La teoría de cuerdas: el principio de incertidumbre
Werner Heisenberg es el más conocido en la física cuántica por su descubrimiento de la principio de incertidumbre, lo que tiene como consecuencia que para hacer mediciones de distancias muy cortas - como los requeridos por la teoría de cuerdas - Se requiere muy altas energías.
Video: ¿Qué es el principio de incertidumbre?
El principio de incertidumbre establece que la forma más precisa que medir una cantidad, la forma menos precisa se puede conocer otra cantidad asociada. Las cantidades a veces vienen en pares de ajuste que no pueden ser ambas medido completamente.
Heisenberg lo que encontró fue que la observación de un sistema en la mecánica cuántica perturba el sistema lo suficientemente que no se puede saber todo sobre el sistema. La mayor precisión se mide la posición de una partícula, por ejemplo, menor que es posible medir con precisión momento de la partícula.
Video: ¿Qué es la mecánica cuántica?
El grado de esta incertidumbre se relaciona directamente con la constante de Planck - el mismo valor que Max Planck había calculado en 1900 en sus cálculos cuánticos originales de energía térmica. Heisenberg encontró que ciertas cantidades complementarias en la física cuántica estaban unidos por este tipo de incertidumbre:
Posición y el momento (momento es la masa multiplicada por la velocidad)
Energía y tiempo
Esta incertidumbre es un resultado muy extraño e inesperado de la física cuántica. Hasta este momento, nadie había hecho nunca ningún tipo de predicción de que el conocimiento era de alguna manera inaccesible a un nivel fundamental. Claro, hubo limitaciones tecnológicas a lo bien que se hizo una medición, pero el principio de incertidumbre de Heisenberg fue más allá, diciendo que la naturaleza misma no permite realizar mediciones de ambas cantidades más allá de un cierto nivel de precisión.
Una forma de pensar en esto es imaginar que usted está tratando de observar la posición de una partícula con mucha precisión. Para ello, usted tiene que mirar a la partícula. Pero usted quiere ser muy preciso, lo que significa que necesita utilizar un fotón con una longitud de onda muy corta, y una longitud de onda corta se refiere a una alta energía.
Video: ¿Qué es el vacío cuántico?
Si el fotón de alta energía golpea la partícula - que es exactamente lo que necesita tener suceder si desea observar la posición de la partícula, precisamente, - a continuación, se va a dar algo de su energía a la partícula. Esto significa que cualquier medición también se trata de hacer del momento de la partícula estará apagado.
explicaciones similares funcionan si usted observa momento de la partícula con precisión, por lo que deshacerse de la medición de la posición. La relación de la energía y el tiempo tiene una incertidumbre similar. Estos son los resultados matemáticos que vienen directamente de análisis de la función de onda y las ecuaciones de de Broglie utilizan para describir sus ondas de materia.
¿De qué manera esta incertidumbre se manifiesta en el mundo real? Por eso, permítanme volver a su experimento cuántico favorita - la doble rendija. El experimento de la doble rendija ha seguido creciendo en los últimos años más extraño, produciendo resultados extraño y desconocido. Por ejemplo:
Si envía los fotones (o electrones) a través de las rendijas de una en una, la muestra patrón de interferencia con el tiempo (grabado en una película), a pesar de que cada fotón (o electrones) tiene aparentemente nada que interfiera con.
Si se configura un detector cerca de uno (o ambos) ranuras para detectar qué rendija del fotón (o electrones) pasó a través de, el patrón de interferencia desaparece.
Si configura el detector, pero lo deja apagado, el patrón de interferencia regresa.
Si configura un medio para determinar lo que más tarde cortó el fotón (o electrones) fue a través, pero no hace nada para impactar en estos momentos, el patrón de interferencia desaparece.
Video: Principio de Incertidumbre de Heisenberg
¿Qué significa todo esto tiene que ver con el principio de incertidumbre? El denominador común entre los casos en los que el patrón de interferencia desaparece es que una medición se realizó en qué rendija los fotones (o electrones) pasan a través.
Cuando no se hace ninguna medición de hendidura, la incertidumbre en la posición sigue siendo alta, y el comportamiento de las ondas aparece dominante. Tan pronto como se realiza una medición, la incertidumbre en la posición cae significativamente y el comportamiento de las ondas se desvanece. (También hay un caso en el que se observa algunos de los fotones o electrones. Como era de esperar, en este caso, se obtiene ambos comportamientos, en proporción exacta a la cantidad de partículas que está midiendo.)