Оказывается, чтобы наблюдать принцип неопределенности Гейзенберга, не нужен мощный квантовый эксперимент. Все, что вам нужно сделать, это пойти на пляж.
Знаменитый принцип Гейзенберга гласит: чем точнее мы пытаемся измерить положение субатомной частицы, тем меньше мы знаем о ее импульсе, и наоборот. Хотя корни этого принципа лежат в фундаментальном математическом свойстве квантовой механики, это легко увидеть в совершенно другом контексте.
В следующий раз, когда вы будете на пляже, посмотрите на волны, накатывающиеся на берег. Если вам довелось увидеть совершенно ровную серию гребней волн, следующих друг за другом, это так называемая плоская волна. Плоские волны имеют длины волн, которые чрезвычайно легко измерить. Вы просто берете линейку и измеряете расстояние от гребня волны до гребня волны.
Но если бы я попросил вас указать местоположение волны, вы не смогли бы быть настолько точными. Вы могли бы просто посмотреть на океан, увидеть все красивые волны, выстроенные в ряд рядом друг с другом, просто помахать рукой и сказать, что волны повсюду.
Когда дело доходит до плоских волн, вы можете точно измерить их длину, но не их положение.
Теперь предположим, что на нас обрушилась волна цунами. Этот тип волны больше похож на пульс. Если бы я спросил вас, где находится волна цунами, вы бы указали прямо на нее и сказали, что она здесь — она сильно локализована в пространстве.
Но как насчет его длины волны? Что ж, здесь нет последовательных линий гребней волн, которые можно было бы измерить. Сначала ничего нет, потом приходит большая волна, а потом снова ничего нет. Так как же определить длину волны чего-то подобного?
Оказывается, для описания импульса нужно объединить множество волн разной длины. Все они работают вместе, создавая импульс, нейтрализуя друг друга на краях импульса и усиливая друг друга в середине. Поэтому, когда дело доходит до импульса, вы очень хорошо знаете его местоположение, но гораздо менее уверены в его длине волны.
Это соотношение применимо ко всем типам волн во Вселенной. И в начале 20 векаче В 19 веке мы поняли, что волны связаны со всеми частицами. Эти волны очень странные, это волны вероятности, которые описывают, где мы, скорее всего, увидим частицу в следующий раз, когда будем ее искать, но это все равно волна. И как волна, нам приходится идти на компромисс, пытаясь точно измерить одно свойство по сравнению с другим.
По сути, это означает, что точность наших знаний о субатомном мире ограничена. И мы абсолютно ничего не можем с этим поделать. Дело не в технологиях или сообразительности, а просто в том, как природа ведет игру.
