» » » » » » Interpretarea, de Heisenberg, a principiului incertitudinii

Interpretarea, de Heisenberg, a principiului incertitudinii

Evoluția unei funcții de undă gaussiană

Principiul incertitudinii este cea mai distinctivă caracteristică a mecanicii cuantice. Pentru poziție și moment, acesta afirmă că nu se poate atribui valori simultane exacte poziției și impulsului unui sistem fizic. „Incertitudinea” nu poate deveni oricât de mică.

Heisenberg a prezentat relațiile într-un articol din 1927, intitulat Ueber den anschaulichen Inhalt der Quantentheoretischen Kinematik und Mechanik (Cu privire la conținutul perceptibil al cinematicii și mecanicii teoretice cuantice). Ideea principală a fost aceea că numai cantitățile observabile (tranzițiile atomice în spectroscopie) ar trebui să joace un rol în teorie, și nu trebuie să se încerce să se formeze o imagine a ceea ce se petrece în interiorul atomului. Heisenberg, Born și Jordan au dezvoltat pentru aceasta mecanică matriceală a teoriei cuantice, coform căreia cantitățile fizice trebuie să fie reprezentate de matrici infinite de auto-adjuncte (operatori pe un spațiu Hilbert). Noua teorie a confirmat aproape toate datele spectroscopice la vremea respectivă.

Un an mai târziu, Erwin Schrödinger a prezentat o teorie alternativă, mecanica ondulatorie echivalentă cu mecanica matriceală dar diferită în interpretare și spirit, conform căreia un electron dintr-un atom ar putea fi reprezentat ca un nor de încărcare oscilant, evoluând continuu în spațiu și timp, conform unei ecuații de undă. Conform acestei teorii, salturi cuantice din mecanica matriceală sunt explicate alternativ prin fenomene de rezonanță, reprezentând datele observaționale prin intermediul proceselor de cauzalitate în spațiu și timp.

În timp ce Schrödinger a asociat ideea de perceptibil cu obținerea unei imagini temporale cauzale a fenomenului, Heisenberg a redefinit această idee cu o înțelege calitativă a rezultatelor experimentale, încercând astfel să revigoreze mecanica matriceală. Pentru aceasta, a adoptat o ipoteză operațională conform căreia termeni precum „poziția unei particule” au sens doar dacă se specifică un experiment potrivit prin care se poate măsura „poziția unei particule”. Dar, pentru că în experimente apar inerent erori, inclusiv prin interacția instrumentelor de măsură cu obiectul măsurătorii, ar rezulta că și sensul este corect doar cu anumite inexactități. Respectiv, dacă vrem să ”vizualizăm” poziția unui electron printr-un microscop, lumina (fotonii) de la microscop ciocnesc electronul modificându-i impulsul, deci vom ști exact poziția sa, dar nu și impulsul.

Aceasta a fost prima formulă a principiului incertitudinii. În forma actuală, principiul incertitudinii este epistemologic, deoarece limitează ceea ce putem ști despre electron. Heisenberg a estimat „imprecizia” din „formulele elementare ale efectului Compton” (ciocnire foton-electron).

Concluzia generală a lui Heisenberg a fost că toate conceptele folosite în mecanica clasică sunt la fel de bine definite în domeniul proceselor atomice. Dar experimentele care servesc la furnizarea unor astfel de definiții pentru o singură cantitate sunt supuse unor anumite indeterminări care le interzic posibilitatea definirii simultane a două cantități conjugate canonic. Heisenberg generalizează astfel vorbind acum despre concepte, trecând de la ceea ce putem ști la ceea ce putem spune în mod semnificativ despre o particulă.

Bohr a subliniat că, în experimentul microscopului, nu schimbarea impulsului electronului este important, ci mai degrabă faptul că această schimbare nu poate fi determinată cu exactitate în același experiment.

Heisenberg presupune că inițial impulsul electronului este exact cunoscut, de exemplu dintr-un experiment anterior, cu o inexactitate care poate fi arbitrar de mică. Apoi, poziția sa este măsurată cu o anumită inexactitate, iar după aceasta impulsul final este măsurat din nou cu o altă inexactitate. Toate inexactitățile se consideră că pot fi făcute oricât de mici. Astfel, putem vorbi despre un impuls precis până la momentul măsurării poziției. Schimbarea este discontinuă, prin variația timpului dintre cele trei măsurători. Heisenberg susține că ordinea de mărime a acestei schimbări este cel puțin invers proporțională cu inexactitatea măsurării poziției.

Jan  Hilgevoord și Jos Uffink, în „The Uncertainty Principle„, The Stanford Encyclopedia of Philosophy, consideră că impulsul este definit dacă se folosește o conventie, de exemplu să se atribuie impulsului electronului valoarea medie, caz în care principiul incertitudinii nu ar mai fi valabil.

Heisenberg consideră că poziția și impulsul pot fi cunoscute exact, dacă se cunosc exact viteza și poziția electronului. afirmând că „relația de incertitudine nu are legătură cu trecutul”. Dar subliniază că aceste valori nu pot fi niciodată folosite ca și condiții inițiale pentru predicții ale comportamentului electronului sau pentru verificări experimentale. Problema pentru Heisenberg nu este că impulsul unei particule se schimbă, ci că se schimbă cu o valoare imprevizibilă. Dar această valoare se poate măsura ulterior cu precizie arbitrară.

În opinia lui Heisenberg, o măsurătoare nu numai că dă sens unei cantități, ci creează și o valoare specială pentru această cantitate. Practic, este vorba simultan de implicațiile măsurare → sens și măsurare → creație. La fiecare măsurare a unei cantități, aceasta capătă sens obținându-se pentru ea o valoare exactă, dar simultan cantitatea conjugată canonic își schimbă în mod imprevizibil valoarea.

Potrivit lui Heisenberg, înainte de măsurarea finală, impulsul electronului este neclar, fuzzy, într-un sens ontologic, caracterizând un atribut real al electronului.

(Mai mult despre acest subiect, în „The Uncertainty Principle„, The Stanford Encyclopedia of Philosophy)

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *