Teoria das Cordas: O Princípio da Incerteza
Werner Heisenberg é mais conhecido na física quântica por sua descoberta do o princípio da incerteza, que tem como consequência que para fazer medições de distâncias muito curtas - como os exigidos pela teoria das cordas - energias muito altas são necessárias.
O princípio da incerteza afirma que quanto mais precisamente você mede uma quantidade, menos precisamente você pode conhecer uma outra quantidade associada. As quantidades, por vezes, vêm em pares conjunto que não pode tanto ser totalmente medidos.
O que Heisenberg descobriu foi que a observação de um sistema na mecânica quântica perturba o sistema o suficiente para que você não pode saber tudo sobre o sistema. Quanto mais precisamente você medir a posição de uma partícula, por exemplo, menos é possível medir com precisão dinâmica da partícula.
O grau dessa incerteza estava relacionada diretamente a constante de Planck - o mesmo valor que Max Planck tinha calculado em 1900 em seus cálculos quânticos originais de energia térmica. Heisenberg descobriu que determinadas quantidades complementares em física quântica estavam ligadas por este tipo de incerteza:
Posição e momento (o momento é massa vezes velocidade)
Energia e tempo
Esta incerteza é um resultado muito estranho e inesperado da física quântica. Até este momento, ninguém nunca tinha feito qualquer tipo de previsão que o conhecimento era de alguma forma inacessível em um nível fundamental. Claro, havia limitações tecnológicas para o quão bem uma medição foi feita, mas o princípio da incerteza de Heisenberg foi mais longe, dizendo que a própria natureza não permite que você para fazer medições de ambas as quantidades para além de um certo nível de precisão.
Uma maneira de pensar sobre isso é imaginar que você está tentando observar a posição de uma partícula muito precisamente. Para fazer isso, você tem que olhar para a partícula. Mas você quer ser muito preciso, o que significa que você precisa usar um fóton com um curto comprimento de onda, e um comprimento de onda curta refere-se a uma alta energia.
Se o fóton de alta energia atinge a partícula - que é exatamente o que você precisa ter aconteceria se você quiser observar a posição da partícula com precisão -, em seguida, ele vai dar alguma da sua energia à partícula. Isto significa que qualquer medida que você também tentar fazer do momento da partícula será desligado.
Explicações semelhantes funcionar se você observar o impulso da partícula com precisão, para que jogar fora a medição de posição. A relação de energia e tempo tem uma incerteza semelhante. Estes são resultados matemáticos que saem diretamente de analisar a função de onda e as equações de Broglie usado para descrever suas ondas de matéria.
Como é que essa incerteza se manifestar no mundo real? Para isso, deixe-me voltar à sua experiência de quantum favorito - a dupla fenda. O experimento de fenda dupla continuou a crescer mais estranho ao longo dos anos, rendendo estranho e resultados estranhos. Por exemplo:
Se você enviar os fótons (ou elétrons) através das fendas, um de cada vez, o padrão de interferência aparece ao longo do tempo (gravado em um filme), embora cada fóton (ou electrão) tem aparentemente nada para interferir com.
Se você configurar um detector perto de um (ou ambos) fendas para detectar qual fenda o fóton (ou electrão) passou, o padrão de interferência desaparece.
Se você configurar o detector, mas deixá-lo desligado, o padrão de interferência volta.
Se você configurar um meio de determinar mais tarde o que cortou o fóton (ou electrão) passou, mas não fazem nada para impactar-lo agora, o padrão de interferência desaparece.
O que tudo isso tem a ver com o princípio da incerteza? O denominador comum entre os casos em que o padrão de interferência desaparece que é uma medição foi feita no qual fenda os fotões (ou electrões) passada através de.
Quando da medição de fenda é feita, a incerteza na posição permanece elevada, e o comportamento de onda aparece dominante. Logo que a medição é feita, a incerteza na posição cai significativamente e o comportamento da onda desaparece. (Há também um caso em que você observa alguns dos fótons ou elétrons. Previsivelmente, neste caso, você tem ambos os comportamentos, na proporção exata de quantas partículas você está medindo.)