Heisenbergov princíp neistoty je jedným zo základných kameňov kvantová fyzika, ale tí, ktorí to pozorne neštudovali, to často nerozumejú. Ako to už názov napovedá, definuje určitú mieru neistoty na najzákladnejších úrovniach príroda samotná, táto neistota sa prejavuje veľmi obmedzeným spôsobom, takže nás to v našom každodennom živote neovplyvňuje životy. Len starostlivo skonštruované experimenty môžu odhaliť tento princíp v práci.
V roku 1927 predstavil nemecký fyzik Werner Heisenberg tzv Heisenbergov princíp neurčitosti (alebo len zásada neistoty alebo niekedy Heisenbergov princíp). Pri pokuse vybudovať intuitívny model kvantovej fyziky to Heisenberg odhalil boli určité základné vzťahy, ktoré obmedzovali, ako dobre vieme vedieť veličiny. Konkrétne pri najpriamejšom uplatňovaní zásady:
Čím presnejšie poznáte polohu častice, tým menej viete súčasne poznať hybnosť tej istej častice.
Vzťahy s neurčitosťou Heisenberga
Heisenbergov princíp neurčitosti je veľmi presné matematické tvrdenie o povahe kvantového systému. Z fyzického a matematického hľadiska to obmedzuje mieru presnosti, o ktorej môžeme hovoriť o systéme. Nasledujúce dve rovnice (tiež pekne znázornené v grafike v hornej časti tohto článku), nazývané Heisenbergove vzťahy neistoty, sú najbežnejšie rovnice súvisiace s neistotou princíp:
Rovnica 1: delta- X * delta- p je úmerný hod-Bar
Rovnica 2: delta- E * delta- T je úmerný hod-Bar
Symboly vo vyššie uvedených rovniciach majú nasledujúci význam:
- hod-bar: Nazýva sa „znížená Planckova konštanta“, hodnota tejto konštanty sa rozdelí 2 * pi.
- deltaX: Toto je neistota v polohe objektu (povedzme o danej častici).
- deltap: Toto je neistota v hybnosti objektu.
- deltaE: Toto je neistota v energii objektu.
- deltaT: Toto je neistota pri meraní času objektu.
Z týchto rovníc môžeme povedať niektoré fyzikálne vlastnosti neistoty merania systému na základe našej zodpovedajúcej úrovne presnosti s naším meraním. Ak je neistota pri ktoromkoľvek z týchto meraní veľmi nízka, to zodpovedá extrémne presnej merania, potom tieto vzťahy hovoria, že zodpovedajúca neistota by sa musela zvýšiť, aby sa udržala proporcionalita.
Inými slovami, nemôžeme súčasne zmerať obidve vlastnosti v rámci každej rovnice na neobmedzenú úroveň presnosti. Čím presnejšie zmeráme polohu, tým menej dokážeme súčasne zmerať hybnosť (a naopak). Čím presnejšie merame čas, tým menej sme schopní súčasne merať energiu (a naopak).
Príklad zdravého rozumu
Aj keď sa vyššie uvedené môže zdať veľmi zvláštne, v skutočnosti existuje slušná korešpondencia so spôsobom, akým môžeme fungovať v skutočnom (tj klasickom) svete. Povedzme, že sme sledovali pretekárske auto na trati a mali sme zaznamenať, keď prekročilo cieľovú čiaru. Mali by sme zmerať nielen čas, ktorý prekročí cieľovú čiaru, ale aj presnú rýchlosť, akou to robí. Rýchlosť zmeráme stlačením tlačidla na stopkách v okamihu, keď vidíme, že prekročila cieľovú čiaru, a zmeriame rýchlosť pomocou pri pohľade na digitálny údaj (ktorý nie je v súlade s pozeraním na auto, takže akonáhle prekročí cieľ, musíte otočiť hlavu) line). V tomto klasickom prípade je zrejmé, že existuje určitá miera neistoty, pretože tieto činnosti trvajú určitý čas. Uvidíme, ako sa auto dotkne cieľovej čiary, stlačte tlačidlo stopiek a pozrieme sa na digitálny displej. Fyzická povaha systému ukladá určitý limit toho, ako presne to všetko môže byť. Ak sa zameriavate na sledovanie rýchlosti, môžete byť trochu mimo, keď meráte presný čas cez cieľovú čiaru a naopak.
Podobne ako pri väčšine pokusov použiť klasické príklady na preukázanie kvantového fyzického správania, existuje nedostatky s touto analógiou, ale trochu to súvisí s fyzickou realitou pri práci v kvantovom meradle ríša. Vzťahy neistoty vychádzajú z vlnového správania sa objektov v kvantovej stupnici a skutočnosť, že je veľmi ťažké presne zmerať fyzickú polohu vlny, a to aj klasicky prípady.
Zmätok v súvislosti so zásadou neistoty
Je veľmi bežné, že sa princíp neistoty zamieňa s fenoménom internetu pozorovateľský efekt v kvantovej fyzike, napríklad vo fyzike, ktorá sa prejavuje počas Schroedingerova mačka myšlienkový experiment. Toto sú vlastne dva úplne odlišné problémy v kvantovej fyzike, hoci obe zdaňujú naše klasické myslenie. Zásada neistoty je v skutočnosti základným obmedzením schopnosti robiť presné vyhlásenia o správaní kvantového systému, bez ohľadu na náš skutočný skutok, ktorý urobil pozorovanie alebo nie. Pozorovateľský efekt na druhej strane naznačuje, že ak urobíme určitý druh pozorovania, samotný systém sa bude správať inak ako bez tohto pozorovania.
Knihy o kvantovej fyzike a princípe neistoty:
Vzhľadom na svoju ústrednú úlohu v základoch kvantovej fyziky poskytne väčšina kníh, ktoré skúmajú kvantovú oblasť, vysvetlenie princípu neurčitosti s rôznymi úrovňami úspechu. Tu sú niektoré z kníh, ktoré to robia najlepšie, podľa názoru tohto skromného autora. Dve knihy sú všeobecné knihy o kvantovej fyzike ako celku, zatiaľ čo ďalšie dve knihy sú také biografické ako vedecké, ktoré poskytujú skutočný pohľad na život a dielo Wernera Heisenberga:
- Úžasný príbeh kvantovej mechaniky James Kakalios
- Kvantový vesmír autori: Brian Cox a Jeff Forshaw
- Beyond Neistota: Heisenberg, Quantum Physics a Bomb od Davida C. Cassidy
- Neistota: Einstein, Heisenberg, Boh a Boj za dušu vedy David Lindley