Zasada nieoznaczoności leży na płaszczyźnie mechaniki kwantowej, ale aby ją w pełni przeanalizować, przejdźmy do rozwoju fizyki jako całości. Isaac Newton i Albert Einstein są prawdopodobnie najsłynniejszymi fizykami w historii ludzkości. Pierwszy pod koniec XVII wieku sformułował prawa mechaniki klasycznej, którym podlegają wszystkie otaczające nas ciała, planety, poddane bezwładności i grawitacji. Rozwój praw mechaniki klasycznej doprowadził świat nauki pod koniec XIX wieku do opinii, że wszystkie podstawowe prawa natury zostały już odkryte, a człowiek potrafi wyjaśnić każde zjawisko we Wszechświecie.
Teoria względności Einsteina
Jak się okazało, w tym czasie odkryto tylko wierzchołek góry lodowej, dalsze badania rzuciły naukowcom nowe, zupełnie niewiarygodne fakty. Tak więc na początku XX wieku odkryto, że propagacja światła (którego prędkość końcowa wynosi 300 000 km/s) nie jest w żaden sposób zgodna z prawami mechaniki Newtona. Zgodnie ze wzorami Izaaka Newtona, jeśli ciało lub fala jest emitowane przez poruszające się źródło, jego prędkość będzie równa sumie prędkości źródła i jego własnej. Jednak właściwości falowe cząstek miały inny charakter. Liczne eksperymenty z nimi wykazały, żew elektrodynamice, młodej wówczas nauce, działa zupełnie inny zestaw reguł. Już wtedy Albert Einstein wraz z niemieckim fizykiem teoretykiem Maxem Planckiem przedstawili swoją słynną teorię względności, opisującą zachowanie fotonów. Jednak dla nas teraz ważna jest nie tyle jej istota, co fakt, że w tym momencie ujawniono fundamentalną niezgodność dwóch dziedzin fizyki, aby połączyć
które, nawiasem mówiąc, naukowcy próbują do dziś.
Narodziny mechaniki kwantowej
Badanie struktury atomów ostatecznie zniszczyło mit kompleksowej mechaniki klasycznej. Eksperymenty Ernesta Rutherforda z 1911 roku wykazały, że atom składa się z jeszcze mniejszych cząstek (zwanych protonami, neutronami i elektronami). Co więcej, odmówili również interakcji zgodnie z prawami Newtona. Badanie tych najmniejszych cząstek dało początek nowym postulatom mechaniki kwantowej dla świata nauki. Być może więc ostateczne zrozumienie Wszechświata leży nie tylko i nie tyle w badaniu gwiazd, ale w badaniu najmniejszych cząstek, które dają ciekawy obraz świata na poziomie mikro.
Zasada nieoznaczoności Heisenberga
W latach dwudziestych mechanika kwantowa postawiła swoje pierwsze kroki, a tylko naukowcy
zrozumiał, co z tego wynika dla nas. W 1927 roku niemiecki fizyk Werner Heisenberg sformułował swoją słynną zasadę nieoznaczoności, która pokazuje jedną z głównych różnic między mikrokosmosem a środowiskiem, do którego jesteśmy przyzwyczajeni. Polega ona na tym, że nie da się jednocześnie zmierzyć prędkości i położenia przestrzennego obiektu kwantowego, tylko dlatego, że wpływamy na to podczas pomiaru, bo sam pomiar również jest wykonywany za pomocą kwantów. Jeśli to dość banalne: oceniając obiekt w makrokosmosie, widzimy odbite od niego światło i na tej podstawie wyciągamy na jego temat wnioski. Ale w fizyce kwantowej wpływ fotonów światła (lub innych pochodnych pomiaru) już wpływa na obiekt. Tak więc zasada nieoznaczoności spowodowała zrozumiałe trudności w badaniu i przewidywaniu zachowania cząstek kwantowych. Jednocześnie, co ciekawe, można osobno zmierzyć prędkość lub osobno pozycję ciała. Ale jeśli mierzymy jednocześnie, to im wyższe są nasze dane dotyczące prędkości, tym mniej będziemy wiedzieć o rzeczywistej pozycji i na odwrót.
