Что такое квантовая неопределенность?

Квантовая неопределенность, или, более формально, принцип неопределенности Гейзенберга - это открытие в квантовой физике, которое утверждает, что нельзя одновременно знать как точное положение, так и точный импульс отдельной частицы. Принцип неопределенности также дает математически точные (количественные) доверительные пределы для пар измерений. По сути, чем точнее вы хотите знать одно значение, тем больше точности вы должны жертвовать при измерении другого.

Из-за своей связи с революцией в квантовой механике квантовая неопределенность занимает прочное место в массовой культуре, где ее часто неправильно истолковывают. Квантовая неопределенность в фильмах и фильмах иногда неправильно используется для обозначения крупных объектов, когда это действительно относится только к частицам. Кроме того, идея квантовой неопределенности часто представляется загадочным образом, без упоминания о том, что концепция идет рука об руку с точными количественными доверительными границами, которые не являются столь загадочными.

Понятие квантовой неопределенности вызвало бурю в начале 20-го века, когда физики пытались выяснить особенности квантовой теории с помощью противоречивых интерпретаций. Нилс Бор и многие другие физики выступали за копенгагенскую интерпретацию, которая гласит, что Вселенная в основном нечеткая на самом низком уровне, описываемая скорее распределениями вероятностей, чем детерминированно связанными, четко определенными состояниями. Вернер Гейзенберг, который вывел принцип неопределенности из математической структуры квантовой теории, также выступал за копенгагенскую интерпретацию. Альберт Эйнштейн, однако, не сделал этого, классно говоря: «Бог не играет в кости».

Теория квантовой неопределенности, несмотря на то, что она упакована с математически точными доверительными границами, действительно весьма загадочна. В физическом сообществе все еще существуют разногласия относительно того, следует ли копенгагенская интерпретация неизбежно из квантовой уверенности. Современная альтернатива копенгагенской интерпретации - это интерпретация квантовой механики во многих мирах, согласно которой реальность на самом деле является детерминированной.

В контексте большого успеха ньютоновской механики более чем столетия назад физики очень неохотно отказывались от детерминистских теорий без невероятно убедительных доказательств. Поэтому они попытались придумать теории «скрытых переменных», которые пытались объяснить квантовую неопределенность как свойство высокого уровня, возникающее из более фундаментальных детерминированных взаимодействий. Тем не менее, находка, названная неравенством Белла, обнаружила, что локальные теории скрытых переменных не могут быть использованы для описания квантовой неопределенности без постулирования корреляции, превышающей скорость света, между всеми частицами во вселенной. Тем не менее, нелокальные теории скрытых переменных все еще предлагаются для объяснения детерминированной основы квантовой неопределенности.