Kvantemekanik skal være allemandseje
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Kvantemekanik skal være allemandseje

Illustration: Diana Rio

Klokken er 9, og på DTU Fysik venter godt 25 gymnasieelever på at komme i gang. Lokalet summer lavmælt af brummen fra eleverne og deres telefoner, der vibrerer med jævne mellemrum.

Vi befinder os i det såkaldte ‘Quantum Lab’, hvor blandt andre gymnasieklasser og Folkeuniversitetet kommer på besøg for at lære om kvantemekanik.

»Med hjælp fra bl.a. Lundbeckfonden har vi kunnet købe fem komplette forsøgsstationer,« fortæller postdoc Ulrich Hoff, der står for Quantum Lab, der hører under Nanoteket – et undervisnings­laboratorium på DTU Fysik.

I dag er det 2. x fra Rysensteen Gymnasium i København, der er blevet inviteret til Kongens Lyngby, og de har sagt god for, at Inge­niøren tager med og ser dem over skulderen.

To dage forinden har Ulrich Busk Hoff besøgt Rysensteen Gymnasium og givet eleverne en lektion i kvantemekanik som forberedelse på, hvad dagen på DTU vil bringe.

Ligeledes bruger han en time fra morgenstunden på at introducere eleverne til det kostbare udstyr – hver station står i 200.000 kr. – så de ved, hvordan forsøgsstationen skal sættes op, så de kan udføre forsøget korrekt.

Med det delikate udstyr skal eleverne i løbet af dagen undersøge begrebet ‘entanglement’ – eller sammenfiltrede kvantetilstande.

Eleverne skal frembringe par af entanglede fotoner, faktisk millioner af fotonpar, måle deres polarisation og undersøge, om der er korrelationer mellem resultaterne – hvilket groft sagt betyder, om der er en statistisk sammenhæng mellem målingerne. Det involverer en række sølvspejle, polarisatorer, optiske fibre og detektorer, der kan registrere enkelte fotoner.

‘Bells ulighed’

I 1930’erne havde Niels Bohr og Albert Einstein en tvist, hvor de gennem forskellige tankeeksperimenter diskuterede kvantemekanikkens korrekthed. Det er den tvist, gymnasieeleverne nu skal se nærmere på i Quantum Lab.

Kort fortalt var Niels Bohr overbevist om, at kvantemekanikkens regler påbyder, at resultatet af et kvanteobjekt først defineres i måleøjeblikket, og at det ikke – som Albert Einstein hævdede – er forud­bestemt af ‘skjulte variable’.

Den nordirske fysiker John Bell viste i 1964, at alle teorier baseret på skjulte variable har en øvre grænse for korrelationerne mellem to partikler, samt at grænsen er lavere, end kvantemekanikken foreskriver.

På den baggrund gennemførte den franske fysiker Alain Aspect i 1982 et eksperiment, som bekræftede, at Niels Bohr havde ret i sine betragtninger.

Korrelationstesten udtrykkes ved en ulighed, der i dag kaldes ‘Bells ulighed,’ og det er en variant af den, eleverne skal arbejde med i dag.

»Ideelt set vil vi gerne have, at kvantemekanikken bliver allemandseje. Det bliver det selvfølgelig ikke med Quantum Lab alene, men vi kan bestemt hjælpe med at udbrede kendskabet,« fortæller Ulrich Hoff og tilføjer, at det derfor for ham ikke altid handler om at få sine resultater publiceret i videnskabelige tidsskrifter.

Praksis frem for teori

I laboratoriet kører eleverne på med eksperimentet, og der bliver justeret på udstyret, så entanglede fotoner kobles så effektivt som muligt ind i de fibre, der skal guide dem videre.

På trods af nogle mindre problemer i denne fase arbejder de koncentreret og prøver skiftevis at løse problemerne med at få indstillet spejlene præcist.

»I forhold til at sidde i klassen og se på en powerpoint, hvordan tingene fungerer, så er det virkelig givende at stå her og rode med det, også selvom det volder lidt problemer. Det giver en klart en bedre fornemmelse at få resultatet, efter at man selv har stået med det, frem for ‘bare’ at udlede det på et stykke papir,« fortæller 17-årige Gustav Gram Burchardt, der bakkes op af sine to jævnaldrende klassekammerater Asbjørn Schmidt Andersen og Adam Spragge Abdalla.

Asbjørn fortæller, at de på skolen har haft et kort forløb om kvantemekanik, og at det derfor er berigende at komme ud og prøve det hele af, når nu skolen ikke har udstyret.

Til det supplerer Adam, at det er fedt at se, hvordan folk arbejder med kvantemekanikken i virkeligheden:

»Det kan godt være lidt svært at relatere tingene til hinanden, når vi bare sidder og har det på et teoretisk niveau i et klasselokale. Derfor er det sjovt at komme herud, hvor det rent faktisk er en del af folks arbejde og hverdag,« siger Adam, som også mener, at det øger de unges lyst til at søge ind på DTU, når de engang skal vælge uddannelse.

Filosofisk fundamental

Laboratorieforsøgene er efter godt halvanden time overstået og har som forventet bekræftet Niels Bohrs teori:

»Vi har brudt Bells ulighed, og vi har vist, at entanglement findes som kvantemekanikken siger. Det er da ret vildt at tænke på, at vi som 2. g-elever kan påvise det med relativt simpelt udstyr,« siger Gustav, og Adam tilføjer:

»Det var ret indviklet, og det er det stadig – der er noget mystisk over kvantemekanik. Men alt i alt må man sige, at dagen har været både sjov og lærerig.«

Deres lærer, Christina Olausson, er enig i, at det er et svært emne, og egentlig er det ikke 2. g-stof, men det er så vigtigt for moderne fysik, at det er godt at have kendskab til:

»Den bedste måde at få det ind på er at komme ud og lege med det selv. Så dagen i dag er egentlig tænkt som en leg for eleverne, hvor de kan se det i praksis. At de så lærer noget samtidig, er jeg som underviser kun rigtigt glad for,« siger hun og tilføjer:

»Kvantemekanikken er filosofisk fundamental, fordi det er en helt anden måde at tænke verden på, end hvad vi er vant til. Og det er vigtigt for eleverne at få kendskab til.«

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvis det skal være allemandseje, skal det nemt betjenes af børn og ældre, ingen almindelige mennesker gider rode med dit og dat, og justere ting. Det skal bare virke og være simpelt så gem de lange forklaring væk, de helt irrelevante!

  • 1
  • 12

Der er ingen - heller ikke relativitetsteorien - der forbyder skjulte globale variable. En skjult global variabel, er en variabel der ændres globalt i hele verdensrummet samtidigt.
Tænker man over, om der skulle være et "hul" i relativitetsteorien, som tillader kommunikation med over lysets hastighed, så opdager man, at skjulte globale variable netop udgør sådan et hul. Og så længe, at de som i kvantemekanikken ikke muliggør at vi kan kommunikere med over lysets hastighed, fordi at de kun sker mellem tilfældigheder, og derfor kræver måling af kovarians, så er det ikke et problem for nogen.

Der er intet mystisk i kvantemekanikken, hvis det ikke var fordi, at vi i vores begrænsninger for at forstå verden, ikke accepterer hastigheder der er uendelige.

  • 0
  • 6

Der er intet mystisk i kvantemekanikken

For at citere Niels Bohr: »Hvis man kan sætte sig ind i kvantemekanik uden at blive svimmel, har man ikke forstået noget af det,«

For at citere hvad Richard Feynman, som regnes for at være en af de ti største fysikere nogensinde, sagde under en forelæsning om kvantemekanik: "If you think you understand quantum mechanics, you don't understand quantum mechanics." (Hvis man tror man forstår kvantefysik, så har man ikke forstået noget af det.)

I "The Character of Physical Law" skrev Feyman tilsvarende "I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics."

  • 5
  • 0