What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

O que é o Princípio dd Incerteza de Heisenberg? - Chad Orzel

Tradutor: Ruy Lopes Pereira Revisor: Romane Ferreira

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

O Princípio de Incerteza de Heisenberg é uma das ideias da física quântica

from quantum physics to expand into general pop culture.

que foram adotadas pela cultura popular.

It says that you can never simultaneously know the exact position

Ele diz que você nunca pode saber ao mesmo tempo a posição exata

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

e a velocidade exata de um objeto e é usado como uma metáfora

from literary criticism to sports commentary.

em situações desde a crítica literária até o comentário esportivo.

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

A incerteza é geralmente explicada como uma consequência da mensuração,

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

o ato de medir a posição de um objeto muda sua velocidade e vice-versa.

The real origin is much deeper and more amazing.

A causa real é muito mais profunda e mais surpreendente:

The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

O Princípio da Incerteza existe porque tudo no universo

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

se comporta como uma partícula e uma onda ao mesmo tempo.

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

Na mecânica quântica, a posição exata e a velocidade exata de um objeto

have no meaning.

não têm sentido.

To understand this,

Para entender isso,

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

precisamos pensar no que significa

o comportamento de partícula ou onda.

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

Partículas, por definição, existem em um único lugar a todo instante no tempo.

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

Podemos representar isso num gráfico que mostra a probabilidade

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

de encontrar o objeto em um determinado lugar.

O gráfico apresenta um pico,

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

de 100% em uma posição específica, e zero nos outros lugares.

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

Ondas, por outro lado, são perturbações que se propagam expandindo no espaço,

like ripples covering the surface of a pond.

como as ondulações na superfície de um lago.

Podemos facilmente identificar características

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

do padrão de onda como um todo,

most importantly, its wavelength,

principalmente o comprimento de onda,

which is the distance between two neighboring peaks,

que é a distância entre dois picos consecutivos ou dois vales consecutivos.

or two neighboring valleys.

But we can't assign it a single position.

Mas não podemos dar a eles uma única posição.

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

Há uma grande chance

de ele estar em vários lugares diferentes.

Wavelength is essential for quantum physics

O comprimento de onda é essencial na física quântica

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

pois o comprimento de onda de um objeto

está associado ao seu momento linear,

mass times velocity.

massa vezes a velocidade.

A fast-moving object has lots of momentum,

Um objeto a alta velocidade tem momento linear grande,

which corresponds to a very short wavelength.

que corresponde a um comprimento de onda muito curto.

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

Um objeto pesado tem momento grande mesmo a baixa velocidade,

which again means a very short wavelength.

e também tem um comprimento de onda muito curto.

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

É por isso que não percebemos

a natureza ondulatória dos objetos cotidianos.

If you toss a baseball up in the air,

Se você lançar uma bola de beisebol, o comprimento de onda dela será

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

um bilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de um metro,

minúsculo demais para ser detectado.

far too tiny to ever detect.

Mesmo assim, coisas pequenas, como átomos ou elétrons,

Small things, like atoms or electrons though,

têm comprimento de onda suficientemente grandes

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

para serem medidos em experimentos de física.

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

Assim, se temos uma onda pura, podemos medir seu comprimento de onda,

and thus its momentum, but it has no position.

e portanto seu momento, mas ela não possui uma posição.

Podemos até saber a posição de uma partícula,

We can know a particles position very well,

mas elas não têm um comprimento de onda,

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

portanto não sabemos seu momento.

To get a particle with both position and momentum,

Para ter uma partícula com posição e também momento,

we need to mix the two pictures

precisamos misturar as duas coisas,

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

construindo um gráfico que tem ondas, mas apenas em uma pequena área.

Como se faz isso?

How can we do this?

By combining waves with different wavelengths,

Combinando ondas de comprimento de ondas diferentes,

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

isto é, dando ao objeto quântico a possibilidade de ter

vários momentos diferentes.

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

Quando juntarmos duas ondas,

descobrimos que há locais

where the peaks line up, making a bigger wave,

onde os picos se alinham, formando uma onda maior,

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

e locais onde os picos de uma coincidem com os vales da outra.

The result has regions where we see waves

A resultante terá regiões onde vemos ondas separadas por regiões sem nada.

separated by regions of nothing at all.

Se adicionarmos uma terceira onda,

If we add a third wave,

the regions where the waves cancel out get bigger,

as regiões onde as ondas se cancelam ficam maiores,

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

mais uma e os vazios serão ainda maiores, e as regiões onduladas mais estreitas.

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

Se continuarmos juntando ondas, teremos um pacote de onda,

with a clear wavelength in one small region.

com um comprimento de onda nítido em uma pequena região.

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

Teremos um objeto quântico com natureza simultânea de onda e partícula.

but to accomplish this, we had to lose certainty

Mas para conseguir isso, foi preciso abrir mão da certeza

about both position and momentum.

tanto da posição quanto do momento.

The positions isn't restricted to a single point.

A posição não está restrita a um único ponto.

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

Há uma boa probabilidade de encontrá-lo dentro de uma região

of the center of the wave packet,

perto do centro do pacote de onda.

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

Nós construímos o pacote de onda juntando várias ondas,

which means there's some probability of finding it

ou seja, há probabilidade de encontrá-lo com um momento

with the momentum corresponding to any one of those.

igual ao momento de qualquer uma dessas ondas.

Both position and momentum are now uncertain,

A posição e o momento agora são indeterminados,

and the uncertainties are connected.

e essas incertezas estão ligadas.

If you want to reduce the position uncertainty

Se você quiser reduzir a incerteza na posição

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

fazendo um pacote de ondas menor, é preciso adicionar mais ondas,

which means a bigger momentum uncertainty.

o que implica em maior incerteza no momento.

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

Já um pacote de ondas maior

permitirá conhecer melhor o momento, o que implica

which means a bigger position uncertainty.

maior incerteza na posição.

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

Esse é o Princípio de Incerteza de Heisenberg,

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

enunciado pelo físico alemão Werner Heisenberg em 1927.

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

Tal incerteza não é uma questão de medir bem ou mal,

but an inevitable result of combining particle and wave nature.

mas um resultado inevitável

da combinação das naturezas de partícula e de onda.

O Princípio de Incerteza não é apenas um limite prático de mensuração.

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

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

É um limite das propriedades que um objeto pode ter,

built into the fundamental structure of the universe itself.

é parte integrante da estrutura fundamental do universo.