Principiul incertitudinii este una dintre cele mai faimoase (și probabil neînțelese) idei din fizică. Ne spune că există o neclaritate în natură, o limită fundamentală la ceea ce putem ști despre comportamentul particulelor cuantice și, prin urmare, cele mai mici scale ale naturii. Dintre aceste scale, cel mai mult putem spera este să calculăm probabilitățile unde sunt lucrurile și modul în care acestea sunt Spre deosebire de universul ceasornicar al lui Isaac Newton, în care totul respectă legi clare cu privire la modul de mișcare și predicția este ușoară dacă cunoașteți condițiile de pornire, principiul incertitudinii consacră un nivel de neclaritate în teoria cuantică.
deea simplă a lui Werner Heisenberg ne spune de ce nu implodează atomii, cum reușește soarele să strălucească și, în mod ciudat, că vidul spațiului nu este de fapt gol.
O primă încarnare a principiului incertitudinii a apărut într-un Lucrare din 1927 a lui Heisenberg, un fizician german care la acea vreme lucra la institutul Niels Bohr din Copenhaga, intitulat „Despre conținutul perceptiv al cinematicii și mecanicii teoretice cuantice”. Forma mai familiară a ecuației a venit câțiva ani mai târziu, când și-a rafinat gândurile în prelegeri și lucrări ulterioare.
Heisenberg lucra prin implicațiile teoriei cuantice, un nou mod ciudat de a explica modul în care atomii s-au comportat care a fost dezvoltat de fizicieni, inclusiv Niels Bohr, Paul Dirac și Erwin Schrödinger, în deceniul precedent. Printre numeroasele sale idei contra-intuitive, teoria cuantică a propus că energia nu era continuă, ci venea în schimb în pachete discrete (cuante) și că lumina putea fi descrisă atât ca o undă, cât și ca un flux al acestor
cuante. Prin realizarea acestei viziuni radicale asupra lumii, Heisenberg a descoperit o problemă în modul în care proprietățile fizice de bază ale unei particule dintr-un sistem cuantic pot fi măsurate. Într-una din scrisorile sale obișnuite către un coleg, Wolfgang Pauli, el a prezentat ideile unei idei care a devenit de atunci o parte fundamentală a descrierii cuantice a lumii.
Principiul incertitudinii spune că nu putem măsura poziția (x) și impulsul (p) unei particule cu precizie absolută. Cu cât cunoaștem mai precis una dintre aceste valori, cu atât o cunoaștem mai puțin pe cealaltă. Înmulțind împreună erorile din măsurătorile acestor valori (erorile sunt reprezentate de simbolul triunghiului din fața fiecărei proprietăți, litera greacă „delta”) trebuie să dea un număr mai mare sau egal cu jumătate dintr-o constantă numită „h- bar”. Aceasta este egală cu constanta lui Planck (de obicei scrisă ca h) împărțită la 2π. Constanta lui Planck este un număr important în teoria cuantică, un mod de a măsura granularitatea lumii la cele mai mici scale și are valoarea 6,626 x 10-34 joule secunde.
O modalitate de a gândi la principiul incertitudinii este ca o extensie a modului în care vedem și măsurăm lucrurile în lumea de zi cu zi . Puteți citi aceste cuvinte deoarece particulele de lumină, fotoni, au sărit de pe ecran sau hârtie și au ajuns la ochii voștri. Fiecare foton de pe acea cale poartă cu sine câteva informații despre suprafața din care a sărit, cu viteza luminii. Vederea unei particule subatomice, cum ar fi un electron, nu este atât de simplă. S-ar putea să aruncați în mod similar un foton de pe el și apoi să sperați să detectați fotonul cu un instrument. Dar șansele sunt ca fotonul să dea un anumit impuls electronului pe măsură ce îl lovește și să schimbe calea particulei pe care încercați să o măsurați. Sau altfel, având în vedere că particulele cuantice se mișcă adesea atât de repede, este posibil ca electronul să nu mai fie în locul în care era atunci când fotonul a sărit inițial de pe el. Oricum, observarea poziției sau a impulsului dvs. va fi inexactă și, mai important, actul de observare afectează particula observată.
Principiul incertitudinii se află în centrul multor lucruri pe care le observăm, dar nu le putem explicați folosind fizica clasică (non-cuantică). Luați atomi, de exemplu, unde electronii încărcați negativ orbitează un nucleu încărcat pozitiv. După logica clasică, ne-am putea aștepta ca cele două încărcături opuse să se atragă reciproc, ducând totul să se prăbușească într-o minge de particule. Principiul incertitudinii explică de ce acest lucru nu se întâmplă: dacă un electron s-ar apropia prea mult de nucleu, atunci poziția sa în spațiu ar fi cunoscută cu precizie și, prin urmare, eroarea în măsurarea poziției sale ar fi minusculă. Aceasta înseamnă că eroarea din măsurarea impulsului (și, prin inferență, a vitezei) ar fi enormă. În acest caz, electronul ar putea să se deplaseze suficient de repede pentru a zbura cu totul din atom.
Ideea lui Heisenberg poate explica, de asemenea, un tip de radiație nucleară numită descompunere alfa. Particulele alfa sunt doi protoni și doi neutroni emiși de unele nuclee grele, cum ar fi uraniul-238.De obicei, acestea sunt legate în interiorul nucleului greu și ar avea nevoie de multă energie pentru a rupe legăturile, menținându-le în poziție. Dar, deoarece o particulă alfa din interiorul unui nucleu are o viteză foarte bine definită, poziția sa nu este atât de bine definită. Asta înseamnă că există o șansă mică, dar diferită de zero, ca particula să se poată găsi, la un moment dat, în afara nucleului, chiar dacă din punct de vedere tehnic nu are suficientă energie pentru a scăpa. Când se întâmplă acest lucru – un proces metaforic cunoscut sub numele de „tunelare cuantică”, deoarece particula care scapă trebuie să se scufunde cumva printr-o barieră energetică pe care nu poate sări peste – particula alfa scapă și vedem radioactivitate.
Procesul similar de tunelare cuantică se întâmplă, în sens invers, în centrul soarelui nostru, unde protonii fuzionează împreună și eliberează energia care permite stelei noastre să strălucească. Temperaturile din centrul soarelui nu sunt suficient de ridicate pentru ca protonii să aibă suficientă energie pentru a-și depăși repulsia electrică reciprocă. Dar, datorită principiului incertitudinii, ei pot să-și croiască drum prin bariera energetică.
Poate că cel mai ciudat rezultat al principiului incertitudinii este ceea ce spune despre aspiratoare. Aspiratoarele sunt adesea definite ca absența a tot. Dar nu în teoria cuantică. Există o incertitudine inerentă în cantitatea de energie implicată în procesele cuantice și în timpul necesar proceselor respective. În loc de poziție și impuls, ecuația lui Heisenberg poate fi exprimată și în termeni de energie și timp. Din nou, cu cât este mai constrânsă o variabilă, cu atât este mai puțin constrânsă cealaltă. Este, prin urmare, posibil ca, pentru perioade foarte, foarte scurte de timp, energia unui sistem cuantic poate fi extrem de incertă, atât de mult încât particulele pot apărea din vid. Aceste „particule virtuale” apar în perechi – un electron și perechea sa de antimaterie, pozitronul, să zicem – pentru o scurtă perioadă de timp și apoi se anihilează reciproc. Acest lucru se încadrează în legile fizicii cuantice, atâta timp cât particulele există doar trecător și dispar atunci când timpul lor este scurs. Deci, incertitudinea nu este nimic de îngrijorat în fizica cuantică și, de fapt, nu am fi aici dacă acest principiu nu ar exista.
- Distribuiți pe Twitter
- Distribuiți prin e-mail
- Distribuiți pe LinkedIn
- Distribuiți pe Pinterest
- Distribuiți pe WhatsApp
- Distribuiți pe Messenger