Heisenberg Belirsizlik İlkesini Anlama

Heisenberg'in belirsizlik ilkesi, kuantum fiziği, ancak genellikle dikkatle çalışmayanlar tarafından derinden anlaşılmaz. Adından da anlaşılacağı gibi, en temel düzeylerde belirli bir belirsizlik düzeyi tanımlayın. doğanın kendisi, bu belirsizlik çok kısıtlı bir şekilde tezahür eder, bu yüzden bizi günlük hayatımızda etkilemez. hayatları. Ancak dikkatlice oluşturulmuş deneyler bu prensibi iş yerinde ortaya çıkarabilir.

1927'de Alman fizikçi Werner Heisenberg, Heisenberg belirsizlik ilkesi (ya da sadece belirsizlik ilkesi ya da bazen, Heisenberg prensibi). Sezgisel kuantum fiziğinin sezgisel bir modelini oluşturmaya çalışırken, Heisenberg ne kadar iyi bildiğimiz konusunda sınırlamalar koyan belirli temel ilişkilerdi miktarları. Özellikle, prensibin en basit uygulamasında:

Bir parçacığın konumunu ne kadar kesin olarak bilirseniz, aynı parçacığın momentumunu aynı anda o kadar kesin olarak bilirsiniz.

Heisenberg'in belirsizlik ilkesi, bir kuantum sisteminin doğası hakkında çok kesin bir matematiksel ifadedir. Fiziksel ve matematiksel olarak, bir sistem hakkında sahip olduğumuzdan bahsedebileceğimiz kesinlik derecesini kısıtlar. Aşağıdaki iki denklem (bu makalenin üst kısmındaki grafikte daha güzel bir şekilde gösterilmiştir), Heisenberg belirsizlik ilişkileri denilen, belirsizlikle ilgili en yaygın denklemlerdir prensip:

Denklem 1: delta- x * delta p Orantılıdır h-bar
Denklem 2: delta- E * delta t Orantılıdır h-bar

Yukarıdaki denklemlerdeki semboller şu anlama gelir:

• h-bar: "İndirgenmiş Planck sabiti" olarak adlandırılır, bunun Planck sabitinin değeri 2 * pi'ye bölünür.
• delta-x: Bu bir cismin pozisyonundaki belirsizliktir (belirli bir parçacığı söyleyin).
• delta-p: Bu, bir nesnenin momentumundaki belirsizliktir.
• delta-E: Bu, bir nesnenin enerjisindeki belirsizliktir.
• delta-t: Bu, bir nesnenin zaman ölçümündeki belirsizliktir.

Bu denklemlerden, ölçümümüzle ilgili hassasiyet seviyemize dayanarak sistemin ölçüm belirsizliğinin bazı fiziksel özelliklerini söyleyebiliriz. Bu ölçümlerin herhangi birindeki belirsizlik çok küçük hale gelirse, bu son derece hassas bir ölçüm, o zaman bu ilişkiler bize karşılık gelen belirsizliğin artması, orantılılık.

Başka bir deyişle, her bir denklem içindeki her iki özelliği de aynı anda sınırsız bir kesinlik düzeyiyle ölçemeyiz. Konumu ne kadar kesin olarak ölçersek, aynı anda momentumu da o kadar kesin olarak ölçebiliriz (ve tersi de geçerlidir). Zamanı ne kadar kesin olarak ölçersek, aynı anda enerjiyi de o kadar kesin bir şekilde ölçebiliriz (ya da tam tersi).

Yukarıdakiler çok garip görünse de, aslında gerçek (yani klasik) dünyada işleyebilme şeklimize iyi bir yazışma var. Diyelim ki pistte bir yarış arabası izliyorduk ve bitiş çizgisini geçtiğinde kayıt yapmamız gerekiyordu. Sadece bitiş çizgisini geçtiği zamanı değil, aynı zamanda tam hızını da ölçmemiz gerekiyor. Bitiş çizgisini geçtiğini gördüğümüz anda kronometrede bir düğmeye basarak hızı ölçüyoruz ve hızı dijital bir okumaya bakmak (arabayı izlemekle uyumlu değil, bu yüzden bitişi geçtikten sonra başınızı çevirmeniz gerekiyor hat). Bu klasik durumda, bu konuda açıkça bir miktar belirsizlik vardır, çünkü bu eylemler biraz fiziksel zaman alır. Otomobilin bitiş çizgisine dokunduğunu, kronometre düğmesine basıldığını ve dijital ekrana bakacağız. Sistemin fiziksel doğası, bunların ne kadar kesin olabileceği konusunda kesin bir sınır koymaktadır. Hızı izlemeye odaklanıyorsanız, bitiş çizgisindeki tam zamanı ölçerken biraz kapalı olabilir veya tam tersi.

Kuantum fiziksel davranışı göstermek için klasik örnekleri kullanma girişimlerinde olduğu gibi, bu benzetme ile kusurludur, ancak bir miktar kuantumdaki işteki fiziksel gerçeklikle ilgilidir Diyar. Belirsizlik ilişkileri, kuantum ölçeğinde nesnelerin dalga benzeri davranışından ortaya çıkar ve klasikte bile bir dalganın fiziksel konumunu kesin olarak ölçmek çok zor vakalar.

Belirsizlik ilkesinin, gözlemci etkisi sırasında ortaya çıkan kuantum fiziğinde Schroedinger'ın kedisi Düşünce deneyi. Bunlar aslında kuantum fiziğinde tamamen farklı iki konudur, ancak her ikisi de klasik düşüncemize vergilendirmektedir. Belirsizlik ilkesi, kesin ifadeler verme yeteneği üzerinde temel bir kısıtlamadır. gerçek kuantum sisteminin davranışı hakkında, gerçek gözlem yapma eylemimizden bağımsız olarak. Gözlemci etkisi ise belirli bir gözlem türünü yaparsak sistemin kendisinin bu gözlem olmadan gerçekleştirilenden farklı davranacağını ima eder.

Kuantum fiziğinin temellerindeki merkezi rolü nedeniyle, kuantum bölgesini araştıran kitapların çoğu, belirsizlik ilkesinin değişen başarı düzeyleriyle açıklanmasını sağlayacaktır. İşte bu mütevazı yazarın görüşüne göre, bunu en iyi yapan bazı kitaplar. İkisi bir bütün olarak kuantum fiziği hakkında genel kitaplar, diğer ikisi bilimsel kadar biyografiktir ve Werner Heisenberg'in hayatı ve çalışması hakkında gerçek bilgiler verir:

• Kuantum Mekaniğinin İnanılmaz Hikayesi ile James Kakalios
• Kuantum Evreni Hazırlayan: Brian Cox ve Jeff Forshaw
• Belirsizliğin Ötesinde: Heisenberg, Kuantum Fiziği ve Bomba, David C. Cassidy
• Belirsizlik: Einstein, Heisenberg, Bohr ve Bilimin Ruhu İçin Mücadele, David Lindley