不確定性原理は、物理学で最も有名な（そしておそらく誤解されている）考えの1つです。自然界の不確定性、量子粒子の振る舞いについて知ることができる基本的な限界、したがって自然の最小スケールこれらのスケールの中で、私たちが望むことができるのは、物事がどこにあり、どのようにあるかについての確率を計算することです動作します。アイザックニュートンの時計仕掛けの世界では、すべてが移動方法に関する明確な法則に従い、開始条件を知っていれば予測が容易ですが、不確定性原理は、量子論にある程度のあいまいさを祀っています。
ヴェルナーハイゼンベルクの単純な考えは、原子が崩壊しない理由、太陽がどのように輝いているか、そして奇妙なことに、空間の真空が実際には空ではないことを示しています。
不確定性原理の初期の化身は当時コペンハーゲンのニールス・ボーア研究所で働いていたドイツの物理学者ハイゼンベルクによる1927年の論文、「量子理論運動学と力学の知覚的内容について」。方程式のより身近な形は、数年後、彼がその後の講義や論文で彼の考えをさらに洗練したときに来ました。
ハイゼンベルグは、原子がどのように説明するかを説明する奇妙な新しい方法である量子論の含意に取り組んでいました過去10年間に、ニールスボーア、ポールディラック、エルヴィンシュレーディンガーなどの物理学者によって開発された動作。その多くの直感に反する考えの中で、量子論は、エネルギーは連続的ではなく、離散パケット（量子）で来て、光はこれらの量子の波と流れの両方として説明できると提案しました。
この急進的な世界観を具体化する際に、ハイゼンベルグは、量子システム内の粒子の基本的な物理的特性を測定する方法に問題があることを発見しました。同僚のヴォルフガング・パウリへの定期的な手紙の1つで、彼は世界の量子記述の基本的な部分となったアイデアのインクリングを提示しました。
不確定性原理は、粒子の位置（x）と運動量（p）を絶対的な精度で測定することはできないと言っています。これらの値の1つを正確に知るほど、他の値を正確に知ることはできません。これらの値の測定値の誤差を乗算すると（誤差は各プロパティの前にある三角形の記号で表され、ギリシャ語の文字「デルタ」）、「h-」と呼ばれる定数の半分以上の数値を与える必要があります。バー”。これは、プランク定数（通常はhと表記）を2πで割ったものに等しくなります。プランク定数は、量子論において重要な数値であり、世界の粒度を最小スケールで測定する方法であり、値は6.626xです。 10-34ジュール秒。
不確定性原理について考える1つの方法は、日常の世界で物事をどのように見て測定するかを拡張することです。 。光の粒子、光子が画面や紙に跳ね返って目に届いたので、これらの単語を読むことができます。そのパス上の各フォトンは、光の速度で、跳ね返った表面に関する情報を運びます。電子などの素粒子を見るのはそれほど簡単ではありません。同様に、光子を跳ね返して、その光子を機器で検出したいと思うかもしれません。しかし、光子が電子に当たると、電子に運動量が与えられ、測定しようとしている粒子の経路が変わる可能性があります。あるいは、量子粒子が非常に速く動くことが多いことを考えると、電子は、光子が最初に跳ね返ったときの場所にもはや存在しない可能性があります。いずれにせよ、位置または運動量の観察は不正確になり、さらに重要なことに、観察の行為は観察される粒子に影響を与えます。
不確定性原理は、私たちが観察する多くのことの中心にありますが、できません。古典的な（非量子）物理学を使用して説明します。たとえば、負に帯電した電子が正に帯電した原子核を周回する原子を考えてみましょう。古典論理では、2つの反対の電荷が互いに引き付け合い、すべてが崩壊して粒子のボールになると予想される場合があります。不確定性原理は、これが起こらない理由を説明しています。電子が原子核に近づきすぎると、空間内の位置が正確にわかるため、その位置の測定誤差はごくわずかになります。これは、その運動量（そして、推測により、その速度）を測定することは非常に大きなことです。その場合、電子は原子から完全に飛び出すのに十分な速さで移動する可能性があります。
ハイゼンベルグの考えは、アルファ崩壊と呼ばれる核放射線のタイプを説明することもできます。アルファ粒子は、ウラン238などの重い原子核から放出される2つの陽子と2つの中性子です。通常、これらは重い核の内部に結合しており、結合を切断して所定の位置に維持するために多くのエネルギーを必要とします。しかし、原子核内のアルファ粒子は非常に明確な速度を持っているため、その位置はそれほど明確に定義されていません。つまり、技術的には逃げるのに十分なエネルギーがない場合でも、粒子が核の外側にある時点で見つかる可能性はわずかですが、ゼロではありません。これが発生すると、比喩的に「量子トンネリング」として知られるプロセスです。これは、逃げる粒子が、飛び越えられないエネルギー障壁をなんとかして通り抜けなければならないためです。アルファ粒子が逃げて、放射能が見られます。
A同様の量子トンネリングプロセスは、逆に、陽子が融合して星を輝かせるエネルギーを放出する太陽の中心で起こります。太陽の中心部の温度は、陽子が相互の電気的反発を克服するのに十分なエネルギーを持つのに十分なほど高くありません。しかし、不確定性原理のおかげで、彼らはエネルギー障壁を通り抜けることができます。
おそらく、不確定性原理の最も奇妙な結果はそれが何であるかです。真空について言います。掃除機はしばしばすべての欠如として定義されます。しかし、量子論ではそうではありません。量子プロセスに含まれるエネルギーの量と、それらのプロセスが発生するのにかかる時間には、固有の不確実性があります。位置と運動量の代わりに、ハイゼンベルグの方程式はエネルギーと時間で表すこともできます。ここでも、一方の変数の制約が大きいほど、もう一方の変数の制約は少なくなります。したがって、非常に短い期間で時間の経過とともに、量子システムのエネルギーは非常に不確定になる可能性があるため、粒子が真空の外に現れる可能性があります。これらの「仮想粒子」は、電子とその反物質のペア、たとえば陽電子のペアで短時間現れ、その後互いに消滅します。これは、粒子が一瞬だけ存在し、時間切れになると消える限り、量子物理学の法則の範囲内です。したがって、量子物理学では不確実性について心配する必要はありません。実際、この原則が存在しなければ、ここにはいません。
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