หลักความไม่แน่นอน

ในวิชาควอนตัมฟิสิกส์ หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนแบร์ก (อังกฤษ: Heisenberg uncertainty principle) กล่าวว่า คู่คุณสมบัติทางฟิสิกส์ที่แน่นอนใดๆ เช่น ตำแหน่งและโมเมนตัม จะไม่สามารถทำนายสภาวะล่วงหน้าได้อย่างแน่นอน ยิ่งเรารู้ถึงคุณสมบัติข้อใดข้อหนึ่งอย่างละเอียด ก็ยิ่งทำนายคุณสมบัติอีกข้อหนึ่งได้ยากยิ่งขึ้น หลักการนี้มิได้กล่าวถึงข้อจำกัดของความสามารถของนักวิจัยในการตรวจวัดปริมาณสำคัญของระบบ แต่เป็นธรรมชาติของตัวระบบเอง กล่าวอีกนัยหนึ่ง เป็นไปไม่ได้ที่จะวัดทั้งตำแหน่งและความเร็วของอนุภาคในเวลาเดียวกันด้วยระดับความแน่นอนหรือความแม่นยำใดๆ ก็ตาม

สำหรับกลศาสตร์ควอนตัม เราสามารถอธิบายอนุภาคได้ด้วยคุณสมบัติของคลื่น ตำแหน่ง คือที่ที่คลื่นอยู่อย่างหนาแน่น และโมเมนตัมก็คือความยาวคลื่น ตำแหน่งนั้นไม่แน่นอนเมื่อคลื่นกระจายตัวออกไป และโมเมนตัมก็ไม่แน่นอนในระดับที่ไม่อาจระบุความยาวคลื่นได้

คลื่นที่มีตำแหน่งแน่นอนมีแต่เพียงพวกที่เกาะกลุ่มกันเป็นจุดๆ เดียว และคลื่นชนิดนั้นก็มีความยาวคลื่นที่ไม่แน่นอน ในทางกลับกัน คลื่นที่มีความยาวคลื่นแน่นอนมีเพียงพวกที่มีคาบการแกว่งตัวปกติแบบไม่จำกัดในอวกาศ และคลื่นชนิดนี้ก็ไม่สามารถระบุตำแหน่งที่แน่นอนได้ ดังนั้นในกลศาสตร์ควอนตัม จึงไม่มีสภาวะใดที่สามารถบอกถึงอนุภาคที่มีทั้งตำแหน่งที่แน่นอนและโมเมนตัมที่แน่นอน ยิ่งสามารถระบุตำแหน่งแน่นอนได้แม่นเท่าไร ความแน่นอนของโมเมนตัมก็ยิ่งน้อย

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับหลักการนี้คือ ทุกๆ สถานะควอนตัมมีคุณสมบัติการเบี่ยงเบนของค่าเฉลี่ยกำลังสอง (RMS) ของตำแหน่งจากค่าเฉลี่ย (ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของการกระจายของ X) :

$\Delta X={\sqrt {\langle (X-\langle X\rangle )^{2}\rangle }}\,$

คูณด้วยค่าเบี่ยงเบน RMS ของโมเมนตัมจากค่าเฉลี่ย (ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของ P) :

$\Delta P={\sqrt {\langle (P-\langle P\rangle )^{2}\rangle }}\,$

จะต้องไม่น้อยกว่าเศษส่วนค่าคงที่ของพลังค์ :

$\Delta X\Delta P\geq {\hbar }.$

ค่าวัดใดๆ ของตำแหน่งด้วยความแม่นยำ $\scriptstyle \Delta X$ ที่ทลายสถานะควอนตัม ทำให้ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของโมเมนตัม $\scriptstyle \Delta P$ ใหญ่กว่า $\scriptstyle \hbar /2\Delta x$

อ้างอิง

• W. Heisenberg, "Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik", Zeitschrift für Physik, 43 1927, pp. 172–198. English translation: J. A. Wheeler and H. Zurek, Quantum Theory and Measurement Princeton Univ. Press, 1983, pp. 62–84.
• L. I. Mandelshtam, I. E. Tamm "The uncertainty relation between energy and time in nonrelativistic quantum mechanics", Izv. Akad. Nauk SSSR (ser. fiz.) 9, 122-128 (1945). English translation: J. Phys. (USSR) 9, 249-254 (1945).
• Folland, Gerald (1997). "The Uncertainty Principle: A Mathematical Survey" (PDF). Journal of Fourier Analysis and Applications. 3 (3): 207–238. doi:10.1007/BF02649110. แม่แบบ:MR. {{cite journal}}: ไม่รู้จักพารามิเตอร์ |coauthors= ถูกละเว้น แนะนำ (|author=) (help); ไม่รู้จักพารามิเตอร์ |month= ถูกละเว้น (help)
• Q. Zheng and T. Kobayashi, Quantum Optics as a Relativistic Theory of Light; Physics Essays 9 (1996) 447. Annual Report, Department of Physics, School of Science, University of Tokyo (1992) 240.

แหล่งข้อมูลอื่น

• Annotated pre-publication proof sheet of Uber den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik เก็บถาวร 2013-05-10 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน, March 23, 1927.
• Matter as a Wave เก็บถาวร 2010-01-15 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน - a chapter from an online textbook
• The Uncertainty Relations: Description, Applications on Project PHYSNET
• Quantum mechanics: Myths and facts
• Stanford Encyclopedia of Philosophy entry
• aip.org: Quantum mechanics 1925–1927 - The uncertainty principle เก็บถาวร 2010-02-16 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• Eric Weisstein's World of Physics - Uncertainty principle
• Fourier Transforms and Uncertainty at MathPages
• Schrödinger equation from an exact uncertainty principle
• John Baez on the time-energy uncertainty relation
• The time-energy certainty relation - It is shown that something opposite to the time-energy uncertainty relation is true.
• The certainty principle