Werner K. Heisenberg , fisikawan Jerman yang dikenal karena mengucapkan prinsip ketidakpastian yang menyandang namanya pada tahun 1927, menjadi kontribusi mendasar bagi teori kuantum.
Prinsip ketidakpastian Heisenberg, juga dikenal sebagai “hubungan ketidakpastian,” menyatakan ketidakmungkinan mengukur posisi dan momentum (jumlah gerakan) partikel secara akurat pada waktu yang sama. Ini menghasilkan bahwa partikel, dalam gerakannya, tidak memiliki lintasan yang ditentukan.
Heisenberg mempresentasikan caral atomnya, menolak untuk menggambarkan atom sebagai senyawa partikel dan gelombang, karena dia berpikir bahwa setiap upaya untuk menggambarkan atom sedemikian rupa akan gagal. Dia lebih suka mengacu pada tingkat energi atau orbit elektron, menggunakan istilah numerik, menggunakan apa yang dia sebut “mekanika matriks . “
Untuk lebih memahami prinsip ini, orang biasanya memikirkan elektron, karena untuk melakukan pengukuran atau untuk dapat melihat partikel ini, diperlukan bantuan foton, yang bertumbukan dengan elektron, mengubah posisinya, serta sebagai kecepatannya, tetapi selalu ada kesalahan yang dibuat ketika mencoba mengukurnya, tidak peduli seberapa sempurna instrumen yang kita gunakan untuk percobaan, itu akan menyebabkan kegagalan yang tidak mungkin dibatalkan.
Jika beberapa salinan yang sama dari suatu sistem dibuat dalam keadaan tertentu, seperti atom, pengukuran yang dibuat dari posisi dan momentum berbeda sesuai dengan distribusi probabilitas yang ada dalam keadaan kuantum sistem tersebut. Pengukuran objek yang diamati akan dipengaruhi oleh standar deviasi, ditunjuk sebagai x , untuk posisi dan p , untuk gerak. Dengan demikian, prinsip ketidakpastian diverifikasi, yang secara matematis dinyatakan sebagai:
- p j / 2π ,
di mana “h” adalah konstanta Planck dengan nilai yang diketahui h = 6.6260693 (11) x 10 ^ -34 Js
Ketidakpastian posisi-momen tidak terjadi dalam fisika sistem klasik, karena digunakan dalam keadaan kuantum atom, h terlalu kecil. Bentuk yang paling terkenal, yang menggantikan prinsip ketidakpastian untuk energi waktu, ditulis sebagai:
- t jam / 2π
Ini adalah hubungan yang digunakan untuk mempelajari definisi energi ruang hampa, dan dalam mekanika kuantum , digunakan untuk mempelajari pembentukan partikel virtual dan konsekuensinya.
Terlepas dari dua hubungan sebelumnya, ada “pertidaksamaan” lainnya, seperti Ji, dalam momentum sudut total suatu sistem:
Dimana i, j dan k berbeda dan Ji menyatakan momentum sudut pada sumbu Xi :
Ji Jj h / 2π (Jk)
Dalam sistem kuantum 2 kuantitas fisik, misalnya, a dan b, ditafsirkan oleh operator seperti A dan B , itu tidak akan layak untuk mempersiapkan sistem di negara Ψ , jika standar deviasi dari suatu dan b tidak memenuhi kondisi:
- B ½ (Ψ [A, B] )
Prinsip ketidakpastian memiliki konsekuensinya, karena menghasilkan perubahan dalam fisika, karena ia berubah dari memiliki pengetahuan yang benar-benar tepat dalam teori, tetapi tidak dalam pengetahuan, yang didasarkan pada probabilitas.
Hasil ini, seperti banyak hasil lainnya dalam mekanika kuantum, hanya mempengaruhi fisikokimia subatom, karena konstanta Planck cukup kecil, di alam semesta makroskopik ketidakpastian kuantum dapat diabaikan, dan teori relativistik, seperti Einstein.
Dalam mekanika kuantum, partikel tidak mengikuti jalur yang ditentukan, tidak mungkin untuk mengetahui nilai pasti dari besaran fisika yang menjelaskan keadaan gerak partikel, hanya statistik distribusinya, yang lintasan partikelnya tidak bisa diketahui partikel. Tetapi, di sisi lain, dapat dikatakan bahwa ada kemungkinan tertentu bahwa sebuah partikel berada di wilayah ruang tertentu pada waktu tertentu.
Sering dikatakan bahwa determinisme ilmiah dianulir dengan karakter probabilistik kuantum, tetapi ada cara yang berbeda untuk menafsirkan mekanika kuantum, dan misalnya, Stephen Hawking berkomentar bahwa mekanika kuantum itu sendiri adalah deterministik, dan ada kemungkinan bahwa asumsi ketidaktentuan adalah karena sebenarnya tidak ada posisi atau kecepatan partikel, melainkan bahwa semuanya adalah gelombang. Dengan demikian, fisikawan dan kimiawan kuantum akan mencoba memasukkan gelombang ke dalam gagasan kita sebelumnya tentang posisi dan kecepatan.
“Prinsip ketidakpastian” sangat memengaruhi pemikiran fisik dan filosofis saat itu. Adalah umum untuk membaca bahwa prinsip ketidakpastian menghapus semua kepastian alam, menyiratkan bahwa sains tidak tahu dan tidak akan pernah tahu ke mana arahnya, karena pengetahuan ilmiah bergantung pada ketidakpastian Alam Semesta, di mana hubungan sebab-akibat tidak selalu berjalan beriringan.
Heisenberg memenangkan Hadiah Nobel dalam fisika pada tahun 1932, berkat kontribusi besar yang dia buat untuk mekanika kuantum. Prinsip ketidakpastiannya memainkan peran penting, tidak hanya dalam sains, tetapi juga dalam kemajuan pemikiran filosofis saat ini.