Поняття невизначеності у квантовій механіці: принцип Гейзенберга

Принцип невизначеності Гейзенберга є однією з ключових концепцій в квантовій механіці, яка відокремлює її від класичної фізики та надає унікальний погляд на поведінку частинок на атомному та субатомному рівнях. Введений Вернером Гейзенбергом у 1927 році, цей принцип стверджує, що неможливо одночасно з точністю виміряти і положення, і імпульс частинки.

Основи принципу невизначеності

Для визначення положення частинки необхідно на неї "посвітити", наприклад, використовуючи фотон. Проте взаємодія фотона з частинкою може змінити її швидкість або напрямок, що призводить до збільшення невизначеності вимірювань імпульсу. Таким чином, спроба точно визначити один із параметрів (наприклад, положення) неминуче призводить до збільшення невизначеності іншого параметра (імпульсу). 

Принцип невизначеності формулюється математично через нерівність: Δx Δp ≥ ħ/2, де Δx — невизначеність положення, Δp — невизначеність імпульсу, а ħ — редукована стала Планка (ħ=h/2π). Тобто добуток невизначеностей положення Δx та імпульсу Δp не може бути меншим за ħ/2.

Філософські наслідки 

Принцип невизначеності має значні філософські наслідки, особливо щодо питань, які стосуються детермінізму та реальності. Традиційно вважалося, що якщо ми маємо достатньо інформації про систему, ми можемо передбачити її майбутній стан. Проте, принцип невизначеності показує, що в квантовому світі існують об'єктивні обмеження на те, що може бути відомо, що кидає виклик класичній ідеї про всезагальний детермінізм.

Практичне застосування

Наукові і технологічні дослідження, які використовують квантові властивості матерії, включаючи квантові комп'ютери та квантове шифрування, безпосередньо базуються на принципах квантової механіки, включаючи невизначеність.