日常生活では、移動する物体の速度と位置を計算するのは簡単なことです。時速 50 km で走行する車は、一定の時間内に一定の距離を移動し、簡単に観察できます。しかし、測定対象の動きが素粒子である量子システムでは、不確定性原理と呼ばれる数学的関係により、そのような計算は理論上でも不可能です。
不確定性原理の起源は、1927 年に Werner Heisenberg によって明確にされた理論で起こりました。彼は、物体の位置と速度は理論的な方法でも同時に測定することはできないと述べました。したがって、不確定性原理の起源は、自然界では正確な位置または正確な速度の概念を同時に実現できないという考えを前提としていました。通常の巨視的なオブジェクトに適用すると、観察できない場合があります。原則の不確実性は、測定可能な変更を提供するにはあまりにも重要ではありません。しかし、これらの不確実性は、量子粒子のレベルで明らかになります。
不確実性原則
不確定性原理は、位置と速度の不確実性の積が最小物理量以上であると述べています。これは h/4𝜋 であり、h はプランク定数です。この不確実性の積が重要な意味を持つのは、電子のような小さな質量のレベルだけです。
xph/4
不確実性原理の背後にある考え方
この考え方は、例を使ってよりよく説明できます。池があり、池で波が形成されているとします。単一の波の速度は、波紋によって形成される山と谷を観察することによって測定する必要があります。通過する山と谷の数が多いほど、波の速度が正確に測定されます。しかし、オブジェクトが単一のピークの位置を観察する場合、波のごく一部のみを監視する必要があります。これを行うには、他の山と谷の通過を観察するのをやめる必要があります。したがって、波の速度を計算することはできません。
素粒子は波のように振る舞います。そのため、不確実性の原則が適用されます。量子物理学に適用される不確定性原理には、古典物理学や応用数学に適用される原理と同様の原理があります。これによると、実証可能な波のような性質を持つ粒子は、その動きに不確実性原理を示します。
電子の速度と位置の測定
ハイゼンベルクは、ガンマ線顕微鏡を使って電子の位置と速度を観察しようとしました。彼は、亜原子粒子の速度を測定しようとすると、粒子が予想外に軌道から外れることを発見しました。したがって、特定の速度でその位置を測定しても何の役にも立ちません。これは、目的のために使用される方法や手段、または観察者がこれらの観察を行う方法に不備があるため、起こりません。これは、粒子が自然界の波のような動きと独自の関係を共有しているため、波のような特性を持つ粒子がどのように振る舞うかの結果です。
結論
不確定性原理の重要性の起源は、電子などの粒子の経路と軌道の存在を排除するという事実にあります。オブジェクトの軌道は、さまざまなポイントでの速度と関連して取得された位置によって決定されます。不確実性原理の起源は、特定の現象が単一の結果または値を持つと仮定するという長年の伝統に疑問を投げかけています。代わりに、観測にはいくつかの値または効果がある可能性があることを強調しています。また、波のような粒子が量子系でどのように振る舞うかのいくつかの基本的な属性を提示します。
