Говорит ли принцип неопределенности просто что-то о том, что может знать наблюдатель, или это фундаментальное свойство природы?

Короткий ответ: это фундаментальное свойство природы.

Самый короткий ответ — «квантовый».

Длинный ответ:

С начала 20-го века Природа медленно, но верно открыла нам, что когда мы переходим к очень малым измерениям, ее форма является квантовой. Это началось в середине девятнадцатого века с таблицы элементов, которая показала закономерности , которые нельзя было объяснить, кроме как с помощью атомной модели с равным зарядом электронов на ядре.

Были предприняты попытки понять, почему электроны, входившие в состав атомов, не спускались по спирали в ядро ​​и не исчезали с помощью модели Бора . Это ввело идею «кванта» излучения черного тела на атомные орбиты: постулировалось, что энергия, которую электронам разрешено иметь на возможных орбитах вокруг ядра, должна быть квантована. Подобно тому, как колебания струны имеют определенные частоты, разрешенные с длинами волн, кратными длине струны, электроны вокруг атомов могут иметь только определенные энергии. Переходы высвободят квант электромагнитной энергии, фотон. Это позволило объяснить атомные спектры переходом между орбитами.

Затем множество экспериментальных результатов побудило теоретиков постулировать квантовую механику, исходя из нескольких «аксиом». Начиная с уравнения Шредингера формальная теоретическая квантовая механика взлетела, и мы никогда не оглядывались назад, потому что она идеально укладывается во все известные экспериментальные данные в микромире, и не только.

Принцип неопределенности является краеугольным камнем в математической формулировке квантовой механики.

Предпосылка состоит в том, что все предсказания теории КМ даны в виде вероятностных распределений, т. е. невозможно предсказать ни одно наблюдаемое, кроме как вероятное значение.

В квантовой механике каждой физической наблюдаемой соответствует оператор, действующий на изучаемые функции состояния. Операторы часто представляются дифференциальными формами, и алгебра операторов выполняется. В квантовой механике два оператора могут быть коммутирующими, то есть они могут быть как действительные числа a b-b a=0, или нет, значение может быть отличным от 0. Это означает, что один работает в большем множестве, чем действительные числа, комплексные цифры нужны.

Принцип неопределенности Гейзенберга для положения и импульса, как он проявляется в фундаментальных постулатах квантовой механики, представляет собой коммутационное соотношение между сопряженными переменными x и p, представленными соответствующими операторами:

Это соотношение является очень фундаментальным в теории квантовой механики, которая очень успешно описывает материю, как мы ее изучали до сих пор, математически. Если бы HUP был фальсифицирован, это фальсифицировало бы основы УК.

Теперь об электроне и ядре. Например, квантово-механические решения, описывающие орбитали атома водорода, имеют ненулевые вероятности того, что электрон окажется в центре ядра, когда угловой момент равен нулю. Так что мне непонятно, как Фейнман мог использовать тот аргумент размахивания руками, который вы описываете в своем вопросе. В конце концов, у нас есть ядерные реакции захвата электронов . Он, вероятно, основывает свой аргумент на очень малом объеме, занимаемом ядром по отношению к атомным орбиталям, что дает очень маленькую вероятность захвата.

Это интересный вопрос. Он заслуживает ответа без математических осложнений!

Неопределенность не является антропоцентрическим явлением

Законы природы

Чтобы понять это, нужно понять одну вещь: что бы ни происходило в природе, будь то в живом или неживом мире (включая нас самих), существуют правила, которые диктуют, как все должно происходить, мы называем их законами природы , и это то, что ученые пытаются открыть и понять как можно глубже. Однако мы только приблизительно узнаем, что это такое, строя модели, с помощью которых мы пытаемся максимально приблизиться к реальности или нам «позволяют» наши ограниченные способности наблюдения и возможности мозга.

Эксперимент

Когда мы проводим эксперимент, мы находимся в постоянном «диалоге» с природой, а иногда даже «провоцируем» ее, чтобы посмотреть, как отреагирует вид, чтобы мы могли приблизиться к ее тайнам! Модели физики, которые мы разрабатываем для объяснения результатов нашего «диалога» с природой, неизбежно будут содержать числа (физические константы), помогающие нам упорядочить наш разговор с природой.Постоянная Планка — одна из таких физических констант. Без него не имело бы смысла ничего из того, чему мы научились во время нашего разговора с природой! Доказательства того, что такая физическая константа реальна, существует и имеет смысл, исходят из продолжающегося разговора, который мы ведем с природой (результаты наших экспериментов), она «позволяет» нам ее измерить и показывает нам почти каждый уголок мира. где она его использует. Принцип неопределенности — еще одно правило природы, которое она навязывает через постоянную Планка. Тот факт, что она не равна нулю, гарантирует, что неопределенность является глубинным свойством природы. Кроме того, тот факт, что она имеет такое маленькое значение, гарантирует, что эта неопределенность влияет только на объекты в квантовом масштабе.

Таким образом, неопределенность и вероятность являются необходимыми составляющими работы Вселенной. Это не антропоцентрический феномен, поскольку мы являемся лишь его частью. Кто-нибудь знает, почему так должно быть? Возможно, именно так природе удается добиться всех тех прекрасных расхождений, которые мы в ней наблюдаем. Это, вероятно, причина, по которой у нее всегда есть лучшие способы сделать что-то, чем мы можем придумать!!