Principio di incertezza

Principio di incertezza, chiamato anche principio di indeterminazione di Heisenberg o principio di indeterminazione, affermazione, articolata (1927) dal fisico tedesco Werner Heisenberg, che la posizione e la velocità di un oggetto non possono entrambi essere misurati esattamente, allo stesso tempo, anche in teoria. I concetti stessi di posizione esatta e velocità esatta insieme, infatti, non hanno alcun significato in natura.

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Esperienza ordinaria non fornisce alcun indizio di questo principio. È facile misurare sia la posizione che la velocità, diciamo, di unautomobile, perché le incertezze implicite da questo principio per gli oggetti ordinari sono troppo piccole per essere osservate. La regola completa stabilisce che il prodotto delle incertezze di posizione e velocità è uguale o maggiore di una piccola quantità fisica, o costante (h / (4π), dove h è la costante di Planck, o circa 6,6 × 10-34 joule-secondo ). Solo per le masse estremamente piccole di atomi e particelle subatomiche il prodotto delle incertezze diventa significativo.

Qualsiasi tentativo di misurare con precisione la velocità di una particella subatomica, come un elettrone, la farà cadere in un modo imprevedibile, in modo che una misurazione simultanea della sua posizione non abbia validità. Questo risultato non ha nulla a che fare con le inadeguatezze degli strumenti di misura, della tecnica o dellosservatore; nasce dallintima connessione in natura tra particelle e onde nel regno delle dimensioni subatomiche.

Il principio di indeterminazione nasce dalla dualità onda-particella. Ogni particella ha unonda associata ad essa; ogni particella mostra effettivamente un comportamento ondulatorio. È più probabile che la particella si trovi in quei luoghi in cui le ondulazioni dellonda sono maggiori o più intense. Tuttavia, più intense diventano le ondulazioni dellonda associata, più mal definita diventa la lunghezza donda, che a sua volta determina la quantità di moto della particella. Quindi unonda strettamente localizzata ha una lunghezza donda indeterminata; la sua particella associata, pur avendo una posizione definita, non ha una velocità certa. Unonda particellare avente una lunghezza donda ben definita, daltra parte, è diffusa; la particella associata, pur avendo una velocità piuttosto precisa, può essere quasi ovunque. Una misurazione abbastanza accurata di un osservabile comporta unincertezza relativamente grande nella misurazione dellaltro.

Il principio di indeterminazione è espresso alternativamente in termini di quantità di moto e posizione di una particella. La quantità di moto di una particella è uguale al prodotto della sua massa per la sua velocità. Pertanto, il prodotto delle incertezze nella quantità di moto e la posizione di una particella è uguale a h / (4π) o più. Il principio si applica ad altre coppie di osservabili correlate (coniugate), come lenergia e il tempo: anche il prodotto dellincertezza in una misurazione di energia e lincertezza nellintervallo di tempo durante il quale viene effettuata la misurazione è uguale o superiore a h / (4π) . La stessa relazione vale, per un atomo o un nucleo instabile, tra lincertezza nella quantità di energia irradiata e lincertezza nella vita del sistema instabile mentre effettua una transizione verso uno stato più stabile.