Het volledige, vreemde verhaal van de kwantumwereld is veel te groot voor één enkel artikel, maar de periode vanaf 1905, toen Einstein voor het eerst zijn oplossing voor de foto-elektrische puzzel publiceerde, tot de jaren zestig, toen een compleet, goed getest, rigoureus en dat de waanzinnig ingewikkelde kwantumtheorie van de subatomaire wereld eindelijk opdook, is een heel verhaal.

Deze kwantumtheorie zou op haar eigen manier haar eigen volledige en totale herziening van ons begrip van licht gaan opleveren. In het kwantumbeeld van de subatomaire wereld is wat wij de elektromagnetische kracht noemen in werkelijkheid het product van talloze microscopische interacties, het werk van ondeelbare fotonen, die op mysterieuze manieren op elkaar inwerken. Als in, letterlijk mysterieus. Het kwantumraamwerk geeft geen beeld van hoe subatomaire interacties daadwerkelijk verlopen. Het geeft ons eerder slechts een wiskundig gereedschap voor het berekenen van voorspellingen. En hoewel we de vraag hoe fotonen eigenlijk werken alleen kunnen beantwoorden met een belegerd schouderophalen, zijn we in ieder geval uitgerust met enige voorspellende kracht, die de pijn van de onbegrijpelijkheid van kwantum helpt verzachten.

Het uitvoeren van natuurkundige zaken – dat wil zeggen het gebruik van wiskundige modellen om voorspellingen te doen die aan experimenten kunnen worden getoetst – is nogal moeilijk in de kwantummechanica. En dat komt door het simpele feit dat kwantumregels geen normale regels zijn, en dat in het subatomaire rijk alle weddenschappen uitgesloten zijn.

Interacties en processen op subatomair niveau worden niet beheerst door de voorspelbaarheid en betrouwbaarheid van macroscopische processen. In de macroscopische wereld is alles logisch (grotendeels omdat we geëvolueerd zijn om betekenis te geven aan de wereld waarin we leven). Ik kan een bal zo vaak naar een kind gooien dat zijn hersenen het betrouwbare patroon snel kunnen oppikken:de bal verlaat mijn hand, de bal volgt een boogvormig pad, de bal beweegt naar voren en valt uiteindelijk op de grond. Natuurlijk zijn er variaties op basis van snelheid, hoek en wind, maar de essentie van een gegooide bal is elke keer hetzelfde.

Dit is niet het geval in de kwantumwereld, waar perfecte voorspellingen onmogelijk zijn en betrouwbare uitspraken ontbreken. Op subatomaire schaal zijn waarschijnlijkheden bepalend:het is onmogelijk om precies te zeggen wat een bepaald deeltje op een bepaald moment zal doen. En dit gebrek aan voorspelbaarheid en betrouwbaarheid baarde Einstein eerst zorgen en daarna weerzin, die uiteindelijk de kwantumwereld achter zich zou laten met niets meer dan een spijtig hoofdschudden over het misleide werk van zijn collega's. En dus zette hij zijn werk voort, in een poging een uniforme aanpak te vinden voor het verbinden van de twee bekende krachten van de natuur, elektromagnetisme en zwaartekracht, met een nadrukkelijk niet-kwantumraamwerk.

Toen in de jaren dertig voor het eerst twee nieuwe krachten werden voorgesteld om de diepe werking van atoomkernen te verklaren – respectievelijk de sterke en de zwakke kernkrachten – schrikte dit Einstein niet af. Als elektromagnetisme en zwaartekracht eenmaal met succes verenigd waren, zou het niet veel extra moeite kosten om nieuwe natuurkrachten in te werken. Ondertussen gingen zijn kwantum-neigende tijdgenoten met verve om met de nieuwe krachten en vouwden ze uiteindelijk in het kwantumwereldbeeld en raamwerk.

Tegen het einde van Einsteins leven kon de kwantummechanica drie natuurkrachten beschrijven, terwijl de zwaartekracht op zichzelf stond en zijn algemene relativiteitstheorie een monument voor zijn intellect en creativiteit was.

Aangeboden door Universe Today