אי־ודאות: לא בגלל שהסתכלנו

ב־1927 ניסח הייזנברג את התוצאה שהפכה למשפט הכי מצוטט ולמשפט הכי מעוות בפיזיקה: עקרון אי־הוודאות. בניסוח פשוט הוא אומר שיש זוגות של תכונות שאי אפשר לדעת את שתיהן במדויק בו־זמנית. הזוג המפורסם הוא מיקום ותנע (מהירות כפול מסה). ככל שהמיקום מוגדר יותר, התנע מוגדר פחות, ולהפך.

ההסבר שכולם שמעו הוא": כדי לראות אלקטרון צריך להאיר עליו, והאור דוחף אותו, ולכן המדידה מקלקלת". ההסבר הזה נשמע הגיוני, הייזנברג עצמו השתמש בו בהתחלה — והוא שגוי.

מה זה באמת: אי־הוודאות אינה מגבלה של מכשירים ואינה תוצאה של הפרעה. היא נובעת ישירות מכך שחלקיק הוא גל, והיא הייתה נכונה גם למכשיר מושלם שלא נוגע בכלום.

חשבי על גל. גל עם אורך גל מוגדר לחלוטין — כלומר בעל תנע מדויק — הוא גל שמתנדנד באופן אחיד לאורך כל המרחב, מאינסוף עד אינסוף. אין שום טעם לשאול "איפה הוא". מנגד, כדי לבנות גל שמרוכז בנקודה אחת חייבים לחבר יחד המון גלים בעלי אורכי גל שונים — וברגע שעשית את זה, אין לו יותר אורך גל אחד, כלומר אין לו תנע מוגדר.

זה לא מסתורין קוונטי. זו תכונה של גלים בכלל, שמהנדסי שמע מכירים היטב: צליל קצרצר, נקישה, הוא "מרוח" על כל התדרים ואי אפשר לומר מה גובהו; לעומת זאת, כדי לנגן תו נקי בגובה מדויק צריך להחזיק אותו לאורך זמן. מיקום מדויק וגובה צליל מדויק הם דרישות סותרות. תורת הקוונטים פשוט אומרת שגם חלקיקים כפופים לזה.

טעות נפוצה: "אי־ודאות אומרת שאי אפשר לדעת שום דבר בוודאות ". לא. אפשר לדעת דברים רבים בוודאות מוחלטת — למשל את האנרגיה של מצב יסוד באטום, בדיוק של פסיק ושתים־עשרה ספרות. העיקרון חל רק על זוגות מסוימים של גדלים, ולא על כל דבר. הוא גם לא הצדקה לומר "הכול יחסי" או "אין אמת" — אלה קפיצות שאין להן קשר לפיזיקה.

למה זה לא סתם מגבלה — זה גם בונה את העולם: העיקרון הזה נשמע כמו הודעת שגיאה, אבל בפועל הוא אחד העמודים שהעולם עומד עליהם.

הוא זה ששומר על האטום. אילו האלקטרון היה נופל אל הגרעין, מיקומו היה מוגדר במדויק — ואז התנע שלו היה חייב להיות עצום ובלתי מוגדר, כלומר האנרגיה שלו תזנק. יש מרחק שבו התשלום מאוזן, וזהו בדיוק גודל האטום. במילים אחרות: החומר יציב בגלל אי־הוודאות.

הוא מייצר "אנרגיית אפס". אין דבר כזה מנוחה מוחלטת. גם באפס המוחלט, חלקיקים לא נחים לגמרי, כי מנוחה גמורה פירושה תנע ומיקום מוגדרים בו־זמנית. הליום נוזלי לא קופא כלל בלחץ אטמוספרי, מסיבה זו ממש.

הוא מאפשר לשמש לדלוק. על כך בפרק.12