Reader - Studium Generale

van het atoom bevat. In de ruimte rond de kern bevinden zich de elektrisch negatief geladen elektronen.
De idee dat de elektronen rond de kern wentelen, binnen het elektrostatisch krachtveld, zoals de planeten
binnen het gravitatieveld van de zon, kan de stabiliteit van de atomen echter niet verklaren. Een elektron
zou door uitzending van elektromagnetische straling energie verliezen en naar de kern spiralen.
Niels Bohr stelt in 1913 een gequantiseerd atoommodel voor, waarin de elektronen zich op stabiele
energieniveaus rond de kern bevinden. Zij kunnen tussen de niveaus verspringen met uitzending of
opslorping van een energiequantum elektromagnetische straling. De frequentie ν van de straling is
bepaald door het energieverschil van de niveaus. hν nm = E n – E m . Hier is h de constante die Planck in
1900 had ingevoerd bij de quantisering van de atomaire oscillaties ter verklaring van het spectrum van
een zwart lichaam, en die ook besloten ligt in de quantisering van de lichtenergie die Einstein in 1905 had
ingevoerd om o.m. het foto-elektrisch effect te verklaren.
Energie is dus geen continue grootheid, maar bestaat uit energie-pakketjes, quanta. Ook de energie van
elektromagnetische straling is gequantiseerd. Ook al is deze straling een golf die zich door de ruimte
voortplant, toch krijgt zij hierdoor een deeltjeskarakter. Licht is een golf, maar kan ook beschreven
worden als een stroom van deeltjes, fotonen.
In 1923 stel de Broglie dan voor dat materiële deeltjes, zoals elektronen, ook een golfnatuur hebben. De
golflengte λ is omgekeerd evenredig met de impuls p van het deeltje: λ = h/p. Vier jaar later, in 1927
slagen de Davisson en Germer in Amerika, en Thomson in Engeland (niet de bekende J.J. Thomson,
maar zijn zoon George Paget Thomson) erin de golfnatuur van elektronen experimenteel vast te stellen
door de waarneming van diffractie van een elektronenbundel in een kristal.
Deeltjes zijn dus ook golven, en golven ook deeltjes. De stabiele energieniveaus van de elektronen in het
atoommodel van Bohr kunnen begrepen worden als de niveaus waarop de "baan" van een elektron een
staande golf is. De verboden niveaus zijn deze waarop de golf zichzelf door interferentie zou uitdoven.
Het dualistisch karakter van de golf/deeltjes is buitengewoon merkwaardig omdat beide concepten een
geheel verschillende aard lijken te hebben. Een deeltje is strikt gelocaliseerd: zijn positie in de ruimte kan
precies bepaald worden. Een golf strekt zich in principe eindeloos in de ruimte uit.
Bohr formuleerde dan het principe van de complementariteit, die centraal staat in wat men de
Kopenhagen-interpretatie van de quantummechanica is gaan noemen (en die de standaard-interpretatie
zou worden, maar niet de enig mogelijke is): of een elektron zich als deeltje of als golf gedraagt, hangt af
van de experimentele condities waaronder het wordt waargenomen. M.a.w. de natuur van het elektron
hangt af van hoe de waarnemer het waarneemt. Het heeft geen zin zich af te vragen wat de "ware" aard
is van een elektron of van elke andere quantum-entiteit. Zolang het object niet wordt waargenomen, kan
het beide gedaanten aannemen.
De Kopenhagen-interpretatie past binnen de filosofische opvatting die men het logisch positivisme noemt,
een wetenschapsfilosofie die in het Wenen van de jaren twintig uitgewerkt en verkondigd werd door een
groepje filosofen dat men sindsdien de Wiener Kreis is gaan noemen. Volgens deze filosofen kan
wetenschappelijke kennis alleen steunen op wat zintuiglijk kan worden waargenomen en op het logisch
redeneren. Woorden die verwijzen naar begrippen die niet waarneembaar zijn (zoals de "ware" aard van
een elektron, onafhankelijk van de waarnemer) hebben geen betekenis. Ze moeten in de wetenschap
vermeden worden. Het logisch positivisme is dus gebaseerd op empirisme, de kennisleer die ervan
uitgaat dat alle menselijke kennis voortkomt uit ervaring.
Einstein heeft de Kopenhagen-interpretatie van de quantummechanica nooit aanvaard. Filosofisch
behoort zijn denken tot het realisme, een stroming die ervan uitgaan dat de wereld, onafhankelijk van de
waarnemer als objectieve werkelijkheid bestaat en door de zintuigen waargenomen wordt.
In 1925 schreef Erwin Schrödinger de mathematische vergelijkingen neer die het golfgedrag van de
"deeltjes" beschrijven. Max Born onthulde dan dat de functie Ψ, als oplossing van de Schrödingervergelijking,
de verdeling aangeeft van de waarschijnlijkheid een deeltje op een bepaalde plaats en een
bepaald tijdstip aan te geven. Zolang het deeltje niet wordt waargenomen, is zijn positie in ruimte en tijd
diffuus, en kan enkel de waarschijnlijkheid van verschijning bij waarneming berekend worden. Waar en
wanneer het object bij waarneming concreet zal verschijnen, kan dus vooraf niet exact voorspeld worden.
Wel kan de waarschijnlijkheid in functie van plaats en tijd aangegeven worden.
Bodifee, Hoe wankel is de wereld? 2013 39