6.1 Onvoorspelbare uitkomsten?

Als je binnen in een verlichte kamer staat, en buiten is het donker, dan zie je je eigen spiegelbeeld in een ruit. Iemand die buiten staat, kan jou ook zien. Vreemd! Sommige fotonen die vanaf jou in de richting van de ruit gaan, weerkaatsen op de ruit, sommige gaan er doorheen. Dit is een kwestie van kansen, je kunt niet van tevoren aan een foton zien welke van de twee mogelijkheden dat foton zal uitvoeren. Je weet alleen het percentage van de fotonen dat het ene doet en het percentage dat het andere doet.

Het is al vreemd dat een deeltje zich ook als golf gedraagt, en een golf ook als deeltje. Het is nog vreemder dat deeltjes kunnen tunnelen: doordat niet zowel de plaats als de snelheid kunnen worden vastgelegd, gaan ze door barrières heen waar ze volgens de klassieke theorie nooit langs of over zouden komen. Dat in een atoom de energieën gequantiseerd zijn is wel duidelijk uit experimenten, maar ook heel anders dan je gewend bent bij klassieke systemen, en ook dit komt dus vreemd over. Maar wat veel natuurkundigen het meest vreemde van de quantummechanica vinden, is dat het vastleggen van de uitkomst van een meting een toevalsproces is. Je kunt heel precies berekenen wat de kansen op bepaalde uitkomsten zijn, maar je kunt niet van tevoren bepalen wat zal gebeuren. Dat wordt pas vastgelegd op het moment dat je een meting uitvoert. Dat is fundamenteel anders dan in de klassieke mechanica, waar je in principe uit de begintoestand het vervolg kunt berekenen.

Vooral Albert Einstein probeerde voorbeelden te bedenken waaruit moest blijken dat met de quantummechanica niet het laatste woord was gezegd. Misschien ligt het eigenlijk wél van tevoren vast wat gaat gebeuren, in ‘verborgen variabelen’. Klinkt magisch, maar dat valt mee: als je de druk van een gas berekent, weet je ook niet de snelheid van elk molecuul, alleen het gemiddelde. De snelheden en de posities van al die moleculen zijn in principe te bepalen, maar niet in de praktijk: ze blijven ‘verborgen’ tijdens de berekening. Is er in quantumsystemen ook zoiets aan de hand? Zijn er verborgen variabelen in het systeem waarin al vastligt wat er zal gaan gebeuren? Of is het onmogelijk dat er verborgen variabelen bestaan?

Niels Bohr probeerde de argumenten van Albert Einstein te weerleggen. Later bedacht John Bell een methode waarmee je in een experiment zou kunnen zien of er verborgen variabelen zijn of niet. Alain Aspect deed de proef.

Opdracht