עיקרון יסודי בתורת הקוונטים שניסח ורנר הייזנברג ב-1926. הוא מבוסס על כך שחלק מהגדלים הפיסיקליים שמתארים מערכת קוונטית אפשר לסדר בזוגות, באופן שכל זוג נותן מידע על מצב המערכת במימד מסוים. לשני גדלים המהווים זוג כזה קוראים “גדלים משלימים”. למשל, כאשר חלקיק נע על קו ישר, קואורדינטת המקום שלו, x, והתנע שלו, p, קובעים באופן חד ערכי את מצבו בכל רגע נתון. לכן המקום, x, והתנע, p, הם גדלים משלימים.
עקרון אי הוודאות קובע, כי במערכת קוונטית יש מגבלה על הדיוק שבו אפשר למדוד שני גדלים משלימים. נניח שאנו מודדים ברגע מסוים את התנע והמקום של חלקיק שנע על קו ישר. גם אם מכשירי המדידה שלנו מושלמים, תהיה אי-ודאות מסוימת בקביעת המקום (∆x) ואי-ודאות בקביעת התנע (∆p), והמכפלה של שתי אי-הוודאויות הללו, היא לכל הפחות מסדר גודל של ħ:
(1) ∆p´∆x ≈ ħ
הגודל ħ (קרי h-בר) הוא הקבוע של פלאנק, חלקי 2p. [ħ = h/2p]. הסימן ≈ פירושו “שווה בערך”, ומשוואה (1) היא אחד הנוסחים של עקרון אי הוודאות. לפי נוסח אחר, מדויק יותר, מכפלת אי-הוודאויות תמיד גדולה מחצי ħ. על פי משוואה (1), אם נצליח להקטין את אי-הוודאות בתנע, תגדל אי הוודאות במקום, ולהיפך, כי מכפלת אי הוודאויות נשארת קבועה.
אפשר להראות כי עקרון אי הוודאות קשור לאופי הגלי של חלקיקי חומר, שהוא מושג יסודי בתורת הקוונטים. אפשר גם לקשר בין עקרון אי-הוודאות לבין השפעת המדידה בתורת הקוונטים. כל מדידה משפיעה על האובייקט הנמדד, ובעולם האטומי השפעה זו אינה יכולה להיות זניחה. למשל, כדי לקבוע את מקומו של אלקטרון, באמצעות מיקרוסקופ דמיוני הרגיש לקרני רנטגן, נצטרך לשגר אל האלקטרון פוטונים בעלי אנרגיה רבה, שיעניקו לו תנע רב. לאחר המדידה נוכל אולי לדעת מה היה מקומו של האלקטרון, אך לא מה היה התנע המקורי שלו. עקרון אי-הוודאות חל על כל הגופים. אולם כאשר עוסקים בגופים גדולים, אי הוודאות הנובעת משגיאות מדידה גדולה בדרך כלל בסדרי גודל רבים, מאי-הוודאות הנובעת מעקרון הייזנברג.
לקריאה ועיון נוסף באינטרנט:
- http://he.wikipedia.org/wiki/עקרון_אי_הוודאות
- http://physicaplus.org.il/zope/home/100846630031/mabat_ophir?curr_issue=100846630031
- http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/uncer.html#c2
- http://plato.stanford.edu/entries/qt-uncertainty/
- http://www.aip.org/history/heisenberg/