Co to jest niepewność kwantowa?

Niepewność kwantowa lub, mówiąc bardziej formalnie, zasada nieoznaczoności Heisenberga jest odkryciem w fizyce kwantowej, które stwierdza, że ​​nie można jednocześnie poznać dokładnej pozycji i momentu pędu pojedynczej cząstki. Zasada nieoznaczoności podaje również matematycznie precyzyjne (ilościowe) granice ufności dla par pomiarów. Zasadniczo, im dokładniej chcesz poznać jedną wartość, tym większą dokładność musisz poświęcić podczas pomiaru drugiej wartości.

Ze względu na związek z rewolucją mechaniki kwantowej niepewność kwantowa ma trwałe miejsce w kulturze popularnej, gdzie często jest źle interpretowana. Kwantowa niepewność w filmach i filmach jest czasami niepoprawnie wykorzystywana w odniesieniu do dużych obiektów, podczas gdy tak naprawdę dotyczy tylko cząstek. Ponadto pojęcie niepewności kwantowej jest często przedstawiane w tajemniczy sposób, nie wspominając o tym, że koncepcja idzie w parze z precyzyjnymi ilościowymi granicami zaufania, które nie są tak tajemnicze.

Pojęcie niepewności kwantowej wywołało zamieszanie na początku XX wieku, kiedy fizycy próbowali wypracować szczegółowe dane teorii kwantowej poprzez sprzeczne interpretacje. Neils Bohr i wielu innych fizyków opowiadali się za interpretacją kopenhaską, która stwierdza, że ​​wszechświat jest zasadniczo zamazany na najniższym poziomie, opisanym raczej przez rozkłady prawdopodobieństwa niż deterministycznie powiązane, dobrze zdefiniowane stany. Werner Heisenberg, który wyprowadził zasadę nieoznaczoności z matematycznej struktury teorii kwantowej, również poparł interpretację kopenhaską. Albert Einstein jednak tego nie powiedział, słynnie mówiąc: „Bóg nie gra w kości”.

Teoria niepewności kwantowej, mimo że zawiera matematyczne precyzyjne granice pewności, naprawdę jest dość tajemnicza. Społeczność fizyków nadal nie zgadza się co do tego, czy interpretacja kopenhaska nieuchronnie wynika z kwantowej pewności. Współczesną alternatywą dla interpretacji kopenhaskiej jest interpretacja mechaniki kwantowej w wielu światach, która utrzymuje, że rzeczywistość jest rzeczywiście deterministyczna.

W kontekście wielkiego sukcesu mechaniki Newtona sprzed ponad stu lat fizycy bardzo niechętnie porzucali deterministyczne teorie bez niewiarygodnie przekonujących dowodów. Próbowali więc wymyślić teorie „ukrytej zmiennej”, które próbowały wyjaśnić niepewność kwantową jako właściwość wysokiego poziomu, która wyłania się z bardziej fundamentalnych interakcji deterministycznych. Jednak odkrycie zwane nierównością Bella wykazało, że lokalnych teorii ukrytych zmiennych nie można wykorzystać do opisania niepewności kwantowej bez postulowania korelacji szybszych od światła między wszystkimi cząsteczkami we wszechświecie. Jednak nielokalne teorie zmiennych ukrytych są nadal proponowane w celu wyjaśnienia deterministycznych podstaw niepewności kwantowej.