불확실성 원리는 물리학에서 가장 유명한 (아마도 오해 할 수있는) 아이디어 중 하나입니다. 자연의 모호함, 양자 입자의 행동에 대해 알 수있는 근본적인 한계, 따라서 자연의 가장 작은 규모입니다. 이러한 척도 중에서 우리가 기대할 수있는 가장 큰 것은 사물의 위치와 방법에 대한 확률을 계산하는 것입니다. 모든 것이 이동 방법에 대한 명확한 법칙을 따르고 시작 조건을 안다면 예측이 쉬운 Isaac Newton의 시계 장치 우주와 달리 불확실성 원칙은 양자 이론에 모호함을 부여합니다.
Werner Heisenberg의 간단한 아이디어는 원자가 왜 폭발하지 않는지, 태양이 어떻게 빛을 낼 수 있는지 그리고 이상하게도 공간의 진공이 실제로 비어 있지 않다는 것을 알려줍니다.
불확실성 원리의 초기 구현은 당시 코펜하겐에있는 Niels Bohr 연구소에서 일하던 독일 물리학자인 Heisenberg의 1927 년 논문은 “양자 이론 운동학 및 역학의 지각 내용”이라는 제목으로 작성되었습니다. 좀 더 친숙한 방정식의 형태는 몇 년 후 후속 강의와 논문에서 자신의 생각을 더욱 다듬었을 때 나왔습니다.
Heisenberg는 원자의 원리를 설명하는 기이하고 새로운 방식 인 양자 이론의 의미를 연구하고있었습니다. 지난 10 년 동안 Niels Bohr, Paul Dirac 및 Erwin Schrödinger를 포함한 물리학 자들이 개발 한 행동입니다. 많은 반 직관적 인 아이디어 중에서, 양자 이론은 에너지가 연속적이지 않고 대신 이산 패킷 (양자)으로 왔으며 빛은 이러한 양자의 파동과 흐름으로 설명 될 수 있다고 제안했습니다
양자 이론. 이 급진적 인 세계관을 구체화하면서 Heisenberg는 양자 시스템에서 입자의 기본 물리적 특성을 측정 할 수있는 방식에서 문제를 발견했습니다. 동료 볼프강 파울리에게 보내는 정규 편지 중 하나에서 그는 그 이후로 세계 양자 묘사의 기본 부분이 된 아이디어의 잉크를 제시했습니다.
불확실성 원리는 절대 정밀도로 입자의 위치 (x)와 운동량 (p)을 측정 할 수 없다고 말합니다. 이러한 값 중 하나를 더 정확하게 알수록 다른 값은 덜 정확하게 알 수 있습니다. 이러한 값의 측정에서 오류를 곱하면 (오류는 각 속성 앞에 삼각형 기호로 표시되며 그리스 문자 “델타”) “h-“라는 상수의 절반보다 크거나 같은 숫자를 제공해야합니다. 바”. 이것은 플랑크 상수 (보통 h로 표기 됨)를 2π로 나눈 것과 같습니다. 플랑크 상수는 양자 이론에서 중요한 숫자로, 가장 작은 규모로 세계의 입도를 측정하는 방법이며 값은 6.626 x입니다. 10 ~ 34 줄 초.
불확실성 원칙에 대해 생각하는 한 가지 방법은 일상에서 사물을보고 측정하는 방법을 확장하는 것입니다. . 빛, 광자의 입자가 화면이나 종이에서 튀어 나와 눈에 도달했기 때문에이 단어를 읽을 수 있습니다. 그 경로의 각 광자는 빛의 속도로 반사 된 표면에 대한 정보를 가지고 있습니다. 전자와 같은 아 원자 입자를 보는 것은 그렇게 간단하지 않습니다. 마찬가지로 광자를 반사 한 다음 도구를 사용하여 광자를 감지 할 수 있습니다. 그러나 광자가 전자를 때리면서 측정하려는 입자의 경로를 변경할 때 광자가 전자에 약간의 운동량을 부여 할 가능성이 있습니다. 그렇지 않으면 양자 입자가 너무 빨리 움직이는 경우가 많기 때문에 전자는 더 이상 광자가 원래 튕겨 나갔을 때의 위치에 있지 않을 수 있습니다. 어느 쪽이든, 위치 나 운동량에 대한 관찰은 부정확 할 것이며, 더 중요한 것은 관찰 행위가 관찰되는 입자에 영향을 미친다는 것입니다.
불확실성 원칙은 우리가 관찰하지만 할 수없는 많은 것들의 핵심입니다. 고전 (비 양자) 물리학을 사용하여 설명합니다. 예를 들어, 음전하를 띤 전자가 양전하를 띤 핵을 공전하는 원자를 생각해보십시오. 고전적인 논리에 따르면, 우리는 두 개의 반대 전하가 서로를 끌어 당겨 모든 것을 입자 덩어리로 붕괴시킬 것으로 예상 할 수 있습니다. 불확실성 원리는 이것이 왜 일어나지 않는지를 설명합니다. 전자가 핵에 너무 가까워지면 공간에서의 위치가 정확하게 알려 지므로 위치를 측정 할 때의 오차는 극히 미미합니다. 운동량 (추론에 의해 속도)을 측정하는 것은 엄청날 것입니다.이 경우 전자는 원자 밖으로 완전히 날아갈만큼 충분히 빠르게 움직일 수 있습니다.
Heisenberg의 아이디어는 알파 붕괴라고하는 일종의 핵 방사능을 설명 할 수도 있습니다. 알파 입자는 우라늄 -238과 같은 일부 무거운 핵에서 방출되는 두 개의 양성자와 두 개의 중성자입니다.일반적으로 이들은 무거운 핵 내부에 결합되어 있으며 결합을 끊기 위해 많은 에너지가 필요합니다. 그러나 핵 내부의 알파 입자는 매우 잘 정의 된 속도를 가지고 있기 때문에 그 위치가 잘 정의되어 있지 않습니다. 즉, 비록 기술적으로는 탈출 할 에너지가 충분하지 않더라도 입자가 어느 시점에서 핵 밖에서 자신을 발견 할 수있는 작지만 0이 아닌 기회가 있음을 의미합니다. 이것이 일어날 때-탈출하는 입자가 어떻게 든 도약 할 수없는 에너지 장벽을 파헤쳐 야하기 때문에 “양자 터널링”이라고 은유 적으로 알려진 과정입니다. 알파 입자가 탈출하고 우리는 방사능을 봅니다.
A 유사한 양자 터널링 과정이 반대 방향으로 태양의 중심에서 발생합니다. 여기서 양성자는 서로 융합하여 우리 별을 빛나게하는 에너지를 방출합니다. 태양 중심의 온도는 양성자가 상호 전기적 반발을 극복하기에 충분한 에너지를 갖기에 충분하지 않습니다. 그러나 불확실성 원리 덕분에 에너지 장벽을 통과 할 수 있습니다.
아마도 불확실성 원리의 가장 이상한 결과는 그것이 무엇일까요? 진공에 대해 말합니다. 진공은 종종 모든 것이없는 것으로 정의됩니다. 그러나 양자 이론에서는 그렇지 않습니다. 양자 프로세스에 포함 된 에너지의 양과 이러한 프로세스가 발생하는 데 걸리는 시간에는 내재 된 불확실성이 있습니다. 위치와 운동량 대신 Heisenberg의 방정식은 에너지와 시간으로도 표현할 수 있습니다. 다시 한 번, 한 변수가 더 제한 될수록 다른 변수가 덜 제한됩니다. 따라서 매우 짧은 기간 동안 시간이 지나면 양자 시스템의 에너지는 매우 불확실하여 입자가 진공 상태에서 나타날 수 있습니다. 이러한 “가상 입자”는 전자와 그 반물질 쌍, 즉 양전자가 잠시 동안 쌍으로 나타나고 서로를 소멸시킵니다. 이것은 입자가 잠깐만 존재하고 시간이 지나면 사라지는 한 양자 물리학의 법칙에 잘 부합합니다. 따라서 불확실성은 양자 물리학에서 걱정할 필요가 없으며, 사실이 원리가 존재하지 않았다면 우리는 여기에 없을 것입니다.
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