불확실성이라는 단어는 양자 역학에서 많이 사용됩니다. 한 학파는 이것이 우리가 불확실한 세상에 무언가가 있다는 것을 의미한다는 것입니다. 그러나 대부분의 물리학 자들은 자연 자체가 불확실하다고 믿습니다.

현대 양자 역학의 창시자 중 한 명인 독일 물리학 자 Werner Heisenberg가 이론을 제시하는 방식의 핵심은 본질적인 불확실성이었습니다.

그는 다음과 같이 말했습니다. 한 번에 입자의 모든 속성을 알 수 없다는 것을 보여준 불확실성 원리를 제시합니다.

예를 들어 입자의 위치를 측정하면 위치를 알 수 있습니다. 그러나이 측정은 위치 측정의 정확도에 반비례하는 양만큼 속도를 반드시 방해 할 것입니다.

하이젠 버그가 틀렸나 요?

하이젠 버그는 측정이 어떻게 될지 설명하기 위해 불확실성 원리를 사용했습니다. 양자 역학의 고전적인 특징 인 2- 슬릿 간섭 패턴을 파괴합니다.

그러나 1990 년대에 일부 저명한 양자 물리학 자들은 다음 중 어느 것이 가능한지 확인할 수 있다고 주장했습니다. 입자가 속도를 크게 방해하지 않고 통과하는 두 개의 슬릿.

그것이 Heisenberg의 설명이 틀 렸음을 의미합니까? Science Advances에 방금 발표 된 연구에서 실험 동료와 저는 그 결론에 도달하는 것이 현명하지 않다는 것을 보여주었습니다.

우리는 불확실성 원리에서 예상되는 크기의 속도 교란이 항상 존재 함을 보여줍니다. , 어떤 의미에서.

하지만 자세한 내용을 알아보기 전에 두 슬릿 실험에 대해 간략히 설명해야합니다.

두 슬릿 실험

이 유형의 실험에서는 두 개의 구멍 또는 슬릿이있는 장벽입니다. 또한 장벽에서 발사되는 경우 두 슬릿을 모두 덮을 수있을만큼 위치 불확실성이 큰 양자 입자도 있습니다.

입자가 통과하는 슬릿을 알 수 없기 때문에 마치 통과하는 것처럼 작동합니다. 양쪽 슬릿을 통해. 이것의 시그니처는 소위 “간섭 패턴”입니다. 슬릿 너머 먼 필드의 스크린에서 입자가 발견 될 가능성이있는 분포의 물결, 이는 슬릿을 지나가는 긴 길이 (종종 수 미터)를 의미합니다. .

하지만 측정 값을 입력하면 입자가 어떤 슬릿을 통과하는지 알아 내기 위해 장벽 근처에 장치가 있습니까? 여전히 간섭 패턴을 볼 수 있습니까?

답은 아니오라는 것을 알고 있으며 Heisenberg의 설명은 위치 측정이 알 수있을만큼 정확하다면 입자가 통과하는 슬릿은 끝 부분에 영향을 줄만큼 충분히 큰 속도에 무작위 교란을 줄 것입니다. 원거리 장에서 일어나 간섭의 물결을 씻어냅니다.

저명한 양자 물리학 자들이 깨달은 것은 입자가 어떤 슬릿을 통과하는지 알아내는 데는 위치 측정이 필요하지 않다는 것입니다. 입자가 통과하는 슬릿에 따라 다른 결과를 제공하는 모든 측정이 수행됩니다.

그리고 입자에 미치는 영향이 통과 할 때 임의의 속도 킥이 아닌 장치를 고안했습니다. 따라서 그들은 간섭 손실을 설명하는 것은 하이젠 베르크의 불확실성 원리가 아니라 다른 메커니즘이라고 주장했습니다.

하이젠 버그가 예측했듯이

우리는 그들이 무엇을 할 필요가 없습니다. 우리의 실험은 Heisenberg가 예측 한 크기의 입자 속도에 영향이 있음을 보여주기 때문에 간섭을 파괴하는 메커니즘이라고 주장했습니다.

입자가 측정 장치를 통과 할 때 이러한 속도 교란이 발생하지 않기 때문에 다른 사람들이 놓친 것을 보았습니다. 오히려 입자가 먼 필드를 향하는 도중에 슬릿을 훨씬 지나갈 때까지 지연됩니다.

어떻게 가능합니까? 음, 양자 입자는 실제로 입자가 아니기 때문입니다. 그것들은 또한 파동입니다.

사실, 우리 실험의 이론은 파동과 입자의 본질이 모두 드러나는 이론이었습니다. 파동은 이론 물리학 자 David Bohm이 소개 한 해석에 따라 입자의 운동을 안내합니다. , 하이젠 베르크 이후 세대.

실험합시다

최신 실험에서 중국의 과학자들은 2007 년에 제가 제안한 기술을 따라 양자 입자의 가설 운동을 재구성했습니다. 슬릿 및 두 측정 결과 모두.

그들은 측정 장치가 없을 때의 속도를 시간 경과에 따른 속도와있을 때의 속도를 비교하여 측정 결과 속도의 변화를 결정했습니다.

실험은 입자가 측정 장치 자체에서 5m 떨어진 곳에서 측정 장치를 비운 후에도 입자의 속도에 대한 측정 효과가 계속되는 것으로 나타났습니다.

그 시점에서 원거리 장에서 속도의 누적 변화는 평균적으로 간섭 패턴의 잔물결을 씻어 낼만큼 충분히 컸습니다.

결국 하이젠 베르크의 불확실성 원칙이 승리를 거두었습니다.

집으로 가져가는 메시지? 원리에 대한 모든 이론적 공식을 고려할 때까지 어떤 원리가 현상을 설명 할 수 있거나 설명 할 수 없는지에 대해 광범위한 주장을하지 마십시오.

예, 이것은 추상적 인 메시지이지만 물리학과는 거리가 먼 분야에 적용될 수있는 조언입니다.