עקרון אי הוודאות של הייזנברג
עקרון אי הוודאות של הייזנברג הוא פשוט יחסית להגדרה ויש לו רעיון פשוט. בפיזיקה הניוטונית המסורתית, הנקראת גם פיזיקה קלאסית, האמינו שאם היינו יודעים את המיקום והתנע ההתחלתיים (מסה ומהירות) של כל החלקיקים במערכת, נוכל לחשב את האינטראקציות שלהם ולחזות כיצד היא תתנהג. זה נראה נכון, אם נדע לתאר במדויק את יחסי הגומלין בין החלקיקים הללו, אבל זה מתחיל מהנחה מאוד חזקה: שלמעשה אנחנו יודעים את המיקום והתנע של כל החלקיקים.
על פי עקרון אי הוודאות, לא ניתן לדעת בדיוק מוחלט את מיקומו או התנע (ולכן את מהירותו) של חלקיק. זה קורה כי כדי למדוד כל אחד מהערכים האלה אנחנו בסופו של דבר משנים אותם, וזה לא עניין של מדידה, אלא של פיזיקת קוונטים ושל טבעם של חלקיקים. עקרון אי הוודאות משוווה באמצעות הנוסחה:
כאשר Δx הוא אי הוודאות של מיקום ו Δp הוא אי הוודאות לגבי המומנטום של החלקיק
כדי להבין טוב יותר, כאשר אנו צריכים לדעת את מיקומו של חלקיק על פי המכניקה הקלאסית, אנו צריכים 2 משתנים: מהירות האובייקט הזה והזמן המושקע מנקודה אחת לאחרת. רק אז נוכל להגדיר את עמדתה. כעת, כשמדובר בחלקיקים תת-אטומיים, איננו יכולים להיות בטוחים באף אחד מ-2 המידע כי בקנה מידה זה העניין מתנהג בצורה אקראית ולא ודאית! במילים אחרות, אנחנו יודעים שכדי להגדיר מצב של החלקיק אנחנו צריכים שני חלקי מידע שונים כדי להגדיר אחר, אם יש לנו הגדרה טובה של מיקומו של תת-חלקיק, אנחנו לא יודעים בוודאות את מהירותו, וסגן להיפך. הסרטון הבא יביא לכם רעיון ברור יותר, בדוק אותו! (הפעל כתוביות!!!)
לסיכום! כדי להבהיר את המושג הזה, דמיינו שאתם אוחזים בקצה מיתר ארוך מאוד ואתם מייצרים גל על ידי נדנוד אותו מעלה ומטה בצורה קצבית. אם מישהו ישאל 'איפה בדיוק הגל?' אתה תחשוב שהאדם הזה משוגע: הגל הוא בדיוק בשום מקום. הוא מופץ על ידי זיפים של 45 מ' או יותר מהחבל עצמו. אבל אם האדם הזה שואל מה אורך הגל, אתה יכול לתת תשובה יותר קוהרנטית: משהו בסביבות 7 מטר. כמובן שניתן לשרטט מקרי ביניים שבהם הגל ממוקם בצורה סבירה ואורך הגל מוגדר בצורה סבירה, אבל יש כאן דילמה בלתי נמנעת: ככל שהמיקום של גל זה מדויק יותר, כך אורך הגל פחות מדויק ולהיפך. זה תקף כמובן לכל תופעת גל, ולכן במיוחד פונקציית הגלים במכניקת הקוונטים. כעת אורך הגל של Ψ קשור לתנע של החלקיק לפי נוסחת דה ברולי.
כאשר Δx הוא אי הוודאות של המיקום ו-Δp הוא אי הוודאות לגבי התנע של החלקיק.