What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

ما هو مبدأ اللايقين لهايزنبرج؟ - تشاد أورزل

المترجم: Nora Mohammad المدقّق: Abd Al-Rahman Al-Azhurry

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

مبدأ هايزنبرج لللايقين هو أحد الأفكار القليلة

from quantum physics to expand into general pop culture.

المأخوذة من فيزياء الكم والتي توسعت في الثقافة الشعبية العامة.

It says that you can never simultaneously know the exact position

ويقضي باستحالة معرفة المكان الدقيق والسرعة

and the exact speed of an object and shows up as a metaphor in everything

الدقيقة للجسم في نفس الوقت، ويظهر كاستعارة في كل شيء،

from literary criticism to sports commentary.

بدءً بالنقد الأدبي وحتى التعليق الرياضي.

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

عادةً ما يُفسّر اللايقين بأنه نتيجة للقياس،

that the act of measuring an object's position changes its speed, or vice versa.

أي أن قياس موقع الجسم يغير سرعته أو العكس.

The real origin is much deeper and more amazing.

إلا أن الأصل الحقيقي أكثر عمقاً وإثارة.

The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

يتواجد مبدأ اللايقين لأن كل شيء في الكون

behaves like both a particle and a wave at the same time.

يعمل كجسيم وكموجة في الوقت نفسه.

In quantum mechanics, the exact position and exact speed of an object

في ميكانيكا الكم، الموقع المحدد والسرعة المحددة لجسم ما

have no meaning.

لا معنى لهما.

To understand this,

ولاستيعاب ذلك،

we need to think about what it means to behave like a particle or a wave.

علينا أن نفكر في طبيعة سلوك الجسيم أو الموجة.

Particles, by definition, exist in a single place at any instant in time.

الجسيمات حسب تعريفها توجد في مكان واحد في أي لحظة زمنية.

We can represent this by a graph showing the probability of finding

يُمككنا تمثيل ذلك برسمٍ يوضح احتمالية إيجاد

the object at a particular place, which looks like a spike,

الجسم في مكان معين، الذي يبدو كمسمار،

100% at one specific position, and zero everywhere else.

في موقع واحد محدد 100%، وليس في أي موقع آخر.

Waves, on the other hand, are disturbances spread out in space,

وعلى الجانب الآخر، الموجات عبارة عن اهتزازات تنتشر في الفضاء

like ripples covering the surface of a pond.

كالتموجات التي تغطي سطح بِركةٍ ما.

We can clearly identify features of the wave pattern as a whole,

يُمكننا بوضوح تحديد سمات نمط الموجة ككل،

most importantly, its wavelength,

والأهم من ذلك طولها الموجي،

which is the distance between two neighboring peaks,

وهو المسافة بين قمّتين متجاورتين،

or two neighboring valleys.

أو تجويفين متجاورين.

But we can't assign it a single position.

لكن لا يُمكننا تخصيص موقع واحد لها،

It has a good probability of being in lots of different places.

إذ توجد احتمالية كبيرة لوجودها في أماكن مختلفة عديدة.

Wavelength is essential for quantum physics

والطول الموجي أمر أساسي في فيزياء الكم

because an object's wavelength is related to its momentum,

لأن الطول الموجي لجسمٍ ما يرتبط بقوته الدافعة،

mass times velocity.

الكتلة مضروبة بالسرعة.

A fast-moving object has lots of momentum,

وللجسم سريع الحركة قوة دافعة كبيرة،

which corresponds to a very short wavelength.

التي تتماشى مع الطول الموجي القصير جدّاً.

A heavy object has lots of momentum even if it's not moving very fast,

والجسم الثقيل له قوة دافعة كبيرة حتى وإن لم يكن يتحرك بسرعة

which again means a very short wavelength.

ما يعني مرة أخرى طول موجي قصير.

This is why we don't notice the wave nature of everyday objects.

ولهذا فنحن لا نلاحظ طبيعة الموجة للأجسام اليومية.

If you toss a baseball up in the air,

فلو قذفت كرة بيسبول عالياً في الهواء،

its wavelength is a billionth of a trillionth of a trillionth of a meter,

فإن طولها الموجي يبلغ جزء من مليار من تريليون من تريليون متر

far too tiny to ever detect.

صغير جدًّا إلى حد يستحيل كشفه.

Small things, like atoms or electrons though,

الأشياء الصغيرة كالذرات أو الإلكترونات

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

يُمكن أن يكون لها أطوال موجية كبيرة بما يكفي لقياسها في التجارب الفيزيائية

So, if we have a pure wave, we can measure its wavelength,

فعندما يكون لدينا موجة نقية، يُصبح من الممكن قياس طولها الموجي.

and thus its momentum, but it has no position.

ومن ثم قوتها الدافعة، ولكنها تكون بلا موقع.

We can know a particles position very well,

يُمكننا تحديد موقع الجسيم جيداً،

but it doesn't have a wavelength, so we don't know its momentum.

ولكنه لا يملك طولاً موجياً، فلا نعرف قوته الدافعة.

To get a particle with both position and momentum,

وللحصول على جسيم بموقع وقوة دافعة،

we need to mix the two pictures

يلزمنا مزج الصورتين

to make a graph that has waves, but only in a small area.

لعمل رسم بياني يتألف من موجات، ولكن في مناطق صغيرة فقط.

How can we do this?

كيف يمكننا فعل ذلك؟

By combining waves with different wavelengths,

من خلال مزج الموجات بأطوال موجية مختلفة،

which means giving our quantum object some possibility of having different momenta.

ما يعني إعطاء الجسم الكمي احتمالية الحصول على قوى دافعة مختلفة.

When we add two waves, we find that there are places

عندما نضيف موجتين، نجد أن هناك أماكن

where the peaks line up, making a bigger wave,

تصطف فيها القمم مكونةً موجةً أكبر،

and other places where the peaks of one fill in the valleys of the other.

وأماكن أخرى حيث قمم مكانٍ واحدٍ تملأ تجاويف مكانٍ آخرٍ.

The result has regions where we see waves

وينتج عن ذلك وجود مناطق فيها موجات

separated by regions of nothing at all.

تفصلها مناطق بلا موجات على الإطلاق.

If we add a third wave,

وعندما نضيف موجة ثالثة،

the regions where the waves cancel out get bigger,

يكبر حجم المناطق التي تخلو من الموجات،

a fourth and they get bigger still, with the wavier regions becoming narrower.

وإضافة موجة رابعة يعطي نفس النتيجة، مع زيادة ضآلة المناطق الأكثر تموُّجاً

If we keep adding waves, we can make a wave packet

وإذا تابعنا إضافة الموجات، يتكون لدينا حزمة موجية

with a clear wavelength in one small region.

مع طولٍ موجيٍ واضحٍ في منطقةٍ واحدةٍ صغيرة.

That's a quantum object with both wave and particle nature,

هذا جسمٌ كميٌّ له طبيعة الموجة والجسيم.

but to accomplish this, we had to lose certainty

ولكن لتحقيق ذلك، اضطررنا لفقدان اليقين

about both position and momentum.

حول الموقع والقوة الدافعة.

The positions isn't restricted to a single point.

المواقع ليست محصورة بنقطة واحدة.

There's a good probability of finding it within some range

وتوجد احتمالية كبيرة لإيجادها داخل بعض نطاقات

of the center of the wave packet,

مركز الحزمة الموجية،

and we made the wave packet by adding lots of waves,

وقد صنعنا الحزمة الموجية بإضافة الكثير من الموجات،

which means there's some probability of finding it

ما يعني وجود احتمالية إيجادها

with the momentum corresponding to any one of those.

مع قوة دافعة تصاحب أياً من تلك الموجات.

Both position and momentum are now uncertain,

الموقع والقوة الدافعة كلاهما غير محددٍ الآن،

and the uncertainties are connected.

والشكوك متصلة ببعضها.

If you want to reduce the position uncertainty

وإن أردت تقليل لايقينية الموقع

by making a smaller wave packet, you need to add more waves,

من خلال صنع حزمة موجية أصغر، فيلزمك إضافة مزيدٍ من الموجات،

which means a bigger momentum uncertainty.

ما يعني لايقينيةً أكبر للقوة الدافعة.

If you want to know the momentum better, you need a bigger wave packet,

ولو أردت تحديد القوة الدافعة بشكل أفضل، فيلزمك حزمةٌ موجيةٌ أكبر،

which means a bigger position uncertainty.

ما يعني لا يقينية أكبر للموقع.

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

وهذا هو مبدأ اللايقين لهايزنبرج،

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

الذي وضعه الفيزيائي الألماني فيرنر هايزنبرج عام 1927.

This uncertainty isn't a matter of measuring well or badly,

وهذا اللايقين لا يتعلق بسوء أو جودة القياس،

but an inevitable result of combining particle and wave nature.

ولكنه نتيجة حتمية تصاحب مزج طبيعتي الجسيم و الموجة.

The Uncertainty Principle isn't just a practical limit on measurment.

ومبدأ اللايقين ليس حدّاً عمليّاً على القياس فحسب،

It's a limit on what properties an object can have,

بل هو حد على الخصائص التي قد يمتلكها الجسم،

built into the fundamental structure of the universe itself.

والموجود في البنية الأساسية للكون نفسه.