Вернер Хайзенберг и принципа на неопределеността

Характерът на квантовите  явления - „всичко или нищо" - означава, че поведението на отделните ком­поненти не може да се предвиди, като се позоваваме на познатите закони. Това е все едно да се улучи ре­зултатът от футболен

Характерът на квантовите  явления - „всичко или нищо" - означава, че поведението на отделните ком­поненти не може да се предвиди, като се позоваваме на познатите закони. Това е все едно да се улучи ре­зултатът от футболен мач, преценявайки малките раз­лики между способностите на отборите, след като крайният резултат може да се изрази само с голове.

През 1927 г. германският физик Вернер Хайзенберг (1901-1976) въвежда принципа на неопределеността, де­финиращ тази непредсказуемост. Той посочва, че при субатомните компоненти колкото по-точно се измер­ва една от двете двойки физически величини - место­положението/моментът, толкова по-неопределена ста­ва другата двойка - енергията/времето и обратно. Малките размери и огромният брой квантувани явле­ния означават, че механизмът на вероятностите до­вежда до мащабни явления, които строго се придър­жат към законите на традиционната физика.

Обаче неопределеността на микроскопично ниво кара някои да отрекат строгата връзка между причина и следствие и да смятят, че в материалните явления роля играе шансът или някакъв неизвестен фактор. В съвремен­ната наука  това е иновация на XX век, но още Епикур си представя атомното отклонение като непредсказу­емо явление, защото то се случва независимо от вън­шни физически причини. Епикур приема възгледа на Левкип и Демокрит, че всички явления са материални - дори волята и въображението. Но той също така вярва в свободната воля и не приема, че тя може да действа, ако всички явления са предопреде­лени съгласно законите на механистичната физика.

Тъй като отклонението възниква независимо от външна причина, то осигурява физическото обяснение на Епикуровия антидетерминизъм. „Епикур смята, че неизбежността на съдбата се избягва с помощта на отклонението на атома , пише римският тълкувател Цицерон, но Демокрит предпочита да приеме възг­леда, че всички събития произтичат по необходимост, вместо да лиши атомите от тяхното естествено дви­жение." Противоречието, описано от Цицерон, след двайсет и три столетия се преражда в несъгласието между Алберт Айнщайн и квантовите физици. „Бог не играе на зарове", възразява Айнщайн.

Квантовата памет може би е всичко, от което се нуждаят учените,  за да преодолеят границите на Хайзенберговия принцип на неопределеността. Според група от изследователи, заплитането на частица с квантова памет и измерването на една от характеристиките и, например позицията, би трябвало мигновенно да превключи паметта на кванта в съответстващото му състояние и впоследствие също да може да се измери. Това би позволило да се постигне нещо, което законите на физиката досега забраняваха, а именно - да се разбере състоянието на определена двойка от променливи в едно и също време - при това с безпрецедентно "количество" определеност.

Способността ни да наблюдаваме частици на квантово ниво в момента е ограничена от т.нар. принцип на неопределеността на немския учен Вернер Хайзенберг. Накратно той гласи, че дори да се измери една от променливите на наблюдавана частица, други нейни променливи, например момента , не могат да се измерват по същото време със същата точност, затова се смята, че измерванията (или наблюдението на позицията и момента на частицата) се правят с известна неопределеност.

Физичните причини за това са забулени зад сложни формули и математически следствия, но друг учен, Пол Дирак, обяснява тази връзка със собствена теория. Според него един от много малкото начини да се измери мястото на частица е чрез отскачащ от нея фотон и засичане на точното място на приземяването му върху детектор. Приземяването на фотона описва напълно положението на частицата, но при удара изменя нейния импулс.

По същия начин, измерването на импулса ще промени положението на частицата. Досега това караше учените да смятат, че е невъзможно да се измери дадена двойка от променливи, влияещи една на друга, в едно и също време и с висока степен на точност.

Още Айнщайн въвежда понятието "призрачно взаимодействие от разстояние" , с което обяснява връзката между два фотона, дори да са на голямо разстояние един от друг (т.нар. "заплетени частици"). Когато две частици са заплетени, при откриването дори на единична променлива на една от частиците настъпва т.нар. колапс на вълновата функция на двете частици, при който техните променливи получават крайни стойности.

Чрез процеса на заплитане е възможно да се използват две частици, за да се определи напълно състоянието на една от тях. Възможно е дори да бъдат измерени несъвместимите променливи, като позиция и момент. Тези измервания най-вероятно няма да са напълно точни, но ще бъдат достатъчно точни за да разбият принципа на неопределеността.

Системата, с която екипът учени работи, включва максимално заплитане на частица с квантова памет (което означава, че всички състояния и степени на свобода в частицата ще бъдат "привързани" към всички състояния на квантовата памет). След като частиците бъдат заплетени и разделени , на теория измерването на квантовата памет трябва да даде същия резултат като измерването на частицата. Неопределеността между измерването на несъвместими променливи ще липсва в кватновата памет, което ще позволи на наблюдателя да види точните състояния на две несъвместими променливи в един и същ момент от време.

Ключовата дума тук, обаче е "на теория". Експериментът все още не е проведен, тъй като на практика не съществува достатъчно развито оборудване за него. А като се вземе предвид и факта, че заплетените двойки поначало имат изключително нестабилни състояния, задачата по създаване на квантова памет, съхраняваща всички възможни състояния на частицата и нейните променливи, започва да изглежда направо непосилна.
Все пак експеримент, който може да накара принципа на Хайзенберг да изглежда като далечен спомен и да разтръси из основи знанията ни за поведението на частиците си струва.
Автор: Тони