ما هو مبدأ عدم اليقين ولماذا هو مهم؟
كثيراً ما نقرأ عن مبدأ عدم اليقين في عالمي الفيزياء والرياضيات، لكن ما هو مبدأ عدم اليقين وما الذي يعنيه؟ هذا ما سنتحدث عنه في مقالتنا.
في الحياة اليومية، يعد حساب سرعة وموقع جسم متحرك أمرًا بسيطًا نسبيًا. يمكننا قياس سيارة تسير بسرعة 60 ميلاً في الساعة أو سلحفاة تزحف بسرعة 0.5 ميل في الساعة. وتحديد مكان وجود الجسمين في نفس الوقت.
ولكن في عالم الجسيمات الكمومي، لا يمكن إجراء هذه الحسابات بسبب علاقة رياضية أساسية تسمى مبدأ عدم اليقين.
صاغ مبدأ عدم اليقين الفيزيائي الألماني الحائز على جائزة نوبل فيرنر هايزنبرغ في عام 1927، وينص على أنه لا يمكننا معرفة كل من موضع وسرعة الجسيم، مثل الفوتون أو الإلكترون، بدقة تامة؛ فكلما تمكنا من تحديد موضع الجسيم، كلما قل ما نعرفه عن سرعته والعكس صحيح.
بعبارة أخرى، إذا تمكنا من تقليص حجم السلحفاة إلى حجم الإلكترون. فلن نتمكن إلا من حساب سرعتها أو موقعها بدقة، وليس كليهما في نفس الوقت.
إقرأ أيضاً… الرياضيات والعلوم الكمية.
مبدأ عدم اليقين في الرياضيات
ورغم أن مبدأ عدم اليقين لهايزنبيرج معروف على نطاق واسع في الفيزياء الكمومية. فإن مبدأ عدم اليقين المماثل ينطبق أيضاً على المشاكل في الرياضيات البحتة والفيزياء الكلاسيكية. وبصورة أساسية، فإن أي جسم له خصائص تشبه الموجات سوف يتأثر بهذا المبدأ.
والأجسام الكمومية خاصة لأنها جميعاً تظهر خصائص تشبه الموجات بطبيعة نظرية الكم ذاتها.
لفهم الفكرة العامة وراء مبدأ عدم اليقين، تخيل تموجاً في بركة. لقياس سرعته، يتعين علينا مراقبة مرور العديد من القمم والقيعان. وكلما زاد عدد القمم والقيعان التي تمر، كلما زادت دقة معرفتنا بسرعة الموجة. ولكننا لن نتمكن من قول الكثير عن موقعها.
فالموقع منتشر بين القمم والقيعان. وعلى العكس من ذلك، إذا أردنا معرفة الموقع الدقيق لقمة واحدة من الموجة، فسوف يتعين علينا مراقبة جزء صغير واحد فقط من الموجة. وسوف نفقد المعلومات حول سرعتها.
باختصار: يصف مبدأ عدم اليقين مقايضة بين خاصيتين متكاملتين، مثل السرعة والموقع.
يدخل القانون الأساسي حيز التنفيذ في عالم الكم لأن الجسيمات دون الذرية يمكن أن تتصرف مثل الموجات.
ومن المفاهيم الخاطئة الشائعة حول مبدأ عدم اليقين في الفيزياء الكمومية أنه يعني ضمناً أن قياساتنا غير مؤكدة أو غير دقيقة. والواقع أن عدم اليقين هو جانب متأصل في أي شيء له سلوك يشبه الموجات.
