Vad är Heisenbergs osäkerhetsprincip?

Anonim

Heisenbergs osäkerhetsprincip har blivit eulogized som en av de ledande teorierna för kvantfysik. Det har också utvecklats till att bli något som har blivit populärt anpassat till olika medieströmmar för att ta itu med filosofiska ämnen, som nihilism och absurdism. Principen i sig är dock för grumlig i dunkel för de flesta av oss, bara dödliga att gripa med.

Och det är förstås oroande. Kvantfysik är ett förvirrande kaninhål som bäst lämnas till professionella, tack så mycket. Trots detta kommer jag att göra ett litet försök att försöka förenkla detta begrepp till min bästa förståelse, med så lite matematik som möjligt involverad.

Heisenberg Osäkerhetsprincip: ekvationen

Eftersom de flesta objekt som är synliga för oss är mycket större än denna konstant, uppfattas inte kvant osäkerhet av oss. För den synliga världen verkar den newtonska fysiken vara tillräcklig, men ju mindre partikeln blir desto mer osäker uppträder den objektivt.

Kvantfysik

Därför fungerar en liten partikel som en foton eller en fri rörelseelektron som ett "vågpaket", där det har vågliknande egenskaper, såsom våglängd, liksom partikelliknande egenskaper, såsom position och storlek. Låt mig fokusera lite mer på våglängdsdelen. Som du vet kan vågor mätas med sina våglängder. Ju lättare objektet desto större blir dess våglängd och vice versa. Våglängden hos en person är bara en miljonedel av en centimeter - alldeles för kort för att mätas. I grund och botten är det därför var saker som är större än Plancks konstant inte fungerar som vågor.

Kvantpartiklar är emellertid mycket tunnare och mer hala än ditt genomsnittliga Newtonian-objekt. Deras våglängder är lika framträdande som deras partikelegenskaper, som kallas kväveobjektivets dualitet.

Momentum / Position

Å andra sidan har vi fart.

Momentum, om du kommer ihåg dina skolundervisning tillräckligt nog, är massan av en partikel multiplicerad med sin hastighet (M = mv). Partikelhastigheten (dess hastighet och riktning) bestäms helt av våglängden för den partikeln. Därför beror vågens momentum på dess våglängd.

En vågpaket, som en foton eller en elektron, är emellertid gjord av många vågor med olika våglängder. Så hur får vi reda på en enda partikels drivkraft? Det uppenbara sättet är att härleda genomsnittet av dessa olika vågor. För att öka precisionen i detta medel blir det nödvändigt att ta hänsyn till fler vågor. För att göra det måste mätområdet, dvs vågpaketet, öka.

I grund och botten, för att noggrant mäta positionen skulle du behöva göra vågpaketet mindre. Om du vill mäta momentet måste du göra vågpaketet större. Du kan självklart inte göra båda. Därför kan du aldrig riktigt veta både partikelns position och momentum.

Så där har du det! Det är i grunden vad det står! Det här förstås naturligtvis jag förenklar en mycket mystifierande naturlag, men det är en bra start för din hjärna att börja bearbeta kvantfysiken. Faktum är att det finns ett experiment som faktiskt fångar partiklar som följer Uncertainty Principle! Youtuber Veritasium visar slit experimentet för att förklara Principen på ett mer visuellt sätt. Njut av!

referenser: