اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

0

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ یکی از سنگ بنایهای فیزیک کوانتومی است ، اما اغلب توسط کسانی که آنرا با دقت مطالعه نکرده اند ، عمیقا درک نمی شود. همانطور که از نام آن وجود دارد ، سطح مشخصی از عدم اطمینان را در بنیادی ترین سطوح طبیعت خود تعریف می کند ، که عدم اطمینان به شکلی کاملاً محدود و آشکار جلوه می کند ، بنابراین در زندگی روزمره ما تأثیر نمی گذارد. فقط آزمایشهای با دقت ساخته شده می توانند این اصل را در محل کار نمایان سازند.

در سال 1927 ، فیزیکدان آلمانی ورنر هایزنبرگ آنچه را که به عنوان اصل عدم قطعیت هایزنبرگ معروف شده است (یا فقط اصل عدم اطمینان یا بعضاً اصل هایزنبرگ ) مطرح کرد. هایزنبرگ هنگام تلاش برای ساختن یک الگوی بصری از فیزیک کوانتومی ، کشف کرده بود که روابط بنیادی خاصی وجود دارد که محدودیت هایی را در مورد چگونگی خوب دانستن مقادیر مشخص وجود دارد. به طور خاص ، در ساده ترین کاربرد اصل:

هرچه دقیق تر موقعیت یک ذره را بدانید ، دقیق تر می توانید همزمان تکانه آن ذره را بشناسید.

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ روابط نامشخصیت هایزنبرگ

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ، Understanding the Heisenberg Uncertainty Principle یک عبارت ریاضی بسیار دقیق در مورد ماهیت یک سیستم کوانتومی است. از نظر جسمی و ریاضی ، این میزان دقت ما را محدود می کند که ما در مورد داشتن یک سیستم می توانیم از آن صحبت کنیم.

دو معادله زیر (همچنین به شکل زیباتر ، در نمودار در بالای این مقاله) ، با عنوان روابط عدم اطمینان هایزنبرگ نشان داده شده ، رایج ترین معادلات مربوط به اصل عدم قطعیت هستند:

معادله 1: دلتا X * دلتا ص متناسب است ساعت -Bar
دلتا: معادله 2 E * دلتا تی متناسب با ساعت -Bar

نمادهای موجود در معادلات فوق دارای معنی زیر هستند:

  • h -bar: “ثابت پلانک کاهش یافته” نامیده می شود ، این مقدار مقدار ثابت پلانک را تقسیم بر 2 * pi می کند.
  • delta- x : این عدم اطمینان در موقعیت یک شی است (به ذرات معین بگویید).
  • دلتا ص : این عدم قطعیت در حرکت از یک شی است.
  • delta- E : این عدم اطمینان در انرژی یک جسم است.
  • delta- t : این عدم اطمینان در اندازه گیری زمان یک شی است.

از این معادلات ، ما می توانیم برخی از خصوصیات بدنی عدم قطعیت سیستم را براساس سطح متناظر با دقت با اندازه گیری خود بگوییم. اگر عدم اطمینان در هر یک از این اندازه گیری ها بسیار ناچیز باشد ، که مربوط به اندازه گیری بسیار دقیق است ، در این صورت این روابط به ما می گویند که عدم اطمینان مربوطه برای حفظ تناسب باید افزایش یابد.

به عبارت دیگر ، ما نمی توانیم همزمان هر دو ویژگی را در هر معادله با دقت نامحدودی اندازه گیری کنیم. هرچه موقعیت را دقیقاً اندازه گیری کنیم ، دقیق تر قادر خواهیم بود به طور همزمان حرکت (و برعکس) را اندازه گیری کنیم. هرچه دقیق تر زمان را اندازه گیری کنیم ، دقیق تر قادر خواهیم بود به طور همزمان انرژی را بسنجیم (و برعکس).

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ یک مثال مشترک با حس مشترک

گرچه موارد فوق ممکن است بسیار عجیب به نظر برسد ، اما در واقع مکاتبات مناسبی با نحوه عملکرد ما در دنیای واقعی (یعنی کلاسیک) وجود دارد. بیایید بگوییم که ما در یک مسیر پیاده روی یک ماشین مسابقه را تماشا می کردیم و قرار بود هنگام عبور از خط پایان ، ضبط کنیم. ما قرار است نه تنها زمان عبور از خط پایان ، بلکه سرعت دقیق انجام این کار را نیز اندازه گیری کنیم.

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ما با فشار دادن یک دکمه روی کرونومتر در لحظه ای که می بینیم از خط پایان عبور می کند سرعت را اندازه گیری می کنیم و سرعت را با نگاه کردن به خواندن دیجیتالی (که مطابق با تماشای خودرو نیست) اندازه می گیریم.

سر خود را هنگامی که از خط پایان عبور می کند). در این مورد کلاسیک ، به طور واضح میزان عدم قطعیت در این مورد وجود دارد ، زیرا این اقدامات زمان جسمی را به خود می گیرد. خواهیم دید که ماشین خط پایان را لمس می کند ، دکمه کرنومتر را فشار داده و به صفحه نمایش دیجیتال نگاه کنید.

ماهیت بدنی سیستم محدودیت مشخصی را بر این موضوع می گذارد که دقیقاً این همه چقدر می تواند باشد. اگر در تلاش برای تماشای سرعت هستید ، ممکن است هنگام اندازه گیری زمان دقیق در خط پایان ، و کمی برعکس ، کمی خاموش شوید.

همانطور که در اکثر تلاشها برای استفاده از نمونه های کلاسیک برای نشان دادن رفتار فیزیکی کوانتومی ، نقص هایی با این قیاس وجود دارد ، اما تا حدودی با واقعیت جسمی در کار در حوزه کوانتومی مرتبط است. روابط عدم اطمینان از رفتار موج مانند اشیاء در مقیاس کوانتومی ناشی می شود و این که اندازه گیری دقیق موقعیت فیزیکی یک موج حتی در موارد کلاسیک بسیار دشوار است.

سردرگمی در مورد اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ این اصل عدم اطمینان بسیار رایج است که با پدیده اثر ناظر در فیزیک کوانتومی اشتباه گرفته شود ، مانند آنچه در آزمایش فکر گربه شرودینگر تجلی می یابد . اینها در واقع دو موضوع کاملاً متفاوت در فیزیک کوانتومی هستند ، هرچند هر دو تفکر کلاسیک ما را مالیات می دهند. اصل عدم قطعیت در واقع یک محدودیت اساسی در توانایی بیان اظهارات دقیق در مورد رفتار یک سیستم کوانتومی است ، صرف نظر از عملکرد واقعی ما در انجام این مشاهدات یا خیر. از طرف دیگر تأثیر ناظر ، دلالت بر این دارد که اگر نوع خاصی از مشاهده را مشاهده کنیم ، خود سیستم بدون آنکه در آن مشاهده باشد ، متفاوت از آنچه انجام می شود رفتار خواهد کرد.

کتابهای مربوط به فیزیک کوانتومی و اصل عدم قطعیت:

به دلیل نقش اصلی آن در مبانی فیزیک کوانتومی ، اکثر کتابهایی که در حوزه کوانتومی کاوش می کنند ، توضیح در مورد اصل عدم قطعیت و موفقیت های مختلفی ارائه می دهند. در اینجا ، از نظر این نویسنده فروتن ، برخی از کتاب هایی که بهترین کار را می کنند ، آورده شده اند. دو کتاب کلی در مورد فیزیک کوانتومی به عنوان یک کل است ، در حالی که دو کتاب دیگر به همان اندازه علمی که دارای زندگی بیوگرافی هستند و بینشی واقعی از زندگی و کار ورنر هایزنبرگ ارائه می دهند:

  • داستان شگفت انگیز از مکانیک کوانتومی توسط جیمز کاکالیوس
  • کوانتوم جهان توسط برایان کاکس و جف فورشاو
  • فراتر از عدم قطعیت: هایزنبرگ ، فیزیک کوانتومی و بمب توسط دیوید سی کاسیدی
  • عدم قطعیت: انیشتین ، هایزنبرگ ، بور ، و مبارزه برای روح علم توسط دیوید لیندلی

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.