Een eeuw geleden begon de quantumrevolutie

Print
De modale burger begrijpt er geen snars van, de fenomenen die het beschrijft lijkten thuis te horen in de wereld van Alice in Wonderland, maar toch vindt men de praktische toepassingen terug in huis- tuin- en keukentoestellen als een neonlamp, een gsm, een CD-speler... De Duitse wetenschapper Max Planck legde er een eeuw terug de grondslagen van. Samen met Einsteins' relativiteitstheorie mag de quantumfysica die uit "zijn" inzichten is ontwikkeld, gerekend worden tot een van de grootste wetenschappelijke revoluties ooit.
BR>Op 14 december 1900 begon de quantumfysica in Berlijn haar zegetocht met een lezing waarin Planck brak met het concept dat energie in willekeurig grote hoeveelheden wordt vrijgegeven. Planck vertrok daarentegen van de hypothese dat energie in pakketjes, zogenaamde "quanta" vrijkomt. Hij was erin geslaagd dit concept in een wiskundige formule te gieten die toeliet sommige fenomenen in de thermodynamica perfect te beschrijven.
Aanvankelijk besefte niemand - ook Planck niet - de enorme draagwijdte van dit concept. Begrijpelijk vermits zijn formule weliswaar een aantal meetresultaten staafde, maar anderzijds helemaal niet verenigbaar was met de gangbare natuurkundige theorieen. Pas later zou blijken waarom. Intussen poogde Planck jarenlang, maar tevergeefs, zijn quantumtheorie te verzoenen met de (wiskundige) grondslagen van de klassieke fysica.
Node moest hij zich uiteindelijk neerleggen bij het besef dat "zijn" briljant idee, de sleutel was, waarmee men kon binnentreden in een wereld waarin zich fenomenen voordoen die zich niet langer laten berekenen of voorspellen.
De door een veelvoud van briljante wetenschappers ontwikkelde quantumfysica, beschrijft een reeks fenomenen op atomaire schaal. Zoals de "quantumsprong" waarmee een elektron (deeltje) van een hogere naar een lagere baan rond de atoomkern "springt" en daarbij een "energiequant" vrijgeeft onder de vorm van straling (golf).
Een praktische toepassing van dit fenomeen vindt men terug in de laser waarin een veelvoud van elektronen gelijktijdig tot een quantumsprong wordt gedwongen door ze vooraf naar een hoger energieniveau te "pompen". Het resultaat is een straal monochromatisch licht.
Een eeuw later leven we in een wereld waarin de quantumtheorie tot honderden toepassingen heeft geleid. Zonder quantumfysica zou er geen sprake zijn van elektronenmicroscopie, massaspectrometrie en kernspintomografie. Toepassingen die voor revoluties hebben gezorgd in de astronomie, de chemie, de medische beeldvorming... Ook de microelektronica stoelt op de inzichten van de quantumfysica en de indrukwekkende "boom" van de biotechnologie is evenmin denkbaar zonder quantumfysica.
Tenslotte heeft de quantumfysica ook ons wereldbeeld indringend bijgestuurd. Terwijl de relativiteitstheorie onze inzichten in tijd en ruimte grondig veranderde, deed de quantumtheorie hetzelfde met de kennis van de elementaire bouwstenen. Het bewijs dat materie golfeigenschappen bezit en dat licht zich als een deeltje kan gedragen - het zogenaamde golf-deeltjesdualisme - vormt de basis zelf voor het bestaan van materie.
Zonder deze wisselwerking kunnen er inmmers geen stabiele atomen bestaan en geen moleculaire verbindingen, geen sterren en planeten. Met andere woorden, zonder de bizarre eigenschappen van het oneindig kleine, kan onze (zichtbare) kosmos niet bestaan.