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Principio di indeterminazione di Heisenberg

1927
  • Werner Heisenberg
Fisico che analizza un modello di particelle in un laboratorio vintage, Principio di indeterminazione di Heisenberg.

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È impossibile conoscere contemporaneamente e con perfetta precisione alcune coppie di proprietà fisiche complementari di una particella. L'esempio più comune è la posizione [latex]x[/latex] e la quantità di moto [latex]p[/latex]. Il principio stabilisce che il prodotto delle loro incertezze, [latex]\Delta x[/latex] e [latex]\Delta p[/latex], deve essere maggiore o uguale a un valore specifico: [latex]\Delta x \Delta p \ge \frac{\hbar}{2}[/latex].

The Heisenberg Uncertainty Principle is a fundamental tenet of quantum mechanics, not a statement about the limitations of measurement technology. It reflects an inherent property of quantum systems. The principle arises from the wave-like nature of all quantum objects. A particle’s position and momentum are described by its wavefunction. A wavefunction that is highly localized in space (small [latex]\Delta x[/latex]) is necessarily composed of a wide superposition of many different momentum waves, resulting in a large uncertainty in momentum (large [latex]\Delta p[/latex]). Conversely, a wavefunction with a well-defined momentum (small [latex]\Delta p[/latex]) must be a spatially spread-out wave, leading to a large uncertainty in position (large [latex]\Delta x[/latex]).

The principle applies to any pair of ‘conjugate variables,’ which are related through Fourier transforms in the mathematical formalism of quantum mechanics. Another important pair is energy ([latex]E[/latex]) and time ([latex]t[/latex]), with the relation [latex]\Delta E \Delta t \ge \frac{\hbar}{2}[/latex]. This implies that the energy of a state that exists for only a short time cannot be precisely determined. This has profound consequences, such as allowing for the temporary creation of ‘virtual particles’ in quantum field theory, which mediate fundamental forces. The uncertainty principle fundamentally limits the determinism envisioned by classical physics, replacing it with a probabilistic description of nature at the smallest scales.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Fisica quantistica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Matrix mechanics (1925)
  • Wave mechanics (Schrödinger, 1926)
  • Fourier analysis
  • Born rule (probabilistic interpretation of wavefunction, 1926)

Applicazioni

  • understanding the stability of atoms
  • explaining quantum tunneling
  • estimating the size and energy of atomic ground states
  • fundamental limits in quantum measurement and elaborazione del segnale
  • quantum crittografia

Brevetti:

NA

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