(Het volgende is een vertaling van de tekst)
Hier is iets wilds om over na te denken.
Stel je dit voor: Je houdt een atoom vast — één enkel, piepklein atoom — en je doet iets waardoor het op twee plaatsen tegelijk bestaat. Dat is kwantumsuperpositie, en het is een van die dingen die volkomen waanzinnig klinken, totdat je je realiseert dat atomen dit eigenlijk de hele tijd doen als je niet kijkt.
Laat het nu vallen.
Wat gebeurt er?
Dat is precies wat een team van fysici net heeft getest, en eerlijk gezegd? Het antwoord dat ze vonden is tegelijkertijd voor de hand liggend en absoluut fascinerend.
De twee koningen van de fysica (die het niet met elkaar kunnen vinden)
Laat me uitleggen waarom dit experiment ertoe doet, want het gaat om twee van de grootste doorbraken in de hele wetenschap die niet goed met elkaar overweg kunnen.
Aan de ene kant heb je kwantummechanica — de theorie die verklaart hoe atomen en kleine deeltjes zich gedragen. Het is vreemd, het is contra-intuïtief, en het werkt prachtig. Deeltjes kunnen zich in meerdere toestanden tegelijk bevinden. Ze kunnen door muren tunnelen. Ze kunnen op manieren met elkaar verbonden zijn die zelfs Einstein ongemakkelijk maakten (hij noemde het berucht "spookachtige werking op afstand").
Aan de andere kant heb je Einsteins zwaartekrachtstheorie — de algemene relativiteitstheorie. Dit is de theorie die verklaart waarom dingen vallen, hoe planeten in een baan draaien, en waarom tijd anders verloopt afhankelijk van hoe snel je beweegt of hoe dicht bij een massief object je bent. Het is elegant, het is talloze keren bevestigd als correct, en het beschrijft het universum op kosmische schaal.
Hier is het probleem: deze twee theorieën haten elkaar.
Ik bedoel, ze haten elkaar niet echt — dat is belachelijk — maar fysici hebben bijna een eeuw geprobeerd ze samen te voegen tot één verenigde theorie, en niemand is erin geslaagd dat tot nu toe te doen. Ze werken elk perfect binnen hun eigen domein, maar op het moment dat je probeert ze beide tegelijkertijd toe te passen, gaat alles mis.
Het is alsof je twee vrienden hebt die elk individueel geweldig zijn, maar die een complete ramp worden zodra ze samen in dezelfde kamer zijn.
Wat hebben deze wetenschappers eigenlijk gedaan?
Het experiment, gepubliceerd in Science Advances, werd geleid door onderzoekers van de Ben-Gurion Universiteit van de Negev, de Universiteit van Ulm en de Universiteit van Oxford — waaronder de legendarische Roger Penrose, die letterlijk een Nobelprijs heeft gewonnen voor zijn werk in de fysica.
Wat ze bouwden, heet een Kwantum Galileo-interferometer. Ik weet, ik weet — dat zijn veel dure woorden. Maar hier is de eenvoudige versie:
Ze namen wolken van rubidiumatomen (superkoud, bijna tot het absolute nulpunt) en splitsten de kwantumgolf van elk atoom in twee afzonderlijke paden. Eén pad bleef op zijn plaats, vastgehouden door zorgvuldig gecontroleerde magnetische velden. Het andere pad mocht vrij vallen, zoals een bal die je in de lucht hebt gegooid.
Toen — en dit is het coole deel — brachten ze die twee paden weer bij elkaar en observeerden hoe de golven met elkaar interfereerden.
Denk er maar aan als twee steentjes die je op iets verschillende tijdstippen in een vijver gooit en kijkt hoe de rimpelingen met elkaar interageren. Het verschil in die rimpelingen vertelt je iets over wat er met elk steentje tijdens zijn kleine reis is gebeurd.
Het equivalentieprincipe krijgt een kwantum-upgrade
Nu komt Einstein weer in beeld.
Einsteins equivalentieprincipe is een van de fundamenten van zijn zwaartekrachtstheorie. Het basisidee is prachtig eenvoudig: zwaartekracht en versnelling zijn niet van elkaar te onderscheiden. Als je je in een afgesloten kamer bevindt, kun je niet zeggen of je gewicht voelt omdat je op de Aarde staat, of omdat de kamer door de ruimte wordt versneld. Een persoon in vrije val voelt zich gewicht