What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

Tradutor: Joana Mota Revisora: Margarida Ferreira

O Princípio de Incerteza de Heisenberg é uma de várias ideias

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

from quantum physics to expand into general pop culture.

da Física quântica até à expansão para a cultura pop em geral.

It says that you can never simultaneously know the exact position

Diz que nunca podemos saber simultaneamente qual 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 aparece como uma metáfora em tudo

from literary criticism to sports commentary.

da crítica literária aos comentários desportivos.

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

A incerteza é muitas vezes explicada como resultado da medição,

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

que o ato de medir a posição de um objeto altera a sua velocidade ou vice-versa.

The real origin is much deeper and more amazing.

A origem real é muito mais profunda e mais espantosa.

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 como 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 significado.

To understand this,

Para perceber isto,

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

precisamos de pensar no que significa agir como uma partícula ou uma onda.

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

As partículas, por definição, existem num único local, num instante no tempo.

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

Podemos mostrar isto num gráfico que expõe a probabilidade de encontrar

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

o objeto num determinado local, que se parece com um espigão,

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

100% numa posição específica, e zero noutra qualquer.

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

Por outro lado, as ondas são perturbações espalhadas no espaço,

like ripples covering the surface of a pond.

como ondulações que cobrem a superfície de um lago.

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

Podemos identificar características do padrão de ondulação como um todo,

most importantly, its wavelength,

e mais importante, o seu comprimento de onda.

which is the distance between two neighboring peaks,

que é a distância entre dois picos vizinhos

or two neighboring valleys.

ou dois vales vizinhos.

But we can't assign it a single position.

Mas não podemos atribuir-lhe uma única posição.

Há uma boa probabilidade de estar em vários locais diferentes.

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

Wavelength is essential for quantum physics

O comprimento de onda é essencial para a física quântica

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

porque o comprimento de onda do objeto relaciona-se com o seu impulso,

mass times velocity.

a massa vezes a velocidade.

A fast-moving object has lots of momentum,

Um objeto em rápido movimento tem muito momentum,

which corresponds to a very short wavelength.

o que corresponde a um comprimento de onda muito curto.

Um objeto pesado tem muito momentum mesmo que não se mova muito rápido,

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

which again means a very short wavelength.

o que significa um comprimento de onda muito curto.

Isto é o motivo pelo qual não notamos as ondas naturais dos objetos diários.

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

If you toss a baseball up in the air,

Se lançarmos uma bola ao ar,

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

o seu comprimento de onda é o bilionésimo do trilionésimo do trilionésimo do metro,

demasiado pequeno para ser detetado.

far too tiny to ever detect.

Small things, like atoms or electrons though,

Coisas pequenas, como átomos ou eletrões,

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

podem ter comprimentos de onda

que podem ser medidos em experiências de física.

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

Se temos uma onda pura, podemos medir o seu comprimento de onda,

and thus its momentum, but it has no position.

e o seu momentum, mas não tem posição.

Podemos saber a posição exata da partícula,

We can know a particles position very well,

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

mas não tem comprimento de onda, então não sabemos o seu momentum.

To get a particle with both position and momentum,

Para ter uma partícula com posição e momentum,

we need to mix the two pictures

precisamos de misturar as duas imagens

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

para fazer um gráfico que tem ondas, mas apenas numa pequena área.

How can we do this?

Como podemos fazer isto?

By combining waves with different wavelengths,

Combinando ondas, com diferentes comprimentos de onda,

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

ou seja, dar ao nosso objeto quântico

a possibilidade de ter momentums diferentes

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

Quando adicionamos duas ondas, descobrimos que há locais

where the peaks line up, making a bigger wave,

onde os picos se alinham, criando uma onda maior,

e outros locais onde uns dos picos enchem os vales de outros.

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

The result has regions where we see waves

O resultado tem regiões onde vemos ondas

separated by regions of nothing at all.

separadas por regiões onde não há nada.

Se adicionarmos uma 3.ª 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.

uma 4.ª onda e elas ficam ainda maiores,

e as regiões com mais ondas a ficar menores.

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

Se continuarmos a adicionar ondas, podemos fazer um pacote de ondas

with a clear wavelength in one small region.

com um comprimento de onda exato numa pequena região.

Isso é um objeto quântico com natureza de onda e de partícula,

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

but to accomplish this, we had to lose certainty

mas para conseguir isto, tivemos de perder a certeza

about both position and momentum.

sobre a posição e o momentum.

The positions isn't restricted to a single point.

A posição não é restringida a um único ponto.

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

Há uma boa probabilidade de a achar a alguma distância

of the center of the wave packet,

do centro do pacote de ondas,

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

e fizemos o pacote de ondas ao adicionar várias ondas,

which means there's some probability of finding it

assim existe alguma probabilidade de a encontrar

com o momentum correspondente a alguma delas.

with the momentum corresponding to any one of those.

Both position and momentum are now uncertain,

Tanto a posição como o momentum são agora incertos,

and the uncertainties are connected.

e as incertezas estão conectadas.

If you want to reduce the position uncertainty

Se quisermos reduzir a incerteza da posição

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

ao fazer um pacote de ondas menor, precisamos de adicionar mais ondas,

which means a bigger momentum uncertainty.

o que significa maior incerteza do momentum.

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

Se quisermos saber o momentum, precisamos de um pacote de ondas maior,

which means a bigger position uncertainty.

ou seja, maior incerteza da posição.

Este é o Princípio da Incerteza de Heisenberg,

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

afirmado pela primeira vez

pelo físico alemão Werner Heisenberg em 1927.

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

Esta 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 natureza conjunta de partícula e onda

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

O Princípio da Incerteza não é apenas um limite prático à medição.

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.

construído na estrutura fundamental do próprio universo.