Мы часто оказываемся в ситуации неопределенности, когда нам не хватает информации, чтобы принять то или иное решение. И, по понятным причинам, люди пытаются ее избежать.
Но оказывается, неопределенность - фундаментальное свойство нашего мира, по крайней мере, согласно современным научным знаниям о нем.
Конечно, речь идет не о, скажем, неопределенности курса доллара или акций, хотя и эти неопределенности вытекают из фундаментальных неопределенностей, которые и лежат в основах нашего мира.
Ведь, если бы отсутствовали неопределенности на фундаментальном уровне, то появилась бы, хотя бы теоретическая, возможность "просчитать" весь наш мир, а значит, в том числе, и курсы доллара и акций.
Но, повторюсь, согласно сегодняшнего понимания устройства мира, это невозможно.
Вот и давайте разберемся, что это за неопределенность и как правильно ее понимать БЕЗ КАКИХ-ЛИБО ФОРМУЛ!!
Дело в том, что многие, кто слышал и даже проходил соотношение неопределенности в рамках учебных курсов, неправильно понимают ее суть. Даже некоторые студенты физфаков.
И даже в Википедии написано так, что порождает "неопределенность" (да, да, и тут вездесущая неопределенность 😅) в понимании этого фундаментального феномена. Вот одно из описаний принципа неопределенности в Википедии:
В других описания и определениях, разной степени точности и четкости, все так же присутствует слово "измерены", что и приводит к неопределенности😅 в ее понимании.
Мы еще вернемся к тому как надо правильно понимать или как надо правильно писать, а пока разберем неопределенность измерений на очень простом и понятном примере не из квантового мира, а из нашего обычного.
И хотя это очень примитивный пример, он нам поможет очень просто и определенно😅 понять 2 очень важных свойства нашего мира, даже "обычного", а не квантового, с которым мы каждый день сталкиваемся и который каждый день наблюдаем.
Принцип неопределенности в обычном мире
Предположим, вы получили госконтроакт за "100500 мильонов" на измерение уровня некоторого водоема.
Или в самом контракте было требование, или вы сами выбрали такое решение, для реализация был очень простой принцип - была установлена линейка и "вы" просто фотографировали линейку, отправляете фото "ИИ" и "ИИ" по фото определял уровень воды (с такой задачей "ИИ" действительно может справиться - это не сложно).
В общем, все просто и понятно.
Сдали работу, подписали акт, получили деньги, началась эксплуатация и тут...
Каждое измерение дает разный уровень воды. Такого быть не может! Вы явно распилили бюджетные средства, вас хватают и тащат к следователю!
По дороге вы понимаете в чем дело и пытаетесь объяснить следователю про... неопределенность измерений!
Дело в том, что если бы фотоаппарат захватывал более широкий угол, он бы показа такую картинку:
И понятно, что при наличии волн, "мгновенный" уровень каждый раз будет разный!
Оставим дописывать сюжет этого захватывающего триллера под названием "Следователь и принцип неопределенности" сценаристам.
Сами же вернемся непосредственно к принципу неопределенности.
Как я и обещал, из этого примера можно понять 2 очень важных свойства, и даже немного третье, о котором я хочу рассказать на примере уже квантового мира.
- Неопределенность измерений связана с волновыми процессами.
А весь наш мир, согласно текущим научным представлениям, это набор и взаимодействия волн. Даже мы сами состоим из волн! - Глядя на картинку в целом легко понимается, что на самом деле, никакой неопределенности нет! Есть дополнительные параметры:
- 2.1. Амплитуды (высота) волны
- 2.2. Длина волны (расстояние между горбами)
- 2.3. Фаза (в какой момент времени в данной точке пространства имеется горб волны)
И если знать эти параметры, легко избавиться от неопределенности в измерениях уровня воды.
То есть, мы легко сможем предсказывать в какой момент времени какой уровень воды будет измерен!
Точно такие же соображения есть и для квантового мира.
В нашем мире могут существовать некие скрытые параметры, которые мы не можем (ПОКА?) наблюдать.
Но если их научиться наблюдать, неопределенность исчезнет!
Такого мнения придерживался, например, Эйнштейн.
Современные знания о природе мира исключают, к сожалению... или к счастью, наличие таких параметров. Но кто знает...
И третье свойство, которое уже видно на выше описанным МАКРО примере, это то, что неопределенность изменений никак не связана с нами или нашими приборами.
Точность линейки не изменилась. Изменилась "природа" объекта, свойства которого она измеряла (появились волны).
Принцип неопределенности в квантовом мире
Теперь давайте рассмотрим как работает принцип неопределенности на квантовом уровне.
Кстати, этот принцип еще называют по имени автора
"Принципом неопределенности Гейзенберга"
Допустим у вас есть матрица 100 х 100 из ячеек размером 1мм х 1мм каждая, которая фиксирует попадание электрона.
С помощью матрицы вы определяете координаты электронов.
Пучок электронов направлен в центр матрицы и она выдает координаты (50,50),(51,50), (50,51), (51,51). Это номера ячеек по вертикальной и горизонтальной оси.
Вообще говоря, в этом случае вы не знает почему получается такой результат:
это очень тонкий пучок "бьет" прямо между 50 и 51 ячейками
или сам пучок имеет размеры около 2х2 мм.
Но пока это не важно.
И вот кроме координат, вы решили еще измерять и импульс (скорость) электронов.
Согласно принципа неопределенности измерения одной характеристики частицы, например импульса, приводит к увеличению ошибки измерений другой характеристики. В частности для импульса это будет как раз координата.
И неопределенность координаты возросла.
Как изменится регистрируемая картина нашей матрицей?
Начнут срабатывать сразу несколько ячеек?
НЕТ, НЕТ и ЕЩЕ РАЗ НЕТ!
Каждый раз, каждый электрон будет фиксироваться одной единственной ячейкой! Так где же тогда увеличилась неопределенность?
Разброс ячеек увеличится! Например с 40 по 60 по вертикальной оси и, также, с 40 по 60 горизонтальной оси!
То есть, как и в случае линейки и водоема, изменились не ошибки измерений (точность как линейки, так точность матрицы осталась такая же - 1мм х 1мм) а именно свойства самого объекта!
И вот теперь, понимая это, можно предложить формулировку принципа неопределенности, которая будет исключать неопределенность его понимания.
Надо заменить везде слова "измерения" на слова, скажем, "разброс величины" данного свойства. Подчеркивая, что это именно свойство данного объекта, а не наше неумение точно измерять.
Можете предложить ваш вариант, как это называть, чтобы не возникало путаницы?
Надеюсь, теперь вам стало понятно откуда берется принцип неопределенности, что это такое и как нам с этим жить))
Ну а кроме интересных знаний об устройстве нашего мира, эта статья еще и поможет понять как можно организовать квантовую телепортацию информации со скоростью больше скорости света, то есть вообще с бесконечной скоростью.
Но об этом уже в следующей статье))
Алексей
Если вам понравилась статья и объяснение которое она дала принципу неопределенности, поделитесь ей с вашими друзьями,знакомыми и особенно, людьми, которые изучают физику. Она им поможет))
