Unsicherheitsprinzip

Unsicherheitsprinzip, auch Heisenberg-Unsicherheitsprinzip oder Unbestimmtheitsprinzip genannt, Aussage des deutschen Physikers Werner Heisenberg (1927), dass die Position und die Geschwindigkeit eines Objekts nicht möglich sind beide werden auch theoretisch gleichzeitig exakt gemessen. Die Konzepte der exakten Position und der exakten Geschwindigkeit zusammen haben in der Tat keine Bedeutung.

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Gewöhnliche Erfahrung liefert keinen Hinweis auf dieses Prinzip. Es ist einfach, sowohl die Position als auch die Geschwindigkeit eines Automobils zu messen, da die durch dieses Prinzip implizierten Unsicherheiten für gewöhnliche Objekte zu gering sind, um beobachtet zu werden. Die vollständige Regel besagt, dass das Produkt der Unsicherheiten in Position und Geschwindigkeit gleich oder größer als eine winzige physikalische Größe oder Konstante (h / (4π) ist, wobei h die Plancksche Konstante ist, oder ungefähr 6,6 × 10 –34 Joule-Sekunde ). Nur für die außerordentlich kleinen Massen von Atomen und subatomaren Teilchen wird das Produkt der Unsicherheiten signifikant.

Jeder Versuch, die Geschwindigkeit eines subatomaren Teilchens wie eines Elektrons genau zu messen, wird es in einem umwerfen unvorhersehbarer Weg, so dass eine gleichzeitige Messung seiner Position keine Gültigkeit hat. Dieses Ergebnis hat nichts mit Unzulänglichkeiten bei den Messgeräten, der Technik oder dem Beobachter zu tun. Es entsteht aus der engen Verbindung zwischen Teilchen und Wellen in der Natur im Bereich der subatomaren Dimensionen.

Das Unsicherheitsprinzip ergibt sich aus der Welle-Teilchen-Dualität. Mit jedem Teilchen ist eine Welle verbunden; Jedes Teilchen zeigt tatsächlich ein wellenförmiges Verhalten. Das Teilchen befindet sich am wahrscheinlichsten an den Stellen, an denen die Wellen der Welle am größten oder am intensivsten sind. Je intensiver die Wellen der zugehörigen Welle werden, desto schlechter wird jedoch die Wellenlänge, die wiederum den Impuls des Teilchens bestimmt. Eine streng lokalisierte Welle hat also eine unbestimmte Wellenlänge; Das zugehörige Teilchen hat zwar eine bestimmte Position, aber keine bestimmte Geschwindigkeit. Andererseits ist eine Teilchenwelle mit einer genau definierten Wellenlänge ausgebreitet; Das zugehörige Teilchen hat zwar eine ziemlich genaue Geschwindigkeit, kann aber fast überall sein. Eine recht genaue Messung eines Observablen ist mit einer relativ großen Unsicherheit bei der Messung des anderen verbunden.

Das Unsicherheitsprinzip wird alternativ als Impuls und Position eines Partikels ausgedrückt. Der Impuls eines Teilchens ist gleich dem Produkt seiner Masse mal seiner Geschwindigkeit. Somit ist das Produkt der Unsicherheiten im Impuls und in der Position eines Teilchens gleich h / (4π) oder mehr. Das Prinzip gilt für andere verwandte (konjugierte) Paare von Observablen wie Energie und Zeit: Das Produkt der Unsicherheit bei einer Energiemessung und der Unsicherheit im Zeitintervall, in dem die Messung durchgeführt wird, beträgt ebenfalls h / (4π) oder mehr . Die gleiche Beziehung gilt für ein instabiles Atom oder einen instabilen Kern zwischen der Unsicherheit in der Menge der abgestrahlten Energie und der Unsicherheit in der Lebensdauer des instabilen Systems, wenn es in einen stabileren Zustand übergeht.