Принцип невизначеності Вернера Гейзенберга

Принцип невизначеності лежить у площині квантової механіки, однак щоб повноцінно розібрати його, звернемося до розвитку фізики в цілому. Ісаак Ньютон і Альберт Ейнштейн, мабуть, найвідоміші фізики в історії людства. Перший ще наприкінці XVII століття сформулював закони класичної механіки, якій підпорядковуються всі тіла, що оточують нас, планети, підвладні інерції і гравітації. Розвиток законів класичної механіки призвело науковий світ до кінця XIX століття до думки про те, що всі основні закони природи вже відкриті, і людина може пояснити будь-яке явище у Всесвіті.

Теорія відносності Ейнштейна

Як виявилося, на той момент була виявлена лише верхівка айсберга, подальші дослідження підкинули вченим нові, абсолютно неймовірні факти. Так, на початку XX століття було виявлено, що поширення світла (який має кінцеву швидкість в 300 000 км / с) ніяк не підкоряється законам ньютонівської механіки. Відповідно до формул Ісаака Ньютона, в разі якщо тіло або хвиля випромінюється рухомим джерелом, його швидкість дорівнюватиме сумі швидкості джерела і власної. Однак хвильові властивості частинок мали іншу природу. Численні досліди з ними продемонстрували, що в електродинаміки, молодий на той момент науці, працює зовсім інший набір правил. Ще тоді Альберт Ейнштейн спільно з німецьким фізиком-теоретиком Максом Планком ввели свою знамениту теорію відносності, що описує поведінку фотонів. Однак для нас зараз важлива не стільки її суть, скільки той факт, що в цей момент була виявлена принципова несумісність двох областей фізики, поєднати які, до речі, вчені намагаються й донині.

Народження квантової механіки

Остаточно зруйнувало міф про всеосяжну класичній механіці вивчення будови атомів. Досліди Ернеста Резерфорда в 1911 році продемонстрували, що атом має у своєму складі ще більш дрібні частинки (названі протонами, нейтронами і електронами). Більше того, вони також відмовлялися взаємодіяти по законам Ньютона. Вивчення цих найдрібніших частинок і породило нові для вченого світу постулати квантової механіки. Таким чином, можливо, кінцеве розуміння Всесвіту лежить не тільки і не стільки у вивченні зірок, а у вивченні найдрібніших частинок, які дають цікаву картину світу на мікрорівні.

Принцип невизначеності Гейзенберга

У 1920-і роки квантова механіка робила свої перші кроки, а вчені лише
усвідомлювали, що ж з неї випливає для нас. У 1927 році німецький фізик Вернер Гейзенберг сформулював свій знаменитий принцип невизначеності, що демонструє одна з головних відмінностей мікросвіту від звичного нам оточення. Полягає він у тому, що неможливо виміряти одночасно швидкість і просторове положення квантового об'єкта вже тому, що при вимірюванні ми надаємо на нього вплив, адже й саме вимір теж здійснюється за допомогою квантів. Якщо зовсім банально: оцінюючи об'єкт в макросвіті, ми бачимо відбите від нього світло і на підставі цього робимо висновки про нього. Але в квантовій фізиці вже вплив світових фотонів (або інших похідних вимірювання) впливає на об'єкт. Таким чином, принцип невизначеності викликав зрозумілі складності у вивченні і прогнозі поведінки квантових частинок. При цьому, що цікаво, можна вимірювати окремо швидкість або окремо положення тіла. Але якщо ми будемо вимірювати одночасно, то чим вище будуть наші дані про швидкість, тим менше ми будемо знати про дійсний стан, і навпаки.