NobelprijsNatuurkunde

De Nobelprijs voor Natuurkunde voor het spookachtig gedrag in de kwantumwereld

In het midden Hans Tellegren, secretaris van de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen bij de bekendmaking van de prijs voor Alain Aspect, John Clauser en Anton Zeilinger.  Beeld AP
In het midden Hans Tellegren, secretaris van de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen bij de bekendmaking van de prijs voor Alain Aspect, John Clauser en Anton Zeilinger.Beeld AP

De Nobelprijs voor de Natuurkunde gaat naar drie fysici die lieten zien dat Einstein ongelijk had en de kwantumwereld werkelijk spookachtig is.

Joep Engels

De kwantumtheorie geeft een prima beschrijving van de wereld van atomen en moleculen, maar niemand minder dan Albert Einstein betwijfelde of daarmee het hele verhaal werd verteld. Hij verzon een gedachtenexperiment dat liet zien dat de theorie zeer vreemde effecten voorspelde en dus niet kon kloppen. Jaren na Einsteins dood toonden drie fysici met experimenten aan dat hij ongelijk had. De kwantumwereld kon werkelijk spookachtig zijn. Dinsdag werden de drie voor dit werk beloond met de Nobelprijs.

Aan het begin van de vorige eeuw ontdekten natuurkundigen dat in de atomaire wereld de klassieke wetten van hun vak niet meer opgingen. Rond 1925 hadden ze een antwoord op dit probleem: de kwantumtheorie. Die beschreef het gedrag van atomaire deeltjes in termen van waarschijnlijkheden. De theorie werkte perfect maar had ook vreemde implicaties. Een elektron was bijvoorbeeld overal tegelijk. Pas door een meting legde je zijn positie vast.

Albert Einstein geloofde niet dat elektronen pas ergens zijn als iemand ernaar kijkt. Beeld
Albert Einstein geloofde niet dat elektronen pas ergens zijn als iemand ernaar kijkt.

Is de een plus, dan is de ander min

Dat zinde Einstein niet. “Dingen bestaan toch niet alleen als ik ernaar kijk”, vroeg hij zich af. Hij verzon een experiment waarbij hij deze eigenschap combineerde met een ander kwantumeffect, namelijk dat twee deeltjes een eigenschap kunnen delen. In kwantumjargon: ze zijn verstrengeld. De gezamenlijke waarde van die eigenschap ligt vast, daarbinnen is het nog ongewis. Maar meet je de eigenschap van het ene deeltje, dan weet je ook wat die van de ander is. Is de een plus, is de ander min. Wijst het ene deeltje naar boven, dan wijst de ander naar beneden.

Dat blijft zo, ook al zijn de deeltjes ver van elkaar verwijderd. Dat betekent, redeneerde Einstein, dat als je de eigenschap van het ene deeltje meet, die van het andere meteen vastligt. Dat kan niet, concludeerde hij, tenzij de deeltjes die eigenschap altijd al hadden – maar verborgen hielden. De kwantumtheorie was volgens hem pas compleet als ze die verborgen kennis onthulde.

Het debat verstomde totdat de Brit John Bell een experiment ontwierp om Einsteins idee te testen. Als zo’n verborgen factor bestond, bleef de uitkomst van de proef binnen zekere grenzen. Had de kwantumtheorie het laatste woord, dan werden die grenzen overschreden.

De kwantumwereld is inderdaad spookachtig

Het was de Amerikaan John Clauser (1942) die begin jaren zeventig als eerste het experiment van Bell uitvoerde. De kwantumtheorie kwam als winnaar uit de bus, maar er zaten te veel mazen in de proef om het pleit beslecht te verklaren. Tien jaar later dichtte de Fransman Alain Aspect (1947) deze gaten en opnieuw werd Einsteins ongelijk bewezen. De kwantumwereld is inderdaad spookachtig.

Zelf zag Aspect dat anders, zo vertelde hij tien jaar geleden in deze krant. “Einstein heeft ongelijk gekregen, maar eigenlijk ook niet. In feite bleek verstrengeling precies zo vreemd en ongelofelijk als hij dacht.”

Volgens velen was het bewijs van de Fransman niet helemaal waterdicht. De verstrengelde deeltjes waren nog zo dicht bij elkaar in de buurt dat ze ook na de meting nog tijd genoeg hadden om informatie uit te wisselen. In 2015 dichtte de Delftse fysicus Ronald Hanson het laatste gat door de deeltjes 1300 meter uit elkaar te zettten.

Maar Hanson deelt niet in de prijs. Die eer gaat naar de Oostenrijker Anton Zeilinger (1945) die liet zien wat je met deze kwantumeigenschappen kunt. Als twee deeltjes verstrengeld en gescheiden zijn en je brengt een van die deeltjes in contact met een derde deeltje, dan kun je de eigenschappen van dat derde deeltje instantaan overbrengen naar dat andere verstrengelde deeltje. Dat is een soort teleportatie. Leuk voor sciencefictionfilms, maar onmisbaar in toepassingen als de kwantumcomputer.

De drie winnaars krijgen de prijs op 10 december uitgereikt en mogen dan 10 miljoen Zweedse kronen delen, zo’n 930.000 euro.

Lees ook:

Nobelprijs voor de Geneeskunde voor onderzoek naar menselijke evolutie

Menigeen verwachtte dat de Nobelprijs voor geneeskunde naar het mRNA-vaccin zou gaan, maar de Zweedse Academie besliste anders en bekroonde een landgenoot die het DNA van de neanderthaler had ontrafeld.

De man die Einsteins ongelijk aantoonde

Trouw sprak in 2012 met Nobelprijswinnaar Alain Aspect. ‘Wat niet wegneemt dat ik een immense bewondering voor Einstein heb.’

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden