اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

بیگ بنگ: از نظر فیزیک کلاسیک، با داشتن شرایط اولیه و نیروهایی که بر یک سامانه وارد می شوند رفتار بعدی (مسیر یکتای آن) این سامانه فیزیکی را می توان دقیفا تعیین کرد. یعنی اگر مکان اولیه، سرعت اولیه و همه نیروهای وارد بر ذره معلوم باشند، با استفاده از قانون دوم نیوتن، مکان و سرعت به طور یکتا مشخص می شوند.بنابراین فیزیک کلاسیک کاملا قابل تعیین است. آیا این دیدگاه قابل تعیین بودن، در مورد دنیای میکرو فیزیکی نیز معتبر است؟

hei1به گزارش بیگ بنگ، چون یک ذره در مکانیک کوانتومی به وسیله یک تابع موج متناظر با موج ذره نمایش داده می شود و چون تابع موج نمی تواند جایگزین شده باشد، در نتیجه یک ذره میکروسکوپی تا حدی در فضا گسترده است که برخلاف ذرات کلاسیکی نمی تواند در فضا جایگزین شده باشد. بنابراین، مفاهیم کلاسیکی مکان دقیق، اندازه حرکت دقیق و مسیر یکتای ذره در مقیاس میکروسکوپی معنایی ندارند، این نکات اساس اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را تشکیل می دهد. این اصل می گوید گرچه اندازه گیری اندازه حرکت یا مکان ذره به طور دقیق امکان پذیر است، اما اندازه گیری این دو مشاهده پذیر به طور همزمان با دقت دلخواه امکان پذیر نیست. یعنی که نمی توانیم یک ذره میکروسکوپی را بدون دادن یک اندازه حرکت بزرگ به آن جایگزین کنیم، مکان این ذره را نمی توان بدون مختل کردن آن اندازه گیری کرد.

روشی برای چنین اندازه گیری دقیقی وجود ندارد، چون اندازه ی حرکت به ناچار تغییر می کند. برای فهم این مطلب، اندازه گیری مکان یک جسم ماکروسکوپی(مانند یک اتومبیل) و یک جسم میکروسکوپی (مانند یک الکترون) را در نظر بگیرید. از طرفی برای تعیین مکان یک جسم ماکروسکوپی، لازم است که آن را به سادگی مشاهده کنید، نوری که به آن برخورد می کند و به سمت آشکارساز (چشم های شما یا یک وسیله ی اندازه گیری دیگر) بازتاب می کند، نمی تواند اثر قابل ملاحظه ای روی حرکت این جسم داشته باشد. از طرف دیگر برای اندازه گیری موقعیت یک الکترون در اتم، ناچارید که از تابشی با طول موج خیلی کوتاه هم اندازه ی اتم استفاده کنید. انرژی این تابش به حدی است که می تواند اندازه حرکت الکترون را به طور قابل ملاحظه ای تغییر دهد، صرف مشاهده الکترون، حرکت آن را بقدری تغییر می دهد که می تواند آن را از مدارش خارج کند.

Heisenbergبنابراین تعیین مکان و اندازه حرکت بطور همزمان با هر دقت دلخواه امکان پذیر نیست؛ چون همه پدیده های کوانتومی با موج ها توصیف می شوند، انتخابی نداریم جز این که محدودیت خود را در توانایی اندازی گیری همزمان دو متغیر مکمل بپذیریم. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را می توان به هر جفتی از متغیرهای دینامیکی مکمل تعمیم داد: این غیرممکن است که وسیله ای آزمایشگاهی تهیه کرد تا بتواند به طور همزمان دو متغیر مکمل را با دقتی دلخواه اندازه گیری کرد. می بینیم که در تضاد کامل با فیزیک کلاسیک، مکانیک کوانتومی نظریه ای کاملا غیر قابل تعیین است. پرسش درباره ی مکان و اندازه حرکت یک الکترون، جواب مشخصی ندارد، تنها یک جواب احتمالی مقدور است.طبق اصل عدم قطعیت اگر موقعیت یک سامانه کوانتومی به خوبی تعریف شده باشد،اندازه حرکت ان به طور کامل تعیین نشده خواهد بود.بدین معنا،اصل عدم قطعیت هایزنبرگ آشکارا یکی از خط های قرمز مفاهیم فیزیک کلاسیک را زیر پا می گذارد: طبیعت قابل تعیین مکانیک نیوتنی.

این حد به راه و روش اندازه گیری وضعیت و سرعت ذره بستگی ندارد و مستقل از نوع ذره می باشد: اصل عدم قطعیت هایزنبرگ خاصیت بنیادین و گریز ناپذیر جهان است. اصل عدم قطعیت متضمن تاثیری ژرف در نگرش بشریت به جهان بود. حتی پس از این همه سال، تاثیرات آن از سوی فیلسوفان بسیاری کاملا مورد ارزیابی قرار نگرفته است و هنوز موضوع مناقشه فراوان می باشد. اصل عدم قطعیت مُهر پایانی بود بر رویای لاپلاس مبنی بر وجود تئوری علمی و مدلی یکسره جبرگرا از جهان!

نویسنده: میلاد اسکندر دوست/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع: کتاب مکانیک کوانتومی نوشته نور الدین زتیلی

کتاب تاریخچه زمان – نوشته استیون هاوکینگ

اطلاعات بیشتر: Uncertainty principle

image_pdfimage_print
(27 نفر , میانگین : 4٫48 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=23737
میلاد اسکندردوست

میلاد اسکندردوست

نویسنده این مطلب : میلاد اسکندردوست، در رشتۀ مهندسی صنایع تحصیل کرده است. علاقمند به مطالعه و پژوهش در زمینه ی فیزیک، ریاضیات، نجوم و علوم بنیادی میباشد و در زمینه نگارش مقاله با وب سایت بیگ بنگ همکاری می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۱۵ پاسخ‌ها

  1. mojtaba گفت:

    عرض کنم که…
    ملاحظه میکنید که گفته شده (چون یک ذره در مکانیک کوانتومی به وسیله یک تابع موج متناظر با موج ذره نمایش داده می شود و چون تابع موج نمی تواند جایگزین شده باشد، در نتیجه یک ذره میکروسکوپی تا حدی در فضا گسترده است که برخلاف ذرات کلاسیکی نمی تواند در فضا جایگزین شده باشد)….خب، پس قبول کردید که عدم قطعیت (که البته استفاده از این اصطلاح بعلت جنبه تاریخی است) به علت انتساب تابع موج است پس ذات طبیعت نیست، ذات تابع موج ماست، ذات ندانم بشری از اینکه چرا باید ذره، حالت موج به من نشون بده.

    بخصوص که گفته شده …(از طرف دیگر برای اندازه گیری موقعیت یک الکترون در اتم، ناچارید که از تابشی با طول موج خیلی کوتاه هم اندازه ی اتم استفاده کنید. انرژی این تابش به حدی است که می تواند اندازه حرکت الکترون را به طور قابل ملاحظه ای تغییر دهد.) …خب، پس منِ انسان بخاطر مشکل خودم که چون ناچارم برای دیدن الکترون از تاباندن نور استفاده کنم، اومدم مشکلمو که همانا تاباندن نور برای رفع مشکلِ دیدنم است رو اعمال کردم. خب، کی بهت اجازه داد نور بتابونی؟؟؟؟ چی کسی اجازه داد،آخه،! چون اعمال امیال ما از همان اول جزو قرار داد نظریه پردازی دقیق و درست نیست ؟ (جواب در مناظره ی بین دو نفر دانشجو مثلا: اولی؛ اینکه من برای دیدن الکترون مشکل دارم دیگه،…دومی؛ Oh,Ok،…پس مشکل داشتی، خب اینو از اول میگفتی، دوست من…)
    آیا اینکه چون من مشکل در دیدن و بررسی حرکت الکترون دارم، مجازم درش اختلال ایجاد کنم تا اون الکترون هم بیچاره بپره اونورتر!؟؟ واقعا اینکار منطقیه؟؟؟ اینکه من مشکل خودمو بندازم گردن طبیعتِ زبان بسته! مث این میمونه که الان بیان ، کشتارهای جلادان روزگار رو بندازن گردن من! و اونا رو تبرئه کنن!! آخه من تو خونم الان دارم درسمو میخونم باور کنید به خدا اصلا نمیشناسمشون (من یعنی همون الکترون زبان بسته). لطفا کسی کلاه خودشو قاضی کنه، خدایش الکترون بی گناه نیست؟ نجاتم بدید مگه نه همه آشوبهای جهان میاد میافته گردن من بی گناه و بی خبر!!!

  2. میلاد میلاد گفت:

    با سلام
    معمولا برای توضیح عدم قطعیت هایزنبرگ موقع عمل اندازه گیری از این شرح تاباندن فوتون استفاده می کنند ولی برای فراد نااگاه و حتی گاهی خبره هم گمراه کننده است.واقعیت این است که عدم قطعیت ذات الکترون است.لطفا به این جمله دقت کنید:اگر حرف شما وبرداشت اشتباه افراداز این توضیح را بپذیریم به این معنی خواهد بود که الکترون از قبل مکان و تکانه مشخصی دارد.درحالی که این توصیف با کوانتوم سازگارنیست.برای مثال در ازمایش دوشکاف،چطور الکترون ازدوشکف به طورهمزمان عبور میکند؟چون قبل از مشاهده و اندازه گیری ما ،مکان مشخصی ندارد و در واقع در تمام مکان های ممکن به طورهمزمان قراردارد.

  3. mojtaba گفت:

    درود بر شما باد دوست عزیز
    نه نه نه نه…من قبلا هم اشاره کردم که جان بل (اتفاقا برعکس شما که آنرا خطاب به ما میگویید، ایشان خطاب به افرای با دیدگاه بوهر) میگوید نباید گول اینکه تابع موج از اول بصورت یک superpositionکامل و منفک از measurement است، را خورد….بله…چون ما از اول از کجا فهمیدیم که الکترون در مکان مشخصی نیست و بطور همزمان در تمام مکانها ی ممکن هست؟؟ جواب: از آنجایی که قبلش measurement کرده بودیم، یعنی دیده بودیم که الکترون ظاهرا خاصیت موجی داره،….(در اینجا یک داستان را برای فهم بهتر مسئله ارائه میدهم که همه متوجه بشن) لذا اومدیم شروع کردیم گفتیم، نمیخواد کسی شرایط اولیه رو بهمون بده! بعد هممون سوپرایز شدیم، خفن!! که یکی پیدا شده (به اسم آقای کوانتوم) میگه من تمام حالت های ممکن رو بجای شرایط اولیتون تو مخم در نظر میگیرم،…بعد حضار همه تشویقش کردن که عجب نابغه ای پیدا شده، ماشاالله….تازه تابع موجش هم کامل کامله (چون تمام حالت های ممکنو تو مخش جا کرده دیگه) یعنی determinist…تا اینجاش اصلا کسی مخالف نیست و تازه همه متعجب و حیران که این عجب نابغه ایه که شرایط اولیه هم نمیخواد، واقعا باریکه الله…بعد حالا میگیم خب، نشون بده بینم چند مرده حلاجی؟ چون تا اینجاشو که همه میتونن بگن! حالا بینم تو چی در آستین داری….خلاصه ایشون میگه: باشه، ولی یادتون باشه اول بهم بگید چی شده تا بعد بهتون بگم چی شده….و حضار همه میزنن زیر خنده که طرف ما رو دست انداخته، که ما رو باش شما رو باش…بنابراین ملاحظه می فرمایید که کوانتوم روش حل منطقی (یعنی علیت،که شرایط اولیه رو میگیره نظریه بی روی و ریا رو اعمال میکنه و آینده رو دقیق و دوست داشتنی پیش بینی میکنه) مسئله رو داغون و بی معنی کرده یعنی کاملا غیرمنطقی(شرایط اولیه رو با تعریف و تمجید از خود که من فلانم و بهمانم نمیخواد و حالا نظریه پهلون پنبه رو اعمال میکنه و میگه، بهم دست نزنی ها، بگو چی شده تا بگم چی شده)…واقعا که خسته نباشه…
    باور بفرمایید جمله شما را نه یک بار نه دو بار نه چند بار بلکه هزار بار خواندم!!!
    البته که الکترون از قبل مکان و تکانه و همه اطلاعات خود را داشته….می فرمایید: (درحالی که این توصیف با کوانتوم سازگارنیست)…خب، سازگار نباشد!! شما طبیعت را رها کرده و به کوانتوم چنگ در زده اید!؟! این دیگر چه حکمتی است؟؟ ما خلاصه قرار است طبیعت را بشناسیم و مبنا قرار دهیم یا کوانتوم را؟؟
    و برای…(برای مثال در ازمایش دوشکاف،چطور الکترون ازدوشکف به طورهمزمان عبور میکند؟)….بعلت آن است که مطمئن باشید وحشتی بسیار بسیار عظیم در پس پرده ی ظاهری و مشاهدات در اداره ی نظم بسیار بسیار پیچیده و پنهان جهان در کار است که ما هنوز نادانیم. همین. چرا باید فکر کنیم اداره ی جهان ساده است…نه هرگز…سطحوح بنیادی فیزیک کیهان بشدت پیچیده است….حتی ممکن است مافوق درک بشریت…ما هنوز در اول اول راهیم…باید تلاش کرد، حقیقت منتظرمان است…
    درود

    • حسين گفت:

      مجتبی داداش ممنون بابت وقتی که میزاری نظر میدی فقط اگر میتونی کلمات انگلیس رو هم به فارسی بزار که هم با سرعت بشه بخونیم و هم کسایی مث من که انگلیسی مون ضعیفه بتونیم از نظرات شما عزیز استفاده بهتری کنیم – ممنون داداش

      من هم فکر میکنم فیزیکدان ها ، خاصیت بنیادین طبیعت و جهان بودنش رو از این بابت که احتمالی نمیره که با پیشرفت تکنولوژی و یا فیزیک نظری بشه این عدم قطعیت رو حذف کرد و از طرفی این مکانیک با این اصل سازگار و بنا ریزی شده است ، میدونن
      اما ممکنه روی سکه برگرده و داستان جدیدی شکل بگیره که اون موقع هم میتونه این عدم قطعیت رو حذف کنه اما نه به این سادگی ، و باید اون موقع احتمالا مکانیک جدیدتری به وجود اومده باشه که از کوانتوم کامل تر باشه

      • mojtaba گفت:

        خواهش میکنم حسینِ عزیز. من فکر میکنم وظیفه هریک ازما آدما اینه که برای همدیگه وقت بذاریم و خدمت کنیم، همدیگر و کمک کنیم تا اونجایی که میتونیم و میدونیم. مثلا دوستان بیگ بنگ هم دقیقا همین لطف رو به جامعه ایرانی میکنند.کلمات انگلیسی که میارم یه جورایی کاملا در فیزیک عمومین، و فکر میکنم کسانی که علاقمند به این بحث های فیزیکی هستن بد نیست اینا رو بدونن که یه جاهایی مطالعه کردن آشنا باشن، بخصوص اینکه هدفم نیز تاکید بر آن کلمه هم هست اینکه مفهومشو در نظر داشته باشیم. البته گاهی هم واقعا نمیدونم چه کلمه فارسی رو جایگزین کنم مثلا همینsuperposition که در فارسی میشه مثلا حالت بینابین ولی این دقیق نیست و با توجه به متن کامنت، منظور، تابع موجی است کامل، که شامل تمام وضعیت های ممکن ذره باشه. ما در خدمتیم.

        • Mr.Geo22 گفت:

          درود
          استفاده از واژه‌های پارسی برای کاربردهای دانشیک به کامل‌تر شدن زبان کمک میکنه و اون واژه‌ها با مفهوم‌های مورد اشاره درهم‌تنیده میشن.
          به جای superposition بهتره بگیم برهم‌نهی

          • mojtaba گفت:

            بله دوست عزیز، حق با شماست، بنده ذهنم به این کلمات بعلت مطالب انگلیسی، خب مستحضر هستید که به کرات از این کلمات استفاده میشه، عادت کرده و موقع تایپ هم خودبخود رعایت نمیکنم. تازه انگلیسیم هم همچی خوب نیست.

        • نیما گفت:

          در تمامی متون فارسی مرتبط با روابط موج به جای سوپرپوزیشن، برهم نهی اومده، اگر معنیش رو نمی دونی یعنی با ادبیات این موضوع آشنا نیستی، اگه هستی شما که ادعا می کنی زبان انگلیسیت چندان خوب نیست اول فارسیشو بخون که کلا گماره نشی، بعد از اینکه کتب فارسی ارضات نکرد برو به سمت اینگلیسیش. اصل برهم نهی یکی از اوصول پایه روابط موجی بوده که برای معادلات دیفرانسیل های خطی یا به عبارتی دینامیک های خطی برقرار است.

    • علی گفت:

      درود ، آقا مجتبی
      اطلاعات شما در این زمینه بروز نیست و مشخصه که این مبحث را فقط تا نظریه و نا مساوی های جان بل دنبال کرده اید، نامساویهایی که توسط ایده ها و آزمایشات آلن اسپه فیزیکدان فرانسوی نقض شد و دلیلی بود بر کوانتوم. نظریه جان بل رد شد و نظریه و آزمایشات آلن آسپه اثبات شد البته هر اثباتی هم دلیل بر کامل بودن نیست و این سیر ادامه دارد و به قول شما ما هنوز در اول راهیم. ولی اینکه بخوایم به طور قطع به یقین بگیم الکترون این اطلاعات را داشته که با کوانتوم سازگار نیست این نظریه باید ثابت بشه نمیشه فقط تو تصورمون که دیدی ماکروسکوپی داره بگیم این حرفو. اگه دلایل دارید می تونید بروید و در مجامع فیزیک اونو مطرح کنید وگرنه این نظریه شما منسوخه و بارها منسوخ شده. در کوانتوم بحث سر محدودیت اندازه گیری نیست بحث سر ذاته سیستمه که پدیده ها تصادفین و قانون علیت نیز در این حوزه نقض میشود. بعد از آلن آسپه تمامی کارهای صورت گرفته نیز اصل عدم قطعیت و تصادفی بودن را نشان داده اند و هیچ چیز به طور قطع و مطلق نیست. نامساوی های جان بل هم که به آن اشاره می کنید نقض شده اند و دیگر اعتباری ندارد و اگر فیزیکدانی هم که به دنبال حقیقت باشه نه اینکه خودشو گول بزنه به دنبالشون نمیره. شما اگر اطلاعات جدیدتری دارید ممنون میشم در اختیارم قرار دهید. پیروز باشید.

  4. مجتبی از دیدگاه هات خوشم اومد 🙂
    منم مثل شمام و اعتقاد دارم تمام قوانین محکوم به تغییر و بهبود هستند.

    • علی گفت:

      آقای حامد دلیجه، اصل عدم قطعیت هم همینو میگه که هیچ چیز مطلقی وجود نداره و در کوانتوم علت پیدایش تصادفه و قانون علیت در کوانتوم معنایی نداره، همینه که باعث تغییر میشه. ولی اگر بخوایم اصل عدم قطعیت رو با دید ماکروسکوپی خودمون رد کنیم باید بپذیریم که یک نظریه و یک موجود مطلق نیز وجود دارد که این خود حرف شما که همه قوانین تغییر می یابند را رد می کند.

  5. رضا گفت:

    اگه میشه مقاله ای هم در باب آزمایش quantum eraser بگذارید

  6. عدنان گفت:

    آقا مجتبی چیزی که کوانتوم میگه اینکه طبق نظریه گربه شرودینگر اینکه چیزی مثل الکترون هست یا نیست که ماقبول داریم الکترون هست پس عدد ۱ را بش می دیم که معادل یک موجود باشه
    اما بیان اینکه این عدد ۱ می تونه ۲ جا باشه یا بیشتر و در واقع همه جا چیزی در هستش در حدود خارج از منظومه عقل و نه تفکر
    چیزی نیست که با تفکر (محاسبات ) قابل فهم نباشه یعنی مثلا الکترون موج هست یا نیست یا ذره است یا نیست
    اما اینکه بطور همزمان هر دو باشد یا هر چهار مطلب بسیار خارق العاده سخت و غیر قابل قبول ایست که باید بپذیریم

  7. حجت گفت:

    با تشکر از دوستان
    این صرفا اعتقاد منه که از فلسفه نشات میگیره و اون اینه که شاید امروز به دلیل نقص دانش بشری از دنیای کوانتوم اصل عدم قعطیت پذیرفتی باشه ولی با افزایش دانش بشر و گسترش دامنه آن، آن عدم قطعیت ها محدود تر شده است. در اصل عدم قطعیت هم این احتمالات در یک گستره بسیار کوجک پذیرفته شده است در در دنیای فیزیک نیوتنی. علت عدم قطعیت دنیای میکرو نقص دانش و علت قطعیت دنیای ماکرو گسترده دانش بشری است. روزی خواهد رسید که گستره اصل عدم قطعیت بسیار کوچکتر از امروز خواهد شد

  8. کریم گفت:

    باسلام
    بیشتر نظریه ها درمورد الکترونها ازمحاسبات ریاضی به دست آمده است وبا یکسری آزمایشات که انجام گرفته بارفتار ماده مطابقت دارند واینکه آیا الکترونها بصورت واقفی اینچنین باشند معلوم نیست

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *