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Scienza

Il principio di indeterminazione è fondamentalmente perché a quel livello, per misurare il sistema devi interferire in qualche modo con il sistema?

Bentornati ad un'altra fantastica edizione delle domande di cultura generale!

Questa volta abbiamo cercato una curiosità scientifica:

Fondamentalmente la mia domanda si riduce al fatto che almeno a me sembra intuitivamente sensato che la scala quantistica renda difficile la misurazione ma io non &#;non vedo molte persone parlarne in questo modo e io'mi chiedo se sono;sono riuscito a sbagliare fine del bastone.

Come se voglio misurare un giavellotto in volo posso usare il video. Ci sono una tonnellata di fotoni che rimbalzano tutto il tempo che mi permettono di vedere dove si trova, li registro su più fotogrammi e bam I's;dove si trova e dove sta andando, facile.

Ora se proviamo di nuovo la stessa cosa dove I&#;sto cercando di misurare un fotone in volo, beh ora se fossi in uno stadio ben illuminato come per il giavellotto, mi sembrerebbe almeno un po'come provare a misurare una palla da biliardo con un'altra palla da biliardo con miliardi di altre palle da biliardo che volano in giro.

Improvvisamente quando ci pensi in quel modo allora l'idea che se creassi con cura un reticolo di fotoni con un rilevatore corrispondente, se uno dei rilevatori corrispondenti non ha ricevuto ;il suo fotone potremmo dire ehi, lo so che era lì, ma visto che sono ;l'ho fatto saltare con un altro fotone, non ho c lue dove si trova ora.

Data questa complessità (se I'ho capito bene anche a metà) mi sembra almeno come la maggior parte delle spiegazioni degli esperimenti quantistici almeno a livello universitario don'non parla davvero della meccanica della misurazione o dell'osservazione e quindi suona tutto molto più inquietante e senza quei bit di informazioni su cui è più difficile ragionare per le persone. Come se il principio di indeterminazione suonasse folle finché non inizi a pensare che l'unico modo per misurare è scontrarsi.

Ora mi rendo conto che anche il termine la collisione è potenzialmente un'enorme semplificazione eccessiva dell'interazione delle forze a livello delle particelle, ma spero che trasmetta ciò che vedo come il problema.

Quindi sì, ho avuto quello che sembrava un lampo di intuizione su ciò che stava spiegando tutto il principio di indeterminazione, ma poi sembra strano che noi basta parlare di esperimenti in termini semplificati come l'osservazione, il collasso della funzione d'onda ed evitare di parlare di cosa intendono con questo e di come lo realizzano. Voglio dire, capisco che la matematica dietro la meccanica quantistica spiega ciò che osserviamo, ma intendo di più sui metodi sperimentali che usiamo per confermare la matematica e su come osserviamo il livello quantistico da un livello macro.

Quindi il nocciolo della questione è duplice:

  • Il principio di indeterminazione è fondamentalmente perché a quel livello, per misurare il sistema devi interferire in qualche modo con il sistema?

        Se è così corretto, allora sembra che il modo in cui ci viene insegnato sulla prova sperimentale sia molto leggero su come interferiamo con le cose su scala quantistica per cercare di misurarle e io';d amore i suggerimenti per una buona spiegazione scientifica che scendano in un buon livello di dettaglio su questo

      Grazie!

    • Ed ecco le risposte d egli esperti:

    Spesso viene insegnato in questo modo, ma è più corretto dire che il principio di indeterminazione è vero di qualsiasi sorta di onda. La Meccanica Quantistica dice semplicemente che anche tutta la materia è onde.

    Con un'onda luminosa, la sua frequenza e posizione non possono essere entrambe vincolate a lo stesso tempo. Non è una questione di conoscenza. Non può davvero avere una singola frequenza e una singola posizione allo stesso tempo.

    Un'onda luminosa con la forma di un infinito l'onda sinusoidale lunga ha una frequenza perfetta. Tuttavia, non ha una posizione: è infinitamente lungo, riempiendo l'intero universo. Quindi la sua frequenza è molto vincolata, ma la sua posizione non è affatto vincolata.

    Se aggiungi più onde sinusoidali con frequenze diverse, o una distribuzione di onde sinusoidali, è possibile modificare la forma dell'onda per sembrare più localizzata. Può assomigliare a questa animazione da wikipedia . Qui hai un lotto di frequenze diverse, perché hai aggiunto molte onde sinusoidali. Ma ora il “pacchetto d'onda” sembra essere più localizzato – non è in un singolo punto ed è un po'esteso, ma non è distribuito uniformemente ovunque.

    Esaminando completamente la matematica, è possibile ricavare un principio di indeterminazione qui: più si vincola la frequenza di un'onda, più essa deve essere distribuita nello spazio e più si vincola un'onda per trovarsi in una piccola regione dello spazio, la gamma più ampia di frequenze deve essere nell'onda.

    Nella meccanica quantistica, l'unica differenza è che la frequenza di un'onda di materia è correlata alla sua quantità di moto.

    Astrokiwi

    Ci sono tre diversi fenomeni in gioco. La prima è l'incertezza fondamentale (ovvero il principio di indeterminazione di Heisenberg), la seconda è l'incertezza sperimentale e la terza è il cosiddetto effetto di misurazione (o effetto osservatore).

    L'effetto della misurazione è il fatto che effettuare una misurazione modifica il sistema. Questo di solito non ha importanza perché la maggior parte delle volte non ci interessa cosa succede in un sistema dopo aver effettuato la misurazione. MA, la misurazione non è l'unica cosa che disturba un sistema; qualsiasi forma di interazione può disturbare il sistema, quindi è necessario prestare molta attenzione per impostare qualsiasi apparato sperimentale per garantire che le interazioni vaganti non disturbino le nostre misurazioni.

    L'incertezza sperimentale ha a che fare con ciò che siamo in grado di misurare. Possiamo lavorare per ottenere misurazioni più accurate e precise, ma l'incertezza sperimentale, chiamata anche incertezza di misurazione, sarà probabilmente sempre un problema.

    L'incertezza fondamentale è un'idea completamente diversa. u/Astrokiwi ha fornito una buona sinossi ma non ha affrontato queste altre idee. Tuttavia, se desideri maggiori informazioni sulla fonte di questa incertezza, guarda il principio di indeterminazione nella trasformata di Fourier.

  • Kuteg

    C'è sempre incertezza tra due variabili coniugate di Fourier. È una conseguenza del trattamento del sistema come onde.

    Ho letto un altro dei tuoi commenti sul tentativo di conciliare la sovrapposizione. Questa è un'altra conseguenza dell'analisi di Fourier/serie ortogonali. Quindi, se vuoi non credere nella sovrapposizione, devi credere che la meccanica quantistica non sia una teoria ondulatoria. Sarebbe una bella presa

  • RPMGO3

    • Un ulteriore punto di cui potresti voler leggere è che ci sono diversi tipi di principi di incertezza nella meccanica quantistica (e negli ultimi dieci anni si è verificato un dibattito piuttosto ampio su parti di esso). Fondamentalmente, ci sono i principi di preparazione e di incertezza di misura, il più famoso è quello di Heisenberg. Preparazione: è mai possibile realizzare un dispositivo in grado di preparare uno stato con posizione e momento esattamente noti? Misura: se qualcuno preparasse un tale stato, posso costruire un rilevatore che possa misurare esattamente entrambi? La risposta è, a un livello fondamentale, no. Non è una questione di limiti tecnologici, ma di che natura è.

    all4Nature

    Immagina di provare a determinare l'esatta posizione e velocità di un'auto in movimento scattandole una foto.

    Se scatti una foto a lunga esposizione dell'auto, l'immagine dell'auto sarà sfocata. L'auto apparirà sfocata nella direzione del movimento (google “motion blur photography”). Conoscendo il tempo di esposizione e misurando la lunghezza delle sfocature direzionali, puoi avere un'idea abbastanza chiara della velocità dell'auto, ma la posizione esatta non sarà determinata: è un'immagine sfocata.

    Per determinare meglio l'esatta posizione dell'auto, sarà necessario accorciare il tempo di esposizione. Infatti, se il tempo di esposizione è sufficientemente breve, l'immagine che otterrai sarà ultra nitida, “bloccherai” l'auto: la posizione esatta sarà molto nota. Ma non avrai informazioni sulla velocità, proprio perché l'immagine è nitida.

    Ciò porta a un problema concettuale irrisolvibile: il più si conosce la velocità, meno si conosce la posizione esatta. E viceversa. Questo non ha nulla a che fare con la qualità del tuo apparato di misura: non importa quanto sia buona la tua fotocamera, dovrai sempre “bilanciare” tra l'accuratezza della misurazione della velocità e l'accuratezza della misurazione della posizione. Spero questo sia di aiuto. Saluti!

    filipv