Kvantefysikk vs klassisk fysikk — hvem vinner?

Klassisk fysikk — verden vi kan se

Klassisk fysikk er fysikken av store ting — biler, planeter, mennesker. Det er den fysikken Isaac Newton beskrev for flere hundre år siden. Når du kaster en ball, predikerer klassisk fysikk nøyaktig hvor ballen vil lande. Når du kjører bil, følger bilen klassiske fysikks lover. Klassisk fysikk er logisk, deterministisk, og intuitivt.

Den klassiske verden er en verden av solide objekter med bestemte posisjoner og hastigheter. Hvis du vet hastigheten og posisjonen til en gjenstand nå, kan du beregne hvor den vil være i framtiden. Det er enkelt, forutsigbart, og det fungerer herrlig godt for alt fra biologi til arkitektur.

Men så kom fysikerne i det tidlige 1900-tallet og oppdaget noe merkelig. Når de så på veldig små ting — atomer og partikler — så de ikke den samme oppførselen. Elektronene omkring atomkjerner oppførte seg på merkelige måter som klassisk fysikk ikke kunne forklare.

Kvantefysikk — verden av merkelige regler

Kvantefysikk er fysikken av det ufattelig små — elektroner, fotoner, kvarker. I kvantefysikkens verden gjelder helt andre regler. For det første: du kan ikke samtidig vite både posisjonen og hastigheten til en partikkel. Jo mer presist du vet hvor den er, jo mindre vet du om hvor fort den beveger seg. Det kalles usikkerhetsprinsippet.

For det andre: i kvantefysikken er ting ikke bestemte før du måler dem. En elektron kan være flere steder samtidig inntil du observerer den. Så snart du ser på den, velger den en sted å være. Det høres vanvittig ut, men det er bevist gang på gang.

For det tredje: partikler kan påvirke hverandre øyeblikkelig over store avstander. Einstein kalte dette «spøkelset i handlinga», fordi det virker til å bryte hans egen teori. Men det er det som skjer i kvanteverden.

Tall og trender

Kvantefysikk har revolusjonert teknologien vår. Jo mindre komponenter blir, jo mer domineres de av kvanteeffekter. Her er tallene som viser hvor viktig kvantefysikk er blitt.

Sammenligning — klassisk vs kvante

I en makroskopisk verden fungerer klassisk fysikk perfekt. Du kan forutsi hvor en baseballball vil lande. Men når du vil bygge en laserstråle eller transistor, må du forstå kvantemekikk. Klassisk fysikk er det grensetilfelle av kvantefysikk når ting blir veldig store.

"Klassisk fysikk og kvantefysikk er ikke motstridende — de er to aspekter av samme virkelighet. Klassisk fysikk er det grensetilfelle av kvantefysikk når ting blir veldig store."

Kvantefysikk i ditt hjem

Du bruker kvantefysikk hver dag uten å tenke på det. Batteriet ditt fungerer fordi elektroner kan hoppa mellom energinivåer. LED-lyset ditt fungerer fordi fotoner sendes ut når elektroner faller ned til lavere energinivåer. Datamaskinen din fungerer fordi transistorer er små nok til at kvanteeffekter dominerer.

Hvis du bruker trådløs tilkobling eller mobil, bruker du elektromagnetisk stråling som bare kan forstås fullt ut med kvantemekikk. Solceller bruker fotoelektrisk effekt — en ren kvantefenomen.

I framtiden, når klassiske datamaskiner når sine fysiske grenser rundt 2030–2035, vil kvantumdatamaskiner bli viktige. Disse maskinene bruker kvante-bits som kan være 0, 1 eller begge samtidig, noe som gjør at de løser visse problemer eksponentielt raskere.

Hvem vinner — klassisk eller kvante?

Svaret er: både og. Klassisk fysikk dominerer fortsatt for ting i menneskets skala. Du trenger ikke kvantefysikk for å forstå bilkjøring eller bygghus. Men når du går ned i atomi-skalaen, er klassisk fysikk utilstrekkelig.

I fremtiden vil vi bruke begge. Klassisk fysikk for design av store systemer, kvantemekikk for design av små komponenter. Det er ikke om det ene eller det andre — det er om å forstå når du skal bruke hvilken teori.

For en menneke som er nysgjerrig på fysikk er budskapet enkelt: klassisk fysikk forklarer 99% av det du ser omkring deg. Men den 1% som det ikke forklarer — det er ofte det mest interessante, hvor vitenskapsfronten ligger, og hvor teknologien morgen vil bli født.