はじめに
不確定性原理は、ハイゼンベルグの不確定性原理または不確定性原理としても知られ、1927 年にドイツの物理学者ヴェルナー ハイゼンベルグによって作成された声明です。それは、物体の位置と速度は、理論上であっても、同時に正確に測定することはできないと述べています。実際、自然界では、絶対位置と正確な速度の概念は関係ありません。物質の波動と粒子の二重性がこの原理を支えています。ハイゼンベルグの不確定性原理は、巨視的な世界では無視できますが (比較的大きな質量を持つオブジェクトの位置と速度の不確実性は最小限です)、量子の世界では非常に重要です。
不確実性の原理を理解する
量子物理学におけるハイゼンベルグの不確定性原理の人気にもかかわらず、同様の不確定性原理は純粋数学と古典物理学の困難にも適用されます。基本的に、この概念は波のような性質を持つすべてのエンティティに影響します。量子オブジェクトは、量子論の基本的な性質により、すべてが波のような性質を持っているという点でユニークです。
不確実性原理の背後にある一般的な考え方を理解するために、池の波紋を考えてみましょう。いくつかの山と谷の通過を追跡して、その速度を判断します。通過するピークが多いほど、波の速度をより正確に判断できますが、その位置については言えません.サイトは山と谷全体に分散しています。対照的に、波のピークの 1 つの正確な位置を知りたい場合は、波の小さなセグメントのみを監視する必要があり、その速度に関する情報が失われます。簡単に言えば、不確実性原理の研究資料は、速度と位置などの 2 つの補完的な属性の間のトレードオフを概説しています。
不確定性原理の例
移動中の車内のカップ ホルダーに入っているコップ 1 杯の水は、利用できる例です。このコップ一杯の水には多数の水分子があり、それぞれが独自の電子セットを持っています。コップ一杯の水は、肉眼で見ることができる巨視的な物体です。一方、電子は水と同じ空間を占めていますが、目に見えないため顕微鏡で測定する必要があります。冒頭で示したように、小さな粒子を測定する効果により、空間内の運動量と時間に変化が生じますが、これは大きな物体には当てはまりません。その結果、不確定性原理は巨視的な水よりも電子にはるかに大きな影響を与えます.
ハイゼンベルグの不確定性原理方程式
ハイゼンベルグの不確定性原理は、量子システムの性質を正確に反映する数学的ステートメントです。その結果、2 つの一般的な不確実性原理方程式を頻繁に分析します。それらは:
式 1:∆x ⋅ ∆p ~ ħ
式 2:∆E ⋅ ∆t ~ ħ
h/4 である位置と運動量のハイゼンベルグの結合方程式𝛑
ここで、
ħ は、プランク定数を 2*pi で割った値に等しい
Δx は位置の不確実性に等しい
Δp は運動量の不確実性に等しい
ΔE はエネルギーの不確実性に等しい
Δt は時間測定の不確実性に等しい
結果
ハイゼンベルクの原理は、実験がどのように考案され実行されるかに大きな影響を与えます。粒子の運動量または位置に関する不確実性原理に関する学習資料のメモを決定することを検討してください。測定を行うには、粒子を操作し、その他の変数を変更する必要があります。たとえば、電子の位置を測定するには、電子と光子などの別の粒子との衝突が必要です。これにより、2 番目の粒子の運動量の一部が測定対象の電子に伝達され、電子が変化します。
波長が限られているため、電子の位置をより正確に決定するには、より多くのエネルギーが必要になりますが、これにより、接触中に運動量がさらにシフトします。運動量実験の結果は、位置に同様の影響を与えます。その結果、実験では一度に 1 つの変数に関するデータしか収集できず、その精度は一定ではありません。
ハイゼンベルグの不確定性原理はすべての物質波で観測可能ですか?
すべての物質波は、ハイゼンベルグの原理に従います。ハイゼンベルグの値は、位置-運動量や時間-エネルギーなど、次元がジュール秒である任意の 2 つの共役特性の測定誤りを支配します。
ただし、電子などの質量の小さい小さな粒子に対してのみ観測可能で重要です。不正確さは非常に小さく、質量の大きい大きな粒子では無視できます。
結論
不確実性原理に関する研究資料ノートは、2 つの補完的な観測量を測定できる精度を公式に制限することにより、観測量が観測者から独立していないことを証明しています。また、現象が単一の正確な値ではなく、さまざまな値をとる可能性があることも示しています。
