What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

Traducător: Oana M. Vasarhelyi Corector: Lorena Ciutacu

Principiul incertitudinii al lui Heisenberg

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

e una dintre ideile fizicii cuantice extinse la cultura pop generală.

from quantum physics to expand into general pop culture.

It says that you can never simultaneously know the exact position

El spune că nu putem ști niciodată poziția și viteza exactă a unui obiect

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

și servește ca metaforă universală,

from literary criticism to sports commentary.

de la critica literară la comentariile sportive.

Incertitudinea e des explicată ca un rezultat al măsurătorilor,

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

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

actul măsurării poziției unui obiect schimbându-i viteza sau vice-versa.

The real origin is much deeper and more amazing.

Cauza reală e însă mult mai profundă și mai uluitoare.

The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

Principiul incertitudinii există deoarece totul în univers

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

se comportă simultan atât ca particulă, cât și ca undă.

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

În mecanica cuantică, poziția și viteza exactă a unui obiect

have no meaning.

nu au însemnătate.

To understand this,

Pentru a înțelege asta,

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

trebuie să ne gândim ce înseamnă a te comporta ca o particulă sau undă.

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

Particulele, prin definiție, se găsesc într-un singur loc, într-un anumit moment.

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

Putem reprezenta asta printr-un grafic arătând probabilitatea găsirii obiectului

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

într-un loc anume,

ce arată ca un vârf,

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

100% într-o anumită poziție și 0 oriunde altundeva.

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

Undele, pe de altă parte, sunt perturbări răspândite în spațiu

like ripples covering the surface of a pond.

precum undele de la suprafața unui lac.

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

Putem identifica per ansamblu caracteristicile tiparului undei,

most importantly, its wavelength,

în special, lungimea acesteia,

which is the distance between two neighboring peaks,

adică distanța dintre două vârfuri sau două văi învecinate.

or two neighboring valleys.

But we can't assign it a single position.

Dar nu îi putem atribui o singură poziție.

E o mare probabilitate de a se afla în multe locuri diferite.

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

Wavelength is essential for quantum physics

Lungimea de undă e esențială în fizica cuantică

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

deoarece lungimea de undă a unui obiect este asociată cu impulsul său,

mass times velocity.

masa ori viteza.

A fast-moving object has lots of momentum,

Un obiect în rapidă mișcare are multe impulsuri,

which corresponds to a very short wavelength.

care corespund unei lungimi de undă foarte scurte.

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

Un obiect greu are multe impulsuri, chiar dacă nu se mișcă foarte rapid,

which again means a very short wavelength.

ceea ce din nou înseamnă o lungime de undă foarte scurtă.

Din această cauză nu observăm natura undelor obiectelor cotidiene.

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

If you toss a baseball up in the air,

Dacă arunci o minge de baseball în aer,

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

lungimea sa de undă e o miliardime de trilionime din trilionimea unui metru,

far too tiny to ever detect.

mult prea mică de detectat vreodată.

Small things, like atoms or electrons though,

Totuși, lucrurile mici precum atomii sau electronii,

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

pot avea lungimi de undă îndeajuns de mari de măsurat în experimente.

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

Așadar, dacă avem o undă pură îi putem măsura lungimea,

and thus its momentum, but it has no position.

prin urmare și impulsul, dar nu are poziție.

We can know a particles position very well,

Putem afla foarte ușor poziția unei particule,

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

dar nu are o lungime de undă, deci nu-i știm impulsul.

To get a particle with both position and momentum,

Pentru a avea o particulă cu poziție și impuls,

we need to mix the two pictures

trebuie să combinăm cele două idei

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

pentru a crea un grafic cu unde, dar numai într-o zonă mică.

How can we do this?

Cum putem face asta?

By combining waves with different wavelengths,

Prin combinarea undelor cu diferite lungimi de undă,

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

adică dând obiectului cuantic șansa de a avea impulsuri diferite.

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

Când adăugăm două unde, descoperim că există locuri

where the peaks line up, making a bigger wave,

unde vârfurile se aliniază creând o undă mai mare

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

și alte locuri unde vârfurile uneia umplu văile celeilalte.

The result has regions where we see waves

Rezultatul arată zone unde vedem unde separate de zone goale.

separated by regions of nothing at all.

Dacă adăugăm o a treia undă,

If we add a third wave,

the regions where the waves cancel out get bigger,

zonele unde undele se anulează devin mai mari,

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

la o a patra se măresc în continuare, zonele mai ondulate îngustându-se.

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

Continuând să adăugăm unde, putem crea un grup de unde

with a clear wavelength in one small region.

cu o lungime de undă clară într-o zonă mică.

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

Acesta e un obiect cuantic, cu natură duală undă-particulă,

but to accomplish this, we had to lose certainty

dar pentru a ajunge aici,

a trebuit să pierdem certitudinea atât a poziției, cât și a impulsului.

about both position and momentum.

The positions isn't restricted to a single point.

Poziția nu e restricționată la un singur punct.

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

E o mare probabilitate de a o găsi

la o anumită distanță de centrul grupului de undă

of the center of the wave packet,

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

și creăm grupul de undă adăugând multe unde,

which means there's some probability of finding it

însemnând că există o anume probabilitate de a o găsi

with the momentum corresponding to any one of those.

având impulsul corespunzător oricăreia dintre acestea.

Both position and momentum are now uncertain,

Atât poziția, cât și impulsul sunt acum incerte,

and the uncertainties are connected.

iar incertitudinile sunt conectate.

If you want to reduce the position uncertainty

Dacă vrei să scazi incertitudinea poziției prin crearea unui grup de unde mai mic,

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

trebuie să adaugi mai multe unde,

which means a bigger momentum uncertainty.

crescând astfel incertitudinea impulsului.

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

Dacă vrei să știi mai bine impulsul, ai nevoie de un grup mai mare de unde,

which means a bigger position uncertainty.

crescând astfel incertitudinea poziției.

Acesta e principiul incertitudinii al lui Heisenberg,

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

formulat de fizicianul german Werner Heisenberg în 1927.

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

Această incertitudine nu e o problemă de măsurare corectă sau greșită,

but an inevitable result of combining particle and wave nature.

ci e consecința inevitabilă a dualității particulă-undă.

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

Principiul incertitudinii nu e doar o limită practică în măsurare.

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

E o limitare a proprietăților pe care le poate avea un obiect,

built into the fundamental structure of the universe itself.

inerentă structurii fundamentale a universului în sine.