La théorie des cordes: le principe d'incertitude

Werner Heisenberg est mieux connu dans la physique quantique pour sa découverte de la principe d'incertitude, ce qui a pour conséquence que de faire des mesures de très courtes distances - tels que ceux requis par la théorie des cordes - très hautes énergies sont nécessaires.

Le principe d'incertitude indique que le plus précisément vous mesurer une grandeur, moins précisément, vous pouvez connaître une autre quantité associée. Les quantités viennent parfois dans paires ensemble qui ne peut pas à la fois être complètement mesuré.

Qu'est-ce que Heisenberg a trouvé était que l'observation d'un système en mécanique quantique perturbe le système assez que vous ne pouvez pas tout savoir sur le système. La plus précisément mesurer la position d'une particule, par exemple, moins il est possible de mesurer précisément l'élan de la particule.

Le degré de cette incertitude a été directement liée à la constante de Planck - la même valeur que Max Planck avait calculé en 1900 dans ses calculs quantiques originales de l'énergie thermique. Heisenberg a constaté que certaines quantités complémentaires dans la physique quantique ont été liés par ce genre d'incertitude:

  • Position et l'impulsion (élan est la masse multipliée par la vitesse)

  • Énergie et de temps

Cette incertitude est un résultat très étrange et inattendue de la physique quantique. Jusqu'à cette époque, personne ne l'avait jamais fait toute sorte de prédiction que la connaissance était en quelque sorte inaccessible à un niveau fondamental. Bien sûr, il y avait des limites technologiques à la façon dont une mesure a été effectuée, mais le principe d'incertitude de Heisenberg sont allés plus loin, en disant que la nature elle-même ne vous permet pas d'effectuer des mesures des deux quantités delà d'un certain niveau de précision.

Une façon de penser à ce sujet est d'imaginer que vous essayez d'observer la position d'une particule très précisément. Pour ce faire, vous avez à regarder la particule. Mais vous voulez être très précis, ce qui signifie que vous devez utiliser un photon avec une très courte longueur d'onde, et une courte longueur d'onde concerne une grande énergie.

Si le photon de haute énergie frappe la particule - qui est exactement ce que vous devez avoir si vous voulez arriver à observer la position de la particule précisément - alors il va donner une partie de son énergie à la particule. Cela signifie que toute mesure que vous essayez aussi de faire de l'élan de la particule sera éteint.

Explications similaires fonctionnent si vous observez l'élan de la particule précisément, de sorte que vous jettent hors la mesure de position. La relation de l'énergie et le temps a une incertitude similaire. Ce sont des résultats mathématiques qui viennent directement de l'analyse de la fonction d'onde et les équations de Broglie utilisés pour décrire ses ondes de matière.

Comment cette incertitude manifester dans le monde réel? Pour cela, permettez-moi de revenir à votre expérience quantique préférée - la double fente. L'expérience de la double fente a continué de croître au fil des ans plus étrange, cédant étranger et des résultats étranges. Par example:


  • Si vous envoyez les photons (ou des électrons) à travers les fentes un à la fois, le motif d'interférence montre au fil du temps (enregistré sur un film), même si chaque photon (ou électronique) a apparemment rien à interférer avec.

  • Si vous configurez un détecteur proche (ou les deux) des fentes pour détecter quelle fente le photon (ou électronique) a traversé, le motif d'interférence disparaît.

  • Si vous configurez le détecteur, mais laissez-le éteint, le motif d'interférence revient.

  • Si vous configurez un moyen de déterminer plus tard ce que la fente le photon (ou électronique) est allé à travers, mais ne faites rien pour avoir un impact en ce moment, le motif d'interférence disparaît.

Qu'est-ce que tout cela a à voir avec le principe d'incertitude? Le dénominateur commun entre les cas où le motif d'interférence disparaît est une mesure qui a été faite sur quelle fente les photons (ou des électrons) passés à travers.

Lorsque aucune mesure de fente est fait, l'incertitude demeure en position haute, et le comportement d'onde dominante apparaît. Dès qu'une mesure est effectuée, l'incertitude en position diminue considérablement et le comportement d'onde disparaît. (Il ya aussi le cas où vous observez certains de photons ou d'électrons. On pouvait s'y attendre, dans ce cas, vous obtenez deux comportements, en rapport exact sur le nombre de particules que vous mesurez.)


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