Heisenberg's onzekerheidsprincipe

Veel natuurkundige wetten zijn vaak logisch en begrijpbaar. Dat is niet het geval met Heisenberg's onzekerheidsprincipe dat opgesteld werd door Werner Heisenberg in 1927. Deze belangrijke wet binnen de kwantummechanica gaat in tegen het gezond verstand.

Heisenberg

Het belangrijkste wat het onzekerheidsprincipe van Heisenberg stelt, is dat binnen de kwantummechanica je niet van een deeltje precies de plaats én de impuls kunt meten. Sterker nog, Heisenberg stelt dat het wanneer je de één nauwkeuriger meet, je de ander minder nauwkeurig kan meten. Hiervoor stelde hij een formule op:

Onzekerheid

De onzekerheid die er ontstaat is een gevolg van de manier waarop je de plaats of de impuls meet. In de kwantummechanica gaat het om hele kleine delen: atomen, protonen of zelfs elektronen. Wanneer je wilt meten kun je dit bijvoorbeeld doen met behulp van licht. Het probleem is dat lichtsignalen veel groter zijn dan deze atomen (1000 keer kleiner) en al helemaal groter dan protonen (100.000.000 keer kleiner) of elektronen (1.000.000.000.000.000.000.000.000 keer kleiner).

Omdat je - wanneer je deze met licht gaat meten - waarschijnlijk de atoom, proton of de elektron helemaal niet gaat waarnemen (omdat de golven van het licht deze zullen missen). Daarom moet je een manier van meten vinden met een veel kleinere golflengte. Op dit punt ligt het probleem van de onzekerheid. Doordat je een golf kiest met een zo kleine golflengte zal deze de atoom, proton of elektron wegstoten (vergelijk het met een honkbalknuppel tegen een bal, als je een honkbalknuppel gebruikt om te kijken waar een bal zich bevind (door ermee rond te slaan) zul je weten wanneer je hem raakt, maar op dat moment veranderd de bal van plek (je slaat hem weg)).

Daarom is het onmogelijk om de plek en de impuls van een deeltje te meten. Ook bleek dat de zekerheid van de plaats en de zekerheid van de impuls afhankelijk zijn van elkaar. Wanneer je de plaats van een deeltje 5 keer nauwkeuriger wilt meten, zal dat ervoor zorgen dat de zekerheid van de impuls zal delen door 5.

Experiment

Dit klinkt waarschijnlijk nog redelijk vaag, maar een experiment zal dit duidelijker maken. Wanneer je door een verticale spleet in de muur met glas erin een laserlicht tegen een scherm schijnt zul je (als de spleet breed genoeg is) de volledige laserpunt op het scherm zien. Wanneer je de verticale spleet smaller maakt, zorg je ervoor dat de randen van de laserstraal niet meer door de spleet kunnen, waardoor je een laserpunt ziet waar de randen van afgesneden worden.

Wanneer je de verticale spleet dan nog smaller maakt (totdat deze heel klein is) gebeurt er iets wat je niet verwacht. Je zou verwachten dat de randen steeds verder afsnijden, maar uiteindelijk zie je een horizontale streep op het scherm. Dit kan verklaard worden door Heisenberg's onzekerheidsprincipe. Omdat het licht zo precies in het glas gaat (je kunt dus heel precies meten wat de plek is) zal het licht de richting kwijtraken, waardoor er een horizontale streep ontstaat.

Heisenberg's onzekerheidsprincipe

Hoewel het principe van Heisenberg volledig tegen je gevoel in gaat, heeft het een grote impact gehad op de kwantummechanica en de samenleving. In vrijwel alle apparatuur waar een transistor in zit (apparatuur) had niet kunnen werken zonder de uitvinding van Heisenberg's onzekerheidsprincipe.