نجات هایزنبرگ، خطایی، کم‌تر از حد هایزنبرگ

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را همه می‌شناسند؛ آن طور که این اصل می‌گوید، اندازه‌گیری، ناگزیر خراب‌کار است. چیزی را دست‌کاری می‌کنیم تا مشاهده‌اش نماییم؛ و این گونه خطا به اندازه‌گیری‌‌مان راه می‌یابد. اما این روزها گفته می‌شود (اینجا را نظاره کنید) که خطایی، کم‌تر از حد هایزنبرگ دیده شده‌است. مقاله‌ای از Physical Review Letters، در توضیح این تناقض ظاهری، فرمول‌بندی تازه‌ای برای اصل عدم قطعیت معرفی می‌کند که در آن اثر مخرب اندازه‌گیری به شکل دستگاه اندازه‌گیری وابسته بوده و با بیشینه‌ی تغییر در حالت شی سنجیده می‌شود.

به گزارش انجمن فیزیک ایران، فیزیکدان ها بیش‌تر اصل عدم قطعیت را با توجه به چگونگی رسیدن ذره‌ها به یک حالت مشخص درک می‌کنند. مثلا می‌شود مکان ذره‌ی درون جعبه را با هر دقتی تعیین کرد؛ اما برای تکانه، بازه‌ی مقادیر ممکن بسیار بزرگ خواهدبود. می‌شود با دیدگاه دیگری نیز به این مساله نگاه کرد: اثرهای اندازه‌گیری. هایزنبرگ، خود، میکروسکوپی را مثال می‌زند که در آن، فوتون‌ها از یک ذره پراکنده می‌شوند تا مکان آن را تعیین کنند. هر چه طول موج فوتون کوچک‌تر باشد، مکان آن دقیق‌تر اندازه‌گیری می‌شود؛ و البته تکانه‌اش بیش‌تر تغییر می‌کند. اما به نظر می‌رسد که در آزمایش‌هایی که این روزها انجام می‌شوند، با کمک دسته‌ای اندازه‌گیری «ضعیف»، نابودگری کم‌تری نسبت به پیش‌بینی هایزنبرگ دیده شده‌است.

پاول بوش، از دانشگاه یورک در بریتانیای کبیر، و همکاران باور دارند که تناقضی وجود ندارد مگر در تعیین اثر اندازه‌گیری. پیش از این، خطاهای ناشی از اندازه‌گیری به صورت حالت به حالت و با مقایسه‌ی حالت سامانه پیش و پس از یک اندازه‌گیری محاسبه می‌شدند. اما بوش و همکاران نشان می‌دهند که تعیین خطای اندازه‌گیری، با یک روش مستقل از حالت، با یک نوع فرآیند تنظیم دستگاه اندازه‌گیری، به حدهایی که با اصل عدم قطعیت در توافق‌اند، می‌انجامد.

منبع: http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.111.160405

مرجع: Proof of Heisenberg’s Error-Disturbance Relation

نقل از بیگ بنگ

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

Synopsis: Rescuing Heisenberg

Proof of Heisenberg’s Error-Disturbance Relation

Paul Busch, Pekka Lahti, and Reinhard F. Werner

The popular conception of the Heisenberg uncertainty principle is that measurement is unavoidably invasive. We disturb an object when we observe it, thus introducing error into subsequent measurements. However, recent experiments (see 6 September 2012 Synopsis) claim to have measurement errors below the Heisenberg limit. To address this apparent contradiction, a paper in Physical Review Letters reports a new formulation of the uncertainty principle in which measurement disturbance depends on the performance of the measuring device, which is quantified as the maximum possible change in the state of the object.

Physicists often characterize the uncertainty principle in terms of how a particle’s state is prepared. For instance, placing a particle in a small box lets us know its position fairly precisely, but it leaves the momentum with a wide range of possible values. Another way of looking at this is through measurement effects. Heisenberg himself gave the example of a microscope that scatters photons from a particle to measure its position. The shorter the photon wavelength, the more precise the position measurement can be, but also the greater the disturbance to the particle’s momentum. However, recent work with so-called “weak” measurements seems to indicate that disturbances can be less than Heisenberg would predict.

Paul Busch of the University of York in the UK and his colleagues believe there is no contradiction here, but only a misunderstanding over how to characterize the effects of measurement. Previously, measurement-induced errors have been calculated on a state-by-state basis, by comparing the state of a system “before” and “after” a measurement. But Busch et al. show that defining measurement error in a state-independent way, through a kind of calibration process of the measuring device, leads to limits in line with the uncertainty principle. – Michael Schirber

Source: Physics

آخرین مقالات