125 jaar kwantummechanica: de doorbraak van Heisenberg verandert de natuurkunde!

125 jaar kwantummechanica: de doorbraak van Heisenberg verandert de natuurkunde!

In 2025 bestaat de kwantummechanica honderd jaar, een mijlpaal die werd geïnitieerd door het baanbrekende artikel ‘On quantum theoretische herinterpretatie van kinematische en mechanische relaties’ van Werner Heisenberg op 29 juli 1925 in het ‘Magazine for Physics’. Heisenberg, toen nog maar 23 jaar oud en assistent aan het Göttingen Instituut voor Theoretische Fysica, bracht een revolutie teweeg in het begrip van de atomaire wereld. Volgens de Duitse Fysische Vereniging (DPG) vertegenwoordigde dit werk de eerste stap naar een consistente theorie die onze kennis van de kleinste bouwstenen van de materie fundamenteel zou veranderen, terwijl klassieke wetten steeds meer faalden. De DPG benadrukt dat de kwantummechanica een “mysterieus proces” is in de geschiedenis van de wetenschap, omdat het niet gebaseerd is op een enkele ontdekking, maar het resultaat is van collectieve inspanningen.

De opkomst van de kwantummechanica

De door Heisenberg ontwikkelde theorie was niet meteen begrijpelijk. Een vergelijking met een voetbalwedstrijd maakt dit duidelijk: waar bij een normaal spel de stroom van de bal zichtbaar is, blijft het bij de aanpak van Heisenberg onduidelijk hoe de bal in het doel terechtkomt. Zijn theorie omzeilde de basisconcepten van de klassieke mechanica en concentreerde zich op meetbare grootheden zoals de frequentie en intensiteit van spectraallijnen, wat cruciaal is voor de kwantumfysica. Samen met zijn collega's Max Born en Pascual Jordan formuleerde Heisenberg een complexe wiskundige structuur in het beroemde ‘driemanswerk’ dat de basis vormde voor de kwantummechanica.

De door Heisenberg geïnitieerde theorieën zorgden ervoor dat andere vooraanstaande natuurkundigen, zoals Albert Einstein en Niels Bohr, reageerden. Terwijl Einstein sprak over ‘metselwerk’ om de complexiteit en ongegrondheid van Heisenbergs benadering te bekritiseren, introduceerde Louis de Broglie zijn golfhypothese, die een revolutie teweegbracht in de aard van het elektron. In de daaropvolgende jaren werd ook aanzienlijke vooruitgang geboekt, zoals de Schrödinger-vergelijking, die de basis vormde voor de golfmechanica en de wiskundige toepasbaarheid van de kwantummechanica bevestigde.

De leringen van Heisenberg hebben nog steeds een aanzienlijke invloed op de grondslagen van de moderne natuurkunde, ook al wordt de kwantummechanica nog steeds als mysterieus van aard beschouwd. Natuurkundigen over de hele wereld bouwen voort op de concepten van de kwantummechanica en gebruiken deze op gebieden als kwantumcomputers en cryptografie, ook wel de tweede kwantumrevolutie genoemd. Deze technologieën, gebaseerd op de regels van de kwantummechanica, hebben het potentieel om sociale transformaties teweeg te brengen die vergelijkbaar zijn met die van de eerste kwantumrevolutie met de ontwikkeling van transistors en lasers. Luidruchtig Natuur De kwantummechanica blijft een van de meest geteste en tegelijkertijd meest raadselachtige theorieën in de natuurkunde.