Principiul incertitudinii al lui Heisenberg reprezintă una dintre ideile fizicii cuantice care intră în cultura de masă. Principiul spune că nu putem ști niciodată cu precizie atât poziția, cât și impulsul unui obiect - și servește ca metaforă universală, de la critica literară la comentariile sportive.
Incertitudinea e des explicată ca un rezultat al măsurătorilor, prin măsurarea poziției unui obiect schimbându-i viteza sau viceversa. Cauza reală e însă mult mai profundă și mai uluitoare. Principiul incertitudinii există deoarece totul în univers se comportă simultan atât ca particulă, cât și ca undă. În mecanica cuantică, poziția exactă și impulsul unui obiect - nu au înțeles.
Pentru a înțelege asta, trebuie să ne gândim ce înseamnă a te comporta ca o particulă sau undă.
Particulele, prin definiție, se găsesc într-un singur loc, într-un anumit moment. Putem reprezenta asta printr-un grafic arătând probabilitatea găsirii obiectului într-un loc anume,ce arată ca un vârf, 100% într-o anumită poziție și 0 oriunde altundeva. Undele, pe de altă parte, sunt perturbări răspândite în spațiu, precum undele de la suprafața unui lac. Putem identifica per ansamblu caracteristicile tiparului undei, în special, lungimea acesteia, adică distanța dintre două vârfuri sau două văi învecinate. Dar nu îi putem atribui o singură poziție. E o mare probabilitate de a se afla în multe locuri diferite.
Lungimea de undă e esențială în fizica cuantică, deoarece lungimea de undă a unui obiect este asociată cu impulsul său (masa x viteza).
Un obiect în mișcare rapidă are multe impulsuri, care corespund unei lungimi de undă foarte scurte. Un obiect greu are multe impulsuri, chiar dacă nu se mișcă foarte rapid, ceea ce din nou înseamnă o lungime de undă foarte scurtă. Din această cauză nu observăm natura undelor obiectelor cotidiene.
Dacă arunci o minge de baseball în aer, lungimea sa de undă e o miliardime de trilionime din trilionimea unui metru, mult prea mică de detectat vreodată.
Totuși, lucrurile mici precum atomii sau electronii, pot avea lungimi de undă îndeajuns de mari de măsurat în experimente.
Așadar, dacă avem o undă pură îi putem măsura lungimea, prin urmare și impulsul, dar nu are poziție.
Putem afla foarte ușor poziția unei particule, dar nu are o lungime de undă, deci nu-i știm impulsul.
Pentru a avea o particulă cu poziție și impuls, trebuie să combinăm cele două idei pentru a crea un grafic cu unde, dar numai într-o zonă mică.
Cum putem face asta? Prin combinarea undelor cu diferite lungimi de undă, adică dând obiectului cuantic șansa de a avea impulsuri diferite. Când adăugăm două unde, descoperim că există locuri unde vârfurile se aliniază, creând o undă mai mare și alte locuri unde vârfurile uneia umplu văile celeilalte.
Rezultatul arată zone unde vedem unde separate de zone goale. Dacă adăugăm o a treia undă, zonele unde undele se anulează devin mai mari, la o a patra se măresc în continuare, zonele mai ondulate îngustându-se.
Continuând să adăugăm unde, putem crea un grup de unde cu o lungime de undă clară într-o zonă mică. Acesta e un obiect cuantic, cu natură duală undă-particulă, dar pentru a ajunge aici, a trebuit să pierdem certitudinea atât a poziției, cât și a impulsului.
Poziția nu e restricționată la un singur punct. E o mare probabilitate de a o găsi la o anumită distanță de centrul grupului de undă și creăm grupul de undă adăugând multe unde, însemnând că există o anume probabilitate de a o găsi având impulsul corespunzător oricăreia dintre acestea.
Atât poziția, cât și impulsul sunt acum incerte, iar incertitudinile sunt conectate. Dacă vrei să scazi incertitudinea poziției prin crearea unui grup de unde mai mic, trebuie să adaugi mai multe unde, crescând astfel incertitudinea impulsului.
Dacă vrei să știi mai bine impulsul, ai nevoie de un grup mai mare de unde, crescând astfel incertitudinea poziției.
Acesta e principiul incertitudinii al lui Heisenberg, formulat de fizicianul german Werner Heisenberg în 1927.
Această incertitudine nu e o problemă de măsurare corectă sau greșită, ci e consecința inevitabilă a dualității particulă-undă.
Principiul incertitudinii nu e doar o limită practică în măsurare. E o limitare a proprietăților pe care le poate avea un obiect, inerentă structurii fundamentale a universului în sine.
1. Ce este principul incertitudinii al lui Heisenberg?
***
Iată, în continuare, alte patru videoclipuri (subtitrare în limba engleză) în care principiul incertitudinii al lui Heisenberg este explicat în maniere diferite, cu diverse exemplificări, generalizări și conexiuni cu alte subiecte din fizică.
2. Ce este principiul incertitudinii?
3. Principiul incertitudinii al lui Heisenberg - explicat
(pe lângă explicație, la începutul videoclipului, o să puteți vedea o demonstrație cu laser)
4. Înțelegând principiul incertitudinii cu ajutorul transformatei Fourrier
5. Dincolo de cuantic - principiul incertitudinii general
