اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، یکی از معدود ایده هایی از فیزیک کوانتم است
که به فرهنگ عامه راه پیدا کرده.
این فرض بیان می کند که شما نمی توانید به طور همزمان، محل دقیق
و سرعت دقیق یک جسم را بدانید.
و به عنوان یک استعاره از هر چیز، ازنقد ادبی تا گزارشات ورزشی یافت می شود.
عدم قطعیت معمولا به عنوان نتیجه اندازه گیری،
که عمل اندازه گیری محل یک جسم، سرعت آن را تغییر می دهد، یا بلعکس.
آغاز حقیقی خیلی عمیق تر و شگفت انگیز تر است.
اصل عدم قطعیت وجود دارد زیرا هر چیز در جهان
همزمان رفتار موجی و ذره ای دارد.
در مکانیک کوانتم، مکان و سرعت دقیق یک شی هیچ تعبیری ندارد.
برای فهم این مسئله،لازم است در مورد معنی رفتار ذره ای موجی بحث کنیم.
ذرات، طبق تعریف، هر لحظه در یک مکان حضور دارند.
ما می توانیم 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، موج ها با گسترش در فضا دچار اختلال می شوند،
مانند موج هایی که سطح یک دریاچه را پوشش می دهند.
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 نمی توانیم یک مکان را برای آن معین کنیم.
احتمال خوبی برای حضور در مکان های 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 نمی فهمیم.
اگر شما یک توپ بیس بال را در هوا تکان دهید،
طول موج آن یک میلیاردم از یک تریلیونم از یک ترلیونم متراست
خیلی کوچک تر از آن که شناسایی شود.
اشیا کوچک، مثل اتم ها یا الکترون ها
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 آن را اندازه بگیریم،
و همین طور تکانه آن، اما مکان مشخصی ندارد.
می توانیم 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 موج هایی دارد، اما تنها در ناحیه کوچک.
چگونه می توانیم این کار را انجام دهیم؟
با ترکیب موج ها با طول موج های مختلف،
که به این معنی است به شی کوانتمی خود امکانی برای داشتن تکانه های مختلف را بدهیم
وقتی دو موج را جمع می کنیم، درمیابیم که مکان هایی هستند که
قله ها جمع می شوند، موج بزرگی را ایجاد می کنند
و مکان هایی که قله یک موج با دره دیگری مواجه می شود
سیگنال حاصل شده ناحیه هایی دارد که می بینیم موج ها
با ناحیه های پوچ جدا می شوند.
اگر موج سومی را اضافه کنیم،
ناحیه هایی که موج ها نا پدید می شوند بزرگتر شده،
و با افزودن موج چهارم همچنان بزرگتر می شود در حالی که ناحیه های 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 کوانتمی 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.
مکان ها محدود به یک نقطه نیست.
احتمال خوبی وجود دارد که شی را در محدوده ای 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 موج ها را پیدا کنیم.
اکنون هر دوی مکان و تکانه نا معین هستند،
و این عدم قطعیت ها مرتبط هستند.
اگر می خواهید عدم قطعیت مکان را با ایجاد
بسته موج کوچک تر کاهش دهید، نیاز دارید مو جهای 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 اندازه گیری نیست.
بلکه محدودیتی است که یک شی در انتخاب ویژگی هایش دارد
ناشی از ذات اصلی خود عالم هستی است