Хеисенбергов принцип несигурности један је од темеља квантна физика, али то често нису дубоко схваћени они који га нису пажљиво проучавали. Иако то, као што име сугерира, дефинише одређени ниво несигурности на најосновнијим нивоима сама природа, та несигурност се манифестује на врло ограничен начин, тако да не утиче на нас у нашој свакодневици зивота. Само пажљиво конструисани експерименти могу открити овај принцип на делу.
1927. немачки физичар Вернер Хеисенберг изнео је оно што је постало познато као Хеисенбергов принцип неизвјесности (или само принцип неизвесности или, понекад, Хеисенбергов принцип). Док је покушавао да изгради интуитивни модел квантне физике, Хеисенберг је то открио били су одређени темељни односи који су ограничавали колико добро можемо знати количине. Конкретно, у најнепосреднијој примени принципа:
Што тачније знате положај честице, мање прецизно можете истовремено да знате и замах те исте честице.
Хеисенбергови односи неизвесности
Хеисенбергов принцип несигурности врло је прецизна математичка изјава о природи квантног система. У физичком и математичком погледу то ограничава степен прецизности о којем икада можемо говорити о систему. Следеће две једначине (такође приказане, у лепшем облику, на слици на врху овог чланка), назване Хеисенберговим односима неизвесности, најчешћа су једначења која се односе на неизвесност принцип:
Једнаџба 1: делта- Икс * делта- п пропорционалан је х-бар
Једначина 2: делта- Е * делта- т пропорционалан је х-бар
Симболи у горњим једначинама имају следеће значење:
- х-бар: Назван "смањена Планцкова константа", то има вредност Планцкове константе подељено са 2 * пи.
- делта-Икс: Ово је неизвесност у положају предмета (рецимо за одређену честицу).
- делта-п: Ово је несигурност у моменту објекта.
- делта-Е: Ово је несигурност у енергији објекта.
- делта-т: Ово је неизвесност у мерењу времена објекта.
Из ових једнаџби можемо рећи нека физичка својства мерне несигурности система на основу одговарајућег нивоа прецизности нашег мерења. Ако несигурност у било којем од ових мерења постане врло мала, што одговара екстремно прецизном мерењем, онда нам ти односи говоре да би се одговарајућа неизвесност морала повећати, да би се одржала вредност пропорционалност.
Другим речима, не можемо истовремено да меримо оба својства унутар сваке једначине до неограниченог нивоа прецизности. Што прецизније меримо положај, мање смо прецизно у стању истовремено да меримо замах (и обрнуто). Што прецизније меримо време, мање смо прецизно у стању да истовремено меримо енергију (и обрнуто).
Уобичајени пример
Иако се горе наведено може чинити врло чудним, заправо постоји пристојна кореспонденција са начином на који можемо функционирати у стварном (то јест, класичном) свијету. Рецимо да смо гледали тркачки аутомобил на стази и требало је да снимимо када је прешао циља. Ми би требало да измеримо не само време преласка циља, већ и тачну брзину којом то ради. Брзину меримо притиском на дугме на штоперици у тренутку кад видимо да пређе циљну линију и меримо брзину према гледајући дигитално очитавање (које није у складу с гледањем аутомобила, тако да морате окренути главу након што пређе циљ линија). У овом класичном случају очигледно постоји одређени степен несигурности у вези с тим, јер ове акције трају неко физичко време. Видећемо аутомобил како додирује линију циља, притиснемо дугме штоперице и погледамо дигитални екран. Физичка природа система намеће одређено ограничење колико то све може бити прецизно. Ако се фокусирате на покушај посматрања брзине, можда ћете бити мало одмакли када мерите тачно време преко циља, и обрнуто.
Као и код већине покушаја употребе класичних примера за демонстрирање квантног физичког понашања, постоји недостаје са овом аналогијом, али донекле је повезано са физичком стварношћу која ради у кванту царство Односи несигурности произлазе из таласног понашања објеката на квантној скали и чињеница да је врло тешко прецизно измерити физички положај таласа, чак и у класичном случајева.
Конфузија око принципа несигурности
Врло је уобичајено да се принцип несигурности помеша са феноменом ефекат посматрача у квантној физици, као што је она која се манифестује током Сцхроедингерова мачка мисаони експеримент. То су заправо два потпуно различита питања унутар квантне физике, мада оба опорезују наше класично мишљење. Принцип несигурности је заправо основно ограничење способности давања прецизних изјава о понашању квантног система, без обзира на то да ли смо стварно посматрали или не. Ефекат посматрача, с друге стране, подразумева да ако извршимо одређену врсту посматрања, сам систем ће се понашати другачије него што би то било без опажања на месту.
Књиге о квантној физици и принципу несигурности:
Због своје централне улоге у основама квантне физике, већина књига које истражују квантну област пружит ће објашњење принципа неизвесности, са различитим нивоима успеха. Ево неких књига које ми најбоље раде, по овом скромном ауторовом мишљењу. Две су опште књиге о квантној физици у целини, док су друге две биографске колико и научне, дају стварне увиде о животу и раду Вернера Хеисенберга:
- Невероватна прича квантне механике Аутор: Јамес Какалиос
- Квантни универзум Бриан Цок и Јефф Форсхав
- Иза неизвесности: Хеисенберг, квантна физика и бомба Давида Ц. Цассиди
- Неизвесност: Ајнштајн, Хеисенберг, Бохр и Борба за душу науке Давид Линдлеи