Die Heisenbergsche Unschärferelation
Heisenbergs Unschärferelation ist relativ einfach zu formulieren und hat eine einfache Idee. In der traditionellen Newtonschen Physik, auch Klassische Physik genannt, glaubte man, dass wir in der Lage wären, ihre Wechselwirkungen zu berechnen und vorherzusagen, wie es sich verhalten wird, wenn wir die Anfangsposition und den Impuls (Masse und Geschwindigkeit) aller Teilchen in einem System kennen würden. Dies scheint richtig zu sein, wenn wir wissen, wie man die Wechselwirkungen zwischen diesen Teilchen genau beschreibt, aber es geht von einer sehr starken Annahme aus: dass wir tatsächlich die Position und den Impuls aller Teilchen kennen.
Nach der Unschärferelation kann man den Ort oder Impuls (und damit die Geschwindigkeit) eines Teilchens nicht mit absoluter Genauigkeit kennen. Dies geschieht, weil wir sie ändern, um einen dieser Werte zu messen, und dies ist keine Frage der Messung, sondern der Quantenphysik und der Natur der Teilchen. Die Unschärferelation wird mit der Formel gleichgesetzt:
wobei Δx die Positionsunsicherheit ist und Δp ist die Unsicherheit über den Impuls des Teilchens
Um besser zu verstehen, wenn wir die Position eines Teilchens gemäß der klassischen Mechanik kennen müssen, brauchen wir 2 Variablen: die Geschwindigkeit dieses Objekts und die Zeit, die von einem Punkt zum anderen verbracht wird. Nur dann können wir seine Position definieren. Nun, wenn es um subatomare Teilchen geht, können wir uns keiner der 2 Informationen sicher sein, weil sich die Materie auf dieser Skala auf zufällige und unsichere Weise verhält! Mit anderen Worten, wir wissen, dass wir, um einen Zustand des Teilchens zu definieren, zwei verschiedene Informationen benötigen, um einen anderen zu definieren, wenn wir die Position eines Subteilchens gut definieren können, kennen wir seine Geschwindigkeit nicht mit Sicherheit, und umgekehrt umgekehrt. Das folgende Video bringt Ihnen eine klarere Vorstellung, sehen Sie es sich an! (UNTERTITEL EINSCHALTEN!!!)
Zusammenfassend! Um dieses Konzept zu verdeutlichen, stellen Sie sich vor, Sie halten das Ende einer sehr langen Saite und erzeugen eine Welle, indem Sie sie rhythmisch auf und ab bewegen. Wenn jemand fragt: "Wo genau ist die Welle?" Sie werden denken, dass diese Person verrückt ist: Die Welle ist genau nirgendwo. Es wird durch Borsten von 45 m oder mehr des Seils selbst verteilt. Aber wenn diese Person fragt, was die Wellenlänge ist, Sie könnte eine kohärentere Antwort geben: etwas um die 7 Meter. Natürlich können Sie Zwischenfälle skizzieren, in denen die Welle einigermaßen gut lokalisiert und die Wellenlänge einigermaßen gut definiert ist, aber hier gibt es ein unvermeidliches Dilemma: je genauer die Position dieser Welle, desto ungenauer die Wellenlänge und umgekehrt. Dies gilt natürlich für alle Wellenphänomene und damit insbesondere für die Wellenfunktion in der Quantenmechanik. Nun hängt die Wellenlänge von Ψ durch diese de Broglie-Formel mit dem Impuls des Teilchens zusammen.
wobei Δx die Unsicherheit der Position und Δp die Unsicherheit über den Impuls des Teilchens ist.