Menu

De kwantumtheorie

Een speurtocht naar de fundamenten van de natuur

De kwantumtheorie
  • Cursusnummer: 21N-1G18
  • Vakgebied: Natuurwetenschap
  • Locatie: Groningen
  • Seizoen: 2021-Najaar
  • Dag: Dinsdag
  • Uiterste inschrijfdatum:
    14 Sep 2021
  • Tijd: 10.45-12.30 uur
  • Cursusdata: 28 september t/m 7 december, 19 oktober vervalt
  • Prijs: € 232
  • Aantal colleges: 10
  • Werkvorm: Hoorcollege met ruimte voor vragen en discussie
  • Cursusmateriaal:

    De cursus volgt gedeeltelijk het boek van T.A. Moore, Six Ideas That Shaped Physics, Unit Q: ‘Particles Behave Like Waves’, 2nd of 3rd ed., McGraw-Hill. Van deelnemers wordt verwacht dat zij dit boek voor het begin van de cursus aanschaffen (kosten: ca € 50,-).

  • Opmerkingen:

    Deze cursus wordt in hybride vorm aangeboden

De kwantumtheorie

Golven die zich als deeltjes gedragen, deeltjes die zich als golven gedragen. Onbegrepen experimenten, onverklaarbaar met de fysica die aan het begin van de twintigste eeuw verankerd was in het denken van de natuurkundigen (en veelal ook nog in ons denken). Een radicaal nieuwe aanpak moest uitkomst bieden: de kwantumtheorie.

De ontwikkeling van de kwantumtheorie was er een van vallen en opstaan met grotere en kleinere bijdragen van een relatief groot aantal natuurkundigen (Planck, Einstein, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Bohr, Born, Pauli, Dirac, en anderen).  De aannames van de kwantumtheorie, die in wiskundige termen geformuleerd zijn, hebben van het begin af aan aanleiding gegeven tot heftige interpretatiediscussies, vooral tussen Einstein en Bohr. De Einstein-Podolsky-Rosen paradox en Schrödinger’s kat zijn bekende gedachtenexperimenten in dit debat. Discussies over de grondslagen van de theorie duren tot op de dag van vandaag voort. De verklarende en voorspellende kracht van de kwantumtheorie is echter onomstreden. 

Programma
In dit college wordt de ontwikkeling van de kwantummechanica behandeld.  
De eerste zes  collegesessies worden besteed aan een introductie over golfverschijnselen, historische  experimenten die met de klassieke natuurkunde niet verklaard konden worden,  het golf-deeltjes dualisme, de onzekerheidsrelaties, de historische ontwikkeling van het atoommodel en gedachtenexperimenten die kwantumverschijnselen demonstreren. 
Los daarvan zal tijdens de eerste zes sessies een deel  van de tijd besteed worden aan een aantal onderwerpen uit de wiskunde. Deels is dit wiskunde die traditioneel ook in de hogere klassen van HBS-B of Gymnasium-B werd behandeld, maar ook enkele andere onderwerpen komen aan de orde.  
In de colleges daarna gaan over de eigenlijke kwantumtheorie, die dus in beginsel een oplossing biedt voor alle  problemen uit de voorgaande colleges.  Hierbij zal gebruik gemaakt worden van de eerder behandelde wiskunde. Hoe de kwantumtheorie feitelijk werkt, zal worden gedemonstreerd (d.w.z. voorgerekend) aan de hand van een enkel concreet voorbeeld.  Ook zullen enkele voorbeelden aan de hand van computersimulaties worden gegeven.  
Aan het eind van de collegereeks  zal worden ingegaan op het Einstein-Bohr debat en latere ontwikkelingen in relatie daarmee. Hierbij komen onder andere aan de orde: de (klassieke) Kopenhagen-interpretatie versus realistische interpretaties van de kwantummechanica, het meetprobleem, kwantumverstrengeling, causaliteit en non-localiteit.  
 

Frank van Steenwijk

Dr. Frank J. van Steenwijk was tot zijn pensionering werkzaam als docent bij de Faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen aan de Rijksuniversiteit Groningen.