不確定性原理について詳しく解説

導入

(a) 波、(b) 波束、および (c) 微粒子の空間 (位置) および周波数 (運動量) の図。波は純粋な周波数であり、そのインパルスは定義されていますが、空間内で局所化されていません。逆に、小体は局在していますが、決定された周波数を持っていません。一般的なケースは、空間内と同様に周波数で分布する波束のケースです。 2 つの表現間の二重性により、空間拡散は周波数拡散に反比例します。

不確定性原理は、量子力学の初期段階にあった 1927 年の春にハイゼンベルクによって述べられました。

「不確実性」という用語は、この原理の歴史的な用語です。不決定定理という名前が時々好まれるのは、この原理が量に関する実験者の「主観的」無知に関連しているのではなく、むしろ量を決定することの不可能性、さらにはより正確な決定が正確に存在すると主張することさえ不可能であることに関連しているためです。さらに、この原理は方程式で証明されると定理となります。

プランク、アインシュタイン、ド・ブロイの研究は、物質の量子的性質により、次の法則に従って波動特性 (周波数と波動ベクトル) と粒子特性 (エネルギーと運動量) が等価になることを明らかにしました。

その後、波動と粒子の二重性が数多くの実験によって確認され、物理学者に根本的な問題を引き起こしました。実際、周波数と波動ベクトルを持つには、物体は空間と時間において一定の広がりを持たなければなりません。したがって、量子物体は完全に局在化することも、完全に定義されたエネルギーを持つこともできません。

したがって、この不確定性原理を単純化すると、古典力学の観点からは全く直観に反しますが、与えられた質量粒子について、その位置と速度を同時に知ることはできないと述べています。速度の値の大きな不確実性 (例: ± 100 m/s) に対してその位置を正確に (例: ± 1 mm) 知ることができるか、またはその速度を正確に知ることができる (例: ± 0.0001 m/s) ) 位置の値の大きな不確実性 (例: ± 1 km) に対して。

しかし、粒子を微粒子の物体として考えることを放棄すると、この原理の説明はより直観的になります。空間内で一定の広がりと時間内で一定の寿命を持つ量子物体は、もはやスカラー値 (位置、速度) のセットではなく、その空間分布を記述する関数で表現されます。粒子に関するすべての情報はこの波動関数に含まれています。この粒子に対して実行されるスカラー測定は、数学演算子を使用してこの情報の一部のみを抽出することで構成されます。