...
چهارشنبه 9 اسفند 1402
علمی

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ چیست؟

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، یکی از معدود ایده‌هایی از فیزیک کوانتم است که به فرهنگ عامه راه پیدا کرده است. این فرض بیان می‌کند که شما نمی‌توانید به طور همزمان، محل دقیق و سرعت دقیق یک جسم را بدانید. به عنوان یک استعاره از هر چیز، از نقد ادبی تا گزارشات ورزشی یافت می شود.

اصل عدم قطعیت معمولا به عنوان نتیجه اندازه‌گیری، که عمل اندازه‌گیری محل یک جسم، سرعت آن را تغییر می دهد، یا بلعکس، آغاز حقیقتی خیلی عمیق تر و شگفت انگیزتر است. اصل عدم قطعیت وجود دارد زیرا هر چیز در جهان همزمان رفتار موجی و ذره‌ای دارد. در مکانیک کوانتم، مکان و سرعت دقیق یک شی هیچ تعبیری ندارد.

بیشتر بخوانید: پرسش‌های بی پاسخ؛ جهان‌های موازی و بیگانگان

برای فهم این مسئله، لازم است در مورد معنی رفتار ذره‌ای-موجی بحث کنیم. ذرات، طبق تعریف، هر لحظه در یک مکان حضور دارند. ما می‌توانیم این مسئله را توسط یک گراف از احتمال یافتن شی در یک مکان خاص نمایش دهیم که شبیه یک تابع ضربه است. احتمال ۱۰۰% حضور در یک مکان خاص و صفر در سایر جاها. از طرفی، موج‌ها با گسترش در فضا دچار اختلال می شوند، مانند موج هایی که سطح یک دریاچه را پوشش می‌دهند.

ما به وضوح می توانیم مشخصات الگوی موج را به طور کامل مشخص کنیم. مهم تر از این، طول موج آن، که فاصله بین دو قله مجاور، یا دو دره مجاور هست. اما ما نمی‌توانیم یک مکان را برای آن معین کنیم. احتمال خوبی برای حضور در مکان‌های متفاوت وجود دارد.

طول موج یک ضرورت فیزیک کوانتم است. زیرا طول موج یک شی مرتبط با تکانه آن است؛ به عبارت دیگر جرم ضرب در سرعت اجسامی که حرکت سریع دارند تکانه بزرگی دارند، که متناسب با طول موج خیلی کوچک است. جسم سنگین تکانه بزرگی دارد حتی اگر حرکت سریعی نداشته باشد. که دوباره به معنی طول موج خیلی کوچک است. به همین دلیل است که ماهیت موجی اشیا روزمره را نمی‌فهمیم.

اگر شما یک توپ بیس بال را در هوا تکان دهید، طول موج آن یک میلیاردم از یک تریلیونم از یک ترلیونم متر است. خیلی کوچک تر از آن که شناسایی شود. اشیا کوچک، مثل اتم ها یا الکترون‌ها می‌توانند طول موج‌های به اندازه کافی بزرگ، قابل اندازه گیری در تجهیزات فیزیکی داشته باشند.

بنابراین، اگر موج خالص داشته باشیم، می توانیم طول موج و تکانه آن را اندازه بگیریم، اما مکان مشخصی ندارد. می‌توانیم مکان ذره را خیلی دقیق بدانیم، اما این ذره طول موج ندارد. بنابراین تکانه آن را نداریم. برای این که هر دوی مکان و طول موج یک ذره را داشته باشیم، نیاز داریم دو تصویر را ترکیب کنیم تا یک گراف ایجاد کنیم که موج‌هایی دارد.

چگونه می‌توانیم این کار را انجام دهیم؟

با ترکیب موج‌ها با طول موج‌های مختلف. یعنی به شی کوانتومی خود امکانی برای داشتن تکانه‌های مختلف را بدهیم. وقتی دو موج را جمع می کنیم، درمیابیم که مکان‌هایی هستند که قله‌ها جمع می شوند، موج بزرگی را ایجاد می کنند. و مکان‌هایی که قله یک موج با دره دیگری مواجه می شود. سیگنال حاصل شده ناحیه‌هایی دارد که می‌بینیم موج ها با ناحیه‌های پوچ جدا می شوند.

 اگر موج سومی را اضافه کنیم، ناحیه‌هایی که موج‌ها نا پدید می‌شوند بزرگتر شده، و با افزودن موج چهارم همچنان بزرگتر می‌شوند. در حالی که ناحیه‌های موجی باریک تر می شود. اگر افزودن موج ها را ادامه دهیم، یک بسته موج ایجاد می کنیم که طول موج واضح در یک ناحیه کوچک دارد. این همان شی کوانتومی با هر دو ماهیت موج و ذره است. اما برای کامل کردن این،ما باید قطعیت را در مورد هر دوی مکان و تکانه از دست بدهیم.

مکان‌ها مربوط به یک نقطه نیستند

احتمال خوبی وجود دارد که شی را در محدوده‌ای از مرکز بسته موج پیدا کنیم، و بسته موج را با افزودن تعداد زیادی موج ایجاد میکنیم. به این معنی که به احتمال خوبی حضور جسم با تکانه متناسب با طول موج‌ها را پیدا کنیم. اکنون هر دوی مکان و تکانه نا معین هستند، و این عدم قطعیت‌ها مرتبط هستند. اگر می‌خواهید عدم قطعیت مکان را با ایجاد بسته موج کوچک تر کاهش دهید، نیاز دارید موج‌های بیشتری را اضافه کنید. که به معنی عدم قطعیت بزرگتر تکانه است.اگر بخواهید تکانه را بهتر بشناسید، بسته موج بزرگتری لازم دارید، که به معنی عدم قطعیت بیشتر مکان است. 

این اصل عدم قطعیت هایزنبرگ است، که ابتدا توسط هایزنبرگ فیزیکدان آلمانی در سال ۱۹۲۷ ارائه شد. این عدم قطعیت ربطی به اندازه گیری صحیح یا غلط ندارد. بلکه یک نتیجه اجتناب ناپذیر از ترکیب ماهیت ذره و موج است. اصل عدم قطعیت تنها محدودیت عملی در اندازه‌گیری نیست. بلکه محدودیتی است که یک شی در انتخاب ویژگی‌هایش دارد، ناشی از ذات اصلی خود عالم هستی است.

بیشتر بخوانید

پرسش های بی پاسخ؛ جهان های موازی و بیگانگان

صحرا

چرا گربه ها علف می خورند؟ همه چیز درباره علف گربه

پدرام

چرا سگ ها علف می‌خورند؟ همه چیز درباره علف خوردن سگ ها

صحرا

مطالعه OpenAI و بیان نقش هوش مصنوعی در ایجاد تهدید بیولوژیکی در آینده

صحرا

اثرات نعناع روی سرعت واکنش و عملکرد مغز

پدرام

کمیاب ترین گربه‌های جهان

صحرا

ارسال دیدگاه