كتب عالم الفيزياء النظرية الألماني فيرنر هايزنبرغ رسالة إلى زميله الفيزيائي فولفجانج باولي ، يصف فيها مبدأ عدم اليقين لأول مرة.
في ميكانيكا الكم ، مبدأ عدم اليقين (المعروف أيضًا باسم مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ) هو أي مجموعة متنوعة من عدم المساواة الرياضية التي تؤكد حدًا أساسيًا للدقة التي يتم بها استخدام قيم أزواج معينة من الكميات المادية للجسيم ، مثل الموضع ، x ، والزخم ، p ، يمكن توقعه من الظروف الأولية.
تُعرف هذه الأزواج المتغيرة بالمتغيرات التكميلية أو المتغيرات المتعارضة المتعارف عليها ؛ واعتمادًا على التفسير ، يحد مبدأ عدم اليقين إلى أي مدى تحافظ هذه الخصائص المقترنة على معناها التقريبي ، لأن الإطار الرياضي لفيزياء الكم لا يدعم مفهوم الخصائص المترافقة المحددة جيدًا في وقت واحد والتي يتم التعبير عنها بقيمة واحدة. يشير مبدأ عدم اليقين إلى أنه من غير الممكن بشكل عام التنبؤ بقيمة كمية ما مع اليقين التعسفي ، حتى لو تم تحديد جميع الشروط الأولية.
تم تقديم مبدأ عدم اليقين لأول مرة في عام 1927 من قبل الفيزيائي الألماني فيرنر هايزنبرغ ، حيث ينص مبدأ عدم اليقين على أنه كلما تم تحديد موضع بعض الجسيمات بدقة ، كلما قلت دقة توقع زخمها من الظروف الأولية ، والعكس صحيح. في بحث نُشر عام 1927 ، خلص هايزنبرغ إلى أن مبدأ عدم اليقين كان في الأصل
{\ displaystyle \ Delta}
ص
{\ displaystyle \ Delta}
q ~ h باستخدام ثابت بلانك الكامل. تم اشتقاق عدم المساواة الرسمية المتعلقة بالانحراف المعياري للموضع x والانحراف المعياري للزخم p بواسطة إيرل هيس كينارد في وقت لاحق من ذلك العام ومن قبل هيرمان ويل في عام 1928:
أين هو ثابت بلانك المختزل ، h / (2).
تاريخيًا ، تم الخلط بين مبدأ عدم اليقين والتأثير المرتبط به في الفيزياء ، والذي يسمى تأثير المراقب ، والذي يشير إلى أنه لا يمكن إجراء قياسات لأنظمة معينة دون التأثير على النظام ، أي دون تغيير شيء ما في النظام. استخدم Heisenberg مثل هذا التأثير المراقب على المستوى الكمي (انظر أدناه) كـ "تفسير" مادي لعدم اليقين الكمومي. ومع ذلك ، فقد أصبح من الواضح منذ ذلك الحين أن مبدأ عدم اليقين متأصل في خصائص جميع الأنظمة الشبيهة بالموجات ، وأنه ينشأ في ميكانيكا الكم ببساطة بسبب طبيعة موجة المادة لجميع الأجسام الكمومية. وبالتالي ، فإن مبدأ عدم اليقين ينص في الواقع على خاصية أساسية للأنظمة الكمية وليس بيانًا حول نجاح الملاحظة للتكنولوجيا الحالية. في الواقع ، تعود جذور مبدأ عدم اليقين إلى كيفية تطبيقنا لحساب التفاضل والتكامل لكتابة المعادلات الأساسية للميكانيكا. يجب التأكيد على أن القياس لا يعني فقط عملية يشارك فيها فيزيائي - مراقب ، بل يعني أي تفاعل بين الأشياء الكلاسيكية والكمية بغض النظر عن أي مراقب. نظرًا لأن مبدأ عدم اليقين هو نتيجة أساسية في ميكانيكا الكم ، فإن التجارب النموذجية في ميكانيكا الكم تلاحظ بشكل روتيني جوانب منه. ومع ذلك ، قد تختبر بعض التجارب عمدًا شكلاً معينًا من مبدأ عدم اليقين كجزء من برنامجها البحثي الرئيسي. وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، اختبارات علاقات عدم اليقين في الطور الرقمي في أنظمة البصريات الكمومية أو فائقة التوصيل. تتضمن التطبيقات التي تعتمد على مبدأ عدم اليقين في تشغيلها تقنية منخفضة الضوضاء للغاية مثل تلك المطلوبة في مقاييس التداخل بموجات الجاذبية.
الفيزياء النظرية هي فرع من فروع الفيزياء التي تستخدم نماذج رياضية وتجريدات للأشياء المادية والأنظمة لترشيد الظواهر الطبيعية وتفسيرها والتنبؤ بها. هذا على عكس الفيزياء التجريبية ، التي تستخدم أدوات تجريبية لسبر هذه الظواهر.
يعتمد تقدم العلم بشكل عام على التفاعل بين الدراسات التجريبية والنظرية. في بعض الحالات ، تلتزم الفيزياء النظرية بمعايير الصرامة الرياضية مع إعطاء وزن ضئيل للتجارب والملاحظات. على سبيل المثال ، أثناء تطوير النسبية الخاصة ، كان ألبرت أينشتاين مهتمًا بتحول لورنتز الذي ترك معادلات ماكسويل ثابتة ، لكنه لم يكن مهتمًا على ما يبدو بتجربة ميكلسون مورلي على انجراف الأرض من خلال الأثير المضيء. على العكس من ذلك ، حصل أينشتاين على جائزة نوبل لشرح التأثير الكهروضوئي ، الذي كان سابقًا نتيجة تجريبية تفتقر إلى الصيغة النظرية.