Maandag 21/10/2019

Wetenschap

Kwantumfysica is kinderspel

Scholieren zetten hun eerste stappen in de kwantumfysica via QCraft. “Dit is een wat contra-intuïtieve wereld.” Beeld Tim Coppens

Je eerste stappen in het complexe universum van de kwantumfysica? Waarom niet via een populair computerspel? De Universiteit Antwerpen maakt scholieren warm voor STEM-opleidingen met een eigen versie van MineCraft. “Die steen bestaat maar zolang je ernaar kijkt.”

Kwantumfysica bestudeert de wereld op het allerkleinste niveau: atomen en elektronen. Die wereld functioneert fundamenteel anders dan hoe wij de wereld kennen. Ze draait volgens haar eigen wetten en principes, die vaak haaks staan op wat onze menselijke intuïtie voor mogelijk houdt. 

Het populaire computerspel MineCraft bestudeert evenzeer een wereld, zij het een stuk minder wetenschappelijk. De bedoeling is om een totaal eigen universum uit te tekenen uit allerhande soorten virtuele blokken. Vergelijk het met een virtuele Lego 2.0-versie, maar dan met onbeperkte mogelijkheden. Er staat geen maat op hoe klein, groot, bijzonder of doorsnee je die wereld maakt.

Beeld Tim Coppens

Beide elementen lijken mijlenver van elkaar te liggen, al husselt de Universiteit Antwerpen die nu toch vrolijk door elkaar. De UAntwerpen gebruikt nu een eigen variant van MineCraft om scholieren enkele basisprincipes van de kwantumfysica bij te brengen. Met die kwantumachtige realiteit, genaamd QCraft, wil het die jongeren spelenderwijs warm maken voor een STEM-opleiding: Science, Technology, Engineering & Mathematics. 

“We hebben de regels van MineCraft aangepast aan enkele wetten van de kwantumfysica”, vertelt fysicus Ben Van Duppen (UA), verbonden aan dit project. “Zo komen die jongeren terecht in een aangepaste, wat contra-intuïtieve wereld. Ze krijgen puzzels voorgeschoteld die ze enkel kunnen oplossen als ze de kwantumfysische wetten respecteren.”

Dode kat of levende kat?

Een van die principes staat bekend als Schrödingers kat, een gedachte-experiment van de Oostenrijkse natuurkundige en Nobelprijswinnaar Erwin Schrödinger. Hij schetste – bijzonder beknopt samengevat – de situatie van een kat in een afgesloten (en geluidsdichte) doos. In die doos zit ook een instabiel bekertje gif. Als het bekertje omvalt, kan de kat ervan drinken en sterft ze. Als het gifbekertje blijft staan, blijft de kat leven. Zolang de doos gesloten is, weten we dus niet of de kat dood, dan wel levend is. We moeten de doos dus openen om het te weten. Als we ze weer sluiten, keert met het gifbekertje de onzekerheid terug. Dat arme beestje staat hier symbool voor atomen en elektronen in de kwantumfysica. Daarvan geldt namelijk effectief dat we niet weten wat ze precies zijn of doen, tot het moment waarop we ze observeren. Zodra we stoppen met observeren, kunnen ze weer een andere, ons onbekende staat innemen. 

Beeld Tim Coppens

Een ander principe, ook in QCraft geprogrammeerd, stelt dat twee deeltjes verstrengeld kunnen zijn met elkaar, ook al zijn ze duizenden kilometers van elkaar verwijderd. Dat impliceert dat een ingreep op het ene deeltje meteen ook een invloed uitoefent op het tweede. Ook al lijken ze niets met elkaar te maken te hebben.

“Voor een van de puzzels moeten de scholieren een brug bouwen over een rivier van lava", legt Van Duppen uit. “Dan moeten ze weten dat een blok enkel bestaat als je die observeert, dus er moet één iemand naar blijven kijken. Of dat het gebruik van één blok plots invloed kan hebben op een ander.” Dat is dus een van de manieren waarop de Antwerpse universiteit jongeren warm wil maken voor een toekomst in de wetenschappen. Dat alles gebeurt onder de noemer Studio STEM, waar de jongeren ook kennis kunnen maken met andere takken, bijvoorbeeld door een hart te dissecteren of een robot te programmeren.

Een wat andere aanpak, maar is die dan ook succesvol? “Ik zag nog maar een paar tientallen scholieren. Die focusgroep is te klein om als wetenschapper conclusies uit te trekken", glimlacht Van Duppen. “Maar ik merkte toch veel enthousiasme. Fysica heeft al snel de reputatie saai te zijn, en enkel om formules te draaien. Dit bewijst dat het anders in elkaar zit, dat het een denkwereld is waar je kan instappen.”

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met De Morgen?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van De Morgen rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234