Om dit te laten werken moeten de toestanden (golven) in de superpositie van het deeltje dat door beide spleten gaat echter 'coherent' zijn en een goed gedefinieerde relatie met elkaar hebben.

Deze superpositie-experimenten kunnen worden uitgevoerd met objecten van steeds grotere omvang en complexiteit. Een beroemd experiment van Anton Zeilinger uit 1999 demonstreerde kwantumsuperpositie met grote moleculen van Koolstof-60, bekend als 'buckyballs'.

Dus wat betekent dit voor onze arme kat? Is het echt zowel levend als dood zolang we de doos niet openen? Het is duidelijk dat een kat in niets lijkt op een individueel foton in een gecontroleerde laboratoriumomgeving; het is veel groter en complexer. Elke samenhang die de biljoenen en biljoenen atomen waaruit de kat bestaat, met elkaar kunnen hebben, is van extreem korte duur.

Dit betekent niet dat kwantumcoherentie onmogelijk is in biologische systemen, alleen dat dit in het algemeen niet van toepassing zal zijn op grote wezens zoals katten of mensen.

2. Eenvoudige analogieën kunnen verstrengeling verklaren

Verstrengeling is een kwantumeigenschap die twee verschillende deeltjes met elkaar verbindt, zodat als je de ene meet, je automatisch en onmiddellijk de toestand van de andere weet, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn.

Veel voorkomende verklaringen hiervoor zijn doorgaans alledaagse voorwerpen uit onze klassieke macroscopische wereld, zoals dobbelstenen, kaarten of zelfs paar sokken in vreemde kleuren. Stel je bijvoorbeeld voor dat je tegen je vriend(in) zegt dat je een blauwe kaart in de ene envelop hebt gestopt en een oranje kaart in een andere. Als je vriend een van de enveloppen meeneemt, opent en de blauwe kaart vindt, weet hij/zij dat je de oranje kaart hebt.

Maar om de kwantummechanica te begrijpen, moet je je voorstellen dat de twee kaarten in de enveloppen zich in een gezamenlijke superpositie bevinden, wat betekent dat ze tegelijkertijd zowel oranje als blauw zijn (met name oranje/blauw en blauw/oranje). Als u één envelop opent, wordt één willekeurig bepaalde kleur onthuld. Maar als je de tweede opent, zie je nog steeds altijd de tegenovergestelde kleur omdat deze "griezelig" gekoppeld is aan de eerste kaart.

Je zou kunnen forceren dat de kaarten in een andere reeks kleuren verschijnen, vergelijkbaar met het uitvoeren van een ander type meting. We zouden een envelop kunnen openen met de vraag:"Ben jij een groene of een rode kaart?" Het antwoord zou opnieuw willekeurig zijn:groen of rood. Maar cruciaal:als de kaarten met elkaar verstrengeld waren, zou de andere kaart nog steeds altijd de tegenovergestelde uitkomst opleveren als dezelfde vraag werd gesteld.

Albert Einstein probeerde dit uit te leggen met klassieke intuïtie, waarbij hij suggereerde dat de kaarten voorzien hadden kunnen zijn van een verborgen, interne instructieset die hen vertelde in welke kleur ze moesten verschijnen bij een bepaalde vraag. Hij verwierp ook de ogenschijnlijk ‘spookachtige’ actie tussen de kaarten, waardoor ze elkaar schijnbaar onmiddellijk kunnen beïnvloeden, wat zou betekenen dat communicatie sneller gaat dan de snelheid van het licht, iets wat volgens Einsteins theorieën verboden is.

De verklaring van Einstein werd vervolgens echter uitgesloten door de stelling van Bell (een theoretische test gecreëerd door de natuurkundige John Stewart Bell) en experimenten door de Nobelprijswinnaars van 2022. Het idee dat het meten van de ene verstrengelde kaart de toestand van de andere verandert, is niet waar. Kwantumdeeltjes zijn op mysterieuze wijze gecorreleerd op manieren die we niet kunnen beschrijven met de alledaagse logica of taal:ze communiceren niet terwijl ze ook een verborgen code bevatten, zoals Einstein had gedacht. Vergeet dus alledaagse voorwerpen als je aan verstrikking denkt.

3. De natuur is onwerkelijk en 'niet-lokaal'

Er wordt vaak gezegd dat de stelling van Bell bewijst dat de natuur niet 'lokaal' is, dat een object niet alleen rechtstreeks wordt beïnvloed door zijn directe omgeving. Een andere veel voorkomende interpretatie is dat dit impliceert dat de eigenschappen van kwantumobjecten niet ‘echt’ zijn, dat ze vóór de meting niet bestonden.

Maar de stelling van Bell stelt ons alleen in staat te zeggen dat de kwantumfysica betekent dat de natuur niet zowel reëel als lokaal is als we tegelijkertijd een paar andere dingen aannemen. Deze aannames omvatten het idee dat metingen slechts één uitkomst hebben (en niet meerdere, misschien in parallelle werelden), dat oorzaak en gevolg vooruit in de tijd stromen en dat we niet in een ‘uurwerkuniversum’ leven waarin alles vooraf is bepaald. sinds het begin der tijden.

Ondanks de stelling van Bell kan de natuur heel goed reëel en lokaal zijn, als je toelaat dat je een aantal andere dingen die wij als gezond verstand beschouwen, overtreedt, zoals het voortschrijden van de tijd. En verder onderzoek zal hopelijk het grote aantal mogelijke interpretaties van de kwantummechanica beperken. De meeste opties die op tafel liggen – bijvoorbeeld het terugvloeien van de tijd of het ontbreken van een vrije wil – zijn echter minstens zo absurd als het opgeven van het concept van de lokale realiteit.

4. Niemand begrijpt de kwantummechanicaf

Een klassiek citaat (toegeschreven aan natuurkundige Richard Feynman, maar in deze vorm ook een parafrasering van Niels Bohr) veronderstelt:"Als je denkt dat je de kwantummechanica begrijpt, begrijp je het niet."

Deze opvatting wordt breed gedragen in het openbaar. De kwantumfysica is vermoedelijk onmogelijk te begrijpen, ook niet voor natuurkundigen. Maar vanuit een 21e-eeuws perspectief is de kwantumfysica wiskundig noch conceptueel bijzonder moeilijk voor wetenschappers. We begrijpen het buitengewoon goed, tot een punt waarop we kwantumfenomenen met hoge precisie kunnen voorspellen, zeer complexe kwantumsystemen kunnen simuleren en zelfs kunnen beginnen met het bouwen van kwantumcomputers.

Superpositie en verstrengeling vereisen, wanneer uitgelegd in de taal van kwantuminformatie, niet meer dan wiskunde op de middelbare school. De stelling van Bell vereist helemaal geen kwantumfysica. Het kan in een paar regels worden afgeleid met behulp van de waarschijnlijkheidstheorie en lineaire algebra.

Waar de echte moeilijkheid misschien ligt, is hoe we de kwantumfysica kunnen verzoenen met onze intuïtieve realiteit. Het feit dat we niet alle antwoorden hebben, zal ons er niet van weerhouden verdere vooruitgang te boeken met de kwantumtechnologie. We kunnen gewoon zwijgen en berekenen.

Gelukkig voor de mensheid weigerden Nobelprijswinnaars Aspect, Clauser en Zeilinger hun mond te houden en bleven zich afvragen waarom. Anderen zoals zij kunnen op een dag helpen de kwantumvreemdheid te verzoenen met onze ervaring van de werkelijkheid.

Alessandro Fedrizzi is hoogleraar natuurkunde aan de Heriot-Watt Universiteit. Hij ontvangt financiering van de Britse Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

Mehul Malik is hoogleraar natuurkunde aan de Heriot-Watt Universiteit. Hij ontvangt financiering van de UK Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) en de Starting Grant PIQUaNT van de European Research Council (ERC).

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf Het gesprek onder een Creative Commons-licentie. Je kunt de vinden origineel artikel hier.