Sagt die Unschärferelation nur etwas darüber aus, was ein Beobachter wissen kann, oder ist sie eine grundlegende Eigenschaft der Natur?

Die kurze Antwort lautet: Es ist eine grundlegende Eigenschaft der Natur.

Die sehr kurze Antwort ist "Quantum"

Die lange Antwort:

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts offenbarte uns die Natur langsam aber sicher, dass ihre Form, wenn wir in die sehr kleinen Dimensionen gehen, quantenhaft ist. Es begann Mitte des 19. Jahrhunderts mit der Tabelle der Elemente, die Regelmäßigkeiten aufwies , die nicht erklärt werden konnten, außer durch ein Atommodell mit gleicher Elektronenzahl wie die Ladung des Kerns.

Es gab Bemühungen, mit dem Bohr-Modell zu verstehen, warum die Elektronen, die Teil der Atome waren, nicht spiralförmig in den Kern hinuntergingen und verschwanden . Dies führte die Idee des "Quants" der Schwarzkörperstrahlung in Atomumlaufbahnen ein: Die Energie, die die Elektronen in den möglichen Umlaufbahnen um den Kern haben durften, wurde als quantisiert postuliert. Ähnlich wie die Schwingungen an einer Saite bestimmte Frequenzen haben, die mit Wellenlängen zulässig sind, die ein Vielfaches der Länge der Saite sind, könnten die Elektronen um die Atome nur bestimmte Energien haben. Übergänge würden ein Quant elektromagnetischer Energie freisetzen, ein Photon. Dadurch konnten die Atomspektren als Übergang zwischen Bahnen erklärt werden.

Dann führte eine Fülle experimenteller Ergebnisse die Theoretiker dazu, die Quantenmechanik aus einigen wenigen "Axiomen" zu postulieren. Beginnend mit der Schrödinger -Gleichung begann die formale theoretische Quantenmechanik, und wir haben nie zurückgeschaut, weil sie perfekt zu allen bekannten experimentellen Daten im Mikrokosmos passt, und nicht nur.

Die Unschärferelation ist ein Dreh- und Angelpunkt in der mathematischen Formulierung der Quantenmechanik.

Eine Prämisse ist, dass alle Vorhersagen der QM-Theorie als Wahrscheinlichkeitsverteilungen gegeben sind, dh keine Observable kann vorhergesagt werden, außer als wahrscheinlicher Wert.

In der Quantenmechanik entspricht jeder physikalischen Observablen ein Operator, der auf die untersuchten Zustandsfunktionen einwirkt. Operatoren werden oft durch Differentialformen dargestellt und die Algebra der Operatoren gilt. In der Quantenmechanik können zwei Operatoren kommutieren, das heißt, sie können wie reelle Zahlen sein a b-b a=0, oder nicht, der Wert kann von 0 verschieden sein. Das bedeutet, dass man in einer größeren Menge als die reellen Zahlen arbeitet, komplex Nummern werden benötigt.

Die Heisenbergsche Unschärferelation für Ort und Impuls, wie sie in den grundlegenden Postulaten der Quantenmechanik erscheint, ist eine Kommutierungsbeziehung zwischen konjugierten Variablen x und p, dargestellt durch ihre entsprechenden Operatoren:

Diese Beziehung ist sehr grundlegend in der Theorie der Quantenmechanik, die sehr erfolgreich Materie beschreibt, wie wir sie bisher mathematisch untersucht haben. Eine Verfälschung des HUP würde die Grundlagen des QM verfälschen.

Nun zum Thema Elektron und Kern. Die quantenmechanischen Lösungen, die beispielsweise die Orbitale des Wasserstoffatoms beschreiben, haben Wahrscheinlichkeiten ungleich Null, dass sich das Elektron im Zentrum des Kerns befindet, wenn der Drehimpuls Null ist. Daher ist mir nicht klar, wie Feynman dieses mit der Hand winkende Argument hätte verwenden können, das Sie in Ihrer Frage beschreiben. Schließlich haben wir Elektroneneinfang -Kernreaktionen. Er stützt das Argument wahrscheinlich auf das sehr kleine Volumen, das der Kern in Bezug auf die Atomorbitale einnimmt, was eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit des Einfangens ergibt.

Dies ist eine interessante Frage. Es verdient eine Antwort ohne mathematische Komplikationen!

Unsicherheit ist kein anthropozentrisches Phänomen

Naturgesetze

Um dies einigermaßen zu verstehen, muss man eines verstehen: Was auch immer in der Natur passiert, ob in der belebten oder unbelebten Welt (einschließlich uns selbst), es gibt Regeln, die vorschreiben, wie die Dinge passieren werden, wir nennen sie Naturgesetze , und diese sind es was Wissenschaftler so tief wie möglich zu entdecken und zu verstehen versuchen. Welche das sind, erfahren wir jedoch nur annähernd, indem wir Modelle bauen, durch die wir versuchen, der Realität so nahe zu kommen, wie es unsere begrenzte Beobachtungs- und Gehirnleistung kann bzw. „erlaubt“.

Experiment

Wenn wir ein Experiment durchführen, befinden wir uns in einem ständigen „Dialog“ mit der Natur, und manchmal „provozieren“ wir sie sogar, um zu sehen, wie das Meer reagiert, damit wir ihren Geheimnissen näher kommen! Die Modelle der Physik, die wir entwickeln, um die Ergebnisse unseres „Dialogs“ mit der Natur zu erklären, enthalten zwangsläufig Zahlen (die physikalischen Konstanten), die uns helfen, Ordnung in unseren Dialog mit der Natur zu bringen.Die Plancksche Konstante ist eine dieser physikalischen Konstanten. Ohne sie würde nichts, was wir in unserem Gespräch mit der Natur gelernt haben, einen Sinn ergeben! Der Beweis dafür, dass eine solche physikalische Konstante real ist, existiert und Sinn macht, kommt aus dem ständigen Gespräch, das wir mit der Natur führen (die Ergebnisse unserer Experimente), sie „erlaubt“ uns, sie zu messen, und zeigt uns fast jeden Winkel der Welt wo sie es benutzt. Die Unschärferelation ist eine weitere Naturregel, die sie durch die Plancksche Konstante auferlegt. Die Tatsache, dass es nicht Null ist, stellt sicher, dass Unsicherheit eine tiefe Eigenschaft der Natur ist. Außerdem stellt die Tatsache, dass es einen so kleinen Wert hat, sicher, dass diese Unsicherheit nur Objekte auf der Quantenskala betrifft.

Ungewissheit und Wahrscheinlichkeit sind also notwendige Bestandteile der Funktionsweise des Universums. Es ist kein anthropozentrisches Phänomen, da wir nur ein Teil davon sind. Weiß jemand warum das so sein muss? Vielleicht schafft es die Natur auf diese Weise, all die schöne Divergenz zu erreichen, die wir in ihr beobachten. Das ist wahrscheinlich der Grund, warum sie immer bessere Wege hat, etwas anzugehen, als wir uns vorstellen können!!