Lezing Quantummechanica voor beginners 2014-04-30

www.AstraAlteria.nl

05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde 1

““I think I canI think I cansafely saysafely say

that nobody understandsthat nobody understandsQuantum Mechanics”Quantum Mechanics”(Richard Feynman)(Richard Feynman)

www.AstraAlteria.nl

05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde (B1064) 2

Doelstelling• Aan het eind van deze cursus:

– Kan je uitleggen wat Q =– Kan je uitleggen wanneer Q toegepast moet

worden– Kan je een aantal voorbeelden in de

sterrenkunde noemen waar Q toegepast wordt

www.AstraAlteria.nl

Wanneer is de natuur ‘vreemd’?

05/03/14 Eigenschappen van de eigenschappen van de natuurwetenschappen (M1148) 3

Q als je een extreem beperkt aantal

mogelijkheden hebt


mogelijkheden hebt

www.AstraAlteria.nl

05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde (B1064) 4

www.AstraAlteria.nl

www.AstraAlteria.nl

Het systeem kent de volgende toestanden:Het systeem kent de volgende toestanden:0LEVEN0LEVEN1LEVEN1LEVEN

05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 6

Kan

s d

at d

e ka

t n

og

leef

tK

ans

dat

de

kat

no

g le

eft

00

11

½½

11 1½1½ 22½½dagendagen

1LEVEN1LEVEN1LEVEN1LEVEN

tt11tt00

33 3½3½ 442½2½

1LEVEN1LEVEN

0LEVEN0LEVEN

tt22 tt33

00

11

½½


Kan

s d

at d

e ka

t n

og

leef

tK

ans

dat

de

kat

no

g le

eft

1LEVEN1LEVEN1LEVEN1LEVEN

tt11tt00

Eigenschappen microwereld (I)

De verwachte waarde na ½ dag =

De verwachte waarde na 2 dagen =

www.AstraAlteria.nl


2700

1800

900

00

00 900 1800 2700 3600

0

1

00 900 1800 2700 3600

0

1

00 900 1800 2700 3600

0

1

Laser

Eigenschappen microwereld (II)

00 900 1800 2700 3600

0

1

Het systeem kent de volgende toestandenHet systeem kent de volgende toestandenNIET GEVONDENNIET GEVONDEN

GEVONDENGEVONDEN

www.AstraAlteria.nl


Meer zekerheidMeer zekerheidover gedragover gedraggolf hier(golf hier(∆∆EE))

Meer zekerheidMeer zekerheidover gedragover gedraggolf hier(golf hier(∆∆ EE))

Meer onzekerheidMeer onzekerheidover gedrag golf hierover gedrag golf hier

Meer onzekerheidMeer onzekerheidover gedrag golf hierover gedrag golf hier

Kort meten (Kort meten (∆∆ tt))

Lang meten (Lang meten (∆∆ tt))

• (∆E) x (∆t) = constant

• (∆x) x (∆v) = constant

Eigenschappen microwereld (III)E = h x f

www.AstraAlteria.nl


Botsing

Botsing

Werkt ook maar geeftWerkt ook maar geefteen smaller spectrum (x)een smaller spectrum (x)

Eigenschappen microwereld (IV)

www.AstraAlteria.nl


Laser2700

1800

900

00

Eigenschappen microwereld (V)

Niet 2 Niet 2 roderode knikkers met precies dezelfde knikkers met precies dezelfde massamassa, maar 1 met dubbele massa, maar 1 met dubbele massa

http://nl.wikipedia.org/wiki/Uitsluitingsprincipe_van_Paulihttp://nl.wikipedia.org/wiki/Uitsluitingsprincipe_van_Pauli

www.AstraAlteria.nl


FermionenFermionen

Een sterEen ster

FermionenFermionen

0 1 2

-1/21/2Bosonen

Bosonen

Licht (

Licht (γ))

Bosonen

BosonenZwaartekracht (H

)

Zwaartekracht (H)

FermionenFermionen

Fermionen & bosonen

www.AstraAlteria.nl


Fermionen & bosonen en hetuitsluitingsprincipe van Pauli

+1

+2

0+3

+4

+5

+6

+7

+8+10

+½

BosonenBosonen(Dragers tussen de materie)(Dragers tussen de materie)

FermionenFermionen(Materie)(Materie)

-½

+10+9

+2-½

www.AstraAlteria.nl


OnneembareOnneembarebarrierebarriere

OnneembareOnneembarebarrierebarriere

NeembareNeembarebarrierebarriere

!! !!

Eigenschappen microwereld (VI)

V(r,t) = 0V(r,t) = 0

www.AstraAlteria.nl

Het systeem kent de volgende toestanden:Het systeem kent de volgende toestanden:0LEVEN0LEVEN1LEVEN1LEVEN2LEVEN2LEVEN3LEVEN3LEVEN4LEVEN4LEVEN5LEVEN5LEVEN6LEVEN6LEVEN7LEVEN7LEVEN8LEVEN8LEVEN9LEVEN9LEVEN

10LEVEN10LEVEN11LEVEN11LEVEN12LEVEN12LEVEN

..

..29LEVEN29LEVEN30LEVEN30LEVEN31LEVEN31LEVEN32LEVEN32LEVEN33LEVEN33LEVEN34LEVEN34LEVEN35LEVEN35LEVEN36LEVEN36LEVEN37LEVEN37LEVEN38LEVEN38LEVEN39LEVEN39LEVEN40LEVEN40LEVEN


00

4040

2020


Aan

tal k

atte

n in

leve

nA

anta

l kat

ten

in le

ven

20 LEVEN20 LEVEN

40LEVEN40LEVEN

tt11tt00

33 3½3½ 442½2½

5 LEVEN5 LEVEN

0LEVEN0LEVEN

tt22 tt33

Eigenschappen macrowereld (I)

www.AstraAlteria.nl


Eigenschappen macrowereld (II)

www.AstraAlteria.nl

Continuüm (III)

05/03/14 Werking van sterspectra (M1051) 16

Optisch dik gasOptisch dik gas

++ ++

1a1a

1b1b

Straling treedt inStraling treedt inwillekeurige richting uitwillekeurige richting uit

doordat de kern weer tot rust komtdoordat de kern weer tot rust komt

2b2b

2a2a

Deeltje botstDeeltje botstof straling wordtof straling wordt

vernietigdvernietigd

Deeltje raaktDeeltje raaktin aangeslagen toestandin aangeslagen toestand

Deeltje komtDeeltje komtweer tot rustweer tot rust

www.AstraAlteria.nl

05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 17

• Discrete energieDiscrete energie– Sterspectra (dus ook van de Zon)Sterspectra (dus ook van de Zon)

• De golf/deeltjes dualiteit van licht en materie

• Quantum tunneling• Het Heisenberg onzekerheidsprincipe• Pauli’s uitsluitingsprincipe• Multiversum

Toepassing

www.AstraAlteria.nl


n=1n=1n=2n=2

singletsingletdupletduplet

triplettriplet

l=0l=0l=0l=0n=2n=2l=1l=1

n=3n=3l=0l=0

n=3n=3l=2l=2

Discrete spectraallijnen (I)

www.AstraAlteria.nl


Discrete spectraallijnen (II)eigen-schap

betekenis mogelijkewaarden

voorbeeld

n de maat voor de omvang van de elektronbaan om de kern

>= 1 1,2,3,4,5,...

l een maat voor de excentriciteit van een elektronbaan om de kern

l <= n-1 n=3 ⇒ l=0,1,2

m een maat voor de oriëntatie van een elektronbaan in de ruimte

-l<=m<=l n=3 ⇒ m=-2,-1,0,1,2

s een maat voor de spin van het elektron zelf om zijn eigen as

½ of -½ ½ of -½

(n,l,m) = (2,1,-1) / (2,1,0) / (2,1,1)

Onderlinge afstandOnderlinge afstandis een maat vooris een maat voorhet magneetveldhet magneetveld

V(r,t) = EV(r,t) = Epotpot van waterstofatoom van waterstofatoom

www.AstraAlteria.nl


• Discrete energie• De golf/deeltjes dualiteit van licht en

materie• Quantum tunnelingQuantum tunneling• Het Heisenberg onzekerheidsprincipe• Pauli’s uitsluitingsprincipe

Toepassing

www.AstraAlteria.nl


ParallelParallel AntiparallelAntiparallel

Waterstoflijn uit de Melkweg

++

--

++

--

Gemiddeld gebeurd ditGemiddeld gebeurd ditom de 10 miljoen jaarom de 10 miljoen jaar

(Dit geeft radiostraling)(Dit geeft radiostraling)

www.AstraAlteria.nl



materie• Quantum tunneling• Het Heisenberg onzekerheidsprincipeHet Heisenberg onzekerheidsprincipe• Pauli’s uitsluitingsprincipe

Toepassing

www.AstraAlteria.nl

Oorzaken van lijnbreedtes:Oorzaken van lijnbreedtes:•DrukDruk•TemperatuurTemperatuur•Natuurlijke lijnbreedteNatuurlijke lijnbreedte

Natuurlijke lijnbreedtes


(n,l)=(3,2)(n,l)=(3,2) (n,l)=(3,0)(n,l)=(3,0)

(n,l,m)=(2,1,0)(n,l,m)=(2,1,0)(n,l,m)=(2,1,-1)(n,l,m)=(2,1,-1)

(n,l,m)=(2,1,1)(n,l,m)=(2,1,1)

(n,l,m)=(2,0,0)(n,l,m)=(2,0,0)

(n,l)=(2,1)(n,l)=(2,1)

(n,l)=(2,0)(n,l)=(2,0)

(n,l)=(1,0)(n,l)=(1,0)

www.AstraAlteria.nl


De ruimte kan nooit leeg zijn• Het grootste vacuüm op Aarde is 10.000

atomen• De gemiddelde dichtheid in de ruimte is 43

atomen• Natuurlijke quantisatie

– Veel en korte tijdsduur– Weinig en lang aanwezig

www.AstraAlteria.nl


Sneller dan het licht in vacuümMaximum snelheid van het lichtMaximum snelheid van het lichtis in vacuüm = 299.793 km/sis in vacuüm = 299.793 km/s

Verminder de natuurlijke quantisatieVerminder de natuurlijke quantisatievan het vacuümvan het vacuüm

Het licht gaat sneller dan in het vacuümHet licht gaat sneller dan in het vacuüm(36(36ee decimaal van de lichtsnelheid) decimaal van de lichtsnelheid)

1µm

V(r,t) = 0V(r,t) = 0

www.AstraAlteria.nl


Kleine zwarte gaten verdampen

+-

www.AstraAlteria.nl



materie• Quantum tunneling• Het Heisenberg onzekerheidsprincipe• Pauli’s uitsluitingsprincipePauli’s uitsluitingsprincipe

Toepassing

www.AstraAlteria.nl


Ontaard gas

++

--

++

--

++--

++--

++--

++--

Witte dwergWitte dwerg•Enorme temperatuur: 1 miljard KEnorme temperatuur: 1 miljard K•Enorme druk: Enorme druk: 101099 kg/m kg/m33

Gedegenereerd elektronengasGedegenereerd elektronengas•Uitsluitingsprincipe van Pauli toepasbaarUitsluitingsprincipe van Pauli toepasbaar•Snelheid losgekoppeld van temperatuur (T=0)Snelheid losgekoppeld van temperatuur (T=0)•114444//100100MM00 = Chandrasekhar limiet = Chandrasekhar limiet

Gedegenereerd elektronengasGedegenereerd elektronengas•Niet relativistisch: Niet relativistisch: 11/(M/(M11//33) ~ R) ~ R•Relativistisch: M = constantRelativistisch: M = constant

NeutronensterNeutronenster•Enorme temperatuur: 1 miljard KEnorme temperatuur: 1 miljard K•Enorme druk: Enorme druk: 10101717 kg/m kg/m33 •GlitchesGlitches

Voortplantingssnelheid > c?Voortplantingssnelheid > c?

www.AstraAlteria.nl



materie• Quantum tunneling• Het Heisenberg onzekerheidsprincipe• Pauli’s uitsluitingsprincipe• MultiversumMultiversum

Toepassing

www.AstraAlteria.nl


Multiversum

www.AstraAlteria.nl


Ons succesvolleOns succesvolleuniversumuniversum

Quantum kosmologisch model

UniversumAA00

UniversumKK00

UniversumMM00

UniversumNN00

UniversumSS00

UniversumCC00

Universum HH00

UniversumLL00

UniversumQQ00

UniversumRR00

UniversumDD00

UniversumJJ00

UniversumFF00

UniversumEE00

UniversumOO00

UniversumBB00

UniversumGG00

UniversumII00

UniversumUU00

Het multiversumHet multiversum

www.AstraAlteria.nl

Kwantum teleportatie over 143 km• Verstrengeling aangetoond over

recordafstand• Een internationaal team van

wetenschappers heeft een kwantumtoestand over een recordafstand van 143 km doorgegeven. Dit biedt uitzicht op een wereldwijd kwantumnetwerk.


www.AstraAlteria.nl

Kwantumverstrengeling• Twee of meer natuurkundige objecten zijn zodanig

verbonden, dat het ene object niet meer volledig beschreven kan worden zonder het andere specifiek te noemen, ook al zijn de beide objecten ruimtelijk gescheiden.

• Deeltjes kunnen zich tegelijkertijd in meerdere meetbare toestanden bevinden.

• Dit onderlinge verband leidt tot correlaties tussen waarneembare natuurkundige eigenschappen van ver van elkaar verwijderde systemen.


www.AstraAlteria.nl

Snellere quantumcomputers• Extreem snel• Extreem weinig warmte• Niet meer deeltjes maar meer toestanden

Entangled particles can generally be in one of three states. Using more states could allow more powerful computing with the

same number of particles.https://gigaom.com/2014/03/27/poor-schrodingers-cat-entangled-particles-can-now-be-in-103-states-at-once/

www.AstraAlteria.nl

• Beam me up scotty


www.AstraAlteria.nl

De dansende Woe-Li meesters


Kijken naar een gebeurtenis heeft invloed op deze gebeurtenis! Zie

je het voor je?

Kijken naar een gebeurtenis heeft invloed op deze gebeurtenis! Zie

je het voor je?

www.spiritueelenzo.nl/cms/rubrieken/recensies/gelezen/de-dansende-woe-li-meesterswww.spiritueelenzo.nl/cms/rubrieken/recensies/gelezen/de-dansende-woe-li-meesters

Ineens zag ik helder hoe wetenschap en filosofie

nauwelijks van elkaar verschillen

Ineens zag ik helder hoe wetenschap en filosofie

nauwelijks van elkaar verschillen

www.AstraAlteria.nl

Wanneer is de natuur ‘vreemd’?

05/03/14 Eigenschappen van de eigenschappen van de natuurwetenschappen (M1148) 38


mogelijkheden hebt


mogelijkheden hebt

Date post:	07-Jul-2015
Category:	Science
Upload:	sterrenvereniging-astra-alteria
View:	229 times
Download:	2 times

Lezing Quantummechanica voor beginners 2014-04-30

Science