1. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde 1
““I think I canI think I can
safely saysafely say
that nobody understandsthat nobody understands
Quantum Mechanics”Quantum Mechanics”
(Richard Feynman)(Richard Feynman)
2. 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
3. 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
Q als je een extreem
beperkt aantal
mogelijkheden hebt
6. www.AstraAlteria.nl
Het systeem kent de volgende toestanden:Het systeem kent de volgende toestanden:
0LEVEN0LEVEN
1LEVEN1LEVEN
05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 6
KansdatdekatnogleeftKansdatdekatnogleeft
00
11
½½
11 1½1½ 22½½
dagendagen
1LEVEN1LEVEN1LEVEN1LEVEN
tt11tt00
33 3½3½ 442½2½
1LEVEN1LEVEN
0LEVEN0LEVEN
tt22 tt33
00
11
½½
11 1½1½ 22½½
dagendagen
KansdatdekatnogleeftKansdatdekatnogleeft
1LEVEN1LEVEN1LEVEN1LEVEN
tt11tt00
Eigenschappen microwereld (I)
De verwachte waarde na ½ dag =
De verwachte waarde na 2 dagen =
7. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 7
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 toestanden
NIET GEVONDENNIET GEVONDEN
GEVONDENGEVONDEN
8. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 8
Meer zekerheidMeer zekerheid
over gedragover gedrag
golf hier(golf hier(∆∆EE))
Meer zekerheidMeer zekerheid
over gedragover gedrag
golf hier(golf hier(∆∆EE))
Meer onzekerheidMeer onzekerheid
over gedrag golf hierover gedrag golf hier
Meer onzekerheidMeer onzekerheid
over 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
9. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 9
Botsing
Botsing
Werkt ook maar geeftWerkt ook maar geeft
een smaller spectrum (x)een smaller spectrum (x)
Eigenschappen microwereld (IV)
10. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 10
Laser2700
1800
900
00
Eigenschappen microwereld (V)
Niet 2Niet 2 roderode knikkers met precies dezelfdeknikkers 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
11. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 11
FermionenFermionen
Een sterEen ster
FermionenFermionen
0 1 2
-1/21/2
Bosonen
Bosonen
Licht (
Licht (γ))
Bosonen
Bosonen
Zwaartekracht (H)
Zwaartekracht (H)
FermionenFermionen
Fermionen & bosonen
12. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 12
Fermionen & bosonen en het
uitsluitingsprincipe 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
13. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 13
OnneembareOnneembare
barrierebarriere
OnneembareOnneembare
barrierebarriere
NeembareNeembare
barrierebarriere
!! !!
Eigenschappen microwereld (VI)
V(r,t) = 0V(r,t) = 0
14. www.AstraAlteria.nl
Het systeem kent de volgende toestanden:Het systeem kent de volgende toestanden:
0LEVEN0LEVEN
1LEVEN1LEVEN
2LEVEN2LEVEN
3LEVEN3LEVEN
4LEVEN4LEVEN
5LEVEN5LEVEN
6LEVEN6LEVEN
7LEVEN7LEVEN
8LEVEN8LEVEN
9LEVEN9LEVEN
10LEVEN10LEVEN
11LEVEN11LEVEN
12LEVEN12LEVEN
..
..
29LEVEN29LEVEN
30LEVEN30LEVEN
31LEVEN31LEVEN
32LEVEN32LEVEN
33LEVEN33LEVEN
34LEVEN34LEVEN
35LEVEN35LEVEN
36LEVEN36LEVEN
37LEVEN37LEVEN
38LEVEN38LEVEN
39LEVEN39LEVEN
40LEVEN40LEVEN
05/03/14 Eigenschappen van de Quantummechanica (II) (M1002) 14
00
4040
2020
11 1½1½ 22½½
dagendagen
AantalkatteninlevenAantalkatteninleven
20 LEVEN20 LEVEN
40LEVEN40LEVEN
tt11tt00
33 3½3½ 442½2½
5 LEVEN5 LEVEN
0LEVEN0LEVEN
tt22 tt33
Eigenschappen macrowereld (I)
16. www.AstraAlteria.nl
Continuüm (III)
05/03/14 Werking van sterspectra (M1051) 16
Optisch dik gasOptisch dik gas
++ ++
1a1a
1b1b
Straling treedt inStraling treedt in
willekeurige richting uitwillekeurige richting uit
doordat de kern weer tot rust komtdoordat de kern weer tot rust komt
2b2b
2a2a
Deeltje botstDeeltje botst
of straling wordtof straling wordt
vernietigdvernietigd
Deeltje raaktDeeltje raakt
in aangeslagen toestandin aangeslagen toestand
Deeltje komtDeeltje komt
weer tot rustweer tot rust
17. 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
18. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 18
n=1n=1n=2n=2
singletsinglet
dupletduplet
triplettriplet
l=0l=0l=0l=0
n=2n=2
l=1l=1
n=3n=3
l=0l=0
n=3n=3
l=2l=2
Discrete spectraallijnen (I)
19. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 19
Discrete spectraallijnen (II)
eigen-
schap
betekenis mogelijke
waarden
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 afstand
is een maat vooris een maat voor
het magneetveldhet magneetveld
V(r,t) = EV(r,t) = Epotpot van waterstofatoomvan waterstofatoom
20. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 20
• Discrete energie
• De golf/deeltjes dualiteit van licht en
materie
• Quantum tunnelingQuantum tunneling
• Het Heisenberg onzekerheidsprincipe
• Pauli’s uitsluitingsprincipe
Toepassing
21. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 21
ParallelParallel AntiparallelAntiparallel
Waterstoflijn uit de Melkweg
++
--
++
--
Gemiddeld gebeurd ditGemiddeld gebeurd dit
om de 10 miljoen jaarom de 10 miljoen jaar
(Dit geeft radiostraling)(Dit geeft radiostraling)
22. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 22
• Discrete energie
• De golf/deeltjes dualiteit van licht en
materie
• Quantum tunneling
• Het Heisenberg onzekerheidsprincipeHet Heisenberg onzekerheidsprincipe
• Pauli’s uitsluitingsprincipe
Toepassing
23. www.AstraAlteria.nl
Oorzaken van lijnbreedtes:Oorzaken van lijnbreedtes:
•DrukDruk
•TemperatuurTemperatuur
•Natuurlijke lijnbreedteNatuurlijke lijnbreedte
Natuurlijke lijnbreedtes
05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde 23
(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)
24. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 24
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
25. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 25
Sneller dan het licht in vacuüm
Maximum snelheid van het lichtMaximum snelheid van het licht
is in vacuüm = 299.793 km/sis in vacuüm = 299.793 km/s
Verminder de natuurlijke quantisatieVerminder de natuurlijke quantisatie
van 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
27. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 27
• Discrete energie
• De golf/deeltjes dualiteit van licht en
materie
• Quantum tunneling
• Het Heisenberg onzekerheidsprincipe
• Pauli’s uitsluitingsprincipePauli’s uitsluitingsprincipe
Toepassing
28. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 28
Ontaard gas
++
--
++
--
++
--
++
--
++
--
++
--
Witte dwergWitte dwerg
•Enorme temperatuur: 1 miljard KEnorme temperatuur: 1 miljard K
•Enorme druk:Enorme druk: 101099
kg/mkg/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/mkg/m33
•GlitchesGlitches
Voortplantingssnelheid > c?Voortplantingssnelheid > c?
29. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 29
• Discrete energie
• De golf/deeltjes dualiteit van licht en
materie
• Quantum tunneling
• Het Heisenberg onzekerheidsprincipe
• Pauli’s uitsluitingsprincipe
• MultiversumMultiversum
Toepassing
31. www.AstraAlteria.nl
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 32
Ons succesvolleOns succesvolle
universumuniversum
Quantum kosmologisch model
Universum
AA00
Universum
KK00
Universum
MM00
Universum
NN00
Universum
SS00
Universum
CC00
Universum
HH00
Universum
LL00
Universum
QQ00
Universum
RR00
Universum
DD00
Universum
JJ00
Universum
FF00
Universum
EE00
Universum
OO00
Universum
BB00
Universum
GG00
Universum
II00
Universum
UU00
Het multiversumHet multiversum
32. 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.
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 33
33. 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.
05/03/14 Werking van quantummechanische processen in de sterrenkunde (M1147) 34
34. 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/
36. www.AstraAlteria.nl
De dansende Woe-Li meesters
05/03/14 Quantummechanica toegepast in de sterrenkunde 37
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
37. www.AstraAlteria.nl
Wanneer is de natuur ‘vreemd’?
05/03/14 Eigenschappen van de eigenschappen van de natuurwetenschappen (M1148) 38
Q als je een extreem
beperkt aantal
mogelijkheden hebt
Q als je een extreem
beperkt aantal
mogelijkheden hebt