Kysymys:
Mikä on epävarmuusperiaate?
Tdonut
2015-05-02 01:06:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Katsoin Wikpediasta tietoa epävarmuusperiaatteesta, mutta luettuani sen minulla ei vieläkään ollut aavistustakaan. Tiedän, että sillä on jotain tekemistä sen kanssa, kuinka monta asiaa sinulla voi olla jossain paikassa jonkin aikaa (ehkä?). Tämän on innoittanut tämä kysymys.

En ole varma.
http://www.condenaststore.com/-sp/About-your-cat-Mr-Schroedinger-I-have-good-news-and-bad-news-New-Yorker-Cartoon-Prints_i13222248_.htm
Kuusi vastused:
Muphrid
2015-05-02 01:47:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Unohdetaan fysiikka hetkeksi ja puhutaan vain aaltojen matematiikasta.

Epävarmuusperiaate on aaltojen ominaisuus. Ajattele yhtä kapeaa pulssia, joka kulkee pitkin yhtä suuntaa. Pulssi on kapea, joten pulssin sijainti kulloinkin on helppo kvantifioida. Mutta tämä on yksi, jaksottainen pulssi. Voit rakentaa tällaisen pulssin monista sinimuotoisista aineista, mutta tällöin tällaisen pulssin aaltomäärä (taajuus) on huonosti määritelty. Se on yhdistelmä paljon aaltolukuja, joten yksikään aallonumero ei kuvaa sitä.

Ajattele päinvastoin puhdasta sinimuotoista aaltoa. Sillä on yksi aallonumero, mutta mikä on tällaisen aallon sijainti? Se on säännöllinen asia; sillä ei ole yhtä sijaintia. Voit kuvata sitä suuruuksina monissa paikoissa, mutta siinä kaikki.

Se on epävarmuusperiaate, aaltojen perusominaisuus. Voit lokalisoida aallon sen sijainnin tai aallonumeron mukaan, mutta et molempia samanaikaisesti (ainakaan, alle tietyn rajan). Määrät $ \ sigma_x $ ja $ \ sigma_k $ kuvaavat sijaintien ja aaltolukujen jakautumista tietylle aallolle (pienempi $ \ sigma_x $ tarkoittaa, että aalto on enemmän kuin lokalisoitu piikki yhdessä paikassa; suurempi $ \ sigma_x $ tarkoittaa, että se on leviää enemmän kuin sinimuotoinen), ja niiden tuotetta rajoittaa epävarmuusperiaate.

Epävarmuusperiaate on yleensä muotoiltu sijainnin ja liikemäärän muodossa aallonumeron sijaan Olen kirjoittanut. Tämä on vain vähän fysiikkaa: sanomme, että vauhti on verrannollinen aaltolukuun vakion $ \ hbar $ avulla.

Kommentteja ei käytetä laajempaan keskusteluun;tämä keskustelu on siirretty chatiin (http://chat.stackexchange.com/rooms/23357/discussion-on-answer-by-muphrid-what-is-the-uncerurity-principle).
Mielestäni sinun tulisi täsmentää, että olet kiinnostunut vain yhdestä tietystä kuvauksesta yhdestä tietystä havaintoparista.Muuten tämä vastaus ei tee fysiikasta eikä matematiikasta kovin hyvin ... Jopa $ x, p $: lla tämä on vain Hilbert-avaruusformulaation erikoisuus;se ei ole fyysisesti perustavaa laatua.Mutta havaittavien kohteiden välillä ei ole työmatkaa, joten epävarmuusperiaate ei todellakaan koske aaltoja.(Hyväksytyllä vastauksella on samanlainen puute, mutta on paljon selvempää, kuinka instrumentalistikuvaus yleistetään.)
Anteeksi, mitä tarkoitat sanalla "tämä on vain Hilbert-avaruusformulaation erikoisuus"?
@Muphrid juuri sitä.Jos esimerkiksi suoritat QM: n vaihetilassa, mitä käytät, on reaaliarvoinen quasiprobability-jakauma $ P (x, p) $, joka on mahdollisesti negatiivinen, mutta jonka absoluuttista arvoa rajaa jotain $ \ propto 1 / h ^ 3 $joten et voi paikantaa sitä mielivaltaisesti, mutta ei aaltosyistä.... Fyysisesti QM ei tapahdu "Hilbert-avaruudessa";Hilbert-tila on vain yksi kuvaus.... Mutta myös Hilbert-avaruudessa on pidettävä mielessä, että kaikenlaisilla havaittavilla voi olla epävarmuutta niiden välillä, ja aalto / Fourier-analogia toimii vain niille, joilla on kommutaattori $ i \ hbar $ tai vastaava.
@StanLiou Anteeksi, en todellakaan näe eroa.Kuvasin (hyvin laajalla ja toivottavasti saavutettavissa olevalla tasolla) käsitteen jonkin funktion tai jakauman keskihajonnasta.Käytin sanaa "aalto" korostaakseni yhteyttä Hilbert-avaruuden aaltotoimintoihin, kyllä, mutta tämä pätee mihin tahansa neliön integroitavaan toimintoon.Jopa vaihe-avaruuden formalismissa päästään lopulta epävarmuuslausuntoon, johon liittyy standardipoikkeamien tulo, eikö vain?Joten en arvosta mitään perustavanlaatuista eroa täällä.
@Muphrid eroaa siitä, että (1) aaltoluvuilla ei olisi lainkaan merkitystä tässä kuvauksessa, (2) edes Hilbert-avaruudessa, epävarmuusperiaate on yleisempi kuin neliöön integroituvat toiminnot.Joten suosittelin, että vastauksesi asiayhteys määritetään erikseen.Jos et ole samaa mieltä, ok.Se ei ole niin tärkeää kuin taistella.
CuriousOne
2015-05-02 02:01:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Klassisessa fysiikassa oletetaan pystyvän mittaamaan massan koordinaatit ja nopeus (oikeastaan ​​liikemäärä) äärettömällä tarkkuudella samanaikaisesti. Jos kokeilet tätä temppua laboratoriossa, huomaat, että näin ei ole. Joko sijaintisi, liikemittari tai molemmat osoittavat aina ei-triviaalia tilastollista vaihtelua, kun toistat kokeilua monta kertaa. Jos kerrot näiden vaihteluiden keskihajonnat keskenään, mikään kokeilu, jonka voit koskaan suorittaa, ei tuota tuotetta, joka on pienempi kuin tietty luku. Se on siinä.

Epävarmuuden periaate pätee, päättääkö kukaan mitata mitään, joten kaikki selitykset, jotka perustuvat siihen, mitä joku laboratoriossa tekee, ovat parhaimmillaan harhaanjohtavia.
@WillO:-fysiikka on inhimillinen yritys selittää tiettyjä luonnon näkökohtia.Epävarmuusperiaate on useita symboleja paperilla, jotka selittävät kuinka tietyntyyppiset mittaukset tulevat ulos.Newtonin mekaniikka on erilainen joukko symboleja paperilla, jotka selittävät kuinka muut mittaukset toimivat.Oletko varma, että ymmärrät tieteen määritelmän?
@WillO Olen CuriousOnen kanssa tässä.Mikään kvanttimekaniikassa ei ole mielekästä ilman mittausta.Yksi tulkinta on, että odotusarvon ja poikkeaman on katsottava soveltuvan mittauksiin, jotka tehdään identtisesti valmistettujen järjestelmien kokonaisuudella.
@garyp: Voimme mennä askeleen pidemmälle.Mikään tiede ei ole mielekästä ilman havaintoja.Tunnustan kuinka helppoa on unohtaa, kun joudut läpäisemään seuraavan teoriatunnin ... Tunsin saman.
@garyp: Olen varma siitä, että maailmankaikkeudessa on alkeishiukkasia, joita kukaan ei koskaan huomaa, ja olen varma, että näiden hiukkasten tilat täyttävät epävarmuusperiaatteen.
Kaiken muun lisäksi tämä vastaus on väärä, koska siinä puhutaan saman partikkelin toistuvasta havainnoinnista.Annettujen havaintojen jälkeen hiukkanen on todennäköisesti eri tilassa kuin ennen.Mutta epävarmuusperiaate koskee hiukkasia * tietyssä tilassa *.Joten jätetään kaikki matematiikkaa ja fysiikkaa koskevat hakemistot syrjään, tällä vastauksella ei ole vielä mitään tekemistä epävarmuusperiaatteen kanssa.
@WillO: Se on uskonnollinen, ei tieteellinen lausunto.
@WillO: En sanonut mitään "samasta hiukkasesta".En edes käyttänyt sanaa "hiukkanen".Sanoin saman kokeen toistamisesta.Arvostele mitä sanoin, älä sitä mitä luulet sanoneeni.
Tämä on epävarmuusperiaate pähkinänkuoressa.Vaikka QM: n eri tulkinnoilla on erilaiset filosofiset näkökulmat epävarmuusperiaatteen filosofisista seurauksista, ne kaikki ovat yhtä mieltä siitä, että ihanteellisimmissakin olosuhteissa sijainnin ja liikemäärän mittausvirheiden tulo, $ \ Delta x \ Delta p $, (tai tältä osin minkä tahansa kahden konjugaattimuuttujan epävarmuustekijöiden tulo) on vähintään $ \ hbar / 2 $.Minulle puhuminen siitä, mitä tämä tarkoittaa sellaisille tavaroille, joita et voi mitata, ei ole tiedettä.Viime kerralla tarkistin, fysiikka oli edelleen tiedettä.+1.
@DavidHammen: Kuten joissakin vihaisissa vastauksissa voit huomata, monilla ihmisillä, jotka luulevat ymmärtävänsä kvanttimekaniikan "filosofiaa", on sen fenomenologiassa vakavia ongelmia.Mielestäni toimenpideohjelma ansaitsee yksinkertaisten fyysisten tosiseikkojen antamisen, ennen kuin me hukutamme hänet metafysiikalla "miksi" epävarmuusperiaate on mikä se on.
@CuriousOne - täsmälleen.Siksi äänestin tätä vastausta.Ainoastaan tosiasiat, rouva (okei, se treffaa minua).
+1, mutta tämä vastaus olisi paljon parempi, jos tehtäisiin selväksi, että asento ja liikemäärä ovat vain yksi erityinen tapaus, koska monien muiden havaittavissa olevien parien välillä on epävarmuutta, vaikkakin tyypillisesti monimutkaisemmassa suhteessa.
@StanLiou: Täysin sopinut.Yritin pitää sen mahdollisimman yksinkertaisena, joten se on myös epätäydellinen.
* "Klassisessa fysiikassa oletetaan pystyvän mittaamaan massan koordinaatit ja nopeus (oikeastaan liikemäärä) äärettömällä tarkkuudella samanaikaisesti." * Itse asiassa tämä ei ole totta.Klassisessa fysiikassa ei ole tällaista vaatimusta mittausten tarkkuudesta.Mittausvirheet ovat aina läsnä jopa klassisessa fysiikassa, ja niitä käsitellään päivittäin kokeissa.Epävarmuussuhteiden kannalta oleellinen ero on pikemminkin koordinaatin ja nopeuden samanaikaisten arvojen olemassaolossa ja käytössä klassisessa * teoriassa *.Kvantti * teoriassa * näin ei ole.
@JánLalinský: Epävarmuusperiaate ei kuvaa kokeellisia virheitä.Ne ovat sen päällä aina, kun tehdään todellinen mittaus, myös kvanttimekaanisissa mittauksissa.Ole hyvä ja lue yksityiskohtaisesti, mitä kirjoitin.En koskaan puhunut mittausvirheistä.
@CuriousOne, sinulta puuttuu mielipiteeni.En väitä, että UP kuvaa kokeellisia virheitä.Väitän, että mittausvirheitä esiintyy aina mittauksissa, ja siksi lausunto * "Klassisessa fysiikassa sinun on pystyttävä mittaamaan massan koordinaatit ja nopeus (todella liikemäärä) äärettömällä tarkkuudella samanaikaisesti."* on kestämätön.Klassisessa fysiikassa mallin * fysikaalisilla määrillä oletetaan olevan "tarkat" todelliset arvot;mittauksella ei ole erityistä sijaa klassisessa fysiikassa, eikä ole mitään syytä vaatia ääretöntä tarkkuutta.
@JánLalinský: Tarkoitan teoriassa ilmaistua luonnon rakennetta, ei kokeellisen fysiikan rakennetta.Teoreettisen rakenteen päällä on päällekkäin kokeellista ontologiaa, mutta se ei ratkaise kysymystä, mikä epävarmuusperiaate on, mikä on helposti ymmärrettävä perusero CM: n ja QM: n välillä.Tietysti CM esittelee matemaattisen rakenteen (reaalilukujen rajalliset ulottuvuuksien tuotetilat), joka tulee mittausontologian kanssa (moniulotteinen laskenta), aivan kuten QM esittelee Hilbert-välilyönnit.Tästä on keskusteltu kuolemaan saakka oppikirjoissa.
Timaeus
2015-05-02 23:46:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

On aiheeseen liittyvä (ja asiaankuuluva) kysymys, jonka vastaus on epävarmuusperiaate ja mittaus, mutta haluan antaa tarkan vastauksen tähän tilanteeseen ja taustaan. Tarvitset huipputason tarkkuuden ja tarkkuuden eron. Tarkka tikanheittäjä heittää tikan, joka laskeutuu hyvin lähelle toisiaan, tämä ei ole syvä lausunto, itse asiassa se on vain määritelmä sanalle tarkkuus, kuten sitä käytetään tieteessä. Tarkka tikanheittäjä heittää tikan, joka keskimäärin on lähellä keskustaa, tämä ei myöskään ole syvä lausunto, itse asiassa se on vain määritelmä sanalle tarkka, koska sitä käytetään tieteessä. Tarkka tikanheittäjä saattaa heittää ne kaikki samalle pienelle ylemmälle alueelle juuri tikkataululle. Jos vain he voisivat tähtää tarkemmin, he olisivat mahtavia. Ehkä he ovat sokeita ja joku kuvaa tikkataulun keskiosaa huonosti, mutta he ovat tarkkoja, pystyvät hallitsemaan vaihteluaan erittäin hyvin. Tarkka tikanheittäjä saattaa heittää heidät niin, että he lyövät aina maalin keskimmäisen puoliskon, jaettuna tasaisesti kyseiselle alueelle. Parempi kuvaus ei auta, he tietävät, missä keskusta on hyvin tarkasti, heistä ei ole apua, heillä on täysin tarkka kuva kohteestaan, he eivät vain voi luotettavasti heittää samalla tavalla joka kerta, heillä on hallinto siitä, etteivät ne ole liian korkeita tai matalia yleensä mutta ei voi hallita, kuinka poissa he ovat joka kerta.

Samat asiat tapahtuvat kokeissa.

Yleensä epävarmuusperiaate liittyy siihen, kuinka tietyllä kokeellisella asetuksella on joskus kompromissi välillä. kuinka vaihtelevia eri mittausten tulokset voivat osoittautua. Yhden mittauksen tarkkuus tapahtuu muiden mittausten tarkkuuden kustannuksella. Ja vihaan nimimittausta, koska se saa sen kuulostamaan täysin hullulta. Ajattele sitä vain yhden vuorovaikutuksen tulosten vaihtelevuutena, joka tulee muiden vuorovaikutusten tulosten vaihtelun kustannuksella.

Kuvittele, että asennat laitteesi, mutta et tiedä kuka tulee sisään tai mitä he tekevät. Newtonilaisessa fysiikassa voit vain asettaa sen tarkasti, ja mitä tahansa ne mittaavatkin, ne saavat tuloksia sen perusteella, kuinka tarkasti asetat sen. (Tarkkuus on kuinka luotettavasti se on asetettu, tarkkuus on kuinka lähellä tavoiteltasi, mutta tässä keskustelussa on kyse tarkkuudesta (luotettavasti johdonmukaisesta, ei muuttuvasta), ei tarkkuudesta) Kvanttiteoriassa on kompromissi, riippumatta siitä, miten asetat järjestelmän, jotkut ihmiset löytävät sen luotettavammin, kun taas muut ihmiset löytävät sen. Ja onko heidän mielestään luotettava, riippuu siitä, mitä he päättävät mitata. Joten meidän on keskusteltava vaihtelevuudesta, jotta voimme keskustella ja ilmaista kuinka hyvin se voidaan tehdä.

Yksi tapa mitata mittauksen $ A $ vaihtelua on ensin tarkastella monien tulosten keskiarvoa, nimeltään $ \ langle A \ rangle $. Joskus ihmiset asettavat sen yli viivan vaihtoehtoisena käsitteenä, ja toisinaan ihmiset kutsuvat sitä keskiarvoksi pikemminkin. OK. Mutta keskiarvo tai keskiarvo ei kerro kuinka vaihteleva on, se kertoo sinulle tarkemmin tarkkuudesta riippumatta siitä, oletko keskimäärin tekemässä vai alhainen. Mutta jos sait aina saman tuloksen, tulokset olisivat aina keskiarvotuloksia, joten voit tarkastella mittauksen $ A $ tulosta ja nähdä, onko se $ $ tai langan A \ rangle $ ylä- tai alapuolella, mikä on sama kuin tarkistaa, onko $ A- \ langle A \ rangle $ positiivinen vai negatiivinen vai nolla. Joten pienen vaihtelutuloksen (tarkka tulos) luku on lähellä nollaa. Se on kuitenkin keskimäärin nolla riippumatta siitä, kuinka tarkka tai vaihteleva olet. Joten emme voi vain keskustella keskiarvosta $ A- \ langle A \ rangle $, koska $ \ langle A- \ langle A \ rangle \ rangle = 0 $.

Mutta voimme tarkastella kohtaa $ \ langle \ left (A- \ langle A \ rangle \ right) ^ 2 \ rangle $ ja koska kukin $ \ left-tulos (A- \ langle A \ rangle \ right) ^ 2 $ on nolla tai positiivinen, emme odota keskiarvon olevan nolla, ellei se ole nolla todennäköisyydellä 100%.

Joten se on tapa mitata vaihtelevuutta. Sanoimme, että oli kompromissi. Kompromissi on, että joskus pienempi vaihtelu yhdelle mittaukselle tapahtuu muiden mittausten lisääntyneen vaihtelun kustannuksella.

Käsittelen sitä myöhemmin. Mutta ensin haluan mainita, että kun ihmiset sanovat "epävarmuusperiaatteen", ne tarkoittavat usein erityistä kompromissia sijainnin mittausten ja liikemittarien välillä. Joten he sanovat, että sijainnin vaihtelulla ja vauhdin vaihtelulla on kompromissi, koska ne eivät voi molemmat olla pieniä.

Mutta meidän on oltava selvillä siitä, mikä kompromissi on.

Vaihe 1, valitse tila $ \ Psi $. Voit valita haluamasi tilan.

Vaihe 2, valmistele useita järjestelmiä samassa tilassa $ \ Psi $ (tarvitset monia, jotta näet kuinka luotettava / tarkka tai muuttuja olet).

Vaihe 3, valitse kaksi operaattoria A ja B (nämä vastaavat vuorovaikutusta / mittausta, kuten edellä mainitut ihmiset todennäköisesti ottavat sijainnin ja liikemäärän kahdeksi operaattoriksi / vuorovaikutukseksi / mittaukseksi)

Vaihe 4a, joillekin järjestelmät, jotka on valmistettu tilassa $ \ Psi $, mittaa A (matemaattisesti käytät ennustetta operaattorilla, todellisuudessa teet vuorovaikutuksen ja kielellisesti kutsutaan sitä mittaukseksi, vaikka se onkin kauhea nimi) > Vaihe 4b, joillekin osavaltiossa $ \ Psi $ valmistelluille järjestelmille mittaa B (sama kauppa, eri operaattori / mittaus / vuorovaikutus)

Nyt analysoit tuloksia. Joka kerta kun mittait A: ta, saat tuloksen. (Matemaattisesti joka kerta, kun oeprator A nousi, saat ominaisarvon A), ja vastaavasti B: n kohdalla. Jokaisella tuloksella oli todennäköisyys (joka on yhtä suuri kuin eigensiavaruuteen kohdistuvan projektion neliönormin suhde jaettuna edellisen neliön normilla heijastit eigenspaceen, mutta sillä ei ole merkitystä tässä). Joten A: n tulokset tulevat todennäköisyysjakaumasta, jonka keskiarvo on usein $ \ langle A \ rangle = \ langle \ Psi | A | \ Psi \ rangle $ ja keskihajonta (joka mittaa vaihtelevuutta) on $ \ Delta A = \ sqrt {\ langle \ Psi | \ vasemmalle (A ^ 2- \ langle \ Psi | A | \ Psi \ rangle ^ 2 \ oikealle) | \ Psi \ rangle} $. Ja B: n tulokset tulevat todennäköisyysjakaumasta, jolla on usein keskiarvo $ \ langle B \ rangle = \ langle \ Psi | B | \ Psi \ rangle $ ja keskihajonta $ \ Delta B = \ sqrt {\ langle \ Psi | \ vasen (B ^ 2- \ langle \ Psi | B | \ Psi \ rangle ^ 2 \ oikea) | \ Psi \ rangle} $. Et saa niitä yhdestä mittauksesta, o ne ovat keskiarvoja. Et edes saa niitä koko joukosta, mutta vaiheista 4a ja 4b saat näytekeskiarvon ja näytteen keskihajonnan (jotka ovat tosiasiallisten kokeiden keskiarvoja ja poikkeamia, joita et tarkoittanut rajoittamattoman määrän keskiarvoa) ovat tehneet mutta eivät), ja suuren otoksen kohdalla nämä ovat todennäköisesti hyvin lähellä teoreettista keskiarvoa ja teoreettista keskihajontaa.

Epävarmuusperiaate kertoo sen takaisin vaiheessa 1 (kun valittu $ \ Psi $) voit valita $ \ Psi $, joka antaa pienen $ \ Delta A $, tai $ \ Psi $, joka antaa pienen $ \ Delta B $ (itse asiassa, jos $ \ Psi $ on itsehallintoalue A: sta $ \ Delta A = 0 $, sama kuin $ B $). $$ \ Delta A \ Delta B \ geq \ vasen | \ frac {\ langle AB-BA \ rangle} {2i} \ right | = \ left | \ frac {\ langle \ Psi | AB-BA | \ Psi \ rangle} {2i} \ oikea |, $$

Joten sanotaan, että kahden muuttujan $ \ Delta A $ ja $ \ Delta B $ tuloilla, joista kumpikin ei ole negatiivinen, on oltava tuote, joka on vähintään $ \ vasemmalla | \ frac {\ langle \ Psi | AB-BA | \ Psi \ rangle} {2i} \ right | $ (itsessään eräänlainen keskiarvo). Kun A ja B ovat sijainti ja vauhti, asia on $ \ hbar / 2 $, joten jos $ \ Delta B < \ hbar / 2 $ (numeerisesti), niin $ \ Delta A > 1 $ (numeerisesti).

Tämä siis selittää, miksi ihmiset nostavat sen esiin. He sanovat, että kun väität tasapainottavan kynää, kuulostaa siltä, ​​että sinulla ei ole koskaan pieni $ \ Delta X $, jossa $ X $ on sijainti, ja että siksi $ \ Delta P $: n on oltava suuri (missä $ P $ on vauhtia), Joten he haluavat sanoa, että sillä on oltava suuri vaihtelu vauhdissa, joten nopeus, joten sitä ei voida tasapainottaa.

Mutta se on harhaanjohtavaa. Epävarmuusperiaate puhuu tulosten jakautumisesta monille järjestelmille, jotka on valmistettu samalla tavalla tietyissä vuorovaikutuksissa. Ja luontainen kompromissi, että kun yhden vuorovaikutuksen (esimerkiksi impulssin) tulokset ovat pieniä vaihtelevia, niin toinen (sanoa sijainti) on erittäin vaihteleva.

Todellinen ongelma on, että myös sähkökenttien kaltaiset asiat ovat kvantteja, joten riippumatta siitä, mihin tilaan laitat heidät, on jonkin verran epävarmuutta, joten he eivät koskaan ole "ei siellä". Voit yrittää saada mahdollisimman pienen sähkökentän, mutta jossain vaiheessa on kompromissi jopa valtiolle, jota kutsumme tyhjiöksi. Joten fotonit (valo, sähkökentät) voivat olla vuorovaikutuksessa kynän kanssa. Ja lyijykynäsi pystyy putoamaan tavalla, joka antaa energiaa fotoneille, etkä voi todella estää sitä tapahtumasta. Kvanttifotonit voivat rikkoa kynän symmetrian, vaikka yrität minimoida niiden vaikutuksen.

Valitettavasti fotonien epävarmuusperiaate ei ole ihmisten yleensä esiin tuomama momentti-sijainti-epävarmuusperiaate. Siksi otin esille yleisemmän. Jotkut ihmiset kutsuvat minimaalista sähkökenttää nollapistekentäksi tai keskustelevat nollapisteen energiasta. Asia on, että se voi varastaa kynästäsi energiaa, etkä voi pysäyttää sitä. Ja koska sähkökenttä voi tulla muualta eikä se voi hävitä kokonaan riippumatta siitä, mitä teet, se on väistämätöntä.

WillO
2015-05-02 01:26:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Olkoon $ X $ ja $ Y $ satunnaismuuttujat tiheysfunktioilla $ f $ ja $ \ hat {f} $, joissa $ \ hat {f} $ on $ f $: n Fourier-muunnos. Tällöin epävarmuusperiaate on $ \ sigma_X \ cdot \ sigma_Y $: n alaraja (jossa $ \ sigma $ on keskihajonta). Erityisesti $ \ sigma_X \ sigma_Y \ ge 1/4 \ pi $.

Otetaan esimerkiksi hiukkanen, joka liikkuu yhdessä ulottuvuudessa kiinteässä kvanttitilassa. Olkoon $ X $ havaittu arvo hiukkasen sijainnissa (jos päätät mitata sen sijaintia) ja olkoon $ Y $ sen vauhdin havaittu arvo (jos päätät mitata sen vauhtia). Sitten $ X $ ja $ Y $ täyttävät yllä olevat oletukset ja täten tyydyttävät johtopäätöksen.

-1 Jos Wikipedian vastauksesta ei ollut hyötyä OP: lle, myöskään tämä ei ole vastaus.
@garyp: Tällöin mikään ei ole hyödyllistä OP: lle, koska se on mitä se on.Epävarmuusperiaatteen takana ei ole maagista fyysistä intuitiota.Se on havaittu fyysisen maailman tosiasia, joka on asetettu helposti sovellettavaan matemaattiseen muotoon.OP: n on yksinkertaisesti hyväksyttävä tosiasia, että näin ympäröivä maailma on rakennettu.
@CuriousOne Fyysistä intuitiota on paljon, kuten muut vastaukset (mukaan lukien omat!) Osoittavat.
@DavidRicherby: Luulen, että yritin korostaa "maagista" siinä mielessä, että löysin helpon tavan voittaa aivot hyväksymään, että "kvantti on erilainen".En koskaan löytänyt QM: ää "helpoksi" intuitiosta, ja kamppailen edelleen sen monien näkökohtien kanssa (varsinkin kun on kyse "hämmentämisestä", kuinka kvanttilaskennan pitäisi toimia).Pelkkä palaaminen perusasioihin ja muistuttaminen itselleni, mitä nämä asiat merkitsevät kokeellisten perustulosten kannalta, auttaa minua pysymään maadoitettuna.Tämän lisäksi minulla ei ole "taikareseptiä", mikä on mielestäni ilmeistä.
user2338816
2015-05-02 17:26:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Erittäin yksinkertaistettu analogia, joka yrittää saada ajattelun suuntaan, joka voi toisinaan johtaa lopulta ymmärtämiseen ...

Ajattele erilaisia ​​valokuvia, jotka on otettu lentopallosta. Eri valokuvat otetaan eri valotuksilla. Ne ovat osa yritystä mitata sekä nopeutta että sijaintia samanaikaisesti . Kuvittele erityisesti, että yksi valokuva on "hetkellinen".

Kaikissa valokuvissa lukuun ottamatta "hetkellistä", baseball näytetään jonkinlaisena tahrana, koska valotukset saivat pallon liikkeelle. Pidemmät altistukset osoittavat pidempiä tahroja.

Kun tiedät valotusajat, voit mitata tahrojen pituudet ja määrittää, kuinka nopeasti baseball liikkui. Mitä pidempi valotus, sitä lähempänä nopeuden määrittämistä pääset, koska tahran pituus voidaan mitata tarkemmin. Jos tahran mittauksen mittausvirhe on puoli millimetriä, 10 senttimetrin tahra antaa tarkemman tuloksen kuin vain yhden millimetrin pituinen tahra. Valitettavasti mitä pidempään tahra on, sitä vaikeampaa on sanoa tarkalleen mikä "asento" on, koska sijainti muuttui jatkuvasti.

Tahra auttaa joitain nopeudella, mutta se ei silti sido kaikkia liittyvät yksityiskohdat, esim. se ei paljasta onko kulkeminen vasemmalta oikealle vai oikealta vasemmalle. Tarkkuudessa on paljon enemmän ongelmaa paljon pienemmissä mittakaavoissa, joissa epävarmuuden periaate tulee tärkeämmäksi.

Ajattele sitten "hetkellinen" kuva. Siinä altistuksessa ei ollut tahroja. Se on täydellinen kuva pallosta yhdessä / yhdessä pisteessä lennossa. Mutta nyt, kun tarkastelet "mittaustasi", mitä voit kertoa sen nopeudesta? Tai edes sen suunnasta? Pallo näyttäisi täsmälleen samalta, jos se menisi vasemmalta oikealle kuvan poikki tai putosi suoraan alas tai jos se olisi heitetty ilmassa ja olisi juuri saavuttanut korkeimman pisteen ja kääntäisi suunnansa päinvastoin. Kun mittaat täydellisesti sijainnin, menetät kaikki liiketiedot.

Nyt fyysinen baseball ei ole suuri osoitus hiukkasfysiikan yksityiskohdista. Valitettavasti mikään, mitä koemme todellisessa maailmassa, ei ole. Mutta jos haluamme yksinkertaisia ​​analogioita, olemme väärässä esimerkissä. Silti reaalimaailman esimerkkien avulla on joskus mahdollista käyttää termejä havainnollistamaan outoja tapahtumia kvanttitodellisuuksissa. Ehkä se auttaa ymmärtämään sinua, ehkä ei. Ota aina huomioon, että analogiat eivät ole todellisuutta eivätkä ne ole koskaan oikeita.

Sinun on lisättävä oletus, että hämärtyneessä valokuvassa et tiedä, kuljettiinko pallo vasemmalta oikealle vai oikealta vasemmalle.Jos tiedät, miten pallo liikkui, tiedät, mikä tahran pää vastaa pallon sijaintia sillä hetkellä, kun suljin sulkeutuu.
@DavidRicherby Hyvä asia.Etsin vain analogiaa, jossa oli joitain mielekkäitä yksityiskohtia tarvitsematta aaltofunktioita, matematiikkaa jne., Mutta on sen arvoista pyrkiä täydellisyyteen.
Cort Ammon
2015-05-02 23:15:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

user2338816 esitti valokuvauksen analogian. Pidän valokuvien analogioista, mutta minulla on toinen jaettava, jonka uskon olevan hiukan lähempänä koko tarinaa.

Ensinnäkin, vastatakseni suoraan kysymykseen, epävarmuusperiaate on, että pienin mahdollinen virhe mittauksissa on usein rajallinen. Tunnetuin esimerkki on sijainti ja nopeus. Jos mitat hiukkasen sijaintia ja nopeutta (QM-asteikko), sinulla on joitain virheitä. Osa siitä johtuu siitä, että koneesi on epätarkka, mutta epävarmuusperiaatteessa todetaan, että riippumatta siitä, kuinka hyvä mittalaitteesi on, et koskaan saa tuotetta alle h-bar / 2 (ΔxΔp> = ℏ / 2).

Miksi he väittävät tämän? No, todella lyhyt vastaus johtuu siitä, että QM: n matematiikan mukaan sen pitäisi olla niin, eikä kukaan ole koskaan löytänyt väitteen kanssa ristiriitaisia ​​kokeita. Pitkä versio on, että kvanttimekaniikka väittää, että kaikki on aaltomuotoa, ja menetelmillä "klassisen mittauksen", kuten sijainnin tai nopeuden, tuottamiseksi ei voida kaapata "kaikkea tietoa".

Tässä on valokuvausmetaforani. Otamme kuvan jousen viulusta sen jälkeen, kun se on kynitty. Matematiikasta tiedämme, kuinka kielet värisevät, että pysyvän aallon pitäisi olla. Meidän pitäisi nähdä yksi niistä mukavista sinimuotoisista aaltoista, joita näemme matematiikkatunneilla.

Kamerallamme on kuitenkin rajoituksia. Sen täytyy nähdä fotoneja kuvan ratkaisemiseksi. Epäilemättä se mittaa fotoneja, jotka ovat vuorovaikutuksessa merkkijonon kanssa ja löytävät tiensä linssiin. Saadaksesi tarpeeksi fotoneja pidämme suljin auki pitkään. Tämä tarkoittaa, että mukavan kirkkaan siniaallon sijaan saamme epätarkkuuden, jonka vaippa on ehdottomasti seisovan aallon suuruus. Voimme jopa laskea hiukkasten ylös- ja alaspäin menevien hiukkasten nopeuden, emme vain tiedä niiden sijaintia ylös / alas-akselilla.

Joten antaa käyttää stroboa. Strobot lähettävät valtavan määrän fotoneja nopeasti, joten ne ovat vuorovaikutuksessa merkkijonon kanssa "melkein hetkessä". Tämän avulla voimme kerätä joukon fotoneja, jotka osoittavat merkkijonon, kirkkaat kuin päivä. Nyt voimme helposti nähdä tarkalleen merkkijonon, mutta olemme menettäneet nopeustiedot. Merkkijono näyttää siltä, ​​että se pysyy paikallaan.

Nyt olemme älykkäitä ihmisiä, joten voimme tehdä välähdyksen, joka laukaisee pidemmän ajanjakson, jotta voimme saada "kunnolliset sijaintitiedot" ja "kunnollisen nopeuden" tiedot "kuvasta, jossa merkkijonossa on jonkin verran epätarkkuutta (pitkästä stroboajasta), mutta paljon vähemmän epätarkkuutta kuin ensimmäisessä kuvassa, joten saat myös joitain sijaintitietoja.

Jos kutistat silmiäsi tässä analogiassa voit nähdä epävarmuusperiaatteen ensimmäisen kerroksen muodostuvan. Johdon minkä tahansa osan nopeuden mittaamisen välillä on kompromissi sen suhteen, kuinka hyvin voit mitata sen sijainnin. Voit vapaasti pelata vaihtopeliä, mutta et voi ylittää järjestelmän fyysisiä rajoja.

Joten nyt ratkaisemme ongelman ottamalla kaksi kuvaa. Klassisessa maailmassa tämä on täysin kelvollinen tekniikka sekä sijainnin että nopeuden mittaamiseksi - teemme sen lukion fysiikan luokissa. Kaksi erittäin kirkasta välähdystä vilkkuu myöhemmin, meillä on kaksi erittäin terävää kuvaa merkkijonosta eri asennoissa. Voimme tehdä matematiikkaa kuvien välillä, laskea aallon nopeuden ja sijainnin molempina aikoina ja sitten voimme ennustaa aallon tilan ikuisesti. Helppo! Ja hyvin klassinen.

Kvanttimaailmassa kaninreikä menee syvemmälle. Pienentyessä tulee esiin ero klassisten ja QM-mittausten välillä: koneesi ei ole enää passiivinen tarkkailija - se on osa järjestelmää. Salamavalo oli aina vaikuttanut merkkijonoon pommittamalla sitä fotoneilla. Makroskooppisella tasolla tämä ei kuitenkaan tehnyt mitään merkkijonolle lainkaan. Se käyttäytyi aivan kuin et olisi ollut siellä.

Pienennä kuitenkin, ja mittauslaitteesi alkaa olla vuorovaikutuksessa kohteen kanssa. Valokuvausanalogiaa varten strobon fotonit alkavat työntää merkkijonoa hyvin arvaamattomilla tavoilla (todellinen QM-tilanne on monimutkaisempi, mutta mielestäni tämä analogia riittää ymmärtämiseen). Ensimmäisen kuvan välkkyvä salama muuttaa dramaattisesti merkkijonon nopeutta, kun fotonit pommittavat sitä (vuorovaikutuksessa sen kanssa, QM puhuvat). Sama pätee toiseen.

Kun yritämme suorittaa matematiikan tässä tapauksessa, havaitsemme, että välähdyssalama mitätöi tehokkaasti suuren määrän tietoja, jotka ajattelimme tiesevämme järjestelmästä ennen kättä, koska se häiritsee kohdetta. Pelkästään se tosiasia, että käytimme riittävän voimakasta välähdyssalamaa jäätyä ilmeisesti avaruudessa, saa sen häiritsemään hiukkasten nopeutta niin suuresti, että menetimme melkein kaiken tiedon siitä.

Ja niin, epävarmuus periaate on tämän valokuvametaforin tosielämän versio. Se on "totta" yksinkertaisesti siksi, että olemme mittaaneet tämän käyttäytymisen, emmekä ole koskaan löytäneet tapaa kiertää sitä riippumatta siitä, kuinka kovasti yritämme.

Onko mahdollista mitata kvanttitila tarkalleen , käyttäen klassisia termejä? Voi olla. Maailmankaikkeus on outo paikka, ja olemme vasta alkamassa ymmärtää sitä. Tähän mennessä ei kuitenkaan ole ollut teoriaa, joka osoittaisi, kuinka se tehdään, useimmat ehdotetut teoriat kieltävät sen nimenomaisesti. Se on yksinkertaisesti maailma, niin hyvin kuin tunnemme sen!



Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...