αβεβαιότητα Αρχή

Η αρχή της αβεβαιότητας είναι το δεύτερο πράγμα στη φυσική που έχει εξάψει τη φαντασία του κοινού. (Το πρώτο είναι E=mc^2.) Λέει κάτι φαινομενικά απλή — μπορείτε να μετρήσετε δύο δωρεάν ιδιότητες ενός συστήματος μόνο σε ένα ορισμένο ακρίβεια. Για παράδειγμα, αν προσπαθώ να καταλάβω όταν ένα ηλεκτρόνιο είναι (μετρούν τη θέση του, that is) περισσότερο και με μεγαλύτερη ακρίβεια, η ταχύτητα του γίνεται σταδιακά όλο και πιο αβέβαιο (ή, η μέτρηση ορμής γίνεται ασαφής).

Πού η αρχή αυτή προέρχεται από? Πριν μπορέσουμε να κάνει αυτή την ερώτηση, πρέπει να εξετάσουμε τι πραγματικά λέει η αρχή. Εδώ είναι μερικές πιθανές ερμηνείες:

  1. Θέση και την ορμή ενός σωματιδίου είναι εγγενώς διασυνδεδεμένο. Όπως μετράμε την ορμή με μεγαλύτερη ακρίβεια, το είδος των σωματιδίων “απλώνεται,” ως χαρακτήρας George Gamow του, Ο κ.. Tompkins, βάζει. Με άλλα λόγια, αυτό είναι μόνο ένα από εκείνα τα πράγματα; ο τρόπος που λειτουργεί ο κόσμος.
  2. Όταν μετράμε τη θέση, θα διαταράξει την ορμή. ανιχνευτές μέτρησης μας είναι “πολύ παχύς,” όπως ήταν. Καθώς αυξάνουμε την ακρίβεια του στίγματος (ρίχνοντας φως μικρότερα μήκη κύματος, για παράδειγμα), θα διαταράξει την ορμή όλο και περισσότερο (γιατί μικρότερο μήκος κύματος φωτός έχει υψηλότερη ενέργεια / ορμή).
  3. Στενά συνδεδεμένη με την ερμηνεία αυτή είναι η άποψη ότι η αρχή της αβεβαιότητας είναι μια αντιληπτική όριο.
  4. Μπορούμε επίσης να σκεφτούμε την αβεβαιότητα αρχή ως γνωστικό όριο, αν λάβουμε υπόψη ότι μια μελλοντική θεωρία θα μπορούσε να ξεπεράσει τα όρια αυτά.

Εντάξει, τα τελευταία δύο ερμηνείες είναι δική μου, έτσι δεν θα τα συζητήσουμε λεπτομερώς εδώ.

Η πρώτη άποψη είναι σήμερα δημοφιλής και έχει σχέση με τη λεγόμενη ερμηνεία της Κοπεγχάγης της κβαντομηχανικής. Είναι κάτι σαν τα κλειστά δηλώσεις του Ινδουισμού — “Τέτοια είναι η φύση της απόλυτης,” για παράδειγμα. Ακριβής, μπορεί να είναι. Αλλά μικρή πρακτική χρήση. Ας το αγνοήσετε για να μην είναι πολύ ανοιχτή σε συζητήσεις.

Η δεύτερη ερμηνεία είναι γενικά κατανοητή ως μια πειραματική δυσκολία. Αλλά αν η έννοια της πειραματικής εγκατάστασης επεκτείνεται για να συμπεριλάβει το αναπόφευκτο άνθρωπο παρατηρητή, φτάνουμε στην τρίτη άποψη της αντίληψης περιορισμού. Κατά την άποψη αυτή, στην πραγματικότητα είναι δυνατό να “αντλώ” η αρχή της αβεβαιότητας.

Ας υποθέσουμε ότι χρησιμοποιούμε μια δέσμη φωτός μήκους κύματος \lambda να τηρούν το σωματίδιο. Η ακρίβεια στη θέση που μπορούμε να ελπίζουμε ότι θα επιτευχθεί είναι της τάξης των \lambda. Με άλλα λόγια, \Delta x \approx \lambda. Στην κβαντομηχανική, η ορμή του κάθε φωτόνιο στη δέσμη φωτός είναι αντιστρόφως ανάλογη με το μήκος κύματος. Τουλάχιστον ένα φωτόνιο ανακλάται από το σωματίδιο, έτσι ώστε να μπορούμε να το δούμε. Έτσι, από την κλασική νόμο για τη διατήρηση, η ορμή του σωματιδίου πρέπει να αλλάξει κατά τουλάχιστον \Delta p \approx συνεχής\lambda από ό, τι ήταν πριν από τη μέτρηση. Έτσι, μέσω της αντιληπτικής επιχειρήματα, παίρνουμε κάτι παρόμοιο με την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg \Delta x \Delta p = συνεχής.

Μπορούμε να κάνουμε αυτό το επιχείρημα αυστηρότερη, και να πάρετε μια εκτίμηση της αξίας της σταθεράς. Η ανάλυση ενός μικροσκοπίου δίνεται από τον εμπειρικό τύπο 0.61\lambda/NA, όπου NA είναι το αριθμητικό άνοιγμα, το οποίο έχει μέγιστη τιμή του ενός. Έτσι, η καλύτερη χωρική ανάλυση είναι 0.61\lambda. Κάθε φωτόνιο στη δέσμη φωτός έχει μια δυναμική 2\pi\hbar/\lambda, που είναι η αβεβαιότητα στην ορμή των σωματιδίων. Έτσι παίρνουμε \Delta x \Delta p = (0.61\lambda)(2\pi\hbar) \approx 4\hbar, περίπου μία τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από την κβαντική μηχανική όριο. Μέσω πιο αυστηρή στατιστική επιχειρήματα, που σχετίζονται με τη χωρική ανάλυση και η αναμενόμενη ορμή που μεταφέρεται, μπορεί να είναι δυνατόν να εξαχθεί η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg μέσω αυτής της συλλογιστικής.

Αν λάβουμε υπόψη τη φιλοσοφική άποψη ότι η πραγματικότητα μας είναι μια γνωστική μοντέλο των αντιληπτικών ερεθισμάτων μας (η οποία είναι η μόνη άποψη που έχει νόημα για μένα), τέταρτο μου ερμηνεία της αρχής της αβεβαιότητας είναι μια γνωστική περιορισμός επίσης κατέχει ένα κομμάτι του νερού.

Αναφορά

Το τελευταίο μέρος αυτού του post είναι ένα απόσπασμα από το βιβλίο μου, Το Unreal Universe.

Σχόλια

One thought on “Uncertainly Principle

Τα σχόλια είναι κλειστά.