What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ چیست؟ - چاد اُُرزل

Translator: hamid hosseinianfar Reviewer: soheila Jafari

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، یکی از معدود ایده هایی از فیزیک کوانتم است

from quantum physics to expand into general pop culture.

It says that you can never simultaneously know the exact position

این فرض بیان می کند که شما نمی توانید به طور همزمان، محل دقیق

و سرعت دقیق یک جسم را بدانید.

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

و به عنوان یک استعاره از هر چیز، ازنقد ادبی تا گزارشات ورزشی یافت می شود.

from literary criticism to sports commentary.

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

عدم قطعیت معمولا به عنوان نتیجه اندازه گیری،

که عمل اندازه گیری محل یک جسم، سرعت آن را تغییر می دهد، یا بلعکس.

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

The real origin is much deeper and more amazing.

آغاز حقیقی خیلی عمیق تر و شگفت انگیز تر است.

The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

اصل عدم قطعیت وجود دارد زیرا هر چیز در جهان

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

همزمان رفتار موجی و ذره ای دارد.

در مکانیک کوانتم، مکان و سرعت دقیق یک شی هیچ تعبیری ندارد.

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

have no meaning.

To understand this,

برای فهم این مسئله،لازم است در مورد معنی رفتار ذره ای موجی بحث کنیم.

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

ذرات، طبق تعریف، هر لحظه در یک مکان حضور دارند.

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

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

ما می توانیم این مسئله را توسط یک گراف از احتمال یافتن شی در یک مکان خاص نمایش دهیم

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

که شبیه یک تابع ضربه است،

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

احتمال ۱۰۰% حضور در یک مکان خاص و صفر در سایر جاها،

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

از طرفی، موج ها با گسترش در فضا دچار اختلال می شوند،

like ripples covering the surface of a pond.

مانند موج هایی که سطح یک دریاچه را پوشش می دهند.

ما به وضوح می توانیم مشخصات الگوی موج را به طور کامل مشخص کنیم،

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

most importantly, its wavelength,

مهم تر از این، طول موج آن،

which is the distance between two neighboring peaks,

که فاصله بین دو قله مجاور،

or two neighboring valleys.

یا دو دره مجاور هست.

اما ما نمی توانیم یک مکان را برای آن معین کنیم.

But we can't assign it a single position.

احتمال خوبی برای حضور در مکان های متفاوت وجود دارد

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

Wavelength is essential for quantum physics

طول موج یک ضرورت فیزیک کوانتم است

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

زیرا طول موج یک شی مرتبط با تکانه آن است،

mass times velocity.

به عبارت دیگر جرم ضرب در سرعت

اجسامی که حرکت سریع دارند تکانه بزرگی دارند،

A fast-moving object has lots of momentum,

which corresponds to a very short wavelength.

که متناسب با طول موج خیلی کوچک است

جسم سنگین تکانه بزرگی دارد حتی اگر حرکت سریعی نداشته باشد.

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

که دوباره به معنی طول موج خیلی کوچک است.

which again means a very short wavelength.

به همین دلیل است که ماهیت موجی اشیا روزمره را نمی فهمیم.

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

If you toss a baseball up in the air,

اگر شما یک توپ بیس بال را در هوا تکان دهید،

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

طول موج آن یک میلیاردم از یک تریلیونم از یک ترلیونم متراست

خیلی کوچک تر از آن که شناسایی شود.

far too tiny to ever detect.

Small things, like atoms or electrons though,

اشیا کوچک، مثل اتم ها یا الکترون ها

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

میتوانند طول موجهای به اندازه کافی بزرگ، قابل اندازه گیری در تجهیزات فیزیکی داشته باشند

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

بنابراین، اگر موج خالص داشته باشیم، می توانیم طول موج آن را اندازه بگیریم،

and thus its momentum, but it has no position.

و همین طور تکانه آن، اما مکان مشخصی ندارد.

می توانیم مکان ذره را خیلی دقیق بدانیم،

We can know a particles position very well,

اما این ذره طول موج ندارد. بنابراین تکانه آن را نداریم.

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

برای این که هر دوی مکان و طول موج یک ذره را داشته باشیم

To get a particle with both position and momentum,

we need to mix the two pictures

نیاز داریم دو تصویر را ترکیب کنیم

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

تا یک گراف ایجاد کنیم که موج هایی دارد، اما تنها در ناحیه کوچک.

How can we do this?

چگونه می توانیم این کار را انجام دهیم؟

By combining waves with different wavelengths,

با ترکیب موج ها با طول موج های مختلف،

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

که به این معنی است به شی کوانتمی خود امکانی برای داشتن تکانه های مختلف را بدهیم

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

وقتی دو موج را جمع می کنیم، درمیابیم که مکان هایی هستند که

where the peaks line up, making a bigger wave,

قله ها جمع می شوند، موج بزرگی را ایجاد می کنند

و مکان هایی که قله یک موج با دره دیگری مواجه می شود

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

The result has regions where we see waves

سیگنال حاصل شده ناحیه هایی دارد که می بینیم موج ها

با ناحیه های پوچ جدا می شوند.

separated by regions of nothing at all.

اگر موج سومی را اضافه کنیم،

If we add a third wave,

the regions where the waves cancel out get bigger,

ناحیه هایی که موج ها نا پدید می شوند بزرگتر شده،

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

و با افزودن موج چهارم همچنان بزرگتر می شود در حالی که ناحیه های موجی باریک تر می شود.

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

اگر افزودن موج ها را ادامه دهیم، یک بسته موج ایجاد می کنیم

که طول موج واضح در یک ناحیه کوچک دارد.

with a clear wavelength in one small region.

این همان شی کوانتمی با هر دو ماهیت موج و ذره است،

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

اما برای کامل کردن این،ما باید قطعیت را در مورد هر دوی مکان و تکانه از دست بدهیم.

but to accomplish this, we had to lose certainty

about both position and momentum.

The positions isn't restricted to a single point.

مکان ها محدود به یک نقطه نیست.

احتمال خوبی وجود دارد که شی را در محدوده ای از مرکز بسته موج پیدا کنیم،

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

of the center of the wave packet,

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

و بسته موج را با افزودن تعداد زیادی موج ایجاد میکنیم

which means there's some probability of finding it

به این معنی که به احتمال خوبی حضور جسم

with the momentum corresponding to any one of those.

با تکانه متناسب با طول موج ها را پیدا کنیم.

Both position and momentum are now uncertain,

اکنون هر دوی مکان و تکانه نا معین هستند،

and the uncertainties are connected.

و این عدم قطعیت ها مرتبط هستند.

If you want to reduce the position uncertainty

اگر می خواهید عدم قطعیت مکان را با ایجاد

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

بسته موج کوچک تر کاهش دهید، نیاز دارید مو جهای بیشتری را اضافه کنید،

which means a bigger momentum uncertainty.

که به معنی عدم قطعیت بزرگتر تکانه است.

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

اگر بخواهید تکانه را بهتر بشناسید، بسته موج بزرگتری لازم دارید،

که به معنی عدم قطعیت بیشتر مکان است.

which means a bigger position uncertainty.

این اصل عدم قطعیت هایزنبرگ است،

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

که ابتدا توسط هایزنبرگ فیزیکدان آلمانی در سال ۱۹۲۷ ارائه شد

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

این عدم قطعیت ربطی به اندازه گیری صحیح یا غلط ندارد،

but an inevitable result of combining particle and wave nature.

بلکه یک نتیجه اجتناب ناپذیر از ترکیب ماهیت ذره و موج است.

اصل عدم قطعیت تنها محدودیت عملی در اندازه گیری نیست.

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

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

بلکه محدودیتی است که یک شی در انتخاب ویژگی هایش دارد

built into the fundamental structure of the universe itself.

ناشی از ذات اصلی خود عالم هستی است