Wat is kwantumonzekerheid?
Kwantumonzekerheid, of meer formeel, het Heisenberg-onzekerheidsprincipe, is een bevinding in de kwantumfysica die stelt dat men niet tegelijkertijd de exacte positie en het exacte momentum van een enkel deeltje kan weten. Het onzekerheidsprincipe geeft ook wiskundig nauwkeurige (kwantitatieve) betrouwbaarheidslimieten voor meetparen. In wezen is het zo dat hoe nauwkeuriger u de ene waarde wilt weten, hoe nauwkeuriger u moet opofferen bij het meten van de andere.
Vanwege de associatie met de kwantummechanica-revolutie heeft kwantumonzekerheid een blijvende plaats in de populaire cultuur, waar het vaak verkeerd wordt geïnterpreteerd. Kwantumonzekerheid in films en films wordt soms onjuist gebruikt om te verwijzen naar grote objecten, terwijl het eigenlijk alleen van toepassing is op deeltjes. Ook wordt het idee van kwantumonzekerheid vaak op een mysterieuze manier gepresenteerd, zonder de vermelding dat het concept hand in hand gaat met precieze kwantitatieve vertrouwensgrenzen, die niet zo mysterieus zijn.
Het idee van kwantumonzekerheid veroorzaakte een ruckus in het begin van de 20e eeuw, toen natuurkundigen de details van de kwantumtheorie probeerden uit te werken door tegenstrijdige interpretaties. Neils Bohr en vele andere natuurkundigen pleitten voor de interpretatie van Kopenhagen, die stelt dat het universum fundamenteel wazig is op het laagste niveau, beschreven door kansverdelingen in plaats van deterministisch verbonden, goed gedefinieerde staten. Werner Heisenberg, die het onzekerheidsprincipe ontleende aan de wiskundige structuur van de kwantumtheorie, pleitte ook voor de interpretatie van Kopenhagen. Albert Einstein deed dit echter niet, en zei beroemd: "God dobbelt niet".
De theorie van kwantumonzekerheid is, ondanks dat het is verpakt met wiskundig nauwkeurige vertrouwensgrenzen, echt behoorlijk mysterieus. Er zijn nog steeds meningsverschillen in de natuurkundegemeenschap over de vraag of de Kopenhagen-interpretatie onvermijdelijk voortvloeit uit kwantumzekerheid. Het hedendaagse alternatief voor de Kopenhagen-interpretatie is de Many Worlds-interpretatie van de kwantummechanica, die stelt dat de realiteit feitelijk deterministisch is.
In de context van het grote succes van de Newtoniaanse mechanica al meer dan een eeuw geleden, waren natuurkundigen zeer terughoudend om deterministische theorieën op te geven zonder ongelooflijk overtuigend bewijs. Dus probeerden ze 'verborgen variabele' theorieën te bedenken, die probeerden de kwantumonzekerheid weg te verklaren als een eigenschap op hoog niveau die voortkomt uit meer fundamentele deterministische interacties. Uit een bevinding met de naam Bell's ongelijkheid bleek echter dat lokale verborgen variabele theorieën niet konden worden gebruikt om kwantumonzekerheid te beschrijven zonder sneller-dan-licht-correlaties tussen alle deeltjes in het universum te postuleren. Niet-lokale verborgen variabele theorieën worden echter nog steeds voorgesteld om een deterministische basis voor kwantumonzekerheid te verklaren.