CCF20090213050 (2)

słynnego kota), kwantowa teoria nie jest słuszna, ponieważ nie można jej zastosować do przypadków, kiedy światło zachowuje się jak fala.

Sam Heisenberg też nie był usatysfakcjonowany teorią Bohra, ponieważ opierała się na obrazie atomu, którego nie dałoby się nigdy potwierdzić. Sądził jednak, że konkurująca teoria Schrodingera jest tym bardziej niesłuszna i aby to udowodnić, skoncentrował się na zbadaniu bliżej, co tak naprawdę pewnego możemy powiedzieć o atomie. Zajął się typowymi parametrami - położeniem, prędkością, pędem, energią i czasem - których fizycy używali w swoich teoriach. W 1927 roku doszedł do zaskakujących wniosków: zarówno teoria kwantowa, jak i konkurująca z nią teoria falowa w postaciach, w jakich były wtedy sformułowane, zawierały niedokładności niemożliwe do wyeliminowania.

Heisenberg zaczął intensywnie myśleć ó samym procesie obserwacji naukowej, na której możemy w zasadzie polegać, kiedy stosujemy ją do obiektów świata codziennego, ale w której napotykamy poważne trudności, kiedy zaczynamy stosować ją do cząstek elementarnych. Jego pierwszy wniosek był następujący: nie można zaobserwować pozycji elektronu, jeśli się czegoś od niego nie odbije - na przykład światła. Innymi słowy trzeba zastosować jakąś formę promieniowania, które niesie ze sobą energię, a ta w mniejszym lub większym stopniu zakłóca tor elektronu.

W dodatku im precyzyjniej chcesz zlokalizować elektron, tym bardziej zmieniasz jego prędkość (i tym samym pęd), ponieważ musisz użyć większej energii, na przykład energii światła o krótszej długości fali. T odwrotnie, jeśli chcesz zmierzyć dokładnie pęd elektronu (wyrażony przez jego prędkość), musisz zmniejszyć energię użytego do pomiaru promieniowana, na przykład stosując światło o dłuższej fałi, czyli mniejszej energii. Wtedy nie możesz jednak precyzyjnie zlokalizować elektronu.

Podsumowując: promieniowanie o dużej energii daje ci precyzyjniejsze dane o tym, gdzie elektron znajduje się w danej chwili, ale nie informuje o jego prędkości. Promieniowanie o małej energii dokładniej informuje o tym, jak prędko elektron w danym momencie się porusza, ale nie daje dokładnej informacji o tym, gdzie się on znajduje. Co dziwniejsze, sam akt obserwacji położenia elektronu sprawi, że będzie się on „zachowywał” bardziej jak cząstka, podczas gdy akt pomiaru jego energii sprawi, że będzie się „zachowywał” bardziej jak fala.

Heisenberg podał interesujący wzór wyrażający matematycznie te frustrujące fakty; zgodnie z tym wzorem, jeśli pomnoży się „nieoznaczoność” położenia przez „nieoznaczoność” pędu, nie otrzyma się nigdy iloczynu mniejszego niż pewna dodatnia liczba zwana „stałą Plancka”. Oznacza to, że nieoznaczoność nie może nigdy zmniejszyć się do zera i że im dokładniej mierzysz jedną wielkość, tym mniej dokładnie określona będzie druga.

Nie chodzi o to, że nasza wiedza o cząstkach elementarnych jest niepewna, ponieważ nasze techniki pomiarowe nie są wystarczająco dobre, ale o to, że nie istnieje taka technika, która by kiedykolwiek pokonała fundamentalną nieoznaczoność czy „roz-mytość” kwantowego zachowania. Elektrony mogą się w rzeczywistości zachowywać jak precyzyjne punkty poruszające się z dokładnie określonymi prędkościami, ale nie można tego stwierdzić. Równie prawdopodobne jest, że zachowują się inaczej, a więc twierdzenia odnoszące się do każdej z wersji są bez znaczenia i bezużyteczne.

W praktyce teoria nieoznaczoności oznacza, że nie możesz traktować cząstek lub kwantów, jakby były takimi samymi ciałami jak te, z którymi stykasz się w codziennym życiu - ciałami, które możesz wskazać palcem i powiedzieć: „To ciało znajduje się tu i tu i porusza się z taką i taką prędkością”. Najważniejsze parametry cząstki (położenie/pęd, energia/czas) nigdy nie mogą zostać jednocześnie precyzyjnie określone, a sam akt obserwacji w sposób nieunikniony i nieodwracalny wpływa przynajmniej na jedną z nich. Wszystko, co możemy zrobić, to wykonać pomiary i spróbować przewidzieć te parametry, posługując się metodami statystycznymi.

Te pozornie defetystyczne idee zdenerwowały kilku poważnych fizyków, z których najsławniejszym był Albert Einstein. Jego riposta w następnym rozdziale.

103