Laten we het hebben over quantum 2.0: waarom we onze taal moeten aanscherpen

Superpositie, verstrengeling en andere verbijsterende facetten van de kwantumwereld zijn nu de drijvende krachten achter verschillende baanbrekende technologieën. Terwijl "quantum 1.0" helemaal ging over het ondervragen van de mysteries van Schrödinger's golfvergelijkingen en het opzetten van slimme experimenten om mazen in de theorie te dichten, "kwantum 2.0" zet de meest bizarre aspecten van de kwantumfysica in routinewerk. Kwantumcomputers gebaseerd op superpositie, evenals coderingsapparaten die vertrouwen op verstrengeling voor communicatie over lange afstanden, zijn dat nu allemaal technologisch levensvatbaar worden.

Maar ondanks de snelle groei van kwantumtechnologie, een ding dat niet is veranderd, is de omslachtige en contra-intuïtieve taal die we gebruiken om te praten over alles wat met kwantum te maken heeft. Hoewel de realiteit van verstrengeling en superpositie buiten alle redelijke twijfel staat, is het net zo gek als altijd om ze in woorden te beschrijven. Quantum verschijnselen zijn vreemd, maar dat betekent niet dat we genoegen moeten nemen met vreemde taal om ze te beschrijven.

Vanaf de allereerste dagen van de kwantummechanica, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg en anderen probeerden deze nieuwerwetse niet-klassieke fysica van kwantum 1.0 te begrijpen. Hun strijd betrof een kloof tussen hoe we over verschijnselen praten en hoe we ze in het laboratorium tegenkomen. Die kloof is ontstaan ​​door de onvolmaakte metaforische taal die nog grotendeels wordt gebruikt om niet-klassieke fenomenen te karakteriseren.

Hoewel de realiteit van verstrengeling en superpositie buiten alle redelijke twijfel staat, is het net zo gek als altijd om ze met woorden te beschrijven

Het concept van 'verstrengeling' kan niet anders dan twee (of meer) afzonderlijke dingen oproepen die met elkaar verweven zijn maar op de een of andere manier ook gescheiden zijn, zoals verwarde strengen garen. Wat 'superpositie' betreft, het roept het beeld op van een wolk van verschillende toestanden net voordat een externe oorzaak de ene toestand kiest, terwijl de andere verdwijnen. Of denk aan termen en uitdrukkingen als "veld", "pad", "zelfinterferentie", "ineenstorting van een golffunctie" of een "foton dat ervoor kiest om terug in de tijd te gaan". Er is een grote kloof tussen wat wordt afgebeeld en de verschijnselen die ze labelen.

Taal telt

Natuurkundigen hebben gewoonlijk voldoende intuïtieve grip op wat er gebeurt wanneer ze ondergedompeld zijn in hun vak, zodat ze over het algemeen niet zo veel last hebben van deze termen, ook al zijn ze soms nog steeds een mysterie. In kwantum 2.0, met zijn binnenkort alledaagse apparaten en toekomstige toepassingen, moeten we echter voorzichtig zijn met het gebruik van de taal die we hebben geërfd van kwantum 1.0. Er zijn twee redenen waarom.

De eerste is duidelijkheid. Als wetenschappers niet rechttoe rechtaan kunnen beschrijven hoe deze apparaten en applicaties werken, lijken de apparaten mysterieus en buitenaards. Spookachtig en contra-intuïtief taalgebruik zorgt er ook voor dat wetenschappers priesters lijken, gezalfde individuen die verbinding maken met het hiernamaals. Als natuurkundigen dingen niet in een taal kunnen plaatsen die anderen begrijpen, betekent dit dat geen enkele taal logisch is, of natuurkundigen er geen kunnen vinden die dat wel doet, of ze verzinnen dingen. Dit moedigt uiteindelijk scepsis en wetenschappelijke ontkenning aan, evenals acceptatie van wetenschappelijk analfabetisme.

Een tweede reden is praktisch. Het vinden van de juiste taal voor kwantumeffecten kan verwarring helpen voorkomen bij het ontwikkelen van kwantum 2.0-technologieën. Slechte metaforen kunnen bepaalde soorten apparaten – kwantumtelefoons, menselijke teleportatieapparaten – fysiek aannemelijker doen lijken dan ze zijn. Aan de andere kant kan het te letterlijk nemen van metaforen – te nauw aansluiten bij de beelden die ze oproepen – het denken van ontwerpers in de verkeerde richting doen kantelen. Betere foto's van de werkelijkheid zullen helpen om betere experimenten te plannen om het te bestuderen.

Wanneer natuurkundigen en filosofen beseffen dat ze een nobele waarheid delen

Het woord "verstrengeling"is bijvoorbeeld een goede manier om over kwantumfysica te praten op bepaalde gebieden wanneer we gedrag in termen van deeltjes kunnen gieten. Maar we kunnen discrete energietoestanden in een veld niet te letterlijk beschouwen als deeltjesachtig; dat wil zeggen onafhankelijk van elkaar. Om dit te doen zou een mechanisme voor hun afhankelijkheid nodig zijn. Dat zou op zijn beurt andere metaforen nodig hebben, zoals de golffunctie die zijn toestanden kan 'kiezen', wat op zijn beurt ofwel niet-lokale effecten ofwel superluminale communicatie vereist.

Wat 'superpositie' betreft, het is ook een metafoor die werkt in bepaalde situaties, zoals situaties waarin het lijkt alsof er tegelijkertijd mogelijkheden zijn. Maar dit suggereert dat er een soort "container van mogelijkheden" is - zoals een elektron in een potentiaalput - die alleen op kwantumschaal verschijnt. Dit impliceert op zijn beurt dat kwantum- en klassieke fenomenen worden gescheiden door een duidelijke grens in plaats van door een verschil in graad. De metafoor is daarom moeilijk toe te passen op bijvoorbeeld macromoleculen, kwantumvloeistoffen of de kwantumfluctuaties nabij de waarnemingshorizon van een zwart gat, waar de twee in elkaar overvloeien.

Het kritieke punt

Bohr beweerde beroemd dat we geen letterlijk beeld kunnen geven van kwantumfenomenen, wat een schijnbaar onoverkomelijk obstakel vormt voor precieze taal. Maar hij bedoelde niet dat we de poging moeten opgeven om een ​​taal te creëren die we echt begrijpen en die nauwkeurig beschrijft wat we tegenkomen. Bohr worstelde enorm om een ​​taal te creëren die de eigenaardigheid van kwantumverschijnselen verzoent met de gewone taal die wordt gebruikt om experimentele situaties te beschrijven. Toch is er geen reden om aan te nemen dat het onmogelijk is om een ​​taal te ontwikkelen die kwantumfenomenen met succes beschrijft.

Er is geen reden om aan te nemen dat het onmogelijk is om een ​​taal te ontwikkelen die kwantumfenomenen met succes beschrijft

QBisme is een poging. QBist-taal combineert de bronnen van Bayesiaanse waarschijnlijkheid en kwantuminformatietheorie om de voorbereiding van kwantumsystemen te behandelen, niet als het uitkiezen van golfachtige of deeltjesachtige dingen, maar het opstellen van een probabilistische beoordeling van meetresultaten voor de gebruiker. In plaats van bijvoorbeeld een foton met onbekende polarisatie te zien als "een keuze maken" over zijn polarisatie wanneer het door een calcietkristal wordt geschoten, behandelt de QBist-benadering het resultaat als "updates" in onze "informatie over het systeem".

Deze taal biedt een uniforme beschrijving, maar dringt er niet op aan dat het foton "deeltjesachtig" of "golfachtig" is. Niet alle natuurkundigen zijn tevreden met QBism, en het is misschien niet de enige benadering om kwantumfenomenen te karakteriseren. Maar elk alternatief voor QBism zal ons moeten helpen zien wat er echt raadselachtig is aan de kwantummechanica, zonder dat we vast komen te zitten in eerdere karakteriseringen van de puzzels. Als zo'n poging slaagt, staan ​​we echt op de drempel van quantum 2.0.

Robert P. Crease (klik op onderstaande link voor volledige bio) is voorzitter van de afdeling Wijsbegeerte, Stony Brook University, VS. Jennifer Carter is docent filosofie aan Stony Brook, waar Gino Elia is een promovendus

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• De toekomst slaan met Adryenn Ashley. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/lets-talk-about-quantum-2-0-why-we-need-to-sharpen-up-our-language/