Zasada nieoznaczoności Heisenberga

Zasada nieoznaczoności Heisenberga
W mechanice kwantowej zasada nieoznaczoności sformułowana przez Wernera Heisenberga mówi o istnieniu takich wielkości fizycznych, których nie można jednocześnie zmierzyć z określoną dokładnością. Wyznacza ona więc fundamentalną granicę dokładności, z jaką można przewidzieć wartości niektórych par wielkości fizycznych cząstek. Najczęściej zasada zapisywana jest pod postacią poniższego równania.

∆x∆p ≥ h/4π

(Możemy również posłużyć się ħ, zredukowaną stałą Plancka o wartości h/2π, aby zapisać równanie w postaci ΔxΔp ≥ ħ/2)

Rozszyfrujmy to równanie, aby zrozumieć jego prawdziwą naturę oraz implikacje.

Symbol „x” oznacza położenie, a „p” pęd cząstki. Δx jest więc odchyleniem standardowym (niepewnością pomiarową) położenia cząstki, a Δp odchyleniem standardowym jej pędu. Pod postacią litery „h” kryje się stała Plancka równa 6.63 × 10-34.

Wyobraźmy sobie sytuację, w której chcemy zmierzyć miejsce, w jakim znajduje się badana przez nas cząstka w danym momencie oraz jej pęd w tej samej chwili. Próbujemy więc najpierw przewidzieć jej położenie z jak największą dokładnością. Zmniejszamy tym samym Δx, niepewność pomiaru tego położenia. Jak sama nazwa wskazuje, wartość stałej Plancka zawsze pozostaje taka sama. Gdy Δx maleje, wartość całej lewej strony równania się zmniejsza. To pozostawiałoby równanie sprzecznym, jako że jego prawa strona nie może zmienić wartości. Aby matematyka (a wraz z nią i wszechświat) pozostała w równowadze, coś innego musi się w równaniu zmienić. Jako, że h ma wartość stałą, pozostaje nam jedynie „zmiana” wartości Δp na większą. A co to dla nas oznacza w praktyce? Zasada nieoznaczoności mówi, że gdy mierzymy położenie cząstki z większą dokładnością (zmniejszamy niepewność), rośnie margines błędu w pomiarze jej pędu i vice versa.

Warto zaznaczyć, że według tej zasady taki stan rzeczy nie wynika z jakości naszych przyrządów pomiarowych, a z samego fundamentalnego sposobu działania wszechświata. Nie istnieją więc wynalazki, które mogłyby kiedykolwiek przezwyciężyć tę zależność.

Prawdziwość zasady nieoznaczoności implikuje, że niemożliwe fizycznie jest zmierzenie jednocześnie pędu i położenia cząstki z nieskończoną dokładnością. Dzieje się tak, ponieważ każdy pomiar sam wpływa na cząstkę i zmienia jej właściwości.