Realisatie? Heisenberg

Vorige week vrijdag kreeg had ik een vak genaamd "Computationele Chemie". Na de eerste helft van de les was ik de draad al een beetje kwijt maar na de pauze was het zowat voor iedereen wel net even te moeilijk om te volgen (te veel wiskunde en abstracte chemie om te slikken). Ach, ondertussen is de les al nagekeken (wauw iets wat ik normaal niet vaak doe =P) en ben ik klaar voor de volgende les.

Maar dat was nu niet echt de realisatie dat ik bedoelde. Tijdens de les hebben we kort gesproken over de Onzekerheidsrelatie van Heisenberg (en hier ben ik beginnen wegdromen, misschien daarom dat ik op het einde van de eerste helft de draad al kwijt was, uhmmm... =/ ). Waarom? De fans van Breaking Bad zullen al wel weten waarom ik begon te dromen/nadenken. In de reeks van Breaking Bad is de hoofdpersonage genaamd Walter White een overgekwalificeerde chemicus (doctoraat) dat werkt als een leerkracht in het middelbaar. Hij krijgt kanker en wil met zijn laatste adem, zorgen dat zijn gezin genoeg geld heeft. Om aan geld te geraken begint hij drugs te maken, namelijk crystal meth (methamfetamine). Wat, by the way, een zeer gevaarlijk drug is!!!! Don't do drugs!

Swoit zijn alias is Heisenberg. Aaah, aaaah, aaaah de link al gelegd? Ik zal kort wat meer uitleg geven. (wil je geen chemische uitleg? skip het schuingedrukte!)

Tijdens enkele tests met elektronen, botste ze op een merkwaardig fenomeen. Namelijk dat ze een golf-deeltjes dualiteits-karakter hebben.

Wanneer er elektronen één voor één worden afgeschoten op twee openingen (double slit), zoals te zien op de figuur van links naar rechts, zal er een interferentie patroon (grafiek a) optreden dat zichtbaar is op het fosforiscerend scherm (phosphorescent screen). Dit is ook te zien bij licht (fotonen) en hieruit kan men afleiden dat elektronen een golf karakter hebben. Maar vreemd genoeg schoten ze maar 1 elektron af en kan het elektron dus niet door beide openingen tegelijkertijd gaan om zo een interferentie patroon te verkrijgen. Of kan een elektron dat wel? Eerst sloten ze opening a. Hierbij werd grafiek b verkregen dat geen interferentie aangeeft maar een deeltjes karakter. Hetzelfde bij het sluiten van opening b. Maar wanneer beide spleten open zijn geeft het resultaat nog steeds grafiek a en niet d. 

Ok, dus een elektron heeft een golf karakter wanneer er twee openingen zijn. Maar door welke opening gaat het elektron nu eigenlijk? Om dit te onderzoeken maakten ze gebruik van een microscoop en lichtbron/fotonen. De fotonen van de lichtbron zullen tegen het elektron botsen wanneer het door één van de twee spleten komt en kan het elektron gelokaliseerd worden.(voorwaarde: het licht moet een korte golflengte hebben in vergelijking met de afstand tussen de twee openingen, anders is de resolutie van de lichtflits in de microscoop te laag om het onderscheid te kunnen maken tussen beide openingen)

Wanneer er tijdens de testen licht aanwezig was kon men de exacte plaats van het elektron bepalen maar verloor het zijn interferentie patroon. Op deze manier was grafiek d wel te zien en kon men nu zeggen dat het een deeltjes karakter heeft. Om er voor te zorgen dat het pad van het elektron niet wordt beïnvloed door de fotonen, moet men fotonen gebruiken met een lagere energie-inhoud. Maar dat wil zeggen dat we licht moeten gebruiken met een hogere golflengte en dus de resolutie slechter wordt. Hiermee is niet meer te bepalen door welke spleet het elektron nu juist gaat, a, b of beide. Door dit toch te proberen verkrijgt men terug meer en meer een uitgesproken interferentie patroon zoals te zien in de laatste grafiek e. 

Deze onzekerheden is nu net het geen waar Werner Heisenberg het over had. We kunnen in de twee situaties nooit beide eigenschappen (plaats en impuls) met onbeperkte precisie meten. Het meten van iets heeft op zich al genoeg invloed op de omstandigheden dat er onzekerheid ontstaat.  Of in de vertaalde woorden van Heisenberg "in observing the world, we inevitably disturb it."

Ik zal jullie sparen van alle wiskundige rompslomp maar voor de mensen met interesse (ook voor niet wiskundige onder ons), hier zijn al enkele interessante links: link 1 (engels), link 2 (engels), link 3 (engels) en nog veel meer! 

Toen ik de theorie nogmaals te horen kreeg moest ik dus lachen omdat Walter White van Breaking Bad ook zo een beetje is zoals de theorie van Heisenberg. Er is veel onzekerheid en wanneer hij de ene speelt, vb Walter White is de andere Heisenberg niet te zien en visa versa. Toch is het dezelfde man. Uit nieuwsgierigheid heb ik eens opgezocht op internet of er nog mensen waren die zo dachten en ja hoor, mijn mening wordt gedeeld met veel andere fans =D Bij het opzoeken stootte ik op iemand zijn uitleg en zelf kon ik het eigenlijk niet beter zeggen (voor de liefhebbers likkerdeklik)

Sorry voor de lange post =P maar ik vond de realisatie best plezant.
Btw Breaking Bad is een zalige drama reeks die de moeite waard is om te zien!

Voor de rest gaat het hier goed. Heb nog steeds geen kanalen op mijn tv en het internet valt redelijk vaak uit, zucht.

Groeten