String Theory: The Uncertainty Principle
Werner Heisen ist bekannt für seine Entdeckung der in der Quantenphysik bekannt Unschärferelation, was zur Folge hat, die Messungen von sehr kurzen Entfernungen zu machen - wie jene, erforderlich durch die String-Theorie - sehr hohe Energien benötigt werden.
Die Unsicherheit Prinzip besagt, dass je genauer Sie eine Menge zu messen, desto weniger genau können Sie einen anderen zugehörigen Menge wissen. Die Mengen, manchmal kommen in Set-Paare, die sowohl nicht vollständig gemessen werden.
Was Heisen fand, war, dass die Beobachtung eines Systems in der Quantenmechanik stört das System genug, dass man nicht alles über das System wissen kann. Je genauer Sie messen die Position eines Teilchens, beispielsweise die weniger es möglich ist, genau das Teilchen Schwung zu messen.
Der Grad dieser Unsicherheit wurde direkt auf die Plancksche Konstante in Verbindung stehend - den gleichen Wert, die Max-Planck im Jahre 1900 in seiner ursprünglichen Quanten Berechnungen von Wärmeenergie berechnet hatte. Heisenfestgestellt, dass bestimmte zusätzliche Mengen in der Quantenphysik durch diese Art von Unsicherheit verbunden waren:
Ort und Impuls (Impuls ist Masse mal Geschwindigkeit)
Energie und Zeit
Diese Unsicherheit ist eine sehr seltsame und unerwartete Ergebnis aus der Quantenphysik. Bis zu diesem Zeitpunkt hatte niemand jemals irgendeine Art von Vorhersage gemacht, dass das Wissen auf einer grundlegenden Ebene irgendwie unzugänglich war. Sicher gab es technische Einschränkungen, wie gut eine Messung durchgeführt wurde, aber weitere Heisenbergsche Unbestimmtheitsprinzip ging und sagte, dass die Natur selbst nicht, dass Sie Messungen beider Größen über ein gewisses Maß an Präzision zu machen erlaubt.
Ein Weg, um darüber nachzudenken, sich vorzustellen, dass Sie versuchen, eine Partikel Position sehr genau zu beobachten. Um dies zu tun, muss man an der Partikel zu suchen. Aber Sie wollen sehr genau zu sein, das heißt, Sie müssen ein Photon mit einer sehr kurzen Wellenlänge zu verwenden, und eine kurze Wellenlänge bezieht sich auf eine hohe Energie.
Wenn das Photon mit hoher Energie, um die Teilchen trifft - das ist genau das, was Sie benötigen, passieren, wenn Sie die Partikel Position genau beobachten wollen - dann geht es etwas von seiner Energie auf die Teilchen zu geben. Dies bedeutet, dass jede Messung Sie versuchen, auch der Partikel Schwung zu machen off wird.
Ähnliche Erklärungen funktionieren, wenn Sie die Partikel Schwung genau beobachten, so werfen Sie die Positionsmessung aus. Das Verhältnis von Energie und Zeit hat eine ähnliche Unsicherheit. Dies sind Ergebnisse, die mathematische kommen direkt aus der Wellenfunktion analysiert und die Gleichungen de Broglie verwendet, um seine Wellen der Materie beschreiben.
Wie funktioniert diese Unsicherheit in der realen Welt manifestieren? Dafür lassen Sie mich zu Ihrem Lieblingsquantenexperiment zurückkehren - Doppelspalt. Das Doppelspaltexperiment hat sich weiter über die Jahre odder zu wachsen, seltsamer Ergebnisse liefert. Beispielsweise:
Wenn Sie die Photonen (oder Elektronen) durch die Schlitze einer nach dem anderen zu senden, zeigt das Interferenzmuster im Laufe der Zeit (auf einem Film aufgezeichnet werden), obwohl jedes Photon (oder Elektronen) anscheinend nichts zu stören hat.
Wenn Sie einen Detektor eingerichtet in der Nähe von einer (oder beide) Schlitze zu erkennen, welche die Photonen Schlitz (oder Elektron) ging durch, geht das Interferenzmuster entfernt.
Wenn Sie den Detektor eingerichtet, aber lassen Sie es ausgeschaltet, kommt das Interferenzmuster zurück.
Wenn Sie ein Mittel zur Bestimmung später festgelegt, was die Photonen Schlitz (oder Elektron) ging durch, aber nichts tun, um es zu Auswirkungen auf gerade jetzt, geht das Interferenzmuster entfernt.
Was bedeutet all dies mit dem Unbestimmtheitsprinzip zu tun? Der gemeinsame Nenner zwischen den Fällen, in denen das Interferenzmuster ist weg geht, dass eine Messung an dem gemacht wurde aufgeschlitzt die Photonen (oder Elektronen) durchgeleitet.
Wenn kein Spaltmessung durchgeführt wird, bleibt die Unsicherheit in der Position hoch, und das Wellenverhalten erscheint dominant. Sobald eine Messung durchgeführt wird, fällt die Unsicherheit in Position signifikant und die Wellen Verhalten verschwindet. (Es gibt auch einen Fall, in dem Sie beobachten, etwas der Photonen oder Elektronen. Wie vorauszusehen war, in diesem Fall, Sie beide Verhaltensweisen erhalten, in genauen Verhältnis, wie viele Partikel Sie messen.)