WEBVTT

00:00:07.255 --> 00:00:10.812
Принцип неопределённости Гейзенберга — 
одна из немногих идей

00:00:10.812 --> 00:00:14.686
квантовой физики, которые
проникли в массовое сознание.

00:00:14.686 --> 00:00:18.112
Принцип гласит, что невозможно
одновременно знать и точное положение,

00:00:18.112 --> 00:00:22.893
и точную скорость объекта,
и как метафора встречается повсюду —

00:00:22.893 --> 00:00:26.409
от литературоведения
до спортивных комментариев.

00:00:26.409 --> 00:00:29.429
Неопределённость часто считается
следствием самого измерения:

00:00:29.429 --> 00:00:34.561
измерение положения объекта
меняет его скорость, и наоборот.

00:00:34.561 --> 00:00:38.378
Но настоящая причина
гораздо глубже и удивительнее.

00:00:38.378 --> 00:00:41.759
Принцип неопределённости существует,
потому что всё во Вселенной

00:00:41.759 --> 00:00:46.318
ведёт себя одновременно
и как волна, и как частица.

00:00:46.318 --> 00:00:50.458
В квантовой механике точное место
и точная скорость объекта

00:00:50.458 --> 00:00:51.896
не имеют смысла.

00:00:51.896 --> 00:00:53.147
Чтобы это понять,

00:00:53.147 --> 00:00:57.053
надо разобраться, что значит
вести себя как волна или как частица.

00:00:57.053 --> 00:01:01.857
По определению, в любой момент времени
частица находится только в одном месте.

00:01:01.857 --> 00:01:05.286
На графике вероятности нахождения
объекта в определённом месте

00:01:05.286 --> 00:01:09.030
это выглядит как пик:

00:01:09.030 --> 00:01:13.707
100% в одной точке,
ноль во всех остальных.

00:01:13.707 --> 00:01:17.621
Волна же — это возмущение, 
распространяющееся в пространстве,

00:01:17.621 --> 00:01:20.338
как рябь на поверхности водоёма.

00:01:20.338 --> 00:01:23.767
Можно чётко распознать
общие признаки волн

00:01:23.767 --> 00:01:25.933
и, что ещё важнее, длину одной волны,

00:01:25.933 --> 00:01:28.640
то есть расстояние между соседними пиками

00:01:28.640 --> 00:01:30.459
или соседними ложбинами.

00:01:30.459 --> 00:01:33.077
Но при этом нельзя указать
её точное местонахождение.

00:01:33.077 --> 00:01:36.282
У неё всегда есть вероятность
находиться во многих местах.

00:01:36.282 --> 00:01:39.099
Для квантовой физики
длина волны так важна,

00:01:39.099 --> 00:01:42.419
потому что она связана
с импульсом объекта —

00:01:42.419 --> 00:01:44.024
массой, умноженной на скорость.

00:01:44.024 --> 00:01:46.909
Быстро движущийся объект
обладает больши́м импульсом,

00:01:46.909 --> 00:01:50.019
который соответствует
очень малой длине волны.

00:01:50.019 --> 00:01:54.559
Объект с большой массой имеет большой
импульс, даже если не движется быстро,

00:01:54.559 --> 00:01:57.156
что опять-таки соответствует
малой длине волны.

00:01:57.156 --> 00:02:00.927
Вот почему мы не замечаем
волновой природы привычных объектов.

00:02:00.927 --> 00:02:02.644
У бейсбольного мяча в воздухе

00:02:02.644 --> 00:02:07.029
длина волны в одну миллиардную
от триллионной триллионной метра

00:02:07.029 --> 00:02:09.364
слишком мала даже для обнаружения.

00:02:09.364 --> 00:02:12.324
А у таких маленьких тел,
как атомы и электроны,

00:02:12.324 --> 00:02:16.142
длину волны вполне можно измерить
экспериментальным путём.

00:02:16.142 --> 00:02:19.475
Итак, у волны можно измерить её длину,

00:02:19.475 --> 00:02:23.101
а значит и её импульс,
но чёткого местонахождения у неё нет.

00:02:23.101 --> 00:02:25.248
Мы можем точно определить
положение частицы,

00:02:25.248 --> 00:02:28.489
но длины волны у неё нет,
а значит, неизвестен и её импульс.

00:02:28.489 --> 00:02:31.600
Чтобы у частицы были
и положение, и импульс,

00:02:31.600 --> 00:02:33.760
надо совместить обе картинки,

00:02:33.760 --> 00:02:37.163
получив на графике волну,
но на очень маленьком отрезке.

00:02:37.163 --> 00:02:38.800
Как это сделать?

00:02:38.800 --> 00:02:41.554
Путём сложения волн
с разными длинами,

00:02:41.554 --> 00:02:46.528
что обеспечит вероятность наличия
у квантового объекта различных импульсов.

00:02:46.528 --> 00:02:49.282
При сопоставлении двух волн
мы видим, что в местах,

00:02:49.282 --> 00:02:52.055
где пики совпадают,
образуется бо́льшая волна,

00:02:52.055 --> 00:02:55.821
а в других местах пик одной волны
заполняет ложбину другой.

00:02:55.821 --> 00:02:58.279
В результате участки с волнами

00:02:58.279 --> 00:03:01.106
чередуются с промежутками, где ничего нет.

00:03:01.106 --> 00:03:02.590
При добавлении третьей волны

00:03:02.590 --> 00:03:05.709
промежутки, где волны гасят друг друга,
становятся длиннее.

00:03:05.709 --> 00:03:09.891
С четвёртой они ещё больше удлиняются,
а участки с волнами сужаются.

00:03:09.891 --> 00:03:13.089
Если продолжать добавлять волны,
можно получить волновой пакет

00:03:13.089 --> 00:03:16.168
с определённой длиной волны
на одном малом участке.

00:03:16.168 --> 00:03:20.224
Это квантовый объект, имеющий природу
как волны, так и частицы,

00:03:20.224 --> 00:03:23.311
но добившись этого,
мы лишаемся определённости

00:03:23.311 --> 00:03:25.805
относительно как положения,
так и импульса.

00:03:25.805 --> 00:03:28.223
Положение теперь
не ограничивается одной точкой.

00:03:28.223 --> 00:03:30.918
Существует вероятность его
нахождения в некоторой области

00:03:30.918 --> 00:03:32.837
вокруг центра волнового пакета,

00:03:32.837 --> 00:03:35.586
полученного путём
сложения множества волн,

00:03:35.586 --> 00:03:38.022
а значит, имеется некая
вероятность его обнаружения

00:03:38.022 --> 00:03:41.291
по импульсу, соответствующему
любой из них.

00:03:41.291 --> 00:03:44.740
Теперь и положение, и импульс
являются неопределёнными,

00:03:44.740 --> 00:03:46.816
и эти неопределённости взаимосвязаны.

00:03:46.816 --> 00:03:49.209
Чтобы уменьшить неопределённость положения

00:03:49.209 --> 00:03:52.628
за счёт уменьшения волнового пакета,
надо добавить больше волн,

00:03:52.628 --> 00:03:54.865
но это увеличит неопределённость импульса.

00:03:54.865 --> 00:03:58.047
А чтобы точнее определить импульс,
нужен бо́льший волновой пакет,

00:03:58.047 --> 00:04:01.012
что увеличит неопределённость положения.

00:04:01.012 --> 00:04:03.251
Это и есть
принцип неопределённости Гейзенберга,

00:04:03.251 --> 00:04:08.207
впервые сформулированный немецким физиком
Вернером Гейзенбергом ещё в 1927 г.

00:04:08.207 --> 00:04:12.589
Эта неопределённость — не следствие
несовершенства измерений,

00:04:12.589 --> 00:04:17.107
а неизбежный результат объединения
свойств волны и частицы.

00:04:17.107 --> 00:04:20.683
Принцип неопределённости — это не просто
объективный предел самих измерений.

00:04:20.683 --> 00:04:23.733
Это предел совместимости свойств,
присущих одному объекту,

00:04:23.733 --> 00:04:28.157
являющийся фундаментальным принципом
организации самой Вселенной.