עיקרון אי הוודאות של הייזנברג הוא אחד ממספר רעיונות
מפיזיקה קוואנטית שהגיעו לתרבות הפופולרית.
הוא אומר שאתם לעולם לא יכולים לדעת בו זמנית את המיקום המדוייק
והמהירות המדוייקת של עצמים ומופיע כמטאפורה בהכל
מביקורת ספרותית לפרשנות ספורט.
אי וודאות מוסברת פעמים רבות כתוצאה של מדידה,
שפעולת המדידה של מיקום של עצם משנה את המהירות שלו, או להפך.
המקור האמיתי הוא הרבה יותר מעמיק והרבה יותר מדהים.
עקרון אי הוודאות קיים מפני שהכל ביקום
מתנהג גם כמו חלקיקים וגם כמו גלים באותו הזמן.
במכניקה קוואנטית, למיקום המדוייק והמהירות המדוייקת של עצם
אין משמעות.
כדי להבין את זה,
אנחנו צריכים לחשוב על מה זה אומר להתנהג כמו חלקיק או גל.
חלקיקים, לפי הגדרה, קיימים במיקום יחיד בזמן מסויים.
אנחנו יכולים לייצג את זה בגרף שמראה את ההסתברות למציאת
העצם במיקום מסויים, מה שנראה כמו ספייק,
100% במיקום מסויים, ואפס בכל מקום אחר.
גלים, מצד שני, הם הפרעות פרושות בחלל,
כמו גלים שמכסים את פני הבריכה.
אנחנו יכולים לזהות בברור את התכונות של תבניות הגלים ככלל,
והכי חשוב, את אורך הגל,
שהוא המרחק בין שני שיאים צמודים,
או שני גאיות צמודים.
אבל אנחנו לא יכול לשייך מיקום יחיד.
יש סבירות טובה שהוא בהרבה מקומות.
אורך הגל הוא חיוני לפיזיקה קוואנטית
מפני שאורך הגל של עצם קשור למומנטום שלו,
מאסה כפול מהירות.
לעצם שנע מהר יש מומנט גדול,
שמתאים לאורך גל מאוד קצר.
לעצם כבד יש הרבה מומנט אפילו אם הוא לא נע מהר,
ששוב אומר אורך גל קצר מאוד.
לכן אנחנו לא שמים לב לטבע הגלי של עצמים יום יומיים,
אם תזרקו כדור בסיס למעלה לאויר,
אורך הגל שלו הוא מיליארדית של טריליונית של טריליונית המטר,
קטן מדי כדי לגלות.
לדברים קטנים, כמו אטומים או אלקטרונים עם זאת,
יכול להיות אורך גל גדול מספיק למדידה בניסויים פיזיים.
אז, אם יש לנו גל טהור, אנחנו יכולים למדוד את אורך הגל שלו,
ולכן את המומנט שלו, אבל אין לו מיקום.
אנחנו יכולים לדעת את המיקום של חלקיק בקלות,
אבל אין לו אורך גל, אז אנחנו לא יודעים את המומנט שלו.
כדי לקבל חלקיק גם עם מיקום וגם עם מומנט,
אנחנו צריכים לערב את שתי התמונות
כדי ליצור גרף שיש בו גלים, אבל רק באזור קטן.
איך אנחנו יכולים לעשות את זה?
על ידי שילוב גלים עם אורכי גל שונים,
מה שאומר לתת לעצם הקוואנטי שלנו אפשרות להיות בעל מומנט אחר.
כשאנחנו מוסיפים שני גלים, אנחנו מוצאים שיש מקומות
בהם השיאים מתיישרים ויוצרים גל גדול יותר,
ומקומות אחרים בהם השיאים של אחד ממלאים את העמקים של אחר.
לתוצאה יש אזורים בהם אנחנו רואים גלים
מופרדים על ידי אזורים של כלום בכלל.
אם נוסיף גל שלישי,
האזור בו הגלים מתבטלים גדל,
רביעי והם גדלים עוד, עם האזורים הגליים שהופכים צרים יותר.
אם נמשיך להוסיף גלים, אנחנו יכולים ליצור חבילת גלים
עם אורך גל ברור באזור אחד קטן.
זה עצם קוואנטי גם עם טבע גלי וגם חלקיקי,
אבל כדי להשיג את זה, היינו צריכים לאבד וודאות
בנוגע למיקום ולמומנט.
המיקום לא מוגבל לנקודה יחידה.
יש סבירות גבוהה למצוא אותו בטווח מסויים
של מרכז חבילת הגלים,
ועשינו את חבילת הגלים על ידי הוספת הרבה גלים,
מה שאומר שיש הסתברות כלשהי למצוא אותו
עם המומנט שמתאים לכל אחד מהם.
גם המיקום וגם המומנט עכשיו לא וודאיים,
ואי הוודאויות מחוברות.
אם אתם רוצים להפחית את אי הוודאות של המיקום
על ידי יצירת חבילת גלים קטנה יותר, אתם צריכים להוסיף עוד גלים,
מה שאומר אי וודאות גדולה יותר בנוגע למומנט.
אם אתם רוצים לדעת את המומנט טוב יותר, אתם צריכים חבילת גלים גדולה יותר,
מה שאומר אי וודאות גדולה יותר בנוגע למיקום.
זה עיקרון אי הוודאות של הייזנברג,
שהועלה לראשונה על ידי הפיזיקאי הגרמני וורנר הייזנברג ב 1927.
אי הוודאות הזו היא לא עניין של מדידה טוב או רע,
אלא תוצאה בלתי נמנעת של שילוב טבע חלקיקי וגלי.
עקרון אי הוודאות הוא לא רק מגבלה פרקטית של מדידה.
הוא מגבלה של איזה תכונות יכולות להיות לאובייקט,
שבנויות לתוך המבנה הבסיסי של היקום עצמו.