What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

Τι είναι η Αρχή της Αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ; - Τσαντ Όρζελ.

Μετάφραση: ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΜΑΚΡΗ Επιμέλεια: Chryssa Takahashi

Η Αρχή της Αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ είναι μία από τις λίγες ιδέες

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

from quantum physics to expand into general pop culture.

της κβαντικής φυσικής που μεταφέρθηκε στη γενική ποπ κουλτούρα.

It says that you can never simultaneously know the exact position

Λέει ότι δεν μπορείς ποτέ να γνωρίζεις ταυτόχρονα την ακριβή θέση

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

και την ακριβή ταχύτητα ενός αντικειμένου και ανάγεται ως μεταφορά σε οτιδήποτε

from literary criticism to sports commentary.

από την κριτική λογοτεχνίας μέχρι την αναμετάδοση αθλητικών γεγονότων.

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

Αρκετές φορές η αβεβαιότητα εκλαμβάνεται ως αποτέλεσμα μέτρησης

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

αφού η μέτρηση της θέσης ενός σώματος μεταβάλει την ταχύτητά του, ή το ανάποδο.

The real origin is much deeper and more amazing.

Στην πραγματικότητα η αιτία είναι βαθύτερη και εκπληκτικότερη.

The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

Η Αρχή της Αβεβαιότητας υφίσταται καθώς τα πάντα στο σύμπαν

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

συμπεριφέρονται ταυτόχρονα και ως κύματα και ως σωμάτια.

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

Στην κβαντομηχανική, η ακριβής θέση και η ακριβής ταχύτητα ενός αντικειμένου

have no meaning.

δεν έχουν νόημα.

To understand this,

Για να το καταλάβουμε αυτό

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

πρέπει να αναλογιστούμε τι σημαίνει κυματική ή σωματιδιακή συμπεριφορά.

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

Τα σωματίδια, εξ ορισμού, υπάρχουν σε μία μοναδική θέση κάθε χρονική στιγμή.

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

Αυτό μπορούμε να το αναπαραστήσουμε σε ένα γράφημα πιθανότητας εύρεσης

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

του αντικειμένου σε δεδομένη θέση, που μοιάζει με ακίδα,

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

100% στη δεδομένη θέση και μηδενική οπουδήποτε αλλού.

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

Τα κύματα ωστόσο, είναι διαταραχές που εξαπλώνονται στο χώρο,

like ripples covering the surface of a pond.

όπως οι κυματισμοί στην επιφάνεια μιας λίμνης.

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

Μπορούμε ξεκάθαρα να αποδώσουμε χαρακτηριστικά στο κυματικό μοτίβο

most importantly, its wavelength,

με σημαντικότερο, το μήκος κύματος,

which is the distance between two neighboring peaks,

που είναι η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών όρων

or two neighboring valleys.

ή δύο διαδοχικών κοιλάδων.

But we can't assign it a single position.

Ωστόσο δεν μπορούμε να του αντιστοιχίσουμε μία μοναδική θέση.

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

Διαθέτει καλή πιθανότητα ύπαρξης σε πληθώρα διαφορετικών θέσεων.

Wavelength is essential for quantum physics

Το μήκος κύματος είναι θεμελιώδες για την κβαντική φυσική.

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

καθώς το μήκος κύματος ενός αντικειμένου σχετίζεται με την ορμή του,

mass times velocity.

δηλαδή τη μάζα επί την ταχύτητα.

A fast-moving object has lots of momentum,

Ένα γοργά κινούμενο σώμα διαθέτει αρκετή ορμή

which corresponds to a very short wavelength.

που αντιστοιχεί σε μικρό μήκος κύματος.

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

Ένα βαρύ αντικείμενο έχει αρκετή ορμή, ακόμα κι αν δε κινείται πολύ γρήγορα,

which again means a very short wavelength.

το οποίο επίσης σημαίνει μικρό μήκος κύματος.

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

Γι' αυτό δεν παρατηρούμε την κυματική φύση των καθημερινών αντικειμένων.

If you toss a baseball up in the air,

Αν ρίξετε μια μπάλα προς τα πάνω, το μήκος κύματός της

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

είναι ένα δισεκατομμυριοστό του τρισεκατομμυριοστού του μέτρου,

far too tiny to ever detect.

πολύ μικροσκοπικό για να ανιχνευτεί.

Small things, like atoms or electrons though,

Μικρά αντικείμενα ωστόσο, όπως άτομα ή ηλεκτρόνια,

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

έχουν μήκη κύματος αρκετά μεγάλα ώστε να είναι μετρήσιμα στα πειράματα.

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

Έτσι ένα καθαρό κύμα έχει μετρήσιμο μήκος κύματος,

and thus its momentum, but it has no position.

άρα και ορμή, αλλά δεν έχει θέση.

We can know a particles position very well,

Γνωρίζουμε καλά την ακριβή θέση ενός σώματος,

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

αλλά αφού δεν έχει μήκος κύματος, δεν γνωρίζουμε την ορμή του.

To get a particle with both position and momentum,

Για να γνωρίζουμε ταυτόχρονα θέση και ορμή ενός σωματιδίου,

we need to mix the two pictures

πρέπει να αναμείξουμε τις δύο εικόνες

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

κάνοντας ένα γράφημα κύματος, που να καταλαμβάνει λίγο χώρο.

How can we do this?

Πώς μπορεί να γίνει αυτό;

By combining waves with different wavelengths,

Συνδυάζοντας κύματα με διαφορετικά μήκη κύματος,

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

δηλαδή δίνουμε στο κβαντικό μας αντικείμενο πιθανότητα περισσότερων ορμών.

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

Όταν συνθέτουμε δύο κύματα, βρίσκουμε ότι υπάρχουν θέσεις

where the peaks line up, making a bigger wave,

όπου δύο όρη συνυπάρχουν, διαμορφώνοντας ένα μεγαλύτερο κύμα,

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

και άλλες θέσεις όπου οι κοιλάδες του ενός, γεμίζουν τις κοιλάδες του άλλου.

The result has regions where we see waves

Ως αποτέλεσμα έχουμε περιοχές όπου βλέπουμε κύματα

separated by regions of nothing at all.

να διαχωρίζονται από περιοχές όπου δεν υπάρχει κύμανση.

Αν προσθέσουμε και ένα τρίτο κύμα,

If we add a third wave,

the regions where the waves cancel out get bigger,

οι περιοχές όπου τα κύματα αλληλοαναιρούνται μεγαλώνουν,

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

με τέταρτο γίνονται ακόμα μεγαλύτερες, με τις περιοχές ενίσχυσης να στενεύουν.

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

Συνεχίζοντας να προσθέτουμε κύματα, δημιουργούμε ένα κυματοπακέτο

with a clear wavelength in one small region.

με ευδιάκριτο μήκος κύματος, εντός μιας μικρής περιοχής.

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

Αυτό είναι ένα κβαντικό αντικείμενο με κυματική και σωματιδιακή φύση,

but to accomplish this, we had to lose certainty

αλλά για την επίτευξή του χρειάστηκε να χάσουμε τη βεβαιότητα

about both position and momentum.

για ταυτόχρονη γνώση θέσης και ορμής.

The positions isn't restricted to a single point.

Οι θέσεις δεν περιορίζονται σε ένα μόνο σημείο.

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

Υπάρχει καλή πιθανότητα εύρεσης του εντός δεδομένης περιοχής

of the center of the wave packet,

γύρω από το κέντρο του κυματοπακέτου,

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

ενώ δημιουργώντας το κυματοπακέτο προσθέσαμε πολλά κύματα,

which means there's some probability of finding it

που σημαίνει ότι υπάρχει πιθανότητα εύρεσής του

with the momentum corresponding to any one of those.

με κάποια από τις ορμές που αντιστοιχεί σε οποιοδήποτε από αυτά.

Both position and momentum are now uncertain,

Και η ορμή και η θέση είναι τώρα αβέβαιες,

and the uncertainties are connected.

με τις αβεβαιότητές τους διασυνδεμένες.

If you want to reduce the position uncertainty

Αν θέλετε να μειώσετε την αβεβαιότητα της θέσης

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

με ένα μικρότερο κυματοπακέτο, πρέπει να προσθέτετε περισσότερα κύματα,

which means a bigger momentum uncertainty.

που σημαίνει μεγαλύτερη αβεβαιότητα ορμής.

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

Καλύτερος προσδιορισμός της ορμής, απαιτεί μεγαλύτερο κυματοπακέτο

which means a bigger position uncertainty.

που σημαίνει μεγαλύτερη αβεβαιότητα θέσης.

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

Αυτή είναι αρχή Αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ,

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

πρωτοδιατυπωμένη από τον Γερμανό φυσικό Βέρνερ Χάιζενμπεργκ το 1927.

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

Η Αρχή της Αβεβαιότητας δεν είναι θέμα καλής ή κακής μέτρησης,

but an inevitable result of combining particle and wave nature.

μα αναπόφευκτο αποτέλεσμα του συνδυασμού κυματικής και σωματιδιακής φύσης.

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

Η Αρχή της Αβεβαιότητας δεν είναι ένα πρακτικό όριο στις μετρήσεις μας.

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

Είναι όριο στο είδος των ιδιοτήτων που έχει ένα αντικείμενο,

built into the fundamental structure of the universe itself.

συνυφασμένη στη θεμελιώδη δομή αυτού καθεαυτού του σύμπαντος.