What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

Che cos'è il Principio di Indeterminazione di Heisenberg? - Chad Orzel

Traduttore: Revisore: Chiara Emilia Seri

Il Principio di Indeterminazione di Heisenberg è uno trai concetti

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

from quantum physics to expand into general pop culture.

della fisica quantistica ad espandersi nella generica cultura popolare

It says that you can never simultaneously know the exact position

Dice che non si possono mai conoscere simultaneamente la posizione esatta

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

e la velocità esatta di un oggetto ed appare come una metafora per tutto,

from literary criticism to sports commentary.

dalla critica letteraria ai commenti sportivi.

L'indeterminazione è spesso spiegata come risultato di una misurazione

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

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

in cui l'atto di misurazione della posizione di un oggetto

cambia la sua velocità, o viceversa.

The real origin is much deeper and more amazing.

La vera origine è più profonda e più strabiliante.

Il Principio di Indeterminazione esiste perché tutto nell'universo

The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

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

si comporta come una particella e come un'onda contemporaneamente.

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

Nella meccanica quantistica, la posizione esatta e la velocità esatta

di un oggetto non hanno senso.

have no meaning.

To understand this,

Per capire ciò,

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

dobbiamo pensare a cosa significa agire come una particella o come un'onda.

Le particelle, per definizione, esistono in un unico puntto

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

in ogni istante nel tempo.

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

Possiamo rappresentare ciò in un grafico

che mostra la probabilità di trovare l'oggetto in un dato luogo

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

il che appare come un un picco,

al 100% in una posizione specifica e zero da ogni altra parte.

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

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

Invece le onde sono perturbazioni che si diffondono nello spazio

like ripples covering the surface of a pond.

come le increspature sulla superficie di un laghetto.

Identifichiamo chiaramente elementi dello schema dell'onda nella sua interezza,

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

most importantly, its wavelength,

soprattutto la sua lunghezza d'onda,

which is the distance between two neighboring peaks,

che è la distanza tra due picchi adiacenti,

or two neighboring valleys.

o due valli adiacenti.

But we can't assign it a single position.

Ma non possiamo assegnargli una sola posizione.

Ha una buona probabilità di trovarsi in molti punti diversi.

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

Wavelength is essential for quantum physics

La lunghezza d'onda è essenziale per la fisica quantistica:

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

la lunghezza d'onda di un oggetto è collegata alla sua quantità di moto,

mass times velocity.

massa per velocità.

Un oggetto che si muove veloce ha una grande quantità di moto,

A fast-moving object has lots of momentum,

which corresponds to a very short wavelength.

il che corrisponde a una lunghezza d'onda molto breve.

Un oggetto pesante ha una grande quantità di moto

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

anche quando non si muove molto velocemente,

which again means a very short wavelength.

il che implica, di nuovo, una lunghezza d'onda molto breve

Ecco perché non notiamo la natura ondulatoria degli oggetti quotidiani.

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

If you toss a baseball up in the air,

Se lanci una palla da baseball in aria,

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

la sua lunghezza d'onda è un miliardesimo

di trilionesimo di trilionesimo di metro,

decisamente troppo breve per essere mai rilevato.

far too tiny to ever detect.

Small things, like atoms or electrons though,

Invece le piccole cose, come gli atomi o gli elettroni

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

possono avere lunghezze d'onda grandi abbastanza

da essere misurate in esperimenti di fisica.

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

Quindi, se abbiamo un'onda pura, misuriamo la sua lunghezza d'onda,

and thus its momentum, but it has no position.

e dunque la sua quantità di moto, ma senza la sua posizione.

Possiamo conoscere esattamente la posizione di una particella,

We can know a particles position very well,

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

ma essa non ha una lunghezza d'onda,

quindi non possiamo conoscere la sua quantità di moto.

To get a particle with both position and momentum,

Per avere sia la posizione sia la quantità di moto di una particella

we need to mix the two pictures

dobbiamo fondere le due immagini

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

per creare un grafico che ha le onde, ma solo in una piccola area.

How can we do this?

Come possiamo realizzarlo?

By combining waves with different wavelengths,

Combinando le onde con le diverse lunghezze d'onda,

il che vuol dire dare al nostro oggetto quantistico

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

la possibilità di avere diverse quantità di moto.

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

Quando sommiamo due onde, scopriamo che ci sono dei luoghi

where the peaks line up, making a bigger wave,

dove i picchi si allineano, creando un'onda più grande,

e altri luoghi dove i picchi di una riempiono le le valli di un'altra.

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

The result has regions where we see waves

Il risultato ha aree dove vediamo delle onde

separated by regions of nothing at all.

separate da aeree di vuoto assoluto.

Se aggiungiamo una terza onda,

If we add a third wave,

the regions where the waves cancel out get bigger,

le aree dove le onde si annullano diventano più grandi,

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

con una quarta aumentano ancora, e le aree con le onde si fanno più strette.

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

Se continuiamo ad aggiungere onde, possiamo creare un pacchetto di onde

with a clear wavelength in one small region.

con una ben distinta lunghezza d'onda in una piccola area

Questo è un oggetto quantistico con una natura sia di onda sia di particella,

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

but to accomplish this, we had to lose certainty

ma per ottenere ciò, dobbiamo perdere la certezza

about both position and momentum.

sia della posizione sia della quantità di moto.

The positions isn't restricted to a single point.

Le posizioni non sono riconducibili ad un singolo punto.

C'è una buona probabilità di trovarle all'interno di un qualche intervallo

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

of the center of the wave packet,

dal centro del pacchetto d'onda

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

ed otteniamo il pacchetto d'onda sommando molte onde,

which means there's some probability of finding it

il che vuol dire che c'è la probabilità di trovarla

con la quantità di moto corrispondente ad una di queste.

with the momentum corresponding to any one of those.

Both position and momentum are now uncertain,

Sia la posizione sia la quantità di moto sono ora indeterminate,

and the uncertainties are connected.

e le indeterminazioni sono connesse

If you want to reduce the position uncertainty

Se si vuole ridurre l'indeterminazione della posizione

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

creando un pacchetto d'onda più piccolo

bisogna aggiungere più onde, il che vuol dire ingrandire

which means a bigger momentum uncertainty.

l'indeterminazione della quantità di moto.

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

Se si vuole conoscere meglio la quantità di moto

si necessita di un pacchetto d'onda più grande

che vuol dire aumentare l'indeterminazione della posizione

which means a bigger position uncertainty.

Questo è il Principio di Indeterminazione di Heisenberg

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

formulato per la prima volta dal fisico tedesco Werner Heisenberg nel 1927.

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

Tale indeterminazione non dipende da una buona o da una cattiva misurazione,

but an inevitable result of combining particle and wave nature.

ma è il risultato inevitabile derivante dalla combinazione

della natura di particella e di onda.

Il Principio di Indeterminazione non è solo un limite pratico in misurazione.

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

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

E' un limite sulle proprietà che un oggetto può avere,

built into the fundamental structure of the universe itself.

insito nella struttura fondamentale dell'universo stesso.