Dalam catatan blog ini, kami akan menerangkan bagaimana prinsip ketidakpastian elektron menjadikan undang-undang fizik dalam dunia mikroskopik berbeza daripada kehidupan seharian kita.
Dalam kehidupan seharian kita, apabila kita membaca buku atau bekerja pada dokumen pada komputer riba, kita mengambil mudah bahawa buku atau komputer riba itu kekal dalam kedudukan yang sama, tanpa mempersoalkannya. Rasa kestabilan ini sebahagiannya disebabkan oleh interaksi fizikal persekitaran kita yang tidak dapat dilihat, kerana kita mengandaikan bahawa buku atau komputer riba dipasang pada tempatnya melainkan meja bergegar atau beberapa keadaan istimewa lain berlaku. Jika anda berfikir tentang konsep "imbangan daya" dari kelas fizik sekolah menengah atau sekolah menengah anda, segala-galanya di sekeliling kita sebenarnya dipengaruhi oleh interaksi pelbagai daya, tetapi sukar untuk merasakan ini dalam kehidupan sebenar. Sebagai contoh, sebuah buku di atas meja anda berinteraksi dengan bumi melalui graviti, dan meja itu menentang daya itu untuk mengekalkan buku itu di tempatnya. Tetapi kami tidak mengenali proses fizikal yang kompleks ini; kami hanya merasakan bahawa buku itu ada di tempatnya.
Seperti yang telah kita pelajari dalam fizik, semua objek dipengaruhi oleh pelbagai daya, seperti graviti dan daya sentuhan, tetapi kita tidak menganggap daya ini sebagai objek bergerak. Ini kerana kuasa yang sebenarnya kita alami dalam kehidupan seharian kita adalah sangat tidak penting. Sebagai contoh, daya cahaya pada buku, atau daya tarikan universal antara objek, terlalu kecil untuk menggerakkan buku, jadi kami yakin bahawa buku atau komputer riba sentiasa berada di tempatnya.
Tetapi intuisi akal ini tidak berlaku untuk dunia mikroskopik, atau untuk zarah kecil seperti elektron. Ini kerana undang-undang fizik terpakai dalam cara yang tidak dapat kita bayangkan. Sebagai contoh, fakta bahawa kita tidak dapat mengetahui dengan tepat di mana elektron terletak bertentangan dengan pengalaman harian kita. Fenomena ini boleh dijelaskan oleh prinsip ketidakpastian Heisenberg. Prinsip ketidakpastian adalah teori penting untuk memahami gangguan fizikal yang berlaku dalam dunia mikroskopik.
Apabila kita melihat objek, kita dapat melihatnya kerana cahaya dipantulkan daripadanya dan memasuki mata kita. Sama ada kita melihat buku atau elektron, dalam mana-mana kes, cahaya dipantulkan daripadanya dan ke mata kita. Walau bagaimanapun, dalam dunia mikroskopik, kesan gangguan yang dikenakan cahaya pada objek adalah lebih ketara. Apabila kita melihat buku, gangguan cahaya padanya sangat kecil sehingga ia boleh diabaikan. Oleh itu, kami merasakan bahawa buku itu sentiasa tetap pada tempatnya. Bagi zarah seperti elektron pula, kesan cahaya pada keadaan kinetiknya agak besar dan mesti diambil kira.
Mengikut prinsip ketidakpastian, jumlah gangguan yang dikenakan pada objek menjadikannya mustahil untuk mengetahui dengan tepat di mana ia berada. Ini terutama berlaku untuk zarah-zarah kecil, di mana sifat cahaya seperti gelombang menjadikannya sukar untuk mengukur kedudukan elektron dengan tepat. Untuk mengetahui keadaan pergerakan mana-mana objek, anda perlu mengetahui momentum dan kedudukannya. Momentum ditakrifkan sebagai hasil darab jisim dan halaju objek. Jika kita mengetahui kedua-dua nilai ini dengan tepat, kita boleh mendapatkan gambaran yang jelas tentang keadaan pergerakan objek. Walau bagaimanapun, dalam dunia mikroskopik, kita tidak dapat mengelakkan gangguan yang disebabkan oleh cahaya, jadi kita hanya boleh memerhati dengan cara yang meminimumkan gangguan tersebut.
Pertimbangkan kes memerhati elektron: jika kita menggunakan cahaya dengan momentum yang kecil untuk kurang mengganggu elektron, panjang gelombang cahaya akan menjadi panjang, menjadikan pengukuran kedudukan elektron tidak tepat. Panjang gelombang hanyalah selang antara ayunan cahaya semasa ia bergerak. Semakin panjang gelombang, semakin luas julat cahaya dalam ruang di mana elektron berada, menjadikannya mustahil untuk mengukur dengan tepat. Sebaliknya, jika anda menggunakan cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek, anda boleh menentukan lokasi elektron dengan lebih tepat, tetapi momentum elektron sangat terganggu. Ini kerana panjang gelombang cahaya yang lebih pendek mempunyai lebih banyak tenaga dan oleh itu mempunyai kesan yang lebih besar pada elektron.
Pada akhirnya, momentum dan kedudukan elektron tidak dapat diukur dengan tepat pada masa yang sama. Kedua-dua nilai adalah berkadar songsang, bermakna jika anda cuba mengukur satu dengan tepat, yang lain akan menjadi lebih tidak tepat. Heisenberg mengmatematikkan prinsip ini dan mendapati bahawa hasil darab perubahan momentum dan perubahan kedudukan sentiasa lebih besar daripada nilai tetap. Ini membawa kepada kesimpulan bahawa keadaan elektron tidak dapat diramalkan sepenuhnya.
Prinsip ketidakpastian Heisenberg menyediakan asas yang sangat penting untuk pembangunan mekanik kuantum. Ramai saintis menggunakan prinsip ini untuk mengkaji fenomena fizikal baru, yang membawa kepada kejayaan dalam fizik kuantum. Albert Einstein ragu-ragu terhadap prinsip ketidakpastian dan cuba menyangkalnya dengan eksperimen pemikiran hipotesis, tetapi Niels Bohr mempertahankannya dan membuktikan kepentingannya kepada mekanik kuantum. Perdebatan antara Einstein dan Bohr kekal sebagai topik kajian yang penting di kalangan ahli fizik sehingga hari ini, dan ia mendorong perkembangan fizik kuantum.
Oleh itu, prinsip ketidakpastian telah memberi kita perspektif baharu tentang dunia fizikal. Interaksi kecil kuasa yang mudah diabaikan dalam kehidupan seharian membuat perbezaan yang menentukan dalam dunia mikro. Prinsip ini menunjukkan bagaimana dunia mikro dan makro ditadbir oleh undang-undang fizikal yang berbeza dan mencadangkan bahawa dunia seperti yang kita ketahui bukan semua yang ada.
