De Oostenrijkse kwantumtheoreticus Erwin Schrödinger gebruikte voor het eerst de term "verstrengeling, "in 1935, om het geestverruimende fenomeen te beschrijven waarin de acties van twee verre deeltjes met elkaar verbonden zijn. Verstrikking was iets dat Schrödinger 's nachts wakker kon houden; zoals zijn vriend Albert Einstein, hij dacht dat het twijfel zaaide over de kwantummechanica als een levensvatbare beschrijving van de wereld. Hoe kan het echt zijn?

En toch, het bewijs blijft zich opstapelen dat er verstrengeling bestaat. Twee jaar geleden gebruikten MIT-professor David Kaiser en een internationaal team lasers, enkel-foton detectoren, atoomklokken, en enorme telescopen die licht verzamelen dat 8 miljard jaar geleden door verre quasars was vrijgegeven om tests van kwantumverstrengeling verder te verfijnen. De onderzoekers sloten daarmee effectief een mogelijk bezwaar uit, dat het optreden van verstrengeling zou kunnen voortvloeien uit een correlatie tussen de selectie van de uit te voeren metingen en het gedrag van de deeltjes die worden getest.

Ja, verstrikking tart onze intuïtie, maar wetenschappers kunnen er tenminste over blijven leren, Keizer merkt op.

"Schrödinger kon alleen de hele nacht opblijven, " zegt Keizer, wat betekent dat theoretici in de jaren dertig alleen maar "potlood en papier en zeer doordachte berekeningen en overtuigende analogieën" hadden om hen te begeleiden, maar weinig fysiek bewijs. Vandaag, daarentegen, "we hebben instrumenten om deze vragen te bestuderen op manieren die tot voor kort niet eens experimenteel of empirisch mogelijk waren."

Nu keizer, een professor in de natuurkunde aan het MIT en de Germeshausen Professor of the History of Science in het MIT's Program in Science, Technologie, en samenleving, heeft een nieuwe geschiedenis van het onderwerp geschreven, "Quantum Legacies:verzendingen uit een onzekere wereld, " deze maand gepubliceerd door de University of Chicago Press. Bewegend tussen vignetten van belangrijke natuurkundigen, origineel onderzoek over de groei van het veld, en rekeningen van zijn eigen werk in de kosmologie, Kaiser benadrukt de enorme veranderingen in het veld in de loop van de tijd.

"Er zijn echt behoorlijk dramatische verschuivingen geweest in het wel en wee van de discipline, " zegt Keizer, die zegt dat hij de lezers wilde presenteren met "een ander soort verhaal, met verschillende doorgaande lijnen, gedurende een zeer turbulente eeuw."

De natuurkundige hausse en de crash

Inderdaad, vele geschiedenissen van de kwantumfysica zijn telescopisch van vorm geweest, gericht op de meest bekende sterren van het veld:de fundamentele kwantumtheoretici Niels Bohr, Paul Dirac, Werner Heisenberg, en Schrödinger, met Einstein meestal als een beroemde kwantumscepticus. Voordat de natuurkundige gemeenschap door de wereldoorlog in rep en roer kwam, deze wetenschappers ontwikkelden kwantummechanica en identificeerden de meest verbijsterende kenmerken ervan, waaronder verstrengeling en het onzekerheidsprincipe (de afweging in nauwkeurigheid bij het meten van zaken als de positie en het momentum van een deeltje).

We hebben nog steeds moeite om deze concepten te interpreteren, maar er is nog veel meer veranderd. Vooral, Keizer benadrukt, natuurkunde was getuige van een kwart eeuw van ongekende groei vanaf de jaren veertig, vooral toen studenten na de Tweede Wereldoorlog terugstroomden naar de Amerikaanse universiteiten.

"We hebben in die kwart eeuw na de oorlog meer mensen in de natuurkunde opgeleid dan eerder waren opgeleid, cumulatief, sinds het begin der tijden, Kaiser vertelt over deze groeifase.

In de tussentijd, massieve deeltjesversnellers veranderden de methoden van de fysica en leverden nieuwe kennis op over subatomaire structuren. Enorme teams werkten samen aan experimenten, strikt met de bedoeling empirische vooruitgang uit te pluizen. Meer mensen dan ooit werden natuurkundigen, maar schijnbaar minder dan ooit dachten ze na over de 'filosofische' problemen die de kwantumfysica opwerpt, die uit de mode raakte.

"Het was meer dan een slingerbeweging, " zegt Kaiser. "De natuurkunde zag deze behoorlijk dramatische verschuivingen in wat zelfs als een echte vraag gold."

Kaiser documenteert deze verschuiving zorgvuldig door het nauwkeurig lezen van natuurkundeboeken, laten zien hoe een ethos van pragmatische berekening dominant werd. Auteurs van leerboeken, hij voegt toe, maken altijd een reeks waardeoordelen:wat is een geschikt onderwerp, wat is een geschikte methode? Waar moeten we vragen over stellen? Wat is 'slechts' filosofisch?"

En toen barstte de natuurkundige zeepbel:Financiering, inschrijvingsnummers, en banen in het veld daalden allemaal abrupt in het begin van de jaren zeventig, als gevolg van een vertragende economie en verminderde federale financiering.

"Die cijfers stortten in voor vrijwel elk studiegebied van de academie, maar niemand viel sneller dan de natuurkunde, ' zegt Keizer.

De Tao van grote botsers

Misschien verrassend, die krapte op de arbeidsmarkt in de jaren zeventig hielp de belangstelling voor de kwantumcuriosa van de jaren dertig te doen herleven. Zoals Kaiser in zijn boek uit 2011 "How the Hippies Saved Physics" beschreef - dat voortkwam uit dit boekproject - kwamen enkele belangrijke vorderingen in de richting van het begrijpen van verstrengeling van toen marginale natuurkundigen die, gebrek aan snelle onderzoeksmogelijkheden, had relatieve vrijheid om verwaarloosde kwesties te onderzoeken.

Een dergelijk onconventioneel denken begon al snel ook het onderwijs te beïnvloeden, Kaiser merkt op in 'Quantum Legacies'. Fritjof Capra's bestseller "The Tao of Physics, " Oosterse religie en kwantummysteries met elkaar verbinden, staat tegenwoordig bekend als een New Age-nietje, maar het landde in de jaren zeventig op academische syllabi, dankzij natuurkundeprofessoren die graag studenten terug naar hun klaslokaal lokken.

Sinds de jaren zeventig, kwantumfysica heeft meerdere mini-tijdperken voorbij zien komen. Defensie-uitgaven zorgden voor een herstel in de natuurkunde in de jaren 80, maar toen het Amerikaanse Congres het Superconducting Supercollider-project in 1993 doodde, natuurkundigen in sommige takken van de discipline konden niet veel nieuwe experimentele resultaten genereren - totdat de Large Hadron Collider in 2008 online kwam. Meerdere recente academische generaties hebben de natuurkunde dus als een turbulente discipline ervaren, met zijn fortuin verbonden aan verre politiek.

"Soms liepen mensen niet synchroon, ze gingen de natuurkunde in tijdens hoogconjunctuur en, buiten hun schuld om, de kansen verdwenen voordat ze hun diploma behaalden, ', zegt Kaiser. 'En dat hebben we de afgelopen halve eeuw in dit land twee keer zien gebeuren.'

Dus terwijl mensen als Schrödinger vooruitgang konden boeken met potlood en papier, de materiële voorwaarden van de fysica zijn enorm belangrijk voor zover de hedendaagse vooruitgang in de discipline gaat.

"De ideeën zijn belangrijk, ', zegt Kaiser. 'Maar de ideeën zijn ingebed in een veranderende wereld.'

"Quantum Legacies" is geprezen door geleerden; Nobelprijswinnaar natuurkundige Kip Thorne van Caltech prijst de "opmerkelijke reeks vignetten van het boek over belangrijke ontwikkelingen in de natuurkunde en kosmologie van de afgelopen eeuw, " die "wetenschap prachtig integreren met de menselijke geschiedenis." Bekroonde romanschrijver Nell Freudenberger merkt Kaiser's talent op voor het blootleggen van verbanden tussen buitenaardse ideeën en de sociale en politieke werelden waarin ze vorm krijgen, " die, ze vervolgt, zorgt voor "een eenvoudig betoverende gids voor de mysteries van het universum."

Voor zijn deel, Kaiser hoopt dat lezers zullen nadenken over de "dubbelheid" van wetenschappers - ze hopen eeuwige antwoorden te vinden, ondanks dat ze gebonden zijn aan de instrumenten en veronderstellingen van hun tijd. En terwijl "Quantum Legacies" de levens van enkele individuele natuurkundigen verkent, zoals Dirac, Kaiser hoopt ook dat lezers zullen waarderen hoe grondig de kwantumfysica een samenwerkingsonderneming is geweest.

"In de wetenschap is er een traditie om te schrijven over het ene genie, maar de kwantummechanica heeft vanaf de eerste dag een ensemblecast nodig, "Kaiser zegt, toevoegen, "Als we instellingen bestuderen, generaties, en cohorten, Ik vind dat waardevoller dan te denken aan deze onbereikbare genieën op de bergtop - wat altijd een fabel is, maar het is een bijzonder slecht passende fabel voor deze reeks ontwikkelingen."

Overwegen, hij zegt, dat meer dan 15, 000 natuurkundigen publiceerden artikelen met betrekking tot het Higgs-deeltje - waarin ze onderzochten hoe subatomaire deeltjes massa krijgen - over een periode van 50 jaar. Maar pas nadat de Large Hadron Collider begon te rennen, konden wetenschappers er bewijs voor vinden.

"Het doet me op een andere manier over mijn eigen [werk] nadenken, " zegt Kaiser. "Wat heb ik niet kunnen bedenken, dat de volgende generatie zich zal openen? Dat vind ik veel spannender, als een menselijk verhaal, als een conceptueel verhaal, dan zich te concentreren op een enkel genie."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.