heeft eens gezegd: „Het meest onbegrijpelijke in ons heelal is dat het begrijpelijk is.” Er is alle reden om daaraan te twijfelen.
Lange tijd werd gedacht dat de bewegingen van de allerkleinste atomaire deeltjes zich net zo zouden laten beschrijven als de bewegingen van tastbare, zichtbare voorwerpen. Het blijkt echter dat de natuur zich op atomaire schaal heel anders gedraagt dan volgens de ”klassieke mechanica”. Door de onbevattelijk kleine schaal is het niet mogelijk om waarnemingen op eenzelfde manier te doen als we gewend waren. Het is alsof we informatie doorkrijgen vanuit een wereld waar we zelf geen deel van uitmaken. Dat maakt het begrijpen van de werking van elektronen, neutronen en protonen (deeltjes waaruit atomen zijn opgebouwd) uiterst complex. Over het algemeen wordt ook aangenomen dat een volledig begrip hiervan niet mogelijk zal zijn. Een poging om uit te leggen hoe het werkt, is dus zinloos en onmogelijk.
Men verwacht rond 2035 de eerste volwassen kwantumcomputers te hebben ontwikkeld
Dat gevoel van onbegrip was al langer aanwezig. De grote natuurkundige Lorentz zei in 1923 al: „De klassieke mechanica heeft een grote schoonheid en is uitermate belangrijk, maar jammer genoeg begrijpen we het niet echt.” Er bleven namelijk onverklaarbare dingen rondom het gedrag van licht bestaan. Mensen als Heisenberg en Schrödinger ontwikkelden daarom rond 1925 de theorie van de kwantummechanica. Vanaf toen weten we dat deeltjes op twee plekken tegelijk kunnen zijn, op zichzelf kunnen botsen of elkaars eigenschappen kunnen overnemen terwijl er een heelal afstand tussen zit. Zaken die in onze klassieke wereld natuurlijk onbestaanbaar lijken.
Digitale veiligheid
De ontdekking van de klassieke mechanica heeft grote dingen mogelijk gemaakt. Zonder deze kennis was bijvoorbeeld de ontwikkeling van een navigatiesysteem op basis van gps-signalen niet mogelijk.
Gaat de ontdekking van de wetten van de kwantummechanica ons ook verder brengen? Het lijkt erop van wel. In overtreffende trap zelfs. Steeds vaker lees je over op komst zijnde kwantumcomputers. Die hebben een duizelingwekkende rekenkracht. Waar de snelste computers nu honderd jaar moeten rekenen om een beveiligingscode te kraken (en dus gebeurt dat niet), kan een kwantumcomputer dat in twee seconden doen. TNO noemt die daarom een bedreiging voor de digitale veiligheid. Toch ziet men kennelijk ook nuttige toepassingen en verwacht men rond 2035 de eerste volwassen kwantumcomputers te hebben ontwikkeld. Die zullen overigens niet in onze huiskamers passen, want de processoren moeten tot rond het absolute nulpunt worden afgekoeld: -273 graden Celsius. Dat lukt niet in een huis-tuin-en-keukenvriezer.
Zacharias Klaasse is docent wiskunde. Behalve van cijfers houdt hij van de natuur. Daarom schrijft hij maandelijks over de schepping.
