Kas ir kvantu nenoteiktība?

Kvantu nenoteiktība vai, formālāk, Heizenberga nenoteiktības princips, ir kvantu fizikas atklājums, kas nosaka, ka nevar vienlaikus zināt gan precīzu vienas daļiņas atrašanās vietu, gan precīzu impulsu. Nenoteiktības princips sniedz arī matemātiski precīzas (kvantitatīvās) ticamības robežas mērījumu pāriem. Būtībā, jo precīzāk vēlaties uzzināt vienu vērtību, jo lielāka precizitāte jums jāupurē, mērot otru.

Tā kā kvantu nenoteiktība ir saistīta ar kvantu mehānikas revolūciju, tai ir ilgstoša vieta populārajā kultūrā, kur tā bieži tiek nepareizi interpretēta. Kvantu nenoteiktība filmās un filmās dažkārt tiek nepareizi izmantota, lai atsauktos uz lieliem objektiem, lai gan tā patiešām attiecas tikai uz daļiņām. Tāpat kvantu nenoteiktības ideja bieži tiek pasniegta mistiskā veidā, nepieminot, ka jēdziens iet roku rokā ar precīzām kvantitatīvās ticamības robežām, kas nav tik noslēpumainas.

Kvantu nenoteiktības jēdziens izraisīja satraukumu 20. gadsimta sākumā, kad fiziķi mēģināja noskaidrot kvantu teorijas detaļas, izmantojot pretrunīgas interpretācijas. Nīls Bors un daudzi citi fiziķi atbalstīja Kopenhāgenas interpretāciju, kurā teikts, ka Visums ir fundamentāli izplūdis zemākajā līmenī, ko raksturo varbūtības sadalījums, nevis deterministiski saistīti, labi definēti stāvokļi. Verners Heizenbergs, kurš nenoteiktības principu atvasināja no kvantu teorijas matemātiskās struktūras, arī iestājās par Kopenhāgenas interpretāciju. Alberts Einšteins tomēr to nedarīja, jo slavenais saka: “Dievs nespēlē kauliņus”.

Kvantu nenoteiktības teorija, neskatoties uz to, ka tai ir matemātiski precīzas ticamības robežas, patiešām ir diezgan noslēpumaina. Fizikas aprindās joprojām pastāv domstarpības par to, vai Kopenhāgenas interpretācija neizbēgami izriet no kvantu noteiktības. Mūsdienu alternatīva Kopenhāgenas interpretācijai ir daudzu pasauļu kvantu mehānikas interpretācija, kas uzskata, ka realitāte patiesībā ir deterministiska.

Saistībā ar Ņūtona mehānikas lielajiem panākumiem vairāk nekā gadsimtu iepriekš fiziķi ļoti nevēlējās atteikties no deterministiskām teorijām bez neticami pārliecinošiem pierādījumiem. Tāpēc viņi mēģināja nākt klajā ar “slēpto mainīgo” teorijām, kas mēģināja izskaidrot kvantu nenoteiktību kā augsta līmeņa īpašību, kas izriet no fundamentālākām deterministiskām mijiedarbībām. Tomēr atklājums, ko sauc par Bela nevienlīdzību, atklāja, ka vietējās slēptās mainīgās teorijas nevar izmantot, lai aprakstītu kvantu nenoteiktību, nepostulējot korelācijas, kas ir ātrākas par gaismu starp visām Visuma daļiņām. Tomēr joprojām tiek piedāvātas nelokālas slēpto mainīgo teorijas, lai izskaidrotu kvantu nenoteiktības deterministisko pamatu.