- Kvantefysikken brukes i dag i både vitenskap og industri. Skal vi for eksempel utvikle nanoteknologi basert på spesialdesignede molekyler, er kvantemodellering det første vi må begynne med. (Bilde: Colourbox)

KVANTEFYSIKK

Kvantefysikk for dummies

- Hva er kvantefysikk?

- Kvantefysikk er naturlovene som styrer de minste bitene i naturen. Hvis vi vil regne ut bremselengden til en bil, bruker vi Newtons lover for mekanikk og gravitasjon, og friksjon. Vil vi regne ut hvordan elementærpartikler og atomer virker, trenger vi kvantefysikken.

- Den kan virke overraskende, fordi vi ikke har så mye erfaring med den. En kvantepartikkel kan for eksempel finne på å hoppe rett gjennom en solid vegg. Mer nøyaktig er kvantefysikk den matematiske beskrivelsen av oppførselen vi har målt at elementærpartiklene har.

Les også: Prøver å forstå styrken til aluminium

- Hvorfor er det viktig å forstå kvantefysikk?

- Skal vi bygge et hus, må vi forstå materialene. En pc krever halvledere og prosessorteknologi. Skal vi bygge enda mindre ting, må vi forstå kvantefysikken. Partiklene er det vi og alt rundt oss er satt sammen av. Uten kvantefysikkens matematikk og beskrivelse av partiklene vil vi verken kunne utvikle eller bruke moderne teknologi.

- Selv halvledere trenger vi kvantefysikk for å forstå. Nanoteknologi, moderne medisin, trådløs kommunikasjon, hydrogen som energibærer og solceller – alle disse har større eller mindre innslag av kvantefysikk. Kvantefysikken er reglene som moderne teknologi må følge. Dessuten er vi nysgjerrige av natur. Vi ønsker å forstå hvordan verden er skrudd sammen. Da er kvantene og deres oppførsel noe vi er nødt til å forholde oss til.

Les også: Leder strøm på utsiden, men har et isolerende indre

- Hvordan bruker man denne vitenskapen i praksis?

- Kvantefysikken brukes i dag i både vitenskap og industri. Skal vi for eksempel utvikle nanoteknologi basert på spesialdesignede molekyler, er kvantemodellering det første vi må begynne med. Kunnskapen vokser stadig, men grunnprinsippene har vært kjent i mange tiår. Samtidig har kvantefysikken avslørt nye fenomener vi kan utnytte. At partikler kan hoppe gjennom en vegg, kan vi bruke til å lage ultranøyaktige mikroskop. At det finnes antimaterie, og at materie og antimaterie utsletter hverandre, kan vi bruke til å ta bilder av kreftsvulster. At to partikler kan sammenfiltres, som betyr at de kan påvirke hverandre over store avstander, kan vi benytte til 100 % sikker kommunikasjon.

- Kvantefysikken brukes i dag i både vitenskap og industri. Skal vi for eksempel utvikle nanoteknologi basert på spesialdesignede molekyler, er kvantemodellering det første vi må begynne med. Kunnskapen vokser stadig, men grunnprinsippene har vært kjent i mange tiår. Samtidig har kvantefysikken avslørt nye fenomener vi kan utnytte. At partikler kan hoppe gjennom en vegg, kan vi bruke til å lage ultranøyaktige mikroskop. At det finnes antimaterie, og at materie og antimaterie utsletter hverandre, kan vi bruke til å ta bilder av kreftsvulster. At to partikler kan sammenfiltres, som betyr at de kan påvirke hverandre over store avstander, kan vi benytte til 100 % sikker kommunikasjon.Fysiker Bjørn Samset ved Cicero. Foto: Cicero

Les også: Her finner de råstoffet til fremtidens supermateriale

- Hva er kvantefysikkens  prinsipper?

- Det viktigste begrepet innen kvante­fysikk er sannsynlighet. Hvis en kule ligger på et bord, så ligger den i ro der helt til noen dytter på den. For en kvantepartikkel kan bare si noe om sannsynligheten for at den ligger der.

- I prinsippet kan en bestemt partikkel være hvor som helst i hele universet – helt til vi ser etter. Da velger naturen ett av alle de mulige stedene, ut fra en sannsynlighetsfordeling. Det er disse sannsynlighetsfordelingene kvantefysikk lar oss gjøre beregninger på. Naturen har noen få ting som alltid må være bevart. Energi kan for eksempel aldri bli borte eller dukke opp, bare gå over i andre former. Så lenge disse få bevaringslovene overholdes, kan alt annet skje med visse målbare sannsynligheter – for eksempel at en partikkel plutselig er på motsatt side av en vegg, eller at den forsvinner og blir til to andre partikler.

- Hva kan kvantefysikk bidra med framover?

- Kvantefysikk er et aktivt forskningsfelt i dag. Jo bedre vi forstår den, jo mer kan vi gjøre. På det grunnleggende planet er den nøkkelen til å forstå universet i både liten og stor skala. Mer praktisk kan den være nøkkelen til neste generasjon IT-revolusjon, kvantedatamaskinen. Kvanter har overrasket oss i snart hundre år nå, så hvor den ellers leder teknologien er ikke godt å si. Det er mye igjen å oppdage.

Les også: Slik ser usynlig glass ut