Ce este principiul incertitudinii al lui Heisenberg ? - Chad Orzel

Vezi lecția completă: http://ed.ted.com/lessons/what-is-the-heisenberg-uncertainty-principle-chad-orzel

Principiul incertitudinii al lui Heisenberg spune că nu putem ști simultan poziția și viteza exactă a unui obiect. De ce nu? Deoarece totul în univers se comportă atât ca particulă, cât și ca undă în același timp. Chad Orzel explorează acest concept complex din fizica cuantică.

Lecție de Chad Orzel, animație de Henrik Malmgren.

Principiul incertitudinii
al lui Heisenberg

e una dintre ideile fizicii cuantice
extinse la cultura pop generală.

El spune că nu putem ști niciodată
poziția și viteza exactă a unui obiect

și servește ca metaforă universală,

de la critica literară
la comentariile sportive.

Incertitudinea e des explicată
ca un rezultat al măsurătorilor,

actul măsurării poziției unui obiect
schimbându-i viteza sau vice-versa.

Cauza reală e însă
mult mai profundă și mai uluitoare.

Principiul incertitudinii există
deoarece totul în univers

se comportă simultan
atât ca particulă, cât și ca undă.

În mecanica cuantică,
poziția și viteza exactă a unui obiect

nu au însemnătate.

Pentru a înțelege asta,

trebuie să ne gândim ce înseamnă
a te comporta ca o particulă sau undă.

Particulele, prin definiție, se găsesc
într-un singur loc, într-un anumit moment.

Putem reprezenta asta printr-un grafic
arătând probabilitatea găsirii obiectului

într-un loc anume,

ce arată ca un vârf,

100% într-o anumită poziție
și 0 oriunde altundeva.

Undele, pe de altă parte,
sunt perturbări răspândite în spațiu

precum undele de la suprafața unui lac.

Putem identifica per ansamblu
caracteristicile tiparului undei,

în special, lungimea acesteia,

adică distanța dintre două vârfuri
sau două văi învecinate.

Dar nu îi putem atribui o singură poziție.

E o mare probabilitate
de a se afla în multe locuri diferite.

Lungimea de undă
e esențială în fizica cuantică

deoarece lungimea de undă a unui obiect
este asociată cu impulsul său,

masa ori viteza.

Un obiect în rapidă mișcare
are multe impulsuri,

care corespund
unei lungimi de undă foarte scurte.

Un obiect greu are multe impulsuri,
chiar dacă nu se mișcă foarte rapid,

ceea ce din nou înseamnă
o lungime de undă foarte scurtă.

Din această cauză nu observăm
natura undelor obiectelor cotidiene.

Dacă arunci o minge de baseball în aer,

lungimea sa de undă e o miliardime
de trilionime din trilionimea unui metru,

mult prea mică de detectat vreodată.

Totuși, lucrurile mici
precum atomii sau electronii,

pot avea lungimi de undă îndeajuns de mari
de măsurat în experimente.

Așadar, dacă avem o undă pură
îi putem măsura lungimea,

prin urmare și impulsul,
dar nu are poziție.

Putem afla foarte ușor
poziția unei particule,

dar nu are o lungime de undă,
deci nu-i știm impulsul.

Pentru a avea o particulă
cu poziție și impuls,

trebuie să combinăm cele două idei

pentru a crea un grafic cu unde,
dar numai într-o zonă mică.

Cum putem face asta?

Prin combinarea undelor
cu diferite lungimi de undă,

adică dând obiectului cuantic
șansa de a avea impulsuri diferite.

Când adăugăm două unde,
descoperim că există locuri

unde vârfurile se aliniază
creând o undă mai mare

și alte locuri unde vârfurile uneia
umplu văile celeilalte.

Rezultatul arată zone unde vedem unde
separate de zone goale.

Dacă adăugăm o a treia undă,

zonele unde undele se anulează
devin mai mari,

la o a patra se măresc în continuare,
zonele mai ondulate îngustându-se.

Continuând să adăugăm unde,
putem crea un grup de unde

cu o lungime de undă clară
într-o zonă mică.

Acesta e un obiect cuantic,
cu natură duală undă-particulă,

dar pentru a ajunge aici,

a trebuit să pierdem certitudinea
atât a poziției, cât și a impulsului.

Poziția nu e restricționată
la un singur punct.

E o mare probabilitate de a o găsi

la o anumită distanță
de centrul grupului de undă

și creăm grupul de undă
adăugând multe unde,

însemnând că există
o anume probabilitate de a o găsi

având impulsul corespunzător
oricăreia dintre acestea.

Atât poziția, cât și impulsul
sunt acum incerte,

iar incertitudinile sunt conectate.

Dacă vrei să scazi incertitudinea poziției
prin crearea unui grup de unde mai mic,

trebuie să adaugi mai multe unde,

crescând astfel incertitudinea impulsului.

Dacă vrei să știi mai bine impulsul,
ai nevoie de un grup mai mare de unde,

crescând astfel incertitudinea poziției.

Acesta e principiul incertitudinii
al lui Heisenberg,

formulat de fizicianul german
Werner Heisenberg în 1927.

Această incertitudine nu e o problemă
de măsurare corectă sau greșită,

ci e consecința inevitabilă
a dualității particulă-undă.

Principiul incertitudinii
nu e doar o limită practică în măsurare.

E o limitare a proprietăților
pe care le poate avea un obiect,

inerentă structurii fundamentale
a universului în sine.