‎เซ็กซี่บาคาร่า ฟิสิกส์แปลกประหลาด: ความไม่แน่นอนใหม่เกี่ยวกับหลักการความไม่แน่นอน‎

‎เซ็กซี่บาคาร่า ฟิสิกส์แปลกประหลาด: ความไม่แน่นอนใหม่เกี่ยวกับหลักการความไม่แน่นอน‎

‎ โดย ‎‎ ‎‎ ‎‎คลารา Moskowitz‎‎ ‎‎ ‎‎ เผยแพร่ ‎‎25 กุมภาพันธ์ 2012‎ เซ็กซี่บาคาร่า ‎อิเล็กตรอนที่ผูกติดอยู่กับอะตอมบางครั้งสามารถหลบหนีได้แม้ว่าพวกมันจะขาดพลังงานที่จําเป็นผ่านปรากฏการณ์ที่เรียกว่าอุโมงค์ควอนตัม‎‎ ‎‎(เครดิตภาพ: ดรีมไทม์)‎

‎หนึ่งในหลักการทางฟิสิกส์ที่ยกมาบ่อยที่สุด แต่เข้าใจน้อยที่สุดคือหลักการความไม่แน่นอน‎

‎สูตรโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Werner Heisenberg ในปี 1927 กฎระบุว่ายิ่งคุณ‎‎วัดตําแหน่งของ

อนุภาค‎‎ได้แม่นยํามากเท่าไหร่คุณก็จะสามารถกําหนดโมเมนตัมของมันได้อย่างแม่นยําน้อยลงเท่านั้นและในทางกลับกัน‎‎หลักการนี้มักถูกเรียกออกมานอก‎‎ขอบเขตของฟิสิกส์‎‎เพื่ออธิบายว่าการสังเกตบางสิ่งเปลี่ยนแปลงสิ่งที่กําลังสังเกตได้อย่างไร หรือเพื่อชี้ให้เห็นว่ามีข้อจํากัดว่าเราจะเข้าใจจักรวาลได้ดีเพียงใด‎ในขณะที่รายละเยดปลีกย่อย‎‎ของหลักการความไม่แน่นอน‎‎มักจะหายไปกับผู้ที่ไม่ใช่นักฟิสิกส์ แต่ปรากฎว่าความคิดนี้มักถูกเข้าใจผิดโดยผู้เชี่ยวชาญเช่นกัน แต่การทดลองเมื่อเร็ว ๆ นี้ให้ความกระจ่างใหม่เกี่ยวกับคติพจน์และนําไปสู่สูตรใหม่ที่อธิบายว่าหลักการความไม่แน่นอนทํางานอย่างไร‎

‎หลักการความไม่แน่นอนใช้เฉพาะใน‎‎ขอบเขตเชิงกลควอนตัม‎‎ของขนาดเล็กมากบนเกล็ดของอนุภาคย่อยอะตอม ตรรกะของมันทําให้จิตใจมนุษย์งวยซึ่งปรับตัวให้เข้ากับโลกมหภาคซึ่งการวัดจะถูก จํากัด ด้วยคุณภาพของเครื่องมือของเราเท่านั้น‎

‎แต่ในโลกด้วยกล้องจุลทรรศน์มีข้อ จํากัด อย่างแท้จริงว่าเราสามารถรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุได้มากแค่ไหน‎‎ตัวอย่างเช่นหากคุณทําการวัดเพื่อค้นหาว่าอิเล็กตรอนอยู่ที่ไหนคุณจะสามารถเข้าใจได้ว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน หรือคุณอาจเลือกที่จะกําหนดโมเมนตัมของอิเล็กตรอนอย่างแม่นยําพอสมควร แต่จากนั้นคุณจะมีความคิดที่คลุมเครือเกี่ยวกับตําแหน่งของมัน [‎‎กราฟิก: อธิบายอนุภาคที่เล็กที่สุดของธรรมชาติ‎]

‎เดิมทีไฮเซนเบิร์กอธิบายข้อ จํากัด โดยใช้การทดลองทางความคิด ลองนึกภาพแสงที่ส่องแสงที่อิเล็กตรอนที่กําลังเคลื่อนที่ เมื่อโฟตอน, หรืออนุภาคของแสง, กระทบอิเล็กตรอน, มันจะเด้งกลับและบันทึกตําแหน่งของมัน, แต่ในกระบวนการทําเช่นนั้น, มันทําให้อิเล็กตรอนเตะ, จึงเปลี่ยนความเร็วของมัน.‎

‎ความยาวคลื่นของแสงเป็นตัวกําหนดว่าการวัดสามารถทําได้อย่างแม่นยําเพียงใด ความยาวคลื่นที่เล็กที่สุดของแสง, เรียกว่าแสงรังสีแกมมา, สามารถทําการวัดที่แม่นยําที่สุด, แต่ก็ยังมีพลังงานมากที่สุด, ดังนั้นโฟตอนรังสีแกมมาที่ส่งผลกระทบจะส่งเตะที่แข็งแกร่งขึ้นไปยังอิเล็กตรอน, จึงรบกวนโมเมนตัมของมันมากที่สุด.‎‎แม้ว่าจะไม่ได้ให้การหยุดชะงักของโมเมนตัมของอิเล็กตรอนมากนัก แต่ความยาวคลื่นของแสงที่ยาวขึ้นจะไม่อนุญาตให้มีการวัดที่แม่นยํา‎

‎ลูกหินและลูกบิลเลียด‎‎”ในช่วงแรก ๆ ของกลศาสตร์ควอนตัม ผู้คนตีความความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอนในแง่

ของปฏิกิริยาย้อนกลับของกระบวนการวัด” Georg Sulyok นักฟิสิกส์จากสถาบันฟิสิกส์ปรมาณูและ Subatomic ในออสเตรียกล่าว “แต่คําอธิบายนี้ไม่ถูกต้อง 100 เปอร์เซ็นต์”‎‎Sulyok ทํางานร่วมกับทีมวิจัยนําโดยนักฟิสิกส์ Masanao Ozawa จากมหาวิทยาลัยนาโกย่าของญี่ปุ่นและ Yuji Hasegawa จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเวียนนาในออสเตรียเพื่อคํานวณและทดลองแสดงให้เห็นว่า‎‎หลักการความไม่แน่นอน‎‎เกิดจากผลกระทบของการวัดมากน้อยเพียงใดและเท่าใดก็เกิดจากความไม่แน่นอนของควอนตัมพื้นฐานของอนุภาคทั้งหมด‎

‎ในกลศาสตร์ควอนตัม อนุภาคไม่สามารถคิดได้ว่าเป็นลูกหินหรือลูกบิลเลียด ซึ่งเป็นวัตถุขนาดเล็กที่มีความแตกต่างทางกายภาพซึ่งเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางตรงจากจุด A ไปยังจุด B แต่อนุภาคสามารถทําตัวเหมือนคลื่นและสามารถอธิบายได้ในแง่ของความน่าจะเป็นที่พวกมันอยู่ที่จุด A หรือจุด B หรือที่ไหนสักแห่งในระหว่างนั้น‎‎นี่เป็นเรื่องจริงของคุณสมบัติอื่น ๆ ของอนุภาคเช่นโมเมนตัมพลังงานและการหมุน‎

‎ลักษณะความน่าจะเป็นของอนุภาคนี้หมายความว่าจะมีความไม่แม่นยําในการวัดควอนตัมใด ๆ เสมอไม่ว่าการวัดนั้นจะรบกวนระบบที่วัดได้เพียงเล็กน้อยก็ตาม‎‎”สิ่งนี้ไม่เกี่ยวข้องกับข้อผิดพลาดหรือการรบกวนเนื่องจากกระบวนการวัด แต่เป็นคุณสมบัติพื้นฐานพื้นฐานที่อนุภาคเชิงกลควอนตัมทุกชิ้นมี” Sulyok “เพื่ออธิบายความไม่แน่นอนพื้นฐานพร้อมกับข้อผิดพลาดในการวัดและการรบกวนทั้งอนุภาคและอุปกรณ์วัดในการวัดต่อเนื่องจะต้องได้รับการปฏิบัติในกรอบของ‎‎ทฤษฎีควอนตัม‎‎”‎‎การคํานวณความไม่แน่นอน‎‎เพื่อทดสอบว่าคุณสมบัติพื้นฐานนี้ก่อให้เกิดความไม่แน่นอนโดยรวมมากน้อยเพียงใดนักวิจัยได้คิดค้นการตั้งค่าการทดลองเพื่อวัดการหมุนของนิวตรอนในสองทิศทางตั้งฉาก ปริมาณเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกันเช่น เซ็กซี่บาคาร่า