Principiul de incertitudine al lui Heisenberg

I. Principiul de incertitudine 
Principiul de incertitudine a fost descoperit de un fizician german pe nume Werner Heisenberg în prima parte a secolului trecut și se referă la faptul că poziția și viteza unei particule nu pot fi măsurate cu mare precizie decât în mod alternativ, nu simultan. Dacă viteza este măsurată cu precizie, atunci poziția particulei nu mai putea fi determinată cu exactitate, și invers. Brian Greene explică acest lucru arătând că atunci când se încearcă determinarea fantei prin care trece un electron în timpul unui experiment (cu alte cuvinte, când se încearcă determinarea poziției electronului), acțiunea de măsurare (care se efectuează cu ajutorul unei surse de lumină) are drept consecință perturbarea vitezei acestuia. Pentru a micșora efectul acțiunii luminii asupra vitezei electronului în timpul procesului de măsurare a poziției sale, s-a luat în considerare folosirea unei surse de lumină din ce în ce mai slabă.
Dar în mecanica cuantică se arată că numărul de fotoni emiși este direct proporțional cu intensitatea sursei de lumină, ceea ce înseamnă că la o intensitate foarte mică numărul fotonilor este atât de mic încât emiterea lor se face individual, aceasta fiind limita până la care se poate scădea intensitatea luminii pe durata experimentului.
Însă cum legea lui Planck spune că energia fotonului este direct proportională cu frecvența și invers proportională cu lungimea de undă, înseamnă că la frecvențe joase avem fotoni cu energie redusă, dar cu lungime de undă mare. Cum “eroarea determinării este egală cu lungimea de undă” , rezultă că trebuie să folosim o frecvență ridicată (care ar presupune implicit o lungime de undă mai mică) pentru a micșora gradul de eroare și a determina cu mai mare precizie poziția particulei. Problema este că frecvența ridicată are un impact considerabil asupra vitezei de mișcare a particulei, deci ar trebui să sacrificăm precizia măsurării vitezei pentru a determina cât mai exact poziția particulei.

Heisenberg a specificat că această relație invers proportională dintre precizia măsurării vitezei și a poziției se păstrează indiferent de procedeul sau instrumentele de măsurare folosite și că este valabilă și pentru alte perechi de parametri.
Brian Greene afirmă despre acest principiu de incertitudine că “este trăsătura definitorie care diferențiază modul de a raționa clasic de cel cuantic” , iar Stephen Hawking declara că este “o proprietate fundamentală, inevitabilă a lumii.

 

II. Consecințele principiului incertitudinii
Principiul de incertitudine al lui Heisenberg a avut consecințe importante și a provocat mari schimbări în fizica secolului trecut. Acest lucru a dus la reformularea mecanicii de către Heisenberg, împreună cu Erwin Schrodinger și Paul Dirac, într-o “nouă teorie numită mecanica cuantică, bazată pe principiul de incertitudine“. Dat fiind că, așa cum am arătat mai sus, nu se putea măsura simultan cu precizie atât poziția cât și viteza unei particule, s-a introdus conceptul de stare cuantică a particulei, care era o combinație a celor două caracteristici.

Însă, afirmă Hawking, mecanica cuantică “prezice mai multe rezultate diferite posibile şi ne spune cât de probabil este fiecare dintre ele” , ceea ce s-ar putea interpreta ca o introducere a hazardului în domeniul exact al științei. Albert Einstein s-a opus categoric acestui fapt prin fraza celebră “Lui Dumnezeu nu-i place să joace zaruri”.
Brian Greene arată că principiul de incertitudine este cel care dă naștere fenomenului de “tunelare cuantică” , prin care o particulă poate “împrumuta” o suficientă cantitate de energie pe care trebuie să o returneze “într-un interval de timp determinat de principiul de incertitudine al lui Heisenberg” , astfel încât să poată trece printr-un obstacol solid, datorită funcțiilor de undă ale particulelor.
O altă consecință a fost formulată de fizicianul S. Hawking. Acesta a argumentat că principiul de incertitudine năruiește speranța unor savanți, precum Laplace, de a considera că am putea avea “un model al universului care ar fi complet determinist” . Acest model însemna, în concepția lui Laplace, că ar fi posibil să avem un set de legi științifice pe baza cărora să putem prezice nu numai viitorul universului, ci chiar și comportamentul uman cu mare precizie, dacă am cunoaște starea completă a universului la un moment dat.
Principiul incertitudinii al lui Heisenberg a schimbat fundamental fizica secolului trecut, în prezent considerându-se că stă la baza mecanicii cuantice. Am arătat că acest principiu a fost formulat de Werner Heisenberg la începutul secolului trecut și constă în faptul că nu pot fi măsurate simultan poziția și viteza unei particule, ci e nevoie să se sacrifice exactitatea unui parametru în favoarea preciziei celuilalt.
Acest principiu a avut consecințe remarcabile în lumea științei, dar și a filosofiei științei, începând cu spulberarea iluziilor unor savanți renumiți, precum Laplace, de a găsi un set de legi pe baza cărora să putem face predicții asupra viitorului cunoscând starea completă a unui sistem la un moment dat, până la descoperirea fenomenului de tunelare cuantică.

Bibiografie:

Greene, Brian, Universul elegant, editura Humanitas, București, 2008
Hawking, Stephen, O scurtă istorie a timpului, editura Humanitas, București, 1994

 

 

 

Leave a Reply