De kwantumtheorie leren door schaken

Natuurkundige Stephen Hawking neemt het in een grappig filmpje van Caltech op tegen acteur Paul Rudd in ‘kwantumschaken’.

Screenshot 'Anyone can quantum'

De kwantumtheorie. Je hebt er misschien weleens van gehoord, maar wat houdt die nou in? Van de Wikipedia-definitie wordt je waarschijnlijk niet veel wijzer:

“Kwantummechanica (ook bekend als kwantumfysica of kwantumtheorie) inclusief kwantumveldentheorie, is een fundamentele tak van natuurkunde die zich bezighoudt met processen die betrekking hebben op, bijvoorbeeld, atomen en fotonen. In zulke processen, waarvan gezegd wordt dat die gekwantificeerd zijn, moet de actie geobserveerd worden in gehele veelvouden van de Planck-constante, een natuurkundige constante die buitengewoon, misschien zelfs ultiem, klein is.”

Dit humoristische schaakfilmpje van het California Institute of Technology (Caltech) kan het wellicht wel verhelderen. En zo niet, dan heb je in ieder geval twaalf leuke minuten gehad.

Acteur Paul Rudd, bekend als Ant-Man, en sternatuurkundige Stephen Hawking, nemen het tegen elkaar op in een potje kwantumschaken, becommentarieerd door Keanu Reeves. Hoe het verschilt van gewoon schaken? Een stuk kan, zoals de kwantumtheorie beschrijft, op twee plekken tegelijkertijd zijn. Dat maakt het een tikkeltje ingewikkelder.

Dode of levende kat

Kort gezegd zegt de kwantumtheorie dat deeltjes zich in ‘superpositie’ kunnen bevinden: ze kunnen tegelijkertijd op twee plekken zijn. De waarneming van dat deeltje bepaalt zijn positie. Een bekend gedachte-experiment uit de natuurkunde, Schrödingers kat, beschrijft deze paradox.

Gesimplificeerd: een kat zit in een afgesloten ruimte. Je weet aan de buitenkant niet of hij dood of levend is. Welke van de twee is het? De kat is dood én levend, volgens de theorie. Pas het openmaken van de ruimte en het waarnemen van de kat bepalen welke positie de deeltjes innemen.

Stephen Hawking heeft het niet zo op deze metafoor. Hij zei ooit: “Als iemand het over Schrödingers kat heeft, trek ik een pistool.” Hopelijk voor Hawking gebruiken mensen na dit filmpje liever ‘Rudds koning’ dan ‘Schrödingers kat’ als ze de kwantummechanica willen uitleggen. Al kan allebei tegelijk, theoretisch, natuurlijk ook.