Unsicher Prinzip

Die Unschärferelation ist die zweite Sache, die in der Physik, die die Phantasie der Öffentlichkeit erobert hat. (Die erste ist, E=mc^2.) Es sagt etwas scheinbar einfache — können Sie zwei kostenlose Eigenschaften eines Systems nur bis zu einem gewissen Genauigkeit zu messen. Beispielsweise, wenn Sie versuchen, herauszufinden, wo ein Elektron (messen die Position, das heißt) mehr und genauer, seine Geschwindigkeit wird zunehmend unsicher (oder, die Impulsmessung wird ungenau).

Woher kommt dieses Prinzip her? Bevor wir diese Frage stellen, Wir müssen prüfen, was das Prinzip wirklich sagt. Hier sind ein paar mögliche Interpretationen:

  1. Ort und Impuls eines Teilchens intrinsisch miteinander verbunden. Wie wir genauer zu messen, die Dynamik, die Partikel Art “breitet sich aus,” wie George Gamow Charakter, Herr. Tompkins, sagt. Mit anderen Worten, es ist nur eines der Dinge,; die Art, wie die Welt funktioniert,.
  2. Wenn wir die Position zu messen, wir stören die Dynamik. Unsere Messsonden “zu fett,” sozusagen. Als wir die Positionsgenauigkeit zu erhöhen (von strahlendes Licht kürzerer Wellenlängen, beispielsweise), wir stören die Dynamik immer mehr (weil Licht kürzerer Wellenlänge hat eine höhere Energie / Impuls).
  3. In engem Zusammenhang mit dieser Deutung ist eine Ansicht, dass die Unschärferelation ist ein Wahrnehmungsgrenze.
  4. Wir können auch die unsicher Prinzip denken, wie eine kognitive Grenze, wenn man bedenkt, dass eine zukünftige Theorie könnte eine solche Grenzen zu überwinden.

In Ordnung, die letzten beiden Interpretationen sind meine eigenen, so dass wir hier nicht im Detail diskutieren hier.

Die erste Ansicht ist derzeit beliebt und wird zur sogenannten Kopenhagen Interpretation der Quantenmechanik bezogenen. Es ist eine Art, wie die geschlossenen Aussagen des Hinduismus — “So ist die Art des Absolute,” beispielsweise. Richtig, kann sein. Aber wenig praktikabel,. Lassen Sie uns ignorieren denn es ist nicht zu offen für Gespräche.

Die zweite Auslegung wird im allgemeinen als experimentelle Schwierigkeiten verstanden. Aber wenn der Begriff der Versuchsaufbau ist erweitert, um die unvermeidlichen menschlichen Beobachter umfassen, erreichen wir die dritte Ansicht der Wahrnehmungsbeschränkung. In dieser Ansicht, es ist tatsächlich möglich, “ableiten” die Unschärferelation.

Nehmen wir an, dass wir unter Verwendung eines Lichtstrahls mit einer Wellenlänge von \lambda um die Partikel beobachten. Die Präzision in der Position, die wir hoffen, zu erreichen, ist in der Größenordnung von \lambda. Mit anderen Worten, \Delta x \approx \lambda. In der Quantenmechanik, die Dynamik der einzelnen Photonen in dem Lichtstrahl ist umgekehrt proportional zur Wellenlänge. Mindestens einem Photon von dem Teilchen reflektiert wird, so dass wir sie sehen. So, von der klassischen Erhaltungssatz, der Impuls der Teilchen mindestens ändern, indem \Delta p \approx Konstante\lambda aus, wie es vor der Messung war. So, durch Wahrnehmungs Argumente, wir etwas Ähnliches wie die Heisenbergsche Unschärferelation erhalten \Delta x \Delta p = Konstante.

Wir können dieses Argument strenger machen, und erhalten Sie eine Schätzung der Wert der Konstanten. Die Auflösung eines Mikroskops wird durch die empirische Formel 0.61\lambda/NA, wo NA ist die numerische Apertur, was einen Maximalwert von eins hat. So, die beste räumliche Auflösung 0.61\lambda. Jedes Photon in dem Lichtstrahl eine Impuls 2\pi\hbar/\lambda, welches die Unsicherheit in der Partikel Momentum. So bekommen wir \Delta x \Delta p = (0.61\lambda)(2\pi\hbar) \approx 4\hbar, ungefähr eine Größenordnung größer als die quantenmechanische Grenz. Durch strengere statistische Argumente, zu der Ortsauflösung bezieht und die erwarteten Impulse übertragen, es möglich ist, die Heisenbergsche Unschärferelation durch diese Argumentation ableiten.

Wenn wir die philosophische Sicht, dass unsere Realität ist ein kognitives Modell unserer Wahrnehmungsreize (die die einzige Ansicht, die für mich Sinn macht), meine vierte Interpretation der Unschärferelation ein kognitiver Einschränkung gilt auch ein wenig Wasser.

Hinweis

Der letzte Teil dieses Beitrags ist ein Auszug aus meinem Buch, Die Unreal Universe.

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