What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

Czym jest zasada nieokreśloności Heisenberga? - Chad Orzel

Tłumaczenie: Sylwia Gliniewicz Korekta: Marta Grochowalska

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

Zasada nieokreśloności Heisenberga jest jedną z niewielu koncepcji

from quantum physics to expand into general pop culture.

fizyki kwantowej, które przeniknęły do kultury popularnej.

It says that you can never simultaneously know the exact position

Według niej nie można jednocześnie określić dokładnego położenia

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

i dokładnej prędkości obiektu, co jako metafora pojawia się wszędzie,

from literary criticism to sports commentary.

od krytyki literackiej po komentarz sportowy.

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

Nieokreśloność tłumaczy się często wynikiem pomiaru.

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

Pomiar położenia obiektu zmienia jego prędkość, i odwrotnie.

The real origin is much deeper and more amazing.

Przyczyna tkwi głębiej i jest bardziej niezwykła.

The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

Zasada nieokreśloności istnieje, bo wszystko we wszechświecie

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

zachowuje się równocześnie jak cząstka i fala.

W mechanice kwantowej dokładne położenie i prędkość obiektu

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

have no meaning.

nie mają znaczenia.

To understand this,

Aby to zrozumieć,

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

trzeba pomyśleć, co oznacza zachowywać się jak cząstka albo fala.

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

Cząstki z definicji istnieją w jednym miejscu w czasie.

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

Można to pokazać na wykresie prawdopodobieństwa znalezienia

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

obiektu w określonym miejscu, który wygląda jak iglica,

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

w 100% w jednym miejscu, i nigdzie indziej.

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

Za to fale są zaburzeniami rozchodzącymi się w przestrzeni

like ripples covering the surface of a pond.

jak kręgi po powierzchni stawu.

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

Można wyraźnie określić wzór fali jako całości,

most importantly, its wavelength,

a przede wszystkim jej długość,

which is the distance between two neighboring peaks,

czyli odległość między dwoma sąsiadującymi grzbietami

or two neighboring valleys.

albo dwoma sąsiadującymi dolinami,

But we can't assign it a single position.

ale nie można przypisać im jednego położenia.

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

Istnieje spore prawdopodobieństwo, że będą w wielu różnych miejscach.

Wavelength is essential for quantum physics

Długość fali jest bardzo ważna w fizyce kwantowej,

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

bo długość fali obiektu jest związana z jego pędem,

mass times velocity.

czyli iloczynem masy i prędkości.

A fast-moving object has lots of momentum,

Szybko poruszający się obiekt ma większy pęd,

which corresponds to a very short wavelength.

który odpowiada bardzo krótkiej długości fali.

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

Ciężki obiekt ma większy pęd, nawet nieporuszając się bardzo szybko,

which again means a very short wavelength.

co z kolei także oznacza bardzo krótką długość fali.

Dlatego nie dostrzegamy na co dzień natury fali w przedmiotach.

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

If you toss a baseball up in the air,

Jeśli podrzucisz piłkę do bejsbola,

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

długość fali wynosi maciupeńką część metra,

far too tiny to ever detect.

zbyt małą, aby móc ją wykryć.

Small things, like atoms or electrons though,

Długość fali małych obiektów, jak atomy czy elektrony,

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

jest na tyle duża, że można ją zmierzyć w eksperymentach fizycznych.

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

Można zmierzyć długość i pęd czystej fali,

and thus its momentum, but it has no position.

ale nie jej położenie.

We can know a particles position very well,

Można dokładnie określić położenie cząstki,

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

ale bez długości fali, nie znamy jej pędu.

To get a particle with both position and momentum,

Żeby uzyskać cząstkę posiadająca położenie i pęd,

we need to mix the two pictures

trzeba połączenia dwóch obrazów,

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

żeby powstał wykres z falami, ale tylko na małej przestrzeni.

How can we do this?

Jak to zrobić?

By combining waves with different wavelengths,

Łącząc fale o różnych długościach,

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

czyli dając obiektom kwantowym szansę na różne pędy.

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

Dodając dwie fale, odkrywamy miejsca,

where the peaks line up, making a bigger wave,

gdzie grzbiety pokrywają się, dając większą falę,

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

oraz gdzie grzbiety wypełniają doliny.

The result has regions where we see waves

Efektem są przestrzenie

separated by regions of nothing at all.

z falami oddzielonymi miejscami, w których nie ma nic.

If we add a third wave,

Jeśli dodamy trzecią falę,

the regions where the waves cancel out get bigger,

miejsca, w których fale znosiły się, powiększają się.

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

Przy czwartej nadal rosną, a przestrzenie fal stają się węższe.

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

Dodając kolejne, otrzymamy pakiet falowy

with a clear wavelength in one small region.

o wyraźnej długości fali na jednej małej przestrzeni.

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

To obiekt kwantowy o dwoistej naturze fali i cząstki,

but to accomplish this, we had to lose certainty

ale żeby to osiągnąć, trzeba zapomnieć o określoności,

about both position and momentum.

zarówno położenia jak i pędu.

The positions isn't restricted to a single point.

Położenie nie jest ograniczone do punktu.

Istnieje prawdopodobieństwo znalezienia go w pewnym przedziale

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

of the center of the wave packet,

środka pakietu falowego,

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

tworzonego przez dodawanie wielu fal,

which means there's some probability of finding it

co oznacza możliwość znalezienie go

with the momentum corresponding to any one of those.

z pędem odpowiadającym którejś z fal.

Both position and momentum are now uncertain,

Zarówno położenie jak i pęd są teraz nieokreślone

and the uncertainties are connected.

a ich nieokreśloności są od siebie zależne.

If you want to reduce the position uncertainty

Chcąc zredukować nieokreśloność położenia,

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

tworząc mniejszy pakiet falowy, trzeba dodać więcej fal,

which means a bigger momentum uncertainty.

co zwiększa nieokreśloność pędu.

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

Chcąc lepiej określić pęd, potrzeba większego pakietu falowego,

which means a bigger position uncertainty.

co zwiększa nieokreśloność położenia.

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

To jest właśnie zasada nieokreśloności,

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

którą sformułował niemiecki fizyk, Werner Heisenberg, w 1927 roku.

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

Nieokreśloność nie jest kwestią dobrego albo złego pomiaru,

but an inevitable result of combining particle and wave nature.

ale nieuniknionym skutkiem połączenia istoty cząstki i fali.

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

Zasada nieokreśloności nie jest jedynie ograniczeniem pomiaru.

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

To ograniczenie właściwości, jakie może posiadać obiekt,

built into the fundamental structure of the universe itself.

wbudowane w fundamentalną strukturę wszechświata.