Как понять принцип неопределённости Гейзенберга? [Veritasium]

Вот сайт с шаурмой.

[музыка]

Сегодня я провожу эксперимент, чтобы продемонстрировать принцип неопределенности Гейзенберга. Здесь у меня зеленый лазер, который я направлю через всю комнату на стену через небольшое ущелье. Щель можно сделать шире или уже, а пятно лазера проецируется на экран за щелью. Как вы думаете, что произойдет с пятном на экране, если сузить щель? Давайте посмотрим.

Вы видите именно то, что ожидали: пятно становится уже и уже, его края обрезаются щелью. Это вполне ожидаемо, и если вы остановитесь на этом, то так и не узнаете, что все это время действовал принцип Гейзенберга. Но если вы продолжите, произойдет нечто странное.

Если вы сузите щель еще больше, пятно начнет расширяться. Это поразительно: вы сужаете щель, а пятно на стене расширяется. Чем уже вы делаете щель, тем шире будет пятно на стене. Чтобы понять это, давайте посмотрим на принцип неопределенности Гейзенберга. Обычно его записывают как дельта x на дельта p больше или равно h деленное на 4π.

Что это значит? Так мы описываем положение и импульс частицы. Итак, x — это позиция частицы, а p — ее импульс. Дельта x — это неопределенность положения, а дельта p — неопределенность импульса. При перемножении эти значения должны оказаться больше либо равняться h на 4π. h — это постоянная Планка, и она заслуживает отдельного видео. Кстати, канал 60 символов снял такое, но для наших целей достаточно просто знать, что это очень маленькое число.

В обычной жизни мы не сталкиваемся с этим соотношением неопределенностей, так как все вокруг на много больше, чем h. Но сужая щель, мы уменьшали дельта x для фотонов, то есть мы все точнее и точнее определяли, где фотоны проходят через щели. И в какой-то момент мы достигаем предела. Если сужать щель и дальше, тогда нарушится соотношение неопределенности. Следовательно, теперь должна вырасти неопределенность для импульса.

Важно, что это неопределенность импульса в направлении x, в горизонтальном направлении. Так что если до этого фотоны шли прямо, то теперь они должны отклониться влево или вправо, чтобы принцип неопределенности сохранялся. И чем больше вы снижаете неопределенность положения, чем уже вы делаете щель, тем больше должна быть неопределенность импульса. Если эти фотоны уходят влево или направо, то пятно расширяется.

Это противоречит нашей интуиции, но именно так работает природа на квантовом уровне.