incertitude Principe

Le principe d'incertitude est la deuxième chose en physique qui a capturé l'imagination du public. (La première est une E=mc^2.) Il dit quelque chose apparemment simple — vous pouvez mesurer deux propriétés complémentaires d'un système uniquement à une certaine précision. Par exemple, si vous essayez de comprendre où un électron est (mesurer sa position, c'est) de plus en plus précisément, sa vitesse devient de plus en plus incertain (ou, la mesure de la dynamique devient imprécise).

Où vient ce principe de? Avant que nous puissions poser cette question, nous devons examiner ce que le principe dit vraiment. Voici quelques interprétations possibles:

  1. Position et la vitesse d'une particule sont intrinsèquement liés. Comme nous mesurons l'ampleur avec plus de précision, le type de particule “étale,” comme le personnage de George Gamow, M.. Tompkins, met. En d'autres termes, il est juste une de ces choses; la façon dont le monde fonctionne.
  2. Lorsque nous mesurons la position, on perturbe l'élan. Les sondes de mesure sont “trop gros,” pour ainsi dire. Comme nous augmentons la précision de la position (en faisant la lumière de longueurs d'onde plus courtes, par exemple), on perturbe la dynamique de plus en plus (parce que plus courte lumière de longueur d'onde a une plus grande énergie / impulsion).
  3. Étroitement liée à cette interprétation est une vue que le principe d'incertitude est une limite de perception.
  4. Nous pouvons aussi penser au principe d'incertitude comme une limite cognitive si l'on considère qu'une théorie avenir pourrait dépasser ces limites.

Bien, les deux dernières interprétations sont les miennes, de sorte que nous ne serons pas en discuter en détail ici.

La première vue est actuellement populaire et est liée à la soi-disant interprétation de Copenhague de la mécanique quantique. Il est un peu comme les comptes clos de l'hindouisme — “Telle est la nature de l'Absolu,” par exemple. Précis, peut être. Mais peu d'utilité pratique. Ignorons pour qu'il ne soit pas trop ouvert aux discussions.

La seconde interprétation est généralement comprise comme une difficulté expérimentale. Mais si la notion de dispositif expérimental est élargi pour inclure l'observateur humain inévitable, nous arrivons à la troisième vue de la limitation de la perception. Dans ce point de vue, il est effectivement possible de “dériver” le principe d'incertitude.

Supposons que nous utilisons un faisceau de lumière de longueur d'onde \lambda d'observer la particule. La précision dans la position que nous pouvons espérer atteindre est de l'ordre de \lambda. En d'autres termes, \Delta x \approx \lambda. En mécanique quantique, l'impulsion de chaque photon dans le faisceau de lumière est inversement proportionnelle à la longueur d'onde. Au moins un photon est reflété par la particule de sorte que nous pouvons le voir. Si, par la loi de conservation classique, la dynamique de la particule doit changer au moins \Delta p \approx constante\lambda de ce qu'elle était avant la mesure. Ainsi, par des arguments de perception, nous obtenons quelque chose de similaire au principe d'incertitude de Heisenberg \Delta x \Delta p = constante.

Nous pouvons faire cet argument plus rigoureuse, et obtenir une estimation de la valeur de la constante. La résolution d'un microscope est donnée par la formule empirique: 0.61\lambda/NA, where NA est l'ouverture numérique, qui a une valeur maximale d'un. Ainsi, la meilleure résolution spatiale est 0.61\lambda. Chaque photon dans le faisceau lumineux a une impulsion 2\pi\hbar/\lambda, qui est l'incertitude sur la dynamique de particules. Donc, nous obtenons \Delta x \Delta p = (0.61\lambda)(2\pi\hbar) \approx 4\hbar, environ un ordre de grandeur plus grand que la limite de la mécanique quantique. Grâce à des arguments statistiques plus rigoureuses, liée à la résolution spatiale et la dynamique attendue transféré, il peut possible de dériver le principe d'incertitude de Heisenberg à travers cette ligne de raisonnement.

Si l'on considère le point de vue philosophique que notre réalité est un modèle cognitif de nos stimuli perceptifs (qui est le seul point de vue qui fait sens pour moi), mon quatrième interprétation du principe d'incertitude étant une limitation cognitive également titulaire d'un peu d'eau.

Référence

La dernière partie de cet article est un extrait de mon livre, L'Unreal Univers.

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