¿Cuál es una buena analogía para el principio de incertidumbre de Heisenberg?

Considera un globo de agua.

Puede aplastar el globo de agua en cualquier dirección que desee, pero si lo hace, se hinchará en la (s) otra (s) dirección (es): el volumen del agua es fijo (no comprimible). Como resultado, si saca o no una regla y mide las dimensiones del globo de agua, si está muy comprimido en una dirección, está muy extendido en otra dirección.

El HUP es similar, excepto que reemplazamos el volumen físico literal con la noción más abstracta de “volumen de espacio de fase”: en lugar de medir simplemente coordenadas como [math] x [/ math], [math] y [/ math], y [math] z [/ math], incluimos ejes para cada propiedad física relevante que puede cambiar con el tiempo (más comúnmente, la posición y el momento). Si “exprime” una partícula en un rango pequeño de valores de momento, “salta” en un rango amplio de valores de posición, y viceversa.

Para una analogía muy simplificada, siempre he imaginado tomar una fotografía de una pelota lanzada al aire, donde puede cambiar la velocidad de obturación. Con una velocidad de obturación muy rápida casi no hay borrosidad, por lo que puede decir muy bien exactamente dónde está la bola. Sin embargo, simplemente está colgado allí en la foto, así que realmente no se puede decir qué tan rápido se está moviendo o en qué dirección. Por otro lado, si tomas un tiro más largo, obtendrás una foto de una imagen borrosa, lo que te permitirá saber (si retrocedes la velocidad del obturador y la longitud de la imagen borrosa) la velocidad a la que se movía la bola, pero No donde estaba en ese instante.

Obviamente, no es una analogía perfecta por varias razones, pero ayuda a explicar el hecho de que a veces sus mediciones solo pueden proporcionarle tanta información, pero puede variar su medición según el tipo de información que desee.

EDITAR: Usted menciona que desea una respuesta que implique que es una parte inherente de la naturaleza, no nuestras técnicas de medición. Sin embargo, es importante darse cuenta de que los dos son el mismo. Imagina que quisieras saber dónde estaba una bola de bolos en una habitación oscura y si se estaba moviendo, pero tus únicas herramientas disponibles eran las bolas de tenis brillantes. Podrías tirarlos y ver cómo rebotan y con el tiempo podría darte una idea de dónde estaba la bola de bolos aunque no pudieras verla, porque puedes ver las pelotas de tenis.

Claro, cada vez que rebotan en la bola de bolos pueden empujarla un poco, afectándola desde donde no lo hubieras tirado. Y claro, solo puedes medir con precisión la escala de longitud de las bolas de tenis. Pero es lo mejor que puedes hacer. Pero ahora imagina que estamos tratando de encontrar otra pelota de tenis en esa habitación. O peor, una canica. Una mota de polvo. De repente, este problema es mucho más difícil.

Las pelotas de tenis iluminadas son las partículas más pequeñas que tenemos a nuestra disposición, cosas como electrones y fotones que podemos disparar en una muestra. Cuando intentamos observar cosas en ese orden, simplemente no hay mejores herramientas para darnos una imagen más precisa.

El Principio de Incertidumbre de Heisenberg no es más que afirmar que si la probabilidad de la posición de la partícula está representada matemáticamente por una onda (en realidad, la intensidad de esa onda) es imposible determinar con precisión su posición espacial y su impulso simultáneamente, con un pequeño error que desaparece. Sin embargo, este principio no solo se aplica a Quantum Waves. El principio se aplica a TODOS los fenómenos de tipo de onda. El genio de Heisenberg (en realidad creo que podría haber sido Max Born) fue asociar la onda matemática (en realidad la intensidad de la onda) con la probabilidad de que una partícula se encontrara en una región particular del espacio.

Si piensa en una onda electromagnética plana, su momento (el vector de onda en el caso de las ondas electromagnéticas) se define con precisión; Sin embargo, la onda se extiende espacialmente hasta el infinito. Del mismo modo, si tiene un pulso electromagnético que está espacialmente confinado a una pequeña región, entonces su vector de onda se extiende. A medida que el pulso se reduce a dimensiones cero, el vector de onda se propaga al infinito.

Siempre habrá relaciones de incertidumbre correspondientes para TODOS los fenómenos de tipo de onda entre los pares de transformadas de Fourier correspondientes (por ejemplo, vector de onda / posición espacial, tiempo / frecuencia, etc.), ya que son resultados intrínsecos de las matemáticas.

http://en.wikipedia.org/wiki/Unc …

Siempre he imaginado que el lenguaje es una fantástica analogía para el HUP. Piense en las definiciones de palabras como sustituyendo los aspectos físicos de las partículas.

El poder de esta analogía reside en el hecho de que captura una incertidumbre irreductible fundamental , no solo una incertidumbre superficial. Con el lenguaje, entendemos intuitivamente que una declaración no tiene una interpretación universal. De hecho, no está del todo claro que pueda usar palabras para hacer una declaración que no esté sujeta a interpretación.

Me gusta cómo esto también pone un “sentimiento” detrás de cosas como el enredo. Todos comprendemos la frustración de leer algo y no saber cómo analizarlo. Parte del error es nuestro, y puede solucionarse leyéndolo de nuevo y reconsiderándolo. Sin embargo, podemos estar leyendo algo que no es 100% claro, o tal vez ni gramaticalmente correcto, haciendo que nuestro cerebro llegue a dos definiciones separadas al mismo tiempo. Esta superposición puede ser subjetiva dado el observador, o podría no serlo.

Me gusta pensar si los juegos de palabras como superposiciones en este contexto. La idea básica de un juego de palabras es que hagas una declaración que tenga dos significados simultáneos. Este es un caso en el que incluso el hablante no pretendía un solo significado.

A pesar de todo esto, todavía pensamos en un libro, por ejemplo, como un universo muy bien definido. Podemos hablar con amigos sobre lo que leemos y extraer del conocimiento común, pero la rareza cuántica se asomará de vez en cuando como ambigüedad simultánea. La realidad más profunda es que esta rareza cuántica es integral al tejido del universo.

En el contexto del Procesamiento de señales hay una analogía importante: no es posible localizar una señal (función) en el dominio del tiempo [math] f (t) [/ math] y el dominio de la frecuencia [math] f (\ omega) [ / math] (transformada de Fourier).

Fundada en Wikipedia:

“Si uno usa una ventana amplia (de muestras), logra una buena resolución de frecuencia al costo de la resolución temporal, mientras que una ventana estrecha tiene la compensación opuesta”.

La siguiente analogía con el principio de incertidumbre fue dada por David Bohm en su texto clásico Teoría cuántica :

Si una persona trata de observar lo que está pensando en el momento en que está reflexionando sobre un tema en particular, generalmente se acepta que introduce cambios impredecibles e incontrolables en la forma en que sus pensamientos proceden a partir de entonces. En este momento no se sabe por qué sucede esto, pero más adelante se sugerirán algunas explicaciones plausibles. Si comparamos (1) el estado instantáneo de un pensamiento con la posición de una partícula y (2) la dirección general de cambio de ese pensamiento con el impulso de la partícula, tenemos una fuerte analogía.

Haciendo mi mejor esfuerzo para hacerte entender.

Suponga que pidió hacer muchos y muchos puntos (puntos reales, no líneas) en la página con un bolígrafo de punta única con la mayor velocidad posible. Verá que si aumenta la velocidad, los puntos se volverán menos localizados (líneas más o menos pequeñas o pequeñas en lugar de puntos). Al mismo tiempo, si quisiera hacer puntos cada vez más precisos, entonces se daría cuenta de que su velocidad para hacer los puntos ha disminuido. No es posible hacer puntos perfectos con alta velocidad. Cuanto más baja es la velocidad de los puntos, menor es la precisión en los puntos, y más y más precisa es la velocidad de los puntos. Ese es un fenómeno que conocemos bajo un nombre de principio, es decir, el principio de incertidumbre de Heisenberg.

• En analogía, la velocidad está relacionada con el momento y la precisión de los puntos con respecto a la posición de la partícula.

Creo que no es lo mejor, sino una buena analogía con el principio de incertidumbre de Heisenberg. Es decir, cuanto más preciso es el impulso, menos precisa es la posición. Y si más precisa es la posición, menos precisa es el impulso.

Espero que ayude a analizar mejor el principio.

¡gracias!

Todo el mundo aquí menciona que tiene que ver con la medición. No puede tener nada que ver con la medición, por lo que todos deberían ser rechazados.

La mejor manera de pensarlo podría estar relacionada con la transformada de Fourier en el procesamiento de señales. Para ponerlo en la cabeza del lego, hágalo en términos de ancho de banda.

Un ancho de banda más alto requiere más frecuencias para obtener, o debe ser más amplio en frecuencia. Pero al mismo tiempo, significa que cada bit de datos debe venir en un período de tiempo más corto, por lo que la cantidad de tiempo para cada bit es inversamente proporcional al número de frecuencias que debe contener la señal. La frecuencia y el tiempo están relacionados por una transformación matemática.

Del mismo modo, la posición y el momento están relacionados por una transformación matemática, una en la cual para tener un rango más estrecho de posiciones posibles, debe tener un rango más amplio de posibles momentos, y viceversa.

Sin embargo, es más fácil de explicar en términos de medidas.

Es como jugar un juego de peek-a-boo con Michael Jackson. Las reglas del juego son simples: o cierras los ojos o te tapas los oídos. Michael hace tres cosas:

1) O canta o no canta
2) Cambia su pigmentación.
3) O bien camina por la luna o no camina por la luna

Cuando tus ojos están cerrados, no tienes idea si estás escuchando a un hombre blanco de 40 años, un niño negro de 8 años o un adolescente que camina por la luna, pero sabes si Michael está cantando o no. Sin embargo, si sus ojos están abiertos, lo que significa que sus oídos están cubiertos, usted sabe con certeza cuál de ellos es verdadero.

Has “colapsado la función de la onda de la luna / la melanina”, pero el problema es que no puedes estar 100% seguro de que el hombre realmente esté cantando o simplemente moviendo los labios, ya que no puedes escucharlo. Sabemos que tiene propiedades de canto y cambio de forma (cambio de baile / cambio de pigmentación), pero no podemos cuantificar ambos al mismo tiempo, aunque sabemos que ambos existen.

Ese es el principio de incertidumbre de Heisenberg en pocas palabras. O bien sabes qué edad aproximada y qué movimientos de baile está haciendo Michael o qué no, o sabes a ciencia cierta que él está cantando. No puedes saber ambas cosas al mismo tiempo.

Es lo mismo con muchos fenómenos cuánticos, por ejemplo: electrones y fotones: puede observar un comportamiento similar a las partículas o un comportamiento similar a una onda, pero tratar de ver ambos al mismo tiempo no funciona. Cuando intentas observarla, colapsas la función de onda.

Bien, el Experimento de doble rendija es la analogía más popular y simple para comenzar.

Conceptos en Física-Conferencia 19 Quantum spring 2008-Física

La analogía obvia es el límite de difracción a la resolución. La mayoría de nosotros hemos jugado con binoculares, telescopios y cámaras lo suficiente como para darnos cuenta de que cuando aumentas demasiado, empiezas a difuminar. Puede que no sepamos por qué, pero vemos que sucede. Eso es lo suficientemente bueno para que sea una buena analogía.

Esta analogía tampoco es un accidente: es una consecuencia de la “analogía óptico-mecánica de Hamilton” entre la óptica geométrica y la óptica de onda; La transición de la óptica geométrica a la óptica de onda se puede expresar en las mismas matemáticas que en la mecánica clásica a la mecánica cuántica: los frentes de onda ópticos se reemplazan por superficies de acción constante.

Mi amigo Chitra Donthi me ha pedido que responda a esta pregunta. Sin embargo, veo que hay algunas buenas explicaciones aquí ya. Así que me limitaré a un descubrimiento muy interesante relacionado con la nominación a la física ganadora del Premio Nobel de este año, que ha cambiado nuestro punto de vista en toda la medición, creando incertidumbre dentro del sistema.

Más certeza sobre el papel mecánico cuántico de la incertidumbre.

Bien podría ser que haya más formas de eludir este principio, pero por ahora demostramos que podemos medir un sistema cuántico sin molestarlo mucho para inducir incertidumbre en él, en condiciones de laboratorio.

Asumir que –
1. Una persona se siente ofendida por una pregunta hecha por otra persona que no le gusta.
2. Se vuelve feliz cuando le pregunta una persona que le gusta.
3. O le gusta una persona o no, y eso solo ocurre cuando se le hace una pregunta.

Ahora, ¿cómo se va a descubrir lo feliz que es ahora?

Si no lo pides, no tiene atributo de felicidad. Si lo pides, su felicidad cambia. Por lo tanto, solo sabrá con cierto nivel de confianza lo feliz que él es y no el 100%, e incluso eso si lo pregunta.
Y si no preguntas, la felicidad no existe.

Estoy un poco sorprendido por algunas de las respuestas anteriores, pero déjame intentarlo aquí.
Vamos a tratar de afirmar en términos fundamentales:
1. Hay tres formas diferentes en que se introduce la incertidumbre, una en la que el acto de medir la posición necesita algún tipo de interacción de energía con el sujeto. Cuando esta energía se intercambia, la cantidad intercambiada es un paso cuántico. Así, el acto de medición cambió el estado del sujeto de manera no continua. Solo hay un perfil de probabilidad que podemos deducir donde estaba el sujeto antes del intercambio de energía.

2. Ahora, cuando intentamos medir el impulso, necesitamos nuevamente intercambiar algo de energía con el tema. Esto hará que la posición en el espacio cambie.
De este modo, llegamos a dos lecturas diferentes que nunca se corresponderán entre sí.

Debido a la naturaleza cuántica de la transferencia de energía, no podemos hacer ni siquiera la corrección de errores.

Por lo tanto, nunca es posible tener una posición y un momento conocidos con precisión.

3. Debido a que los valores, si no se miden, tienen una curva de probabilidad, por lo tanto, no se puede asignar una sola a una propiedad.

El gato de Schrödinger