¿El principio de incertidumbre de Heisenberg es solo una evasión para que los físicos no tengan que respaldar su teoría con el experimento?

Espero que estés abriendo camino a través de todas las respuestas anteriores y ten un momento para considerar la mía. Todas las respuestas matemáticas y físicas de científicos y pensadores acreditados son excelentes en su fidelidad a los lenguajes y anotaciones de sus respectivos campos … incluso las minucias de la lógica y el razonamiento. Pero si puedo, hay una manera mucho más fácil de entender el Principio de Incertidumbre, cómo se adapta a la naturaleza y al comportamiento de los sistemas en todas partes. Especialmente el formulario que aborda la ubicación frente a un impulso. El experimento más simple realizado por cualquier persona que no sea científico puede tener sentido para usted y no necesita alegar que está ocurriendo ‘evitar el experimento’. El momento requiere una duración de tiempo y tránsitos de distancia. La posición requiere una duración de tiempo cero y singularidad de ubicación. El Principio de incertidumbre de Heisenberg simplemente hace una ecuación de la relación que describe: ningún sistema puede estar simultáneamente en movimiento y en reposo “al mismo tiempo o lapso de tiempo”, o estar en un solo lugar en una situación en la que se encuentra movimiento y ocupando muchos lugares a modo de movimiento. Puede “probarlo” con el comportamiento de cualquier sistema; Cualquier conjunto de opciones de medición. No puedes ‘quedarte quieto’ y ‘moverte’ … simultáneamente. Entonces, cuando arroja mediciones a la ecuación, puede especificar una ubicación, pero el impulso va a cero. Por el contrario, si mide un momento mayor que ‘cero’, no hay forma de identificar una sola ubicación estacionaria. El desafío viene cuando se tiene en cuenta más de un “marco de referencia” … exactamente lo que la relatividad especial y general nos pide que consideremos. 🙂 Espero que mi explicación calme su percepción de lo que está involucrado con HUP. Es eminentemente “comprobable”.

Whoops! No se trata de no conocer el estado de una partícula. Ni siquiera una cuestión de probabilidades. Es que la partícula realmente existe en una superposición de diferentes estados (por ejemplo, diferentes posiciones, momentos, etc.)

“Incertidumbre” es un nombre desafortunado debido al método de Heisenberg, Matrix Mechanics, que no tenía las “ondas” que permiten la comprensión más fundamental en el método de Schrodinger. Las ondas fueron explicadas por Salberger, y estoy de acuerdo con Childs, esa fue la mejor respuesta hasta ahora, pero quería agregar el dato sobre el origen del nombre del método de Heisenberg, y asegurarme de que la superposición se resaltara y entendiera.

Permítanme intentar complementar a Salberger con un poco de descripción más adaptada a los ingenieros no eléctricos. Considere estos puntos:

1. La incertidumbre se aplica a pares de variables de estado conjugado. Como la posición y el impulso. Una medida de uno afecta al otro. No afecta a variables de estado no relacionadas.
2. Como señala Salberger, para definir la posición de manera muy precisa utilizando ondas, necesita muchas frecuencias. Ah, la frecuencia es impulso. Por lo tanto, necesita muchos momentos diferentes superpuestos. No se trata de que el impulso sea incierto. Tienes que TENER todos esos momentos superpuestos, para tener la posición definitiva.
3. Si ejecuta una medición que selecciona solo un momento de la superposición, ha CAMBIADO el estado de la partícula. Sí, la medición cuántica no es pasiva, DEBE cambiar lo que mide. Al seleccionar solo un momento (frecuencia), ahora tiene una onda continua sin inicio ni parada (que requiere que se definan las frecuencias altas). Entonces has borroso su posición. Ahora está en una superposición de muchos estados de posición. No es que no sepas, ni siquiera que hay probabilidades, sino que hay una superposición real de muchas posiciones.

Usando otros pares conjugados, como las orientaciones de giro y el Teorema de Bell, se ha demostrado experimentalmente que estas superposiciones realmente existen y tienen consecuencias que las analogías clásicas no tienen.

Ver la respuesta de Jack Fraser.
Y mi comentario sobre esa respuesta.

Desafortunadamente, lo que él ha derivado meticulosamente se llama / malinterpreta como una supuesta “incertidumbre” de “principio”.

El verdadero significado de eso es completamente opuesto a cualquier tipo de “incertidumbre”.

El verdadero significado de eso es:
cualquiera de los dos operadores (interactores) en la naturaleza, no puede ser el punto – las cosas , pero tienen alguna distribución, es decir, una cantidad finita de su aparición / ocurrencia.

La forma concreta más simple de supuesta “incertidumbre”, que toma / correlaciona dos fenómenos físicos esenciales concretos, es:

[matemáticas] E_ {ph} = h \ cdot \ nu_ {ph} \ Rightarrow E_ {ph} \ cdot t_ {ph} = h [/ matemáticas]

[math] t_ {ph} [/ math] es el tiempo necesario para que la cantidad completa de energía del paquete de energía elemental, también conocido como fotón, pase a través de un plano imaginario que es perpendicular a la trayectoria de propagación del fotón.

Entonces, la energía de un fotón es algo que tiene una distribución localizada en el espacio: la cantidad de paquete de energía elemental ocupa un volumen finito de espacio.
Un fotón no es una supuesta “partícula puntual”, que tiene “propiedad” “que llamamos energía”, y que (el punto) “se mueve indeterminadamente” dentro de la “distribución de probabilidad de su apariencia”, pero es lo esencial calidad física, el fenómeno físico esencial: la energía .
[Por favor piense: ¿cómo podría un punto golpear algo? Un punto no es nada . Y, según la física oficial, que nada , “moviéndose indefinidamente” dentro de “la distribución de densidad de probabilidad de su ‘aparición / ocurrencia'”, “crea” alguna “sección transversal efectiva “. Gente, piense, por favor. ¿Una nada “crea” algo? Una nada no puede crear nada. “Crear de la nada” es imposible , excepto en las mentes locas. Y estas mentes locas están tratando de persuadirte de que “el único problema que tienes es que tratas de pensar en términos de sentido común “. Te ruego que hagas esto, siempre : “Observa y piensa para descubrir la verdad. No creas lo que es contrario a la razón y nunca te engañes a ti mismo ni a los demás “.
La energía es muy real: cuando el paquete de energía elemental, también conocido como fotón, golpea una proteína (de la cual consiste su piel), la proteína experimenta eso como una fuerza (cambio de energía a lo largo de algún camino), y esa fuerza puede romper sus proteínas, puede cambiarlas, y causar quemaduras en la piel.
A nivel elemental, la energía se manifiesta como un fotón gamma. Tiene longitud y área efectiva de sección transversal. Eso se confirma experimentalmente. Entonces, la energía es algo que no es el espacio, algo diferente del espacio, y que ocupa la pequeña cantidad finita (volumen) de espacio.
La mejor manera de presentar mentalmente un fotón, de presentar mentalmente un paquete de energía elemental, es pensarlo como una pequeña gota de un ficticio de flúido. El “fluide fictif” es la sugerencia de Poincare de presentar mentalmente la energía electromagnética (La Théorie de Lorentz et le principe de réaction)
“Nous pouvons regarder l’énergie électromagnétique comme un fluide fictif” (traducción: “Podemos considerar la energía electromagnética como un fluido ficticio”).

La distribución de energía de un fotón gamma tiene que ser una distribución suave y continua en forma de campana (función Bump – Wikipedia) (Función Smooth – de Wolfram MathWorld) a lo largo de cada dirección que lo atraviesa.
Debido a que existe la restricción [matemática] F_ {max} [/ matemática] (fuerza máxima posible), y también existen todas las derivadas superiores de la ley esencial del tiempo de energía [matemática] E_ {ph} \ cdot t_ {ph} = h [/ math] (tanto en / a lo largo del tiempo como en / a lo largo del espacio), y todos son finitos, y por lo tanto, la distribución de energía de un fotón gamma tiene que ser una distribución suave y continua como una protuberancia . Y, lleva una cantidad de tiempo finita pasar a través de un plano imaginario que es perpendicular a la trayectoria de propagación del fotón gamma.
Entonces, no hay absolutamente nada incierto sobre la ley:
[matemáticas] E_ {ph} \ cdot t_ {ph} = h [/ matemáticas]
Esa ley determina perfectamente la cantidad de acoplamiento esencial de energía y tiempo elementales.
La cantidad de ese acoplamiento no puede ser menor que [math] h [/ math].
La única forma de ser mayor que [matemáticas] h [/ matemáticas], es que tienes más de una entidad elemental, más de un fotón.
Y, si solo tiene un fotón, entonces es igual a [math] h [/ math].

Me entristece la cantidad de votos a favor que recibió Olof Salberger, ya que su explicación ilustra cuán similares son la mecánica cuántica y el procesamiento digital de señales. El patrón de interferencia que obtienes cuando sometes un solo fotón a una doble rendija es solo la transformación de Fourier de la doble rendija. Esto se debe a que un fotón está en un estado de superposición de | slit_1> + | slit_2> y la probabilidad de “distribución” para su momento viene dada por la transformada de Fourier, tal como lo señala Olof. Esto es lo que produce la interferencia, ya que el impulso determina dónde terminará en la pantalla.

Puede ir un paso más allá y desmitificar este negocio de cosas que actúan “como una ola” cuando no mide por qué hendidura atraviesan y “como una partícula” cuando lo hace, pero esto requeriría explicar cómo la Madre Naturaleza hace la probabilidad , que es muy diferente a la forma en que lo hacemos en los casinos. En esencia, adjuntar un esquema de etiquetado al fotón para decirle qué hendidura atravesó hace que los términos de interferencia desaparezcan de la “distribución” de probabilidad, pero puede recuperarlos si luego borra este etiquetado. En matemáticas es muy fácil de ver, pero solo si primero desmitificamos la mecánica cuántica y la hacemos parecer más natural.

Olof hizo un excelente trabajo y merece más apreciación.

¿¡Fuera policía !?

¿¡Fuera policía !?

Buen señor……

Bien. Me parece que es hora de descifrar mi famosa derivación del principio de incertidumbre, basado solo en un único postulado.

El postulado es uno de los postulados fundamentales de la mecánica cuántica, y dice que:

Por cada [matemática] A [/ matemática] observable, existe un operador hermitiano [matemática] \ hat {A} [/ matemática], que cuando actúa en un estado de [matemática] A [/ matemática] bien definido, lo devuelve como el valor propio: [matemáticas] \ hat {A} | \ psi_A \ rangle = A | \ psi_A \ rangle [/ matemáticas]

Eso es todo lo que necesitamos para demostrar que el principio de incertidumbre debe surgir de la mecánica cuántica.

No me disculpo por la cantidad de matemáticas que sigue. Si se queja de que no hay una explicación de sentido común, entonces ese es su problema.

Una “salida de policía” es cuando no se describe algo correctamente para ofuscar la verdad, por lo que estoy presentando toda la maquinaria sin adulterar, para demostrar cuán, muy, no es una “salida de policía”.

No se queje de que no proporcioné una explicación de sentido común, porque eso sería una “evasión”.

Ahora consideramos que nos gustaría examinar los observables [matemática] A [/ matemática] y [matemática] B [/ matemática] de un sistema, lo que significa que necesitamos operadores [matemática] \ hat {A} [/ matemática] y [matemáticas] \ hat {B} [/ matemáticas]. Con estos operadores, realizamos operaciones totalmente permitidas para crear nuevos operadores:

[matemáticas] \ hat {F} = \ hat {A} – \ langle \ hat {A} \ rangle [/ math]

[matemáticas] \ hat {G} = \ hat {B} – \ langle \ hat {B} \ rangle [/ math]

Donde [matemáticas] \ langle \ hat {A} \ rangle = \ langle \ psi | \ hat {A} | \ psi \ rangle [/ math] es la notación de valor de expectativa usual, es decir, es el valor “promedio” de [math] A [/ math] que esperaría que se midiera desde el sistema [math ] | \ psi \ rangle [/ math]

Ahora construimos un nuevo estado:

[matemáticas] | \ Phi \ rangle = \ left (\ hat {F} + is \ hat {G} \ right) | \ psi \ rangle [/ math]

Donde [math] i [/ math] es la unidad compleja, y [math] s [/ math] es algún número real.

Sin embargo, la definición del producto interno da que:

[matemáticas] \ langle \ Phi | \ Phi \ rangle \ geq 0 [/ math] e implícito en esto, es que debe ser [math] \ in \ mathbb {R} [/ math]

Por lo tanto, construimos este producto interno:

[matemáticas] \ langle \ psi | \ left (\ hat {F} – es \ hat {G} \ right) \ left (\ hat {F} + es \ hat {G} \ right) | \ psi \ rangle \ geq 0 [/ math]

Donde he usado esa [matemática] \ left (i \ hat {B} \ right) ^ \ dagger = -i \ hat {B} ^ \ dagger = -i \ hat {B} [/ math] cuando [math] \ hat {B} [/ math] es hermitiano.

Multiplicar esto da:

[matemáticas] \ langle \ psi | \ hat {F} ^ 2 | \ psi \ rangle + s ^ 2 \ langle \ psi | \ hat {G} ^ 2 | \ psi \ rangle + es \ langle \ psi | \ hat {F} \ hat {G} – \ hat {G} \ hat {F} | \ psi \ rangle [/ math]

Ahora, en números normales, espera [math] ab = ba [/ math] – de modo que [math] ab-ba = 0 [/ math], esto se llama propiedad conmutativa. Este no es el caso en general con los operadores, en general no son conmutativos.

Llamamos a la construcción [math] \ hat {F} \ hat {G} – \ hat {G} \ hat {F} [/ math] el conmutador de los operadores, y le damos un bonito símbolo:

[matemáticas] [\ hat {F}, \ hat {G}] = \ hat {F} \ hat {G} – \ hat {G} \ hat {F} [/ math]

Por lo tanto, condensándonos, tenemos:

[matemáticas] \ langle \ hat {F} ^ 2 \ rangle + s ^ 2 \ langle \ hat {G} ^ 2 \ rangle + is \ langle [\ hat {F}, \ hat {G}] \ rangle \ geq 0 [/ matemáticas]

Sin embargo, recordamos que definimos todo esto como un número real ([math] \ in \ mathbb {R} [/ math]), lo que debe significar que el conmutador es puramente imaginario, para cancelar el [math] i [/ matemáticas] que todavía está presente:

[matemáticas] \ langle [\ hat {F}, \ hat {G}] \ rangle = iq ~~~~ q \ in \ mathbb {R} [/ math]

Así que eso:

[matemáticas] \ langle \ hat {F} ^ 2 \ rangle + s ^ 2 \ langle \ hat {G} ^ 2 \ rangle – sq \ geq 0 [/ math]

Ahora, lo consideramos.

¿Qué tenemos aquí?

Tenemos una fórmula cuadrática positiva en [math] s [/ math], ¿y queremos que siempre sea ​​positiva o cero?

Por lo tanto, queremos que esta cuadrática nunca cruce el eje s ; si cruza el eje s, entonces [matemática] \ langle \ hat {F} ^ 2 \ rangle + s ^ 2 \ langle \ hat {G} ^ 2 \ rangle – sq \ leq 0 [/ math] – que rompe nuestras condiciones.

Teniendo esto en cuenta, usamos la fórmula cuadrática para descubrir cuándo [math] s [/ math] cruza el eje s.

[matemáticas] s = \ frac {- (- q) \ pm \ sqrt {q ^ 2 – 4 \ langle \ hat {F} ^ 2 \ rangle \ langle \ hat {G} ^ 2 \ rangle}} {2 \ langle \ hat {G} ^ 2 \ rangle} [/ math]

Ahora, si [math] s [/ math] tiene alguna solución que sea real, entonces la cuadrática no ha podido garantizar nuestra condición de que [math] \ geq 0 [/ math].

Por lo tanto, para no tener nada real , queremos que nuestras [math] s [/ math] sean complejas, lo que se logra dejando que [math] \ sqrt {~~} [/ math] sea menor que cero:

[matemáticas] q ^ 2 – 4 \ langle \ hat {F} ^ 2 \ rangle \ langle \ hat {G} ^ 2 \ rangle \ leq 0 [/ math]

Ahora reorganizamos esto:

[matemáticas] q ^ 2 \ leq 4 \ langle \ hat {F} ^ 2 \ rangle \ langle \ hat {G} ^ 2 \ rangle [/ math]

Ahora revelamos que hemos sido un poco descarados: [matemáticas] \ hat {F} [/ matemáticas] y [matemáticas] \ sombrero {G} [/ matemáticas] que construimos de tal manera que, por definición, [ matemática] \ langle \ hat {F} ^ 2 \ rangle [/ math] es la varianza de A , y de manera similar con [math] \ hat {G} [/ math] y B:

[matemáticas] \ sqrt {Var (A)} \ veces \ sqrt {Var (B)} \ geq \ frac {| q |} {2} [/ matemáticas]

Vuelva a poner nuestra definición de [matemáticas] q [/ matemáticas], y tenga en cuenta que [matemáticas] [\ hat {F}, \ hat {G}] = [\ hat {A}, \ hat {B}] [/ matemáticas ], de nuevo, por cuidadosa construcción!

[matemáticas] \ sqrt {Var (A)} \ veces \ sqrt {Var (B)} \ geq | \ langle \ frac {1} {2} [\ hat {A}, \ hat {B}] \ rangle | [/matemáticas]

Aquellos de ustedes que hayan hecho alguna estadística recordarán que la raíz cuadrada de la varianza es la desviación estándar :

[matemáticas] \ boxed {\ sigma_A \ sigma_B \ geq \ frac {1} {2} | \ langle [\ hat {A}, \ hat {B}] \ rangle | }[/matemáticas]

Este es el Principio de incertidumbre general, para cualquiera de los dos operadores.

Lo que esta relación nos dice es que si tenemos dos operadores que no viajan, entonces existe una relación de incertidumbre para esos dos operadores.

Ahora, el principio de incertidumbre más famoso es el original: para la posición [math] \ hat {x} [/ math] y momentum [math] \ hat {p} [/ math]. Si estos dos operadores no viajan, entonces el principio de incertidumbre de Heisenberg debe ser cierto.

Si todavía te sientes con ganas, puedes resolver el conmutador de estos dos operadores y es:

[matemáticas] [\ hat {x}, \ hat {p}] = i \ hbar [/ matemáticas]

Tal que:

[matemática] \ en caja {\ sigma_x \ sigma_p \ geq \ frac {\ hbar} {2}} [/ matemática]

Este es el principio de incertidumbre de Heisenburg, derivado de solo dos postulados (el segundo fue lo que me permitió derivar el conmutador)

Así que, por favor, buen señor / señora, señale la parte de esta derivación extremadamente rigurosa que fue una “salida de policía”.

¿Señalarme el trozo que fudimos para no tener que molestarnos con el experimento?

En todo caso, el principio de incertidumbre es un gran dolor en las bolas / vulvas para los físicos, en algunos casos limita severamente cuán precisos pueden ser nuestros experimentos más precisos, y queremos hacer experimentos.

Quiero decir, ¿no crees que las vastas franjas de físicos experimentales podrían no haberlo notado?

A los físicos se les paga por hacer experimentos: ¿qué motivo posible tendrían los físicos experimentales para decir “nah mate, es como, imposible o algo así?”

Si fuera posible hacer tales experimentos, habría personas pidiendo dinero para verlo y demostrar que estamos equivocados.

La idea de que hay algo de conspiración en física es casi risible … quiero decir, la idea de que alguien podría dejar pasar la financiación: ¡ja!

Tantas respuestas realmente buenas. Trataré de resumirlo en pocas líneas (sin que Quora lo censure por no ser relevante).

Entonces, el director de incertidumbre de Heisenberg vino de los experimentos. A un nivel muy alto, los físicos estaban experimentando e intentando averiguar por qué las partículas como el electrón y el fotón actuaban como si fueran una partícula y una onda. ¿Cómo podrían ser ambos?

Al estudiar esto, y calcular las matemáticas para describir los resultados experimentales, elaboraron las ecuaciones que Jack Fraser describe con tanta elegancia (con unos pocos años para simplificar).

De hecho, si el principio de incertidumbre de Heisenberg no fuera real, no estaría leyendo esto (¡y no porque no hubiera hecho la pregunta!).

Algunos de los circuitos involucrados en la electrónica moderna, específicamente el diodo Zener que funciona a través del túnel cuántico no podría funcionar sin el Principio de incertidumbre de Heisenberg.

Es real, asumiendo que estás leyendo esto y que no eres solo un producto de mi sueño de Realidad Virtual.

No.

El principio y el principio de incertidumbre matemática (porque, sí, también se aplica a las matemáticas) define parámetros específicos y cómo se relacionan e interactúan.

Esto significa que está sujeto a experimentación y falsificación.

Sin embargo, aunque el principio de incertidumbre pone límites al conocimiento y, por lo tanto, al error experimental, no prohíbe los experimentos. Todo lo contrario. Te ayuda a diseñarlos y realizarlos.

Por ejemplo, experimentos de difracción que involucran tiempo en lugar de espacio. La tunelización cuántica, una propiedad muy útil que le permite construir crossovers en microelectrónica, tiene que ver con la incertidumbre cuántica. Al conocer la dinámica, sabes cómo construir el aparato.

Dado que el principio de incertidumbre funciona igual de bien en la teoría de señales y en álgebra lineal, es bastante obvio que los experimentos de física no tienen nada que ver con eso. Es una propiedad de variables complementarias y es tan cierto en lógica como en física. La física simplemente demuestra que la incertidumbre es real y no solo teoría.

No estoy seguro de que el interlocutor esté seguro de cuál es el principio de incertidumbre.

No. Es un aspecto fundamental de cualquier teoría con ondas, incluido el sonido clásico o el electromagnetismo. Se desprende de un teorema en el análisis de Fourier que usted prueba usando la desigualdad de Cauchy-Schwartz.

Lo que es exclusivo de QM es la interpretación probabilística de la función de onda y el principio de incertidumbre. Pero todas las ondas tienen un principio de incertidumbre entre su número de onda y posición, esta es una propiedad matemática de la transformación de Fourier.

Voy a probar esto porque no tengo ni idea de lo que estoy hablando. Pero si estoy fuera de lugar, invito a la corrección.

Dada una partícula, la llamaremos George (porque odio las partículas de letras). George fue creado aquí y apunta a algún lugar allá. Ahora la ruta que George toma para llegar allí es vaga. La posición de George no se conoce con precisión. El impulso de George tampoco se conoce con precisión. Podemos saber hasta cierto límite dónde está George y cuál es el impulso de George, pero si tratamos de descubrir con más precisión dónde está George, entonces sucede algo extraño. Un dispositivo puede medir la ubicación de George para decir 100 decimales, pero luego, en el momento de esa medición, el impulso de George se vuelve aún más vago. No es que no podamos medir cuál es el impulso de George. Lo que realmente sucede es que el impulso de George no es un número preciso. El impulso de George se extiende a través de un rango. No es que el momento de George esté en algún lugar dentro de ese rango porque el momento de George no tiene un valor, tiene un rango, el momento es ese rango, el rango completo. Cuanto más precisa se determine la posición de George, mayor será el rango para el impulso de George.

OK, mi próximo ejemplo. Supongamos que George vuela hacia el objetivo. Desea medir la cantidad de tinta que George tiene en su pluma de tinta (mal ejemplo, pero tenga paciencia conmigo). Instalaste un aparato para medir la tinta. Lo curioso es que, mientras George vuela hacia el objetivo, no tiene tinta, ni bolígrafo de tinta, ni bolsillo de camisa para su bolígrafo de tinta, porque, bueno, George es una partícula después de todo. Tampoco tiene un bloc de papel con él (esto debería volverse importante más adelante). Pero cuando enciende el aparato de medición y mira que mide tinta en un bolígrafo de tinta en el bolsillo de la camisa de George. De alguna manera, el acto de medir la tinta ha provocado que la tinta realmente exista. Funciona de la misma manera para una ecuación. Tienes una ecuación que te puede decir cuánta tinta tiene George en su pluma de tinta. Introduce números en la ecuación y te dará la cantidad de tinta que tiene George. Ahora quieres saber cuántas páginas de notas tiene George. Instalaste un aparato para medir eso. Entonces ejecutas el experimento y mides la cantidad de tinta que tiene George y el número de páginas en el bloc de notas de George. Lo que encuentra es que cuanto más exacto mida el nivel de tinta, menos preciso será el número de páginas en el bloc de notas de George. Pero la realidad es que George es una partícula y no tiene tinta ni un bloc de notas. Pero el acto de medir o calcular la cantidad de tinta hace que la tinta sea real, medir el papel de nota hace que el papel de nota sea real.

Mi ultimo ejemplo. Hay una nube cerca de tu casa. Puedes verlo. Es una gran nube. Puedes ver que la nube tiene turbulencias en su interior. Está realmente agitado por dentro. Ahora mida qué tan lejos está el norte / sur, este / oeste de su casa y qué tan alto está todas las medidas al milímetro más cercano. Eso no se puede hacer porque el borde de la nube no está definido, la forma de la nube no está definida y todo es mucho más grande que un milímetro. Lo mismo se aplica a las partículas porque esas partículas mientras viajan son realmente ondas de algún tamaño mayor que cero.

Aquí hay un poco de matemática muy simplista. A x B> 1. Si A = 1, entonces B debe ser mayor que 1. B puede ser mucho más grande o solo un poco más grande. Si A = 1/2, entonces B debe ser mayor que 2, tal vez un poco más grande, tal vez mucho más grande. Si entiendo el HUP, entonces A x B siempre debe ser mayor que algún número. Entonces, cuanto más preciso conozca un parámetro, menos preciso será el otro parámetro. Creo que los números son h-bar x f.

Bueno, esa es mi puñalada. Sin duda una visión ingenua, pero ¿estoy equivocado?

PD “Si no puedes explicárselo a un niño de seis años, entonces no lo entiendes tú mismo” Albert Einstein.

No hay absolutamente ninguna “respuesta” sobre la declaración rigurosa, [matemática] \ hat {p} \ hat {q} – \ hat {q} \ hat {p} = – i \ hbar [/ math]. Que se llame el principio de “incertidumbre” por razones históricas solo engaña a aquellos que prefieren declaraciones grandiosas sobre el aprendizaje real. Lo que realmente expresa es cómo hay una diferencia fundamental entre las cantidades que describen fenómenos en el mundo cuántico, frente a los números ordinarios que se usan para describir el mundo clásico.

Esta afirmación, por cierto, conduce a algunos de los experimentos más precisos hasta la fecha (por ejemplo, mediciones del momento magnético anómalo, que se han llevado a cabo con 12 dígitos de precisión). También conduce a una física innovadora, como el descubrimiento de nuevas partículas en aceleradores de partículas grandes. Y por último, pero no menos importante, conduce a numerosas aplicaciones prácticas en áreas que van desde la física médica hasta la microelectrónica y más.

Entonces, en realidad, el único “escape” que veo aquí es cuando la gente usa argumentos o preguntas como esta como una excusa lamentable para que no tengan que aprender la física real.

No, es un concepto tan básico que bien podría haberse beneficiado de él.

La técnica de imágenes de resonancia magnética (IRM) es una técnica poderosa para mirar dentro de las personas. Se basa en la resonancia magnética nuclear. Los núcleos en un campo magnético fuerte se alinearán con ese campo. Es posible hacer que algunos de los núcleos ‘cambien’ de una alineación giratoria a una alineación giratoria irradiando los núcleos con una frecuencia específica de radiación electromagnética (ER). La frecuencia exacta depende del entorno del núcleo, especialmente qué otros núcleos están cerca.

Al principio, una sola exploración de RMN llevaría mucho tiempo porque tenía que explorar las diferentes frecuencias. Y una buena señal de RMN requiere muchos escaneos.

Entonces el Principio de incertidumbre de Heisenburg (HUP) vino al rescate.

Un par de variables conjugadas son la posición y el momento de un fotón. Cuanto más precisa sea la posición de un fotón, menos precisa será su impulso. Entonces, al emitir una explosión muy corta de ER podemos fijar su posición a una distancia corta. HUP nos dice que esto hace que su impulso sea ‘difuso’. Pero el impulso de los fotones depende de su frecuencia, por lo que conocer su posición con precisión significa que sabemos que su frecuencia es menos precisa.

Esto no significa que los fotones tengan una frecuencia específica, pero simplemente no podemos medirla con precisión. Significa que los fotones tienen, en realidad, una amplia gama de frecuencias. Que es justo lo que queremos para la RMN: al irradiar los núcleos con una ráfaga muy corta de ER, lo estamos irradiando con una amplia gama de frecuencias, todo al mismo tiempo.

Por lo tanto, cualquiera que se haya hecho una resonancia magnética se ha beneficiado directamente de una aplicación práctica de HUP.

No estoy 100% seguro de los antecedentes de OP … Asumiré que OP no es un físico. Así que intentaré explicar en términos más simples que la mayoría de la gente puede entender / apreciar …

El principio de incertidumbre de Heisenberg, que es el corazón y el alma de la mecánica cuántica, tiene un profundo impacto en la ciencia (física en particular, obviamente) y la filosofía. A menudo me pregunto si alguien en el mundo realmente entiende QM. Sé que no soy uno de ellos. ¿Cómo puede alguien “entender” que un electrón puede ser una partícula y una onda “al mismo tiempo”? El gato de Schrodinger puede estar muerto y vivo simultáneamente, y tampoco muerto ni vivo. En resumen, al menos para mí, siempre es inútil si tratamos de entender el mundo utilizando nuestra experiencia diaria con nuestros cinco sentidos. La verdad radica en la belleza de la construcción matemática, que es lo único que nunca se equivocará. (Porque es tautología en muchos sentidos).

Con lo anterior aclarado, el principio de incertidumbre y QM NO dice que no estamos seguros acerca de los eventos físicos. En realidad dice que podemos predecir la incertidumbre precisa. Con un millón de mediciones, sabemos con seguridad que habrá cuántos electrones atravesando el agujero A, dentro de una cierta desviación estándar / error estándar que se puede calcular. Entonces todo es predecible en un sentido estadístico. Un mundo determinista ha sido reemplazado para siempre por una visión probabilística del mundo. El demonio de Laplace se ha ido para siempre. Al mismo tiempo, dejamos espacio para que Dios juegue a los dados.

Entonces, no, el principio de incertidumbre no es solo una evasión. Pero, de hecho, su verdadero significado a menudo es mal entendido y mal interpretado. Espero que esto tenga sentido.

Su pregunta se plantea de manera provocativa, pero la interpretaré de manera más caritativa que cómo parece haber sido interpretada en las otras respuestas que he leído. Sin embargo, no estoy seguro de que esta sea realmente la forma en que lo preguntaste.

Según la interpretación más caritativa, su pregunta se plantea en un contexto de fondo que incluye algunas suposiciones básicas como las siguientes: Al tratar de “comprender” la naturaleza, nos esforzamos por derivar nuestras teorías de principios fundamentales. Para que un principio se considere “fundamental”, debe ser evidente. El Principio de incertidumbre de Heisenberg (HUP) ciertamente se considera fundamental, pero tampoco es evidente (al menos para propiedades distintas de la posición y la longitud de onda).

Entonces, en contra de ese tipo de perspectiva, podría parecer una “evasión” llamar al HUP “fundamental”, ya que su falta de evidencia sugiere que podría haber un principio aún más fundamental y más evidente escondiéndose detrás eso.

Mi respuesta a eso es la siguiente: en lo que respecta a la mecánica cuántica, el HUP realmente es un principio fundamental porque si alguna vez encontramos algún principio más fundamental (y posiblemente evidente) del cual podríamos derivarlo, entonces podríamos use esa idea para llegar también a una teoría que es más fundamental que la mecánica cuántica.

En última instancia, eso se debe a que la falta de evidencia de la HUP y la contraintuitividad de la mecánica cuántica van de la mano. De hecho, algunos libros de texto de mecánica cuántica comienzan con las relaciones de no conmutación, a las que el HUP es equivalente, y desarrollan la teoría completa a partir de ahí.

Entonces, dado nuestro estado actual de conocimiento, es absolutamente cierto que el HUP es fundamental, y si el HUP es realmente fundamental, entonces no es una “evasión”.

La segunda parte de tu pregunta es difícil de entender para mí. Si el objetivo es evitar respaldar las ideas sobre la realidad con experimentos u observaciones, entonces no se está haciendo ciencia . Los físicos son humanos y, como cualquier otra persona, tienen defectos, pero ese supuesto defecto particular va en contra de quiénes son , es decir, los científicos.

Nuevamente, al intentar leerlo de la manera más caritativa (para usted), ha habido algunas tendencias recientes, probablemente desafortunadas, en física teórica en las que ciertas ideas sobre la naturaleza de la realidad han comenzado a separarse del requisito de observación y experimento, el multiverso probablemente sea el delincuente más serio en ese sentido.

Uno podría argumentar que cualquier argumento que los defensores de tales ideas den para argumentar que esas ideas deben considerarse dentro del dominio de una ciencia pero que no requieren experimento y observación para respaldarlo, es una “evasión”, pero ninguno de ellos tiene nada que ver con el HUP. De hecho, pueden considerarse exactamente lo opuesto a la HUP en ese sentido porque, como mencioné, puedes construir una mecánica cuántica a partir de ella y generar muchas, muchas predicciones comprobables y útiles.

Finalmente, una sugerencia: bajo la lectura caritativa de su pregunta, plantea algunos problemas y preocupaciones que merecen abordarse seriamente, pero formular una pregunta de una manera innecesariamente provocativa es casi seguro que los oscurecerá.

Tipo. Trollear en Quora es bajo.

El Principio de incertidumbre de Heisenberg es un hecho matemático basado en el hecho de que una función y su transformación de Fourier no pueden ser localizadas arbitrariamente. Sucede que los operadores de posición y momento en la mecánica cuántica están directamente relacionados entre sí por la transformada de Fourier. Entonces, se deduce de los supuestos fundamentales de la mecánica cuántica.

¿Eh? No. El Principio de incertidumbre de Heisenberg es una descripción de cómo funciona el universo a un nivel muy fino. Disculpas a todos los físicos:

En la vida normal, si ves una pelota de baloncesto sentada en el suelo, ahí es donde está. No se va a mover, hasta que algo lo mueva.

Ahora, porque te gusta la física, sabes que cuando ves el baloncesto, lo que realmente sucede es que los fotones vienen de alguna parte, golpean el baloncesto, rebotan en el baloncesto, viajan a través del espacio entre tú y el baloncesto, entran en tu ojo , golpeando las células en las retinas, que solo entonces comienza el proceso neuroquímico en el que percibes el baloncesto.

Ahí está el baloncesto. Justo donde lo ves.

A escalas muy pequeñas, el mundo no funciona así. En cambio, los fotones rebotan en un pequeño átomo. Al hacerlo, le da una pequeña cantidad de energía a ese átomo. El fotón que rebota viaja a través del espacio hacia usted, ingresa a su ojo, golpea su retina y luego comienza el proceso de su percepción del átomo.

Pero , el fotón que rebotó en el átomo y le dio energía al átomo. El átomo ha sido empujado. Se le ha dado impulso. Y velocidad. Entonces, ahora, lo que era estacionario, se está moviendo.

Pero el fotón que rebotó en el átomo, aún “pensando” que el átomo está estacionario, todavía viaja a través del espacio hacia el globo ocular. Para cuando el fotón golpea tu retina, el átomo estacionario ya no está donde estaba.

El mismo acto de observar el átomo cambió las propiedades del átomo. El fotón que golpea tu globo ocular no te dice dónde está el átomo en este momento.

No sabes dónde está ahora. No es posible saberlo. A menos que rebotes más fotones fuera del átomo. Pero esos fotones harían lo mismo. Sabrías dónde estaba.

Podría intentar minimizar el tiempo que tarda la luz en llegar a su globo ocular. Pero siempre llegarás tarde. En lugar de su ojo, podría usar un instrumento afinado y colocarlo muy, muy, muy cerca de su átomo. Y todavía no funcionará.

Existe una restricción mínima fundamental sobre la cantidad de información que puede tener sobre un sistema. Esto no es del todo exacto. Pero es una explicación intuitiva sobre la incertidumbre con la posición y el impulso.

Para una mayor intuición, es como la astronomía del espacio profundo. Sabemos que miramos al cielo nocturno a simple vista, lo que estamos viendo ahora sucedió hace muchos años. La luz tardó mucho en alcanzarnos. Y realmente no podemos saber qué sucedió en el tiempo intermedio.

Asumimos que eso no sucede en la vida normal. Y esa suposición está mal.

Incluso a escalas pequeñas, no importa lo que esté observando, el evento siempre sucedió en el pasado. Si observa ciertas propiedades de los sistemas pequeños, existe un límite fundamental para lo que puede saber sobre el sistema tal como es en realidad, a pesar de lo que le dicen sus globos oculares.

Debido a que los físicos conocen esta limitación fundamental, hacen todo lo posible para evitar circunstancias en las que pueda surgir y alterar sus datos experimentales.

De ningún modo.

Primero, hay muchos experimentos para respaldarlo.

Pero también podría estar imaginando que el principio es más místico de lo que realmente es.

Es simplemente una consecuencia de la naturaleza ondulatoria de cualquier partícula fundamental.

Hay un principio clásico de incertidumbre. Cuanto más precisamente se define el impulso de una ola, menos precisamente se define su ubicación. Esto se debe a que una onda pura de un momento exacto se extendería infinitamente en ambas direcciones, lo que no le daría una ubicación exacta. Por el contrario, cuanto más precisamente se define la ubicación de una onda, menos precisamente se define su impulso. Esto se debe a que las ondas localizadas se crean sumando un gran número de ondas que no están localizadas. Eso hace que su momento sea impreciso.

Esta es una consecuencia del análisis de Fourier. Es un poco complicado, pero algunas imágenes pueden ayudar a aclararlo si lo buscas.

La parte que es realmente difícil de entender es que los objetos que son partículas clásicas pueden, de hecho, ser entendidos como ondas. Eso es difícil de aceptar. Pero una vez que acepte eso, el Principio de incertidumbre debería seguir fácilmente.

En respuesta a Edwin Lo: ¿Cómo puede un electrón ser simultáneamente una partícula y una onda?

Un imán de barra ejerce una influencia en el espacio que lo rodea. Del mismo modo, un electrón también influye en su entorno, pero de una manera que, cuando se ilustra gráficamente, tiene un parecido sorprendente con el movimiento de una ola cuando arrojas una piedra al agua. El agua sube y baja porque la energía disipada es sinusoidal.

Lo llamamos ola, pero en realidad, la palabra ‘ola’ simplemente denota la forma del agua en movimiento. Es la energía que se disipa de manera sinusoidal. La piedra misma siempre es una piedra y nada más.

Por lo tanto, podemos decir que si bien el imán es fundamentalmente una partícula, su esfera de influencia afecta a su entorno.

La confusión podría ser el uso de la palabra ‘ola’, o podría ser que nuestra comprensión de las ondas es engañosa. El electrón no es una onda, pero la forma en que influye o modifica su entorno puede compararse con el comportamiento del agua cuando lo perturba.

Desde este punto de vista, deberíamos concluir que la frase ‘dualidad onda-partícula de la naturaleza’ no es nada de eso, a menos que, por supuesto, esté perplejo por la dualidad onda-partícula de los imanes de barra cuando reúne dos de ellos.

Sé que todas las demás respuestas aquí son quirúrgicamente refinadas, largas y precisas en términos de física. Además, el term “cop-out” fue un poco agresivo. Pero si puedo, jugaré al relativista aquí.

¿No es la física, y la ciencia en general, realmente un conjunto de modelos y enfoques que intentan explicar mejor la realidad medible?

¿No es la Física Cuántica solo modelos matemáticos, que se basaron en mediciones y observaciones, que solo rascan la superficie cuántica pero no son verdaderos “engranajes” hasta ahora?

Entonces, lo que estoy tratando de decir es que si bien la incertidumbre de Heisenberg ciertamente no es una evasión, tampoco es una explicación completa de lo que hay más allá de las cosas que describe.

Mal, totalmente. Usted mismo podría ver el principio de incertidumbre de Heisenberg en acción si quisiera. Un péndulo nunca se queda quieto debido a HUP, de lo contrario, conocería la posición y la velocidad perfectamente. Es un hecho de nuestro universo y, por el contrario, los científicos hacen experimentos para probar el HUP, tratando de encontrar métodos de medición que no perturben la velocidad o la posición. Es contradictorio con nuestros cerebros simios, pero nuestros cerebros simios son lo suficientemente inteligentes como para que la mayoría de las personas lo entiendan a un nivel intuitivo. Puede llevar algo de grasa mental, pero si quieres saber la verdad, no es tan difícil de entender.