Aarhus Universitets segl

Spørgsmål og svar til foredraget 'Kvantefysikken – atomernes vilde verden'

Tirsdag den 4. oktober 2022 afholdte kvantefysiker Klaus Mølmer foredraget 'kvantefysikken – atomernes vilde verden' som en del af foredragsserien Offentlige foredrag i Naturvidenskab.

Spørgsmålene væltede ind, og der var derfor ikke tid til at besvare dem alle under foredragene. Forelæseren har efterfølgende besvaret spørgsmål skriftligt. Du kan derfor finde svar på udvalgte spørgsmål nedenunder.

1. Hvad er en elektron? KH Viktor Skov

Hej Viktor. En elektron er en meget lille elektrisk ladet partikel. Den radioaktive beta-stråling er i virkeligheden stråler af elektroner. Da man i 1911 også opdagede, at der findes noget tungere positivt ladede partikler, foreslog Niels Bohr, at alle atomer og molekyler består af elektroner i kredsløb om de positive kernepartikler.

2. Har hastigheden af elektronerne betydning for kvantespring mellem banerne og hvis så hvordan tilføres og fjernes energi?

I Bohrs model har elektronen helt bestemte hastigheder i de forskellige baner. Den når omtrent en milliard gange rundt om kernen, før den springer, men der er også en kompleks sammenhæng mellem elektronens hastighed og raten for henfald. Energien omsættes til energi af den udsendte stråling af lys.

3. Helle - Malling; Hvordan forklarede Bohr de 3 farver, som vi så fra Brint forsøget på første slide om Bohr. Hvordan får man elektronen til at springe 3 gange, når man måler på den?

Hej Helle. Godt spørgsmål: farvespektrene er optaget over længere tid med gasser med mange brintatomer, og de forskellige farver skyldes, at forskellige atomer springer mellem banerne. I moderne forsøg med kun et atom eller med hurtig tidsopløsning ser man tydeligt, at frekvenserne kun kan udsendes i den logiske rækkefølge, du foreslår, hvor elektronen springer videre fra en tilstand til den næste.

4. Spørgsmål 1:Hvis elektronerne allerede har fundet en plads, hvordan laver elektroner kvantespring? Spørgsmål 2:Hvis frekvensen/bølgelængden er konstant, ville man så kunne udregne hvor elektronen er efter en vis mængde tid? Fra Stine og Hjalte i Nygadehuset Aabenraa

Hej Stine og Hjalte. 1: Godt spørgsmål! Bohr påpegede selv, at hans teori var et postulat, og at ideen om kvantespringet ikke var ordentligt forklaret. Einstein gav et meget snedigt argument for raten af springene, men en rigtig fysisk teori for atomets henfald kom først omkring 1930, hvor Schrödingerligningen blev udvidet til også at give bølgefunktionen for det udsendte lys, som jo også skal med i teorien. 2: Snedigt spørgsmål: fordi den høje energitilstand har endelig levetid, har lyssignalet ikke en helt præcis frekvens, og der er faktisk en fundamental relation, som relaterer levetiden til frekvensusikkerheden, som derefter smitter af på argumenter om elektronens bevægelse (både i Bohrs banebillede og i den fulde kvantemekanik).

5. Positron møder elektron... Hvorfor udskiller der sig 2 lyskvanter? Ida Poulsen, Nykøbing F

Hej Ida, der udskilles lyskvanter med samme energi som de to partiklers energier. Men i fysikken er der også bevarelse af impuls (bevægelsen fortsætter i samme retning når en billardkugle støder ind i en anden). En enkelt foton vil have en stor impuls, mens to modsatrettede fotoner tilsammen kan have en meget lille impuls, så vi også bevarer den totale impuls i processen.

6. Kan man forestille sig at man kan påvirke sin virkelighed af sine oplevelser ved at fokusere på elektronerne de ønskede steder? Helle Egå Gym

Hej Helle. Niels Bohr ville nok først spørge dig om, hvad du mener med ”din virkelighed”, og så ville han have fortsat med at forklare, at for ham er virkeligheden netop det, han sanser ved sine målinger og observationer. Fokuserer man på elektronen bestemte steder, skaber det jo netop den virkelighed, mens fokus på andre egenskaber vil skabe en anden. Hvis elektronen så er forbundet med andre partikler, vil man konstatere at et senere eller samtidigt fokus på dem vil bekræfte den ”valgte” virkelighed.

7. Hvad kunne Schrödingers bølgeligning hjælpe med nyere fysik teorier - Adam Steen, Ferritslev.

Hej Adam. Schrödingers ligning er blevet løbende tilpasset til partikler med nye kræfter, mange partikler, meget hurtige partikler, fænomener som allerede er bølger i den klassiske fysik, abstrakte teorier med mange typer af partikler og vekselvirkninger – altid med stor succes. Fordi fysikere er blevet så gode til at løse den med mange tricks og teknikker, ser vi i dag, at problemer helt uden for fysikkens verden med fordel kan oversættes til en analog kvante-problemstilling og løses effektivt med genbrug af fysikernes arbejde.

8. På slide 1926 Schrödingers bølgeligning Skriver du "Viser du løsninger er bølger." Er disse bølger hvordan elektronen i brintatomet opfører sig? Eller er det hvordan de bølger der former sig om atomer generelt ser ud? Venlig hilsen Kristjan fra Espergærde Bibliotek.

Hej Kristjan. Bølgefunktionen, som jeg viser, er tro billeder af løsningen til en matematisk ligning for et rent matematisk objekt. Det lyder abstrakt, men bølgefunktionen repræsenter aspekter af noget fysisk, og især giver dens talværdier umiddelbart en forudsigelse om sandsynligheden for forskellige måleresultater. Det er ikke det samme som at sige, at elektronen ER en bølge, ligesom en mønt ikke ER både plat og krone, selvom den har 50 % chance for begge udfald.

9. Lis, Herlev: Du fortalte under Schrödinger, at hans beregninger viste sammenfald med de faktiske forhold. Men hvordan er de faktiske forhold blevet målt?

Hej Lis. Oprindeligt havde man målt farverne på lys, der fx kom fra brintgassen. Den farve måler man ved at sende lyset ind på et prisme. Helt tilbage til starten af 1800-tallet har man meget præcist kunne måle, hvilke frekvenser lyset har, og kunne skille farverne ad.

Senere hen kan vi også lave andre målinger. Hvis Schrödingers ligning forudser, at der går en elektrisk strøm, så kan vi måle den elektriske strøm. Hvis den forudsiger, at man vil have en kraftig refleksion fra en overflade, så er det det, vi måler. Men de første målinger var altså farven på lys.

10. Hvad er den praktiske anvendelse af Schrödinger ligningerne og Borns forståelse? Mvh Henrik KS, Egå

Hej Henrik. I fysikken ønsker vi tit at sammenligne teori og eksperiment eller at forudsige resultatet af et eksperiment, før vi har udført det – og det kan også være billigere og hurtigere at undersøge mange materialer eller processer teoretisk og finde den bedste, som man derefter anvender i sit eksperiment eller i sin produktion af et kemisk stof. Beregningerne involverer løsning af Schrödingers ligning, og de ønskede egenskaber bestemmes ved Borns regel, som jo netop giver sandsynligheden og dermed fx middelværdien af de forskellige egenskaber.

11. Helle-Malling; når du taler om faste stoffer (i starten af foredragets del 2), inkluderer det også stof der er flydende og i gasform? Du nævnte det i forhold til alle de steder, hvor man løser Schrödingers ligning fra fast stof til kvarker.

Hej Helle. Faste stoffer består af mange partikler, der sidder i et bestemt mønster i forhold til hinanden, mens de samme partikler bevæger sig mere eller mindre rundt mellem hinanden i væsker og gas form. Jeg forsøgte at beskrive, at alle de situationer er eksempler på meget komplekse systemer, fordi bølgefunktionen er en funktion af alle stedkoordinaterne.

12. Hvorfor valgte Schrödinger at bruge tallet (i) i hans bølgeligning siden det tal var et man ikke kunne lide at snakke om? Siden tallet var et man ikke kan forestille sig. Fra Simon, på HTX Hjørring

Hej Simon. Godt spottet! Det imaginære tal i er kvadratroden af -1 og er usædvanligt, og ingen fysiske størrelser har den værdi. Men selv i beskrivelsen af vekselstrøm i elektriske kredsløb og i nogle bevægelsesproblemer har ingeniører brugt det komplekse tal i. Det skyldes, at en smuk cosinusbølge cos(x) kan skrives som en kompleks eksponentialfunktion cos(x) = (exp(ix) + exp(-ix))/2. Brugen af de komplekse tal gør det meget lettere at opskrive og løse ligningen, end hvis den skulle skrives med rent reelle tal.

13. Hvad skete der lige med Schrödingers kat? Dobri - Bier-auditoriet

Hej Dobri. Jeg talte ikke om katten, som Schrödinger fandt på for at udfordre Bohrs ide om, at teorien er en teori om viden, og at målingers effekt ikke er at ændre systemets tilstand men min viden om det. Hvor intelligent skal man være, for at vide at ”overgangen fra det mulige til det virkelige” er sket? Ville en kat, en mus, en orm, en bakterie også kunne foretage en måling, eller ville de være en del af den ubestemte kvanteverden, og måske være både levende og døde, hvis et atoms tilstand kunne udløse en giftampul?

14. Hvor passer Schrödingers kat ind i fortællingen? Er det at sammenligne med dit raflebæger og terningen? Steven, KUBE, Frederiksberg

Hej Steven, Jeg talte ikke om katten, som Schrödinger fandt på for at udfordre Bohrs ide om, at teorien er en teori om viden, og at målingers effekt ikke er at ændre systemets tilstand men min viden om det. Hvor intelligent skal man være for at vide at ”overgangen fra det mulige til det virkelige” sker? Ville en kat, en mus, en orm, en bakterie også kunne foretage en måling, eller ville de være en del af den ubestemte kvanteverden, og måske være både levende og døde, hvis et atoms tilstand kunne udløse en giftampul?

15. Huu, Viborg gymnasium Hvordan løses Schrödingers kat-paradokset?

Hej Huu, Jeg talte ikke om katten, som Schrödinger fandt på for at udfordre Bohrs ide om, at teorien er en teori om viden, og at målingers effekt ikke er at ændre systemets tilstand men min viden om det. Hvor intelligent skal man være for at vide at ”overgangen fra det mulige til det virkelige” er sket? Ville en kat, en mus, en orm, en bakterie også kunne foretage en måling, eller ville de være en del af den ubestemte kvanteverden, og måske være både levende og døde, hvis et atoms tilstand kunne udløse en giftampul? Man diskuterer stadig paradokset og er naturligvis uenige om, hvorvidt det er løst eller ej.

16. Vil Klaus komme ind på Schrödingers kat og Schrödingers killinger og betydningen for kvantecomputere? Solveig Simonsen, Als Hallen.

Hej Solveig. Jeg valgte ikke at tale om katten i foredraget (se svar her på siden på andre spørgsmål om katten). Man kan godt sige, at kvantecomputeren selv er en Schrödinger kat/killing (bare uden kat) på den måde, at rigtigt mange partikler (bits) kan risikere at være i en eller en anden meget forskellige tilstande. Sådanne tilstande findes iflg. teorien, men de er i praksis sværere og sværere at beskytte mod vekselvirkninger med omgivelserne. Det er et af de største problemer for kvantecomputeren.

17. om katte Hvordan var det nu med dén kat? Carsten cinema4, skive

Hej Carsten, Jeg talte ikke om katten, som Schrödinger fandt på for at udfordre Bohrs ide om, at teorien er en teori om viden, og at målingers effekt ikke er at ændre systemets tilstand men min viden om det. Hvor intelligent skal man være for at vide at ”overgangen fra det mulige til det virkelige” er sket? Ville en kat, en mus, en orm, en bakterie også kunne foretage en måling, eller ville de være en del af den ubestemte kvanteverden, og måske være både levende og døde, hvis et atoms tilstand kunne udløse en giftampul? Man diskuterer stadig paradokset og er naturligvis uenige om, hvorvidt det er løst eller ej.

18. Hvordan ved vi at Erwin Schrödinger faktisk havde en kat? Leander - HTX Hjørring, EUC Nord

Hej Leander. Jeg læste engang et interview med Schrödinger om, hvorfor han valgte en kat for sit paradoks, og han svarede, at han hadede katte ;=)

19. Martin Aarhus (ondskabsfuld fysik studerende): mht. Schrödinger's kat, hvis man i stedet for en kat stopper et menneske i kassen, kan mennesket så efterfølgende fortælle om at have været i en superposition?

Hej Martin: Ikke iflg. Bohr: der findes ikke en kvanteverden men kun en klassisk verden og fænomener, som kræver kvanteformalismen (til at forudsige de klassiske måleresultater). Derfor vil et menneske ikke sanse superpositioner på samme måde, som vi i formalismen bruger dem til at beskrive vores viden om små systemer.

20. Mia, Søauditorierne: Hvorfor er der katte på flere af jeres illustrationer?

Hej Mia. Jeg talte ikke om katten, som er et brutalt paradoks opfundet af Schrödinger for at udfordre Bohrs ide om, at teorien er en teori om viden, og at målingers effekt ikke er at ændre systemets tilstand men min viden om det. Hvor intelligent skal man være for at vide at ”overgangen fra det mulige til det virkelige” sker? Ville en kat, en mus, en orm, en bakterie også kunne foretage en måling, eller ville de være en del af den ubestemte kvanteverden, og måske være både levende og døde, hvis et atoms tilstand kunne udløse en giftampul? Man diskuterer stadig paradokset og er naturligvis uenige om, hvorvidt det er løst eller ej.

21. Var det Bohr der opfandt bohremaskinen? Malthe og Mads Hjørring

Hej Mads og Malthe. Det bliver for svært at give et dybdebohrende svar på det spørgsmål ;=)

22. Kjeld, Hald borgerhus 100 år efter Bohr nu, hvad og hvor langt bringer de næste 10-100 år?

Hej Kjeld. Svært at spå om. Men helt sikkert en bedre mikroskopisk forståelse af stoffers og kemiske substansers opførsel og virkning (i både solceller, kemisk industri og i medicin), og måske også store fremskridt i kvantecomputere, som jeg talte om. I grundforskningen er der stadig uudforsket terræn vedrørende komplekse kvantesystemer, partikel fysik, og vi mangler en kvanteteori for tyngdekraften.

23. Kan man med sikkerhed sige at Niels Bohr har ret i hans teori, frem for de andre teoretikere? Signe, 2.x HTX Hjørring

Hej Signe. Nej, det kan man ikke! Man kan synes mere eller mindre om Bohrs fortolkning af kvantemekanikken, men 100 år har vist, at her deler fysikerne sig efter deres forskellige overbevisning. Vi bruger stadig meget tid på at diskutere fortolkningerne, nogle på fuldtid, og andre, som jeg, mere med udgangspunkt i de processer, jeg forudsiger og forklarer i mit ”day job” som ”almindelig fysiker, der prøver at udnytte de særeste kvanteeffekter”.

24. Tror du på samme måde som Einstein, at vi kan komme til at beskrive og forstå alt i verden, men at fysikken bare ikke er udviklet nok til det endnu? Eller mener du som Niels Bohr at vi mennesker slet ikke har mulighed for at udvikle fysikken til det?

Jeg hælder til Bohrs opfattelse af, at teorien er helt tilfredsstillende uden yderligere ”forståelse”, men jeg kan naturligvis ikke udelukke, at der en dag pludseligt kommer en dybere forståelse, der forklarer det hele.

25. Accepterer du partikel bølge dualismen som Bohr eller tror du som Einstein at fysikken bare ikke er udviklet nok til at beskrive det? - Emma, Vesthimmerlands Gymnasium

Jeg er blevet en Bohr fan med tiden, fordi det er rigtigt, at teorien beskriver min viden om et system, og der ligger den her partikel-bølge beskrivelse, som to måder at repræsentere den viden på. Jeg vil ikke udelukke, at vi en dag i fremtiden pludseligt forstår et dybere lag i den teoretiske fysik, som fører til kvantemekanikken, når vi når op til den grænse. Ligesom kvantemekanikken også fører til den klassiske fysik, når jeg kigger på tungere og tungere ting. Men jeg har ikke brug for det – som Bohr også sagde – for jeg kan allerede forstå mine eksperimenter ud fra den viden, jeg har om systemet. Så det er nok for mig.

26. Kent, Søauditoriet: Nåede Einstein og Bohr at erkende, at de ikke nåede i mål med deres teorier?

Hej Kent. Jeg tror, Einstein forblev utilfreds med kvanteteorien, og alle forsøg på at udstyre den med ekstra forklaringer på, hvad der virkeligt sker, fejlede i hans tid. Bohr forblev tilfreds med teorien og mente, at der ikke er behov for at tale om en hypotetisk virkelighed, når vi allerede har en perfekt beskrivelse af den virkelighed, vi faktisk sanser (vores målinger).

27. Hvem var klogest Einstein eller Kepler?

Jeg mener, Einstein var et gigantisk geni, og hans udfordringer af kvantemekanikken er ekstremt godt tænkt - det er jo ham, vi kan takke for de vilde effekter i tankeeksperimenterne, som vi nu forsøger at anvende i praksis. Jeg tror til gengæld, at jeg vil rangere Newton over alle andre fysikere, også over Bohr og Einstein.

28. Vand laver bølger, lyd laver bølger, lys laver bølger...er universet sammensat af få grundlæggende slags bølger som danner masse hvor hyppigheden er størst ...? Ida Poulsen, Nykøbing F

Ja, det kan man på sin vis godt sige. Som fysikere beskriver vi faktisk alle fænomener i dag som bølger eller felter, men det betyder i virkeligheden det samme. Vi har kvantefeltteorien, og det er den, der indeholder alle slags partikelfænomener. Så det hele er blevet en stor bølgeteori med det ekstra lille plus, at det er kvantiseret (der er klumper i suppen).

29. Hvordan kan vi vide, at de lysspektrummer, som vi observerer ude fra rummet, kommer fra bestemte stoffer, snarere end de stoffers antistoffer? Mads, Søauditorierne

Hej Mads. Det kan vi ikke vide. Men andre observationer leder til, at mængden af antistof i universet er ekstremt meget mindre end mængden af stof.

30. Hvordan kan man vide der ikke eksisterer andre grundstoffer på andre stjerner eller i andre solsystemer? Jeg tænker på de lysfarver, der blev omtalt kan vel skyldes andet? Vh Susanne Gudum Livsstilshøjskole

Hej Susanne. Der er et fantastisk sammenfald mellem alle observerede spektrallinjer (frekvenser) i rummet og fra jordiske kilder. Hvor en enkelt frekvens måske kunne have et tilfældigt sammenfald, er det jo sådan, at de kommer i grupper, fordi hvert atom har mange observerbare frekvenser, som alle er til stede, hvis atomet er der.

31. Lys har en kraft, men ikke en masse. Hvorfor kan lys så bremses af eksempelvis en væg? -Signe fra Ferritslev

Det, der sker i væggen, er, at lys er elektriske svingninger, der bevæger sig op og ned, og hvis man møder ladede partikler – elektronerne i atomer – så får man dem til at bevæge sig op og ned. Og det er den bevægelse, man overfører energien til. Så det vil sige, at når atomer absorberer lys, så er det ikke som en bold, der flyver ind, og man har fået en rekyl. Det er faktisk energien i det elektriske felt, som er blevet til en elektrisk svingning inde i atomet, og det dæmper lyset.

32. Er det ikke tankevækkende at det lys eller frekvenser som grundstofferne udsender kan ses af det menneskelige øje? Udsendes der ikke frekvenser der ikke kan ses? Poul auditorium 4

Hej Poul, Jo, det er tankevækkende men måske også naturligt, at evolutionen har udviklet vores synssanser, så de matcher farverne i solens lys. Atomerne har nogle frekvenser indenfor det område men faktisk også mange flere frekvenser udenfor det synlige spektrum, som går helt fra radiobølger til Røntgen. Astronomerne observerer også stjernerne i disse områder.

33. Er lys en partikel eller en bølge? Hemrin-Mulernes legatskole

Lys er både partikler og bølger. Partikelaspektet (Plancks idé om kvanter, der kan tælles) gør, at jeg kan lave forsøg med lys, hvor der kommer præcist en registrering ad gangen i et videokamera. Det er et partikelfænomen.

34. Amalie Baggi fra HTX i Hjørring. Hvilken farve lyser brint med?

Hej Amalie. Brint lyser med mange forskellige farver afhængigt af hvilke baner, elektronen hopper imellem.

35. Hvilken farver lyser brint med?

Brint lyser med mange forskellige farver afhængigt hvilke baner, elektronen hopper imellem.

36. Er lys pr definition partikler, mens det bevæger sig igennem et vakuum? Hvis ikke, hvordan forklares bølgen så i fravær af et medium at bevæge sig igennem? Niels, Bio Langeland

Hej Niels. Elektromagnetiske bølger som lys og mikrobølger og radiosignaler udbreder sig i vakuum. De er ikke en bølgebevægelse af et medium ligesom luftbølger eller jordskælv, men elektriske og magnetiske felter som opstår skiftevis i det tomme rum på grund af hinanden.

37. Kan man sige at alt hvidt lys består af fotoner? - Mille Munkholm, Vesthimmerlands Gymnasium

Hej Mille. Ja, det kan du godt, og når det opleves som hvidt, er det fordi, der er mange forskellige farver til stede. I gamle dage var hvidt lys fra lamper en kontinuert fordeling af farver, men moderne lavenergipærer snyder øjet og udsender lys med færre farver, som trigger den samme respons i øjets farvereceptorer.

38. Hans Hasle bib Hvis man tager et billede med et digitalkamera, rammer fotonerne så den enkelte pixel med en vis sandsynlighed?

Hej Hans. Ja, det er cirka det, der sker, selvom der sikkert også er en beregningsproces fra de enkelte steder på kameraets sensor og det, vi kalder pixels i det endelige billede.

39. Har aftenens emne forbindelse til superstrenge, og er der teoretisk mulighed for kommunikation hurtigere end lysets hastighed? Lauge søauditoriet.

Hej Lauge. Der er også forbindelser til strengteori igennem partikelfysikken. Vi har ikke kunnet lave protokoller, der kan kommunikere hurtigere end lyset, selvom kvantemekanikken har mange effekter, der sker omgående. De kan bruges til sjove ting men bare ikke til kommunikation.

40. Fra Mads Madsen, Svaneke, Bornholm. - En let "forståelig" forklaring på en Superposition eller superpositioner? På forhånd tak!

To bølger kan mødes på havet, og deres bølgehøjde skal så bare lægges sammen for at give den rigtige bølgebevægelse. Samme princip gælder Schrödingers bølger; summen af to løsninger er også en løsning, og det er det, vi ser i interferensforsøg og bruger i kvantecomputeren.

41. Lene Fredericia. Er vores tanker også bølger?

Hej Lene. Vores tanker er meget komplekse processer i mange neuroner, der er koblet sammen i hjernen. Dynamikken i tankeprocesser kan helt sikkert ses om en kompleks udbredt aktivitet, hvor en bølgebeskrivelse kan være nyttig. Men det er ikke en kvantemekanisk bølge, som den jeg talte om.

42. Kunne det tænkes at de bølger du taler om, har samme tendens som bølgerne i havet, hvor ingen bølge er ens, og alle er påvirket af klima, bevægelser af dyr eller andre fysiske objekter, saltindhold, andet indhold, strømme, bevægende objekter m.m., men stadig har en vis form for fast bane og retning i helhed?

Ja, kvantebølger er også nemme at forstyrre, og selvom vi tilstræber en helt ens opførsel af mange bølger i kvantecomputeren, vil kollisioner med andre partikler, urenheder eller små rystelser i materialerne skabe forskelle og fejl. Det kan man forsøge at begrænse, og nogle bølger vil faktisk også naturligt være mere robuste overfor fejl, end hvis de var partikler.

43. Hvorfor forklarer vi subjektet som enten en bølge eller en partikel? Hvorfor siger man ikke at det er en partikel med erne som bølge? Fra Stine og Hjalte i Nygadehuset Aabenraa

Hej Stine og Hjalte. Subjektet valgte Bohr at antage som klassisk og ikke genstand for kvantemekanikken dualitet mellem partikel og bølge. Andre har forsøgt at antage kvanteegenskaber af alt, fx i mangeverdensfortolkningen, og her er mennesket altså også underlagt både partikel og bølgeegenskaber.

44. Er bølgens frekvens en konstant i hele bølgens levetid? Højden er jo aftagende over tid? Kim Christiansen, Fynslundhallen.

Hej Kim. Når atomets har endelig levetid, får den udsendt en fordeling af frekvenser, der er omvendt proportional med levetiden – det ser vi altid i laboratoriet. Spørger du til frekvensen i et endnu kortere tidsrum undervejs i udsendelsen af lyset, følger der en endnu større usikkerhed med svaret.

45. Laurits, Aarhus Gymnasium C: Under din snak om bølgefunktionen, hvorfor har du så taget værdien af funktionen i anden, modsat blot at tage den absolutte værdi af tallet, hvad er grunden til dette?

Hej Lauritz. Det er fordi, det er det, der viste sig at være det rigtige at gøre for at beskrive eksperimenterne. Vi kan give matematiske argumenter for, at det skal være sådan: Løsninger til Schrödingers ligning kan ændre på bølgens form, men da partiklen jo ikke er forsvundet, skal integralet af sandsynligheden over hele rummet jo give værdien 1. Det garanter Schrödingers ligning for integralet af kvadratet af psi, men ikke for absolutværdien.

46. Hvad styrer bølgefunktionens kollaps? Christian, Korsør

Hej Christian. Bohrs svar: det gør det faktum, at vi ved målingen har opnået den viden, som den nye bølgefunktion repræsenterer, og som kan bruges til at forudsige resultatet af den næste måling. I min forskning har jeg modelleret realistiske målinger, hvor man kun gradvist får stumper af information om den målte størrelse. I de processer sker der en sekvens af mikrokollaps, hvor funktionen kun ændrer sig lidt hver gang.

47. Amanda, Birkerød kan du forklare lidt nærmere, hvordan bølgeformlen kan anvendes?

Det er en matematisk ligning, og vi kan løse den på en computer, og nogle gange kan vi også godt løse den i hånden, hvis den er rigtig nem. Når vi har løst den, så kan vi fx bruge den – altså formen af bølgen – til at forudsige, hvor vores partikler er henne. Så går jeg ned til min kollega, som faktisk laver forsøg med disse partikler, og så kan vi se, om det er rigtigt. Det er altså en matematisk ligning, som måske så lidt skrækkelig ud, men det er altså ikke værre, end at vi kan løse den. Nogle gange præcist og numerisk, og andre gange må vi lige lave lidt tricks, og så får vi cirka løsninger til den. Men det er en grundlæggende ligning, vi kan løse, og det, den udtaler sig om, er fx, hvor partiklerne er henne og især hvilke energier, vi kan måle, når vi fx kigger på lys.

48. Hej Århus universitet Er vil gøre opmærksom på at jeres bølgeformel er forkert? Trekanten skal vende om Svante egå gym

Hej Svante. Tak for dit spørgsmål. Der er to trekanter, der undertiden optræder i bølgeligninger. Den på spidsen (kaldes nabla) betyder, at man differentierer en gang med hensyn til stedkoordinaterne. Den på fladen (et græsk Delta) hedder Laplace operatoren og betyder, at man differentierer to gange. Det er den sidste, der skal benyttes i Schrödinger ligningen, og for at øge forvirringen kan man også skrive den som nabla i anden.

49. Rosmus Djursland kan I måle bølger fra sorte huller?

Ja, og det fik nobelprisen for et par år siden. Man kan måle tyngdebølger fra sorte huller. Når sorte huller kolliderer og kollapser, så forstyrrer det hele rummets struktur. Det er ikke kvantemekanik, men faktisk Einsteins relativitetsteori, og det er helt fantastisk, at man har målt de bølger. Kvantehistorien på det er, at det er så svag en forstyrrelse, at det kun får nogle spejle på 40 kg i vores detektorer til at bevæge sig meget mindre end størrelsen af en enkelt atomkerne. For at kunne måle det præcist så er vi faktisk nede på en målegrænse for bevægelse, som sættes af kvantemekanikken. Så det er kvantemekanikken, der afgør, hvor præcist vi kan måle, og det er nye tricks – også fra kvantecomputere – der gør, at vi kan måle bedre i fremtiden, når vi skal måle på gravitationsbølger, som det hedder.

50. Hvad synes du om teorien om hvide huller, altså det modsatte af sorte huller? - Lopez Viborg Gymnasium

Hej Lopez. Sorte huller har så stærkt et tyngdefelt, at intet, heller ikke lys, kan slippe væk. Hvide huller er små sorte huller, hvor en kvantemekanisk effekt tillader dannelse af partikler og antipartikler uden for det sorte hul. Flyver antipartiklen derefter ind i det sorte hul og forsvinder sammen med en partikel i hullet, mens partiklen udenfor hullet flyver ned til os, har det samme effekt som en fordampning af en sådan partikel, og vi har faktisk set hullet. Hawking havde en betænkning og opstillede et væddemål om graden af orden (entropi) i de processer, men en ekspert i kvantecomputing har givet et svar og vundet væddemålet.

41. Jeg kom til at tænke på Stephen Hawkings teorier som inkluderede sorte huller da de blev nævnt under foredraget. Kan der fortælles noget om det? - Mathias fra Aalborg

Hej Mathias. Sorte huller har så stærkt et tyngdefelt, at intet, heller ikke lys, kan slippe væk. Hvide huller er små sorte huller, hvor en kvantemekanisk effekt tillader dannelse af partikler og antipartikler uden for det sorte hul. Flyver antipartiklen derefter ind i det sorte hul og forsvinder sammen med en partikel i hullet, mens partiklen udenfor hullet flyver ned til os, har det samme effekt som en fordampning af en sådan partikel, og vi har faktisk set hullet. Hawking havde en betænkning og opstillede et væddemål om graden af orden (entropi) i de processer, men en ekspert i kvantecomputing har givet et svar og vundet væddemålet.

52. Hvad er kvantefysik?

Det er ganske få generelle lovmæssigheder og ligninger, som vi kan bruge til at forklare og forudsige alle fænomener i den mikroskopiske verden. ”Alle” skal tages med et gran salt, da vi ikke altid kan løse ligningerne, fordi de er for svære, og vi måske heller ikke altid ved nok om systemets bestanddele til at begynde med. Men med kontrollerede forsøg kan vi altid se en perfekt overensstemmelse mellem vores kvantefysiske beskrivelse og det, der sker i virkeligheden.

53. Niels, Måløv. Hvad er den grundlæggende forskel på kvantemekanik og -fysik?

Der er ingen forskel på kvantemekanik og kvantefysik. I fysikkens verden taler man tit om mekanik, når der er en bevægelse af partikler, mens vi med fysik mere bredt også beskriver lys og lyd mm.

54. Hvordan fik du interesse i kvantefysik?

Jeg vidste meget lidt om det, før jeg fik det første kursus i kvantefysik på universitetets andet studieår. Jeg blev fuldstændigt chokeret og betaget af, at verden virkelig skal beskrives sådan, og jeg er lykkelig over, at de grundlæggende spørgsmål, der betog mig så meget, er vigtige ingredienser i moderne forskning, og at jeg selv har kunnet bidrage til dem.

55. Peter auditorie 1 Forklar sammenhængen mellem standardmodellen og kvantefysikken.

Standardmodellen er en minimal samling af partikler og felter, som man kan bruge til næsten at forklare alle partikler og alle kræfter i partikelfysikken. Kvarker er som legoklodser, der kan lave en proton eller en af de hundredvis af partikler, man ser ved CERN. Et spadestik dybere end da vi beskrev alle atomer og molekyler som sammensat af kun elektroner, protoner og neutroner. I begge tilfælde er det kvantefysik, der beskriver, hvordan legoklodserne holdes sammen og hvilke energier, der kan måles.

56. Kan du nævne nogle praktiske anvendelser på kvantefysik? Mvh Stefan fra Ryomgård Bogcafé

Al højteknologi, som vi omgiver os med, er i virkeligheden kvantefysik, og også ting, der i naturen løser sig selv, er kvantefysik. Men vi har også udviklet raffinerede materialer i vores computerindustri, og vi har lavet raffinerede overfladematerialer i det, der hedder nanoscience, og det er alt sammen kvantemekaniske og kvantefysiske overvejelser, der ligger til grund for det. Så næsten enhver teknologi, vi kan komme i tanke om, har et element af, at en ingeniør, en fysiker eller en kemiker har været inde at tænke med kvantefysikkens værktøjer for at kunne udvikle det produkt.

Det gennemsyrer altså allerede vores samfund i vores computere, smartphones, gps’er, usb-stik osv. Så der er kvantemekanik overalt omkring os.

57. Peter auditorie 1 Forklar hvorledes kvantefysikken kan anvendes i praksis?

Al højteknologi, som vi omgiver os med, er i virkeligheden kvantefysik, og også ting, der i naturen løser sig selv, er kvantefysik. Men vi har også udviklet raffinerede materialer i vores computerindustri, og vi har lavet raffinerede overfladematerialer i det, der hedder nanoscience, og det er alt sammen kvantemekaniske og kvantefysiske overvejelser, der ligger til grund for det. Så næsten enhver teknologi, vi kan komme i tanke om, har et element af, at en ingeniør, en fysiker eller en kemiker har været inde at tænke med kvantefysikkens værktøjer for at kunne udvikle det produkt.

Det gennemsyrer altså allerede vores samfund i vores computere, smartphones, gps’er, usb-stik osv. Så der er kvantemekanik overalt omkring os.

58. Er kvantefysikkens love de samme i hele universet? Bjarne B. Kirkehuset I Thyregod

Hej Bjarne. Det kan vi ikke tage for givet, at de er, men vi kan se, om atomernes lys har de samme frekvenser, og om andre konsekvenser af teorien ser ens ud overalt. Og vi har ikke set afvigelser. Man kan også spørge, om de er de samme over tid, og meget heldigt har lys fra rummet jo været længe undervejs og tyder også på, at atomer så ligesådan ude i fortiden. Man kan også spørge, om naturkonstanterne har ændret sig over tid, og sådanne teorier er faktisk blevet foreslået at gælde i en meget tidlig fase, men før der kom atomer som udsendte lys, så effekten kan derfor måske kun ses mere indirekte i dag.

59. Er kvantefysik værktøjet til at forstå interpersonel nonverbal kommunikation over både korte og lange afstande? Mvh Johnny

Mimik og gestik er jo synlig kommunikation uden ord, som bruger lys, men er meget klassisk. Hvis du tænker på tankeoverførsel (uden snyd) som non-verbal kommunikation, tror jeg ikke, det er tilfældet, men jeg vil ikke affærdige den slags spørgsmål. Kvantefysikken gælder for nogle partikler, vi kender, og de partikler har vi ikke set i spil, ved tankeoverførsel. Men kvantefysikkens mekanismer kan måske give en brugbar analogi. Jeg bruger selv analogier hele tiden, fx når jeg forklarer bølger med musikinstrumenter, selvom jeg taler om nogle helt andre bølger. Så, hvis man synes, at noget af det, som jeg har talt om, er en god måde at tænke på information på, så kan man måske også bruge det til at strukturere sit forhold til information i andre sammenhænge.

60. Siden kvantefysik danner fundament for en stor del af moderne teknologi, inklusiv næsten alt IT-hardware, hvordan skulle vi så kunne klare os i en moderne verden, uden den viden vi har fra kvantefysikken? - Mille Munkholm, Vesthimmerlands Gymnasium

Hej Mille. Det er rigtigt, at kvantefysikken er hele forudsætningen for meget af vores viden. Heldigvis behøver vi jo ikke alle at forstå, hvordan en mobiltelefon, en pakke gær, en rygøvelse, eller en flymotor virker for at bruge dem, og sådan vil det også være med flere og flere kvanteteknologier. Fysikere og ingeniører vil blive ved med at få gode ideer og teknikere til tage sig af det praktiske, så det virker. Der kan være et demokratisk problem og en fremmedgørelse, som kan være farlig, ligesom vi efterhånden bliver mere klar over internettets skyggesider. En ekstra motivation for mig til at holde mine foredrag er faktisk også et lille håb om at give en ærlig beskrivelse af, hvad der foregår, hvem der gør det, og hvad det måske kan bruges til. Vi rådgiver naturligvis også politikere om både farerne og mulighederne for samfundet, så de kan træffe de bedste beslutninger.

61. Mikkel Rehling Taarbæk. Spørgsmål: Er kvantefysik en mulig relevans i forhold til udviklingen af AI (kunstig intelligens)?

Ja, på mange måder. AI er dynamisk – en computer er programmeret til selv at programmere sig selv. Man kunne godt forestille sig, at kvantesystemer kan trænes på samme måde, som man træner de klassiske kunstig intelligens-computere. Så ville vi for alvor ikke vide, hvad der foregik inde i den, men derfor kunne vi godt lære den fx at se forskel på et billede af en hund og en kat.

På et andet niveau er det at nogle af de matematik-ting, som AI betjener sig af – fx inversion af store matricer – det er faktisk noget kvantecomputere kan, så man kan bruge kvante-subrutiner i en klassisk kunstig intelligens-computer.

62. Hurtigt nemt spørgsmål her, hvordan fungerer en kvantecomputer og hvad bruger man dem til? Ida Poulsen, Nykøbing F

Hej Ida. Det er vist ikke et nemt spørgsmål ;=) Den virker ved samtidigt at regne på mange data på samme tid, fordi databits er kvantemekaniske og ikke kun har en eller ene anden værdi. I teorien kan vi løse mange tekniske og dagligdagsproblemer enormt hurtigt med en kvantecomputer. I praksis er de ikke store og præcise nok endnu.

63. Maja Wærens EUC Nord HTX Hjørring Hvad kan man regne på en kvantecomputer i dag?

I teorien kan vi løse mange tekniske og dagligdagsproblemer enormt hurtigt med en kvantecomputer. I praksis er de ikke store og præcise nok endnu. Man har derfor primært demonstreret principperne ved kvantecomputing i modeleksempler med 5-10 og op til næsten 100 databits, og med 5-10 og op til få tusinde regneoperationer.

64. Hvor vil grænsen gå ved kvantecomputere -Casper Hjørring

Hej Casper. Det tror jeg ikke, at nogen kan give et fornuftigt svar på.

65. Kunne man handle på Amazon med en kvantecomputer? Karl HTX Slagelse

Hej Karl. Du kan købe regnetid på en kvantecomputer på Amazon, men jeg tror ikke, at den selv går online hos Amazon og køber en Kindle til dig ;=)

66. Mikkel Rehling Taarbæk. Spørgsmål: Hvordan kan en kvantecomputer med et non-binary system hjælpe lægevidenskaben?

Vi kan starte med, hvordan et binært system kan hjælpe. Binært er der, hvor man har 2 bitværdier, 0 og 1, og det er sådan, vi tit tænker på data. Det er, fordi data let repræsenteres fysisk på den måde. Hvis vi kan lave de udregninger, som skal til for at løse atom- og molekylærprocesserne, der skal til, når vi laver medicin, så er det jo måske at hjælpe medicinalindustrien med den mest effektive måde at lave medicinen på. Og om vi så vælger en computer, der regner med det binære talsystem, eller om det regner med et andet talsystem; det er mere et algoritmespørgsmål. Jeg er jo fysiker, og mine atomer har faktisk ikke kun to tilstande – de har 3 eller 10 eller 100 – og jeg synes, ar det er rigtig sjovt at bruge dem alle sammen, og så er vi ude over det digitale. Så det er ikke væsentligt forskelligt, om vi bruger totalssystemet, eller om vi bruger et titalssystemet, når vi regner.

67. Marcel Jørgensen, tilstede i Aarhus. Hvordan manipulerer vi de eksisterende kvantebits. Tænker at den omlægge struktur også er en begrænsende faktor i udviklingen af en velfungerende kvantecomputer

Hej Marcel. Det er helt rigtigt, og det er den store udfordring i alle kvantecomputere. Svarene er forskellige. I kvantecomputere, hvor data er enkelte atomer, bruge man tit en laserstråle til at ramme det enkelte atom og have den helt rigtige frekvens til at få elektronen til at udføre kvantespringet mellem tilstandene, der svarer til de to bitværdier.

68. Hvad ville du bruge sådan en ekstrem hurtig computer til? Gry, Århus universitetspark

Jeg er ikke selv ekspert i numerisk krævende fysik og kemi, men jeg håber, mine ekspertkolleger vil blive de første til at bruge den til at udvikle mange af de materialer, medicin, energisparende processer osv., som samfundet har brug for.

69. Hvor sker skiftet fra kvante til Newtonfysik størrelsesmæssigt? Henrik, Thisted

Hej Henrik. Super spørgsmål: I teorien er der ingen grænse, og kvantefysik burde kunne ses på alle skalaer. Men svaret var i praksis, at alle partikler over atomar og molekylær størrelse opførte sig klassisk. Med stor omhu kan man nu få meget tungere og større objekter til at udvise kvantedynamik, og det ser ud til at være primært et spørgsmål om at isolere dem fra forstyrrelser.

70. Kan man være sikker på at et kvantesystem ikke ændre sig fordi man måler på det og dermed får en afvigelse fra "virkeligheden". Det er jo lidt småt sådan et atom. Hilsen Rasmus, Biohuset i Galten

Hej Rasmus, Vi er ret sikre på, at vi både på en meget praktisk og fysisk måde og også ved vores nye erkendelse om atomet, ændrer på det, når vi måler på det. Den nye tilstand er forskellig fra starttilstanden. Det behøver ikke at være et problem, og kan tværtimod tit være netop den effekt, vi ønsker at undersøge, eller også er vi måske kun interesseret i resultatet af målingen og skal slet ikke bruge atomet mere.

71. Mikkel Rehling fra Taarbæk. Spørgsmål: Hvad er fremtiden for teknologisk udvikling og udnyttelse af kvante-filtning (quantum entanglement) i forhold til ata overførelse mm

Hej Mikkel. Entanglement er en af de mest lovende måder til at overføre kvantedata, og vi ser det allerede i mange praktiske forslag til kvantekommunikation og computing.

72. Hvad er forskellen på kvanter og fotoner? Astrid, Fotorama i Hammel

Fotoner er kvanter af lys, men ordet foton kom først i 1920’erne, altså først 20 år efter Plancks kvanteteori. Der findes også kvanter af lyd (fononer) og en række andre ..oner.

73. Universet er uendelig i udstrækning, hvordan forholder det sig "kvanteverdenen" - er kvarker og gluoner de absolut mindste "partikler" Mvh Torben Hørgården Og tak for et levende foredrag

Hej Torben. Kvarker og gluoner er de grundlæggende byggesten for nogle af de tunge elementarpartikler (protoner og neutroner). Elektroner og neutrinoer er ikke sammensat af andre partikler, og de er også med i listen som de mindste af de elementære byggesten.

74. Leif, Hillerød bibliotek: Hvordan kan man påvise om kvarker er de mindste partikler eller om de også består af mindre partikler?

Hej Leif. Ligesom kvarkstrukturen blev foreslået til effektivt at beskrive den myriade af partikeldata, man fik fra acceleratorforsøg ved høje energier, vil man være nødt til at bygge endnu større acceleratorer for at se, om der er struktur inde i kvarkerne. Alternativt kunne man lede efter små korrektioner ved fysik ved lave energier, som kan forklares ved strukturer inde i kvarker, men det kræver, at vores teorier er eksakte nok.

75. Peter auditorie 1 Kan du sige noget om eksperimenterne i CERN og specifikt om kvarkerne?

Hej Peter. Ligesom kvarkstrukturen blev foreslået til effektivt at beskrive den myriade af partikeldata, man fik fra acceleratorforsøg ved høje energier, vil man være nødt til at bygge endnu større acceleratorer for at se, om der er struktur inde i kvarkerne. Alternativt kunne man lede efter små korrektioner ved fysik ved lave energier, som kan forklares ved strukturer inde i kvarker, men det kræver, at vores teorier er eksakte nok.

76. Hvordan skal man forstå bevidsthedens rolle i måling af bølge/ partikler? Er der vores opmærksomhed der skaber resultatet? Laura / Frederiksberg

Hej Laura. Det er vores bevidsthed, der registrerer resultatet, og for kvantemekanikken giver det ikke mening, heller ikke hypotetisk, at tale om resultatet, uden at en måling faktisk er sket. Men det betyder ikke, at vi har en styrende rolle over resultatet, kun om vi vil have det eller ej.

77. Er det fordi at vi ikke forholde os til alle påvirkninger af partiklen at vi ikke kan forudsige den præcis, men kun statistisk? Morten Gershøj, Hvalsø Bio

Hej Morten. Det håbede Einstein, men vi ved nu, at der ikke engang hypotetisk kan eksistere en viden, som vil gøre os i stand til at forudsige måleresultater.

78. Vil det sige, at for partiklers indbyrdes påvirkning, at sådan er det, fordi man kan vise det eksperitelt og via teoretiske formler, men at man stadig ikke ved hvorfor de påvirker hinanden. Germund, Esbjerg Bibliotek

Hej Germund. Vi kender godt kræfterne mellem partikler, eller vi kan bestemme dem ved målinger, og vi har teorier der delvis kan forklare, hvorfor de ser ud, som de gør, men som en anden Spørge-Jørgen kan man jo altid blive ved med at spørge ”hvorfor”, og man vil hurtigt nå dertil, hvor videnskaben ikke har svaret. Den handler trods alt kun om det, vi faktisk kan sanse og registrere, og hvordan vi kan organisere den viden.

79. Hej. Hvordan kan man prøve at forstå flg.: Hvis man måler på den ene "entangled" partikel, så fratages man muligheden for at måle på den anden Mvh, Bjarne, Måløv Kulturhus.

Du må gerne måle på begge. Og Einsteins trick var at foreslå at måle den enes sted og dens andens hastighed, fordi så ville man kende de rigtige uforstyrrede værdier af sted og hastighed for dem begge. Bohr mente (og Aspects forsøg viste), at de målte værdier ikke fandtes før, men opstod i selve målingen.

80. mente Kennet Silkeborg Bibliotek. Hvordan ved vi at der ikke tilføres eller fjernes energi ved at måle eller betragte en partikel?

Hej Kennet. Det gør der faktisk tit. Vi skal så bare sikre os at den værdi, vi måler, ikke er påvirket af det, men det kun påvirker systemets efterfølgende tilstand.

81. En gang troede vi det periodiske system var de grundlæggende byggesten, nu ved vi noget om partiklers indhold; finder vi en dag ud af om universet består af én bestemt ting eller to, tre, fire ting? Har du nogle tanker/teorier om dette

Ligesom kvarkstrukturen blev foreslået til effektivt at beskrive den myriade af partikeldata, man fik fra acceleratorforsøg ved høje energier, vil man være nødt til at bygge endnu større acceleratorer for at se, om der er struktur inde i kvarkerne. Alternativt kunne man lede efter små korrektioner ved fysik ved lave energier, som kan forklares ved strukturer inde i kvarker, men det kræver, at vores teorier er eksakte nok. Jeg tør ikke gætte på, om vi har ”nået bunden”, men jeg tror, der er meget langt til den næste bund, hvis der er en.

82. Er det periodiske system fuldendt, eller vil der over tid kunne bygges mere på? Kim Christiansen, Fynslundhallen

Hej Kim. Man laver faktisk kunstige grundstoffer, der bygger videre på det periodiske system, og som er meget ustabile overfor kernehenfald (Oganesson, nummer 118 blev opdaget efter år 2000). Man har også fundet mere stabile øer med meget større samlinger af neutroner og protoner, og neutronstjerner er faktisk også sådan en slags kæmpeatomer, hvor tyngdekraften også hjælper med at holde dem sammen.

83. Sci Fi-film anfører til tider, at rumvæseners våben etc. er gjort af elementer, der ikke er i "vores" periodiske system. Kan det være elementer, der er tungere end dem, som vi kender... Brøgger 4800 biblioteket

Hej Brøgger. Man laver faktisk kunstige grundstoffer, der bygger videre på det periodiske system, og som er meget ustabile overfor kernehenfald. Oganesson, nummer 118 blev opdaget efter år 2000, men man har vist kun set i alt tre atomer af den slags, så særligt gode våben er de nok ikke.

84. Hvordan forstår man "en måling", hvis den betyder at resultatet fastlægges? Claus, Tranbjerg

Hej Claus, Et super svært begreb at definere. Men vi kan blive nogenlunde enige om, at et (klassisk) apparat har en egenskab, der kan observeres, og når vi gør det, har vi målt noget. Sammenhængen til en fysisk egenskab ved et kvantesystem kan være mere eller mindre direkte, og derfor bruger vi ret speciel matematik til at beskrive den sammenhæng, som både kan indeholde tilfældige elementer og kun give meget begrænset viden om den målte størrelse

.

85. Linus, Gundsølille Hvorfor har hver atom deres egne farver forskellige farver?

Hej Linus. Det har de, fordi deres atomkerner har forskellig ladning og derfor trækker i elektronerne med forskellig styrke. Bohrs baner får højere hastigheder, og dermed bliver frekvenserne af lyset i kvantespringene større. Der bliver også flere elektroner, og de påvirker også hinanden.

86. Hvordan reagerer antiatomer forskellige fra normale atomer? hilsen Victor fra Hanstholm bibliotek

Hej Victor. For alt hvad vi ved, reagerer de ens – undtagen når de møder et rigtig atom.

87. Hvordan observerer man atomers tilstand? Søauditoriet

Det gør man indirekte ved at se på det lys, der udsendes eller absorberes af atomet.

88. Kan man på nogen måde se et atom i et mikroskop? Ellen / Vejle Tekniske Gymnasium

Ja, det kan man sagtens, og jeg har selv gjort det mange gange i laboratorier. Det, man ser, er lys udsendt af et enkelt atom, men ”se” betyder jo netop, at mikroskopet samler, og øjet registrerer lyset fra atomet.

89. Når vi smelter atomer sammen under ekstreme temperaturer, danner vi en ny type atomkerne som frigiver energi. Denne fusion proces er ikke stabil endnu hvad skyldes det Hamza fra Frederikshavn

Hej Hamza. Det skyldes, de kræfter der er på spil mellem kernens partikler, som er protoner og neutroner. Ved korte afstande tiltrækker de hinanden, men protoner er elektrisk ladede og frastøder hinanden ved store afstande. Det betyder, at små kerner bliver stærkere og stærkere bundet af de kortrækkende kræfter og udsender energi, når de vokser ved fusion. Men når de når en vis størrelse, kan alle protonerne ikke længere være tæt på hinanden, og de frastødende kræfter vokser for meget store kerne, som derfor bliver ustabile overfor fission, spaltning af kernen.

90. Kan man forestille sig, at man vil kunne sætte molekyler sammen til brændstof ved anvendelse af mindre energi end man kan få ved den efterfølgende afbrænding? Altså at man vil kunne opnå et energioverskud Mvh Henrik Thorsen

Hej Henrik. Nej, hvis du har de samme molekyler før og efter, er det samme energi, du skal tilføje, som du senere vinder. Den energi, vi udvinder ved afbrænding i dag, er opsparet (ved fx solenergi og fotosyntese) selv ned til mindste detalje i de molekyler, vi forbrænder.

91. Bliver en menneskekrops atomer påvirket af udefrakommende "kunstig" skabt energi (fx elektricitet og trådløs stråling)? Århus Universitetspark

Ja, det gør den bestemt. Vi kan modtage strålebehandling imod kræft, men også beskadiges af stråling. Vi kan scanne legemet med radio- og mikrobølger, som sætter kroppens atomer i bevægelse. Myndigheder i hele verden er meget opmærksomme på stråling og forsøger at vurdere faremomenter for mennesker. Sjovt nok skal man typisk være glad for at være nabo til en mobilmast, for den kraftigste stråling kommer fra telefonen, som man holder op imod hovedet og hjernen, og telefonen skruer ned for den stråling, hvis man er tæt på en mast.

92. Hvad er den grå zone mellem solid og flydende?

For en teoretiker kan det være svært at regne ud, hvornår et stof faktisk er fast eller flydende. Hvor mange atomer skal der til, og hvordan skal de bevæge sig, for at vi kan kalde dem et fast eller flydende materiale, er så svært et spørgsmål, at man faktisk ikke rigtig kan svare på det. Men kvantecomputeren kan være den maskine, der kan løse disse problemer, og se, hvornår atomer faktisk begynder at flyde, eller om de bliver til et fast stof.

93. Hvad sker der i den grå zone mellem solid og flydende?

Der sker det, at de kræfter, der holder atomerne sammen, enten udgør et ”jerngreb” med en fast konfiguration eller er lidt svagere, så de kan smyge sig mellem hinanden. Til en rockkoncert kan man midt i publikum tit klemme sig imellem, men nær scenekanten kan det tit være meget sværere, fordi alle holder deres position.

94. Hvorfor er Solens spektrum kontinuert og ikke diskret? Michael, HEG, Aars

Det er, fordi lyset ikke skyldes spring mellem Bohr-baner i atomer, men en generelt høj temperatur, som skyldes opvarmning af solens indre på grund af kernefusion. Fusionsenergien fordeles mellem mange former for bevægelse, og det fører til en statistisk beskrivelse, som har Planck-spektret som sin matematiske løsning.

95. Fandt man andre ukendte grundstoffer på solen (ligesom man fandt helium)? Jeg synes det lød lidt sådan. Peter Frederiksen. Roskilde Katedralskole

Hej Peter. Ja, mange stoffer blev fundet i rummet og tidligt identificeret med stoffer på jorden.

96. mit navn er Oskar Leckband fra Århus Katedralskole. Kan du forklare M-Teori og grunden til at den teori er den bedste forklaring på vores univers.

Hej Oskar. Jeg kan desværre ikke forklare M-teori. Vi er som fysikere specialiserede i mange forskellige emner, og jeg har her på siden svaret som generel fysiker på mange ting uden for min egen ekspertise, men M-teorien er for langt væk til, at jeg tør ;=)

97. Betyder Alain Aspects arbejde at Instantaneous Communication irrespective of distance en dag bliver mulig, som jeg har hørt? David i Ry

Vi tager udgangspunkt i en historie. Det er rigtigt, at når man måler noget et sted, så har det konsekvenser for, hvad man kan måle et andet sted. Man var meget i tvivl om – og Einstein var netop meget bekymret for – at man kunne kommunikere hurtigere end lys. CIA støttede nogle hippier til at studere dette, for hvis det var rigtigt, så var det praktisk, at man kunne træne agenter i det. Vi kan dog bevise, at det ikke kan lade sig gøre. Det er en del af kvantemekanikken, at man ikke kan kommunikere hurtigere end med lys, men man kan dele hemmeligheder, for de opnåede data findes, og man kan i klassisk forstand snakke sammen og fortælle hinanden, hvordan data skal fortolkes. Det er først der, at den rigtige kommunikation finder sted. Så der er stadigvæk behov for at kommunikere på sædvanlig vis.

98. Maja euc nord htx Hjørring, Jeg vil gerne vide hvor meget forskellige gasser udvider sig fra f.eks. atm. tryk, til 500 mbar absolut tryk. Jeg formoder at almindelig atmosfærisk luft, udvider sig til ca. det dobbelte, ved en halvering af tryk, ved samme temperatur. Hvad skal der tages højde for ved udregning af dette Er der forskel mellem hvor meget gasserne udvider sig (f.eks. N2, CO2, O2)

Hej Maja. Der er en lov for idealgasser, som netop er en formel, for at produktet af tryk og volumen er uændret, hvis temperaturen er konstant. Den gælder for alle slags gasser, men den er kun en (typisk ret god) tilnærmelse, så der er korrektioner til den. Du kan for eksempel slå en bedre tilnærmelse (og sværere formel) op med navnet Van der Waals-ligningen. I den formel er der nogle parametre, der afhænger af molekylets størrelse, og der er tabeller med deres værdier for forskellige gasser.

99. Hvad tænker du om paralleluniverstolkningen? Søren, Fredericia Gym.

Hej Søren. Den er supersmart fundet på, og jeg kan ikke afvise, at den er korrekt. Men den giver ikke nye forudsigelser, og den har et lidt ”forpjusket” forhold til de forudsigelser, den faktisk giver, da den jo siger, intet er tilfældigt, fordi alt er kvantefysik, og alle måleapparater og vi selv ser alle resultater på samme tid. Samtidigt anerkender den jo også, at vi i hvert enkelt univers (det hvor du hørte mit foredrag) ser sandsynlighedsfordelinger af måledata – men hvad forklarer deres fordeling, og hvordan kan vi være så heldige at være i et univers, hvor Borns regel bekræftes, når der ikke findes sandsynligheder, fordi alle data jo opstår bare i forskellige universer?

100. Kan du forklare lidt om hvad quantum tunneling er Simon - HTX Hjørring

Hej Simon. Når man ikke løser Newtons love for en partikels sted men Schrödingers ligning for en bølgefunktion, opdager man, at bølgen kan stikke en ”hale” ind i områder, hvor klassisk bevægelse er forbudt (hvor den potentielle energi er højere end den totale energi). Denne hale kan trænge igennem områder og komme ud på den anden side, hvor det igen er klassisk tilladt at være, og det kaldes tunneleffekten. Tunneleffekten er noget, der bare sker, når vi løser ligningen, og den spiller en stor rolle i bevægelsen af elektroner mellem atomer i faste stoffer og i henfald af kerner og opsplitninger af molekyler.

101. Svinger menneskets legeme også i en bestemt frekvens?

Ja, hvis du hænger i en gynge. Og mennesker med lange ben tager længere og langsommere skridt, fordi deres ben svinger naturligt ved en lavere frekvens. Men generelt har vi så mange forskellige bevægelsesmønstre og mulige frekvenser, og vi har muskler, der kan bestemme farten og gå hurtigere eller langsommere, så tit tænker vi ikke så meget på det. Jeg er sikker på at idrætslæger gør og forsøger at optimere det!

102. Hvad er forskellen på en fysisk egenskab og så viden om den? Kasper/Stenløse Kulturhus

Jeg kan jo godt tale om en partikels position som en egenskab, og hvordan jeg vil måle den, uden at kende dens værdi. Og det synes jeg endda også, jeg kan gøre, selvom jeg ved, at den end ikke kan tænkes at have en værdi, før den får en tildelt af målingen.

103. Hvad er forskellen på en fysisk egenskab og så viden om den i EPR eksperimentet? Kasper/Stenløse Kulturhus

Jeg kan jo godt tale om en partikels position som en egenskab, og hvordan jeg vil måle den, uden at kende dens værdi. Og det synes jeg endda også, jeg kan gøre, selvom jeg ved, at den end ikke kan tænkes at have en værdi, før den får en tildelt af målingen.

104. Går Nobelprisen til nogle som har forsket i noget samme år eller kan nobel prisen i 2022 godt gå til nogle som har fundet ud af noget i 2005?

Nobelprisen blev indstiftet for at belønne ny forskning, men den blev hurtigt lidt for uambitiøs og teknisk, da virkeligt vigtige ting jo tager noget tid til at blive bekræftet og til at vise, at det faktisk er vigtigt. Plancks kvanteteori fra 1900 fik prisen i 1919. Dette års vindere lavede deres hovedarbejder for cirka 40 år siden, og de har sikkert været indstillet mange gange og været i konkurrence med andre vigtige opdagelser. Det blev så i år, at Det Svenske Akademi fandt, at deres var ”den vigtigste”.

105. Forsker du selv i noget, som du måske en dag kan vinde nobel prisen for? Lærke 2.x HTX Hjørring

Hej Lærke. Ja, det gør jeg, men chancen er mikroskopisk, og det siger jeg ikke i falsk beskedenhed, men fordi jeg har kendt mange Nobelpristagere, og jeg kan både se værdien af deres opdagelser, deres enorme arbejdsindsats, og at de faktisk er meget dygtigere fysikere end mig.

106. Hvilken forskningen laver du i din dagligdag der relaterer sig til dette?

Jeg arbejder for tiden med en ny komplet teori for overførslen af kvantetilstande mellem atomer og lys, fx til kvantecomputing; med generel teori for målinger på kvantesystemer som en metode til at udlæse kvantecomputeres resultater og til at skabe brugbare tilstande for kvantecomputing; og så har jeg i længere tid arbejdet med metoder, der kan lave præcise og robuste regneoperationer i en kvantecomputer; og med brug af kvantesystemer som meget følsomme og præcise måleapparater fx til brug i medicinsk diagnostik.

107. Hvad er din største bedrift? Karl HTX Slagelse

I fysikken har jeg sammen med to kolleger været med til at udvikle en helt generel, fælles teori for dæmpning og henfald og målinger på kvantesystemer, som i dag er materiale i internationale lærebøger. Jeg har også sammen med en fænomenal studerende (i dag kollega) været med til udviklingen af den til dato mest præcise regneoperation, der kan udføres på en kvantecomputer. Og så er jeg stolt af nogle arbejder, som ikke slog igennem på samme måde, men som, jeg selv syntes, var vigtige, og som jeg selv og en mindre skare lærte meget af.

108. Marie fra 2.x HTX Hjørring Hvad var dit yndling fag i skolen?

Hej Marie Jeg tror, det var dansk eller matematik, hvor jeg syntes, vi havde de bedste lærere.

109. Marie fra 2.x HTX Hjørring Hvor lang tid har du brugt på din uddannelse?

Hej Marie. 3 år i gymnasiet, 6 år på fysik-kandidatuddannelsen (den gang tog man det ikke så nøje, at uddannelsen var normeret til kun 5 år), og 2 ½ år på ph.d.-uddannelsen. I dag er den samlede kandidat- og ph.d.-uddannelse på 8 år ved danske universiteter.

110. Hvor lang tid har du studeret fysik og hvad fik dig til at starte? Hilsen Arthur, 12 år, Møn Bio

Hej Arthur. 3 år i gymnasiet, 6 år på fysik-kandidatuddannelsen (den gang tog man det ikke så nøje, at uddannelsen var normeret til kun 5 år), og 2 ½ år på ph.d.-uddannelsen. I dag er den samlede kandidat- og ph.d.-uddannelse på 8 år ved danske universiteter. Jeg var god til fysik i gymnasiet og havde haft det som en skør ide, siden jeg var 13, som så endte med at blive virkelighed. Jeg satte også kryds ved andre fag som medicin og matematik, men der var fri adgang til fysik, så jeg fik mit første valg.

111. Har du altid vidst at du vil læse fysisk eller er det noget der først kom til dig senere? Lærke 2.x Htx Hjørring

Da jeg var 13 år, spurgte min mormor, hvad jeg skulle være, når jeg blev stor. Der sagde jeg, at jeg skulle være professor i atomfysik. Jeg var egentlig ikke særlig god til fysik, og jeg ved ikke, hvorfor jeg sagde det, men det sad fast. Da jeg kom på universitetet, viste fysik sig faktisk at være rigtig sjovt, og det vidste jeg ikke, at det ville være, men det var det. Og så kunne jeg ikke finde på andet, og det var derfor jeg blev fysiker.

112. Marie fra 2.x HTX Hjørring Hvad er din yndlingsformel indenfor fysik?

Hej Marie. F = m * a er min absolutte yndlingsformel i fysikken.

113. Hej Slasger Christensen på Bjerringbro Gymnasium - Ifølge dig, hvilken fysisk opdagelse har haft mest indflydelse?

Hej. Det har opdagelsen af den klassiske mekanik. Den skyldes naturligvis mange fysikere og astronomer, men den endelige formulering af Isaac Newton er et absolut højdepunkt!

114. Hvilken retning går kvantefysikkens forskning i dag og har du håb på noget bestemt gennembrud? Ida Poulsen, Nykøbing F

Hej Ida. Jeg er meget fascineret af, at vi forsker så intenst i den særeste del af kvantefysikken, og prøver at gøre paradokserne til teknologier. Jeg håber og tror også, at vi allerede nu ser tegn på, at vi får grundlæggende ny forståelse af mange af de moderne arbejder, og at det også vil pege fremad for nye gennembrud i grundforskningen.

115. Er matematik opfundet eller opdaget?

Det spørgsmål, tror jeg, deler matematikere den dag i dag, men mon ikke man kan sige, at nogle konstruktioner er opfundet og har derefter ført til opdagelser.

116. Hvorfor nævnte du ikke nogen kvindelige fysikere? fra Aarhus Universitet

Jeg er af mange grunde ked af, at repræsentationen af kvinder blandt fysikere på landets universiteter er så lav, og jeg beklager, at jeg ikke gjorde mere for at fremhæve, at det går fremad og nævne mine gode kvindelige kolleger, som gør op med det efterslæb. Selvom de naturligvis også ville betakke sig for at blive klemt inde i et bredt foredrag om kvantemekanik på grund af deres køn.

117. Anders Hundested Kino. Er det rigtigt forstået at fysikere faktisk skaber deres/vores egen virkelighed, når ting kun begynder at "eksistere" når fysikeren regner på det?

Det er nok at presse konklusionerne. Verden klarer sig fint uden mig til at beskrive den. Men når vi ønsker at beskrive den, opstår der en sær utilstrækkelighed og mangel på eksistens af vores klassiske begreber, som ikke klart kan adskilles fra vores forsøg på at måle eller karakterisere dem.

118. Hvad er dit daglige arbejde som fysiker - står du og skriver ligninger ved en tavle hele dagen, eller går du rundt i et laboratorium iført kittel?

Jeg er teoretisk fysiker, men jeg går meget rundt i laboratorier og taler med mine eksperimentelle kolleger. Det er nok mit særkende som teoretiker. Jeg elsker laboratoriet, og jeg elsker eksperimentalfysik, og så aflurer jeg, hvad der er svært, fordi så kan jeg gå hjem og prøve at lave en teori, som hjælper lige præcis deres laboratorium.

På mit kontor har jeg en kæmpe kridttavle, og da jeg flyttede ind på mit nye kontor, var der et whiteboard, som jeg hader, fordi jeg bliver gul og blå og rød af at bruge den. Så vil jeg hellere have kridt, der kan børstes af. Så jeg har altså en stor kridttavle, som jeg fylder op to-tre gange hver dag, og jeg tænker bedst med kridt i hånden.

119. Hvem er din yndlingsfysiker? Emil Herningsholm

Hej Emil. Min ”yndlingsfysiker” og personlige rollemodel er en sammensat person af tre franske fysikere: Claude Cohen-Tannoudji, Alain Aspect og Jean Dalibard, som jeg lærte meget af som studerende i Frankrig i 1989. De var (og er) alle tre vanvittigt dygtige fysikere, dybt professionelle og omhyggelige i deres undervisning og omgang med studerende, og så er de også ekstremt ordentlige, venlige og generøse. Det var deres måde at arbejde og være på, der gjorde, at jeg for alvor fik lyst til at være forsker.

120. Hvis du skulle møde en fysiker hvem skulle det så være? Karl HTX Slagelse

Hej Karl. Jeg ville gerne møde Niels Bohr, men jeg ville også utroligt gerne møde Erwin Schrödinger, som skrev om al fysik med en fantastisk fantasi og entusiasme.

121. Hvad er din yndlings dyr og hvorfor? Hilsen Halfdan katedralskolen

Hej Halfdan. Jeg har vist ikke et yndlingsdyr, men jeg kan altid godt lide at se på gorillaer, bjørne og elefanter, og jeg kan tage mig i at sidde og leve mig ind hvordan, jeg tror, de tænker. Så det er nok noget med, at jeg kan spejle mig i deres ansigtsudtryk.

122. Undrede du dig over hvorfor regnbuen havde sine farver, da du gik i folkeskolen? Lærke 2.x HTX Hjørring

Hej Lærke. Jeg var sjovt nok ret uinteresseret i fysik og mekanik i folkeskolen. Jeg har aldrig haft lyst til at skille en ting ad og samle den igen, men jeg elskede at læse bøger, og både mine sprog og naturfagslærere anbefalede den sproglig linje i gymnasiet. Jeg husker dog også, at jeg som 7- årig, indlagt med en knæoperation, drev en sygeplejerske til vanvid ved at bede hende forklare, om universet kunne have en ende. Så min interesse har måske været der, men kun for det meget mærkelige.

123. Marie fra 2.x HTX Hjørring Hvad er din yndling farve fra regnbuen?

Hej Marie. Min yndlingsfarve er rød.