6.5 Prinsipyo ng Kawalang-Tiyak ni Heisenberg at Randomness na Kuwantum

Home ／ Kabanata 6: Larangan ng Kuwantum (V5.05)

I. Mga penomeno at pangunahing tanong

• Ketumpakan na nag-uuyontra: Kapag sinikap mong itakdang eksakto ang posisyon, nagiging “pabagu-bago” ang momentum; kapag pinakitid mo naman ang saklaw ng momentum, lumalabo ang posisyon. Para sa pares na oras–enerhiya: habang mas maikli ang pulso, mas malapad ang saklaw ng dalas; habang mas “dalisay” ang guhit-spektral, mas mahaba ang pananatili nito.
• Isang pagsukat ay tila sapalaran, ngunit inuulit ay may padron: Ang kinalabasan ng isang subok ay mukhang random; ngunit sa parehong paghahanda at paulit-ulit na pagsukat, gumagalaw ang mga resulta sa isang matatag na distribusyon na ang “lapad” ay hindi maibaba lampas sa isang magkasanib na hangganan.
• Habang mas sinisilip, mas naaabala: Ang mas pinong pagsukat ay literal na “tumatama” nang mas malakas sa sistema, kaya mas hindi matatag ang susunod na kaakibat na dami.

II. Paliwanag ayon sa Teorya ng Hibla ng Enerhiya: tatlong ugat, isang larawan

Sa Teorya ng Hibla ng Enerhiya (EFT), ang kawalang-tiyak at randomness ay lumilitaw mula sa pagsasalubong ng istruktura, pagkakakabit ng pagsukat, at ingay ng pinanggagalingang likuran:

1. Istruktura: bisa ng balumbon ng pagkakaugnay (coherence envelope)
   • Anumang nakapaglalakbay sa “dagat ng enerhiya” ay kailangang sumakay sa isang balumbon ng pagkakaugnay upang maipasa ang paglaganap.
   • Upang itaya ang posisyon, kailangang “pisilin” ang balumbon—parang nagtataas ng matarik na tagaytay sa tanawing tensor ng dagat—na humihiling ng halo ng maraming sangkap ng pag-uga sa iba’t ibang iskala. Bunga nito, habang mas siksik ang lokasyon, mas magkakalat ang mga direksiyon ng momentum.
   • Upang itaya ang momentum, kailangang pag-isahin ang mga direksiyon ng pag-uga; humahaba at humihilab ang balumbon, at ang distribusyon ng posisyon ay lumalapad.
   • Buod: Hindi maaaring maging sabay na napakaikli at napakadalisay ang iisang balumbon. Mas maikli, mas malapad; mas dalisay, mas mahaba—ito’y hangganan ng bisa ng paglipat-lipat, hindi depekto ng instrumento.
2. Pagkakakabit ng pagsukat: pagsukat = pagkabit + pagsasara (closure) + pag-aalala (memory)
   • Upang “makakita nang mas pino,” kinakabitan ang sistema ng aparatong kayang magpalakas ng hudyat.
   • Binabago ng pagkabit ang tanawing tensor sa lokal; ang pagsasara ay nag-iistap ng isang pangyayari sa isang “labasan”; at ang pag-aalala ay nagpapalaki sa napiling labasan hanggang maging mababasang tala.
   • Kapag pinalakas mo ang pagkabit at pagsasara para sa posisyon, pinipisil ng aparato ang balumbon sa espasyo at, di-maiwasan, ginugulo ang dating maayos na mga direksiyon ng momentum; gayundin sa kabaligtaran.
   • Buod: Ang “hilaang-pabigat” sa kawalang-tiyak ay nagmumula rin sa di-maiiwasang balik-epekto ng pagsukat.
3. Ingay ng likuran: ingay-basal na may anyong tensor at pagpalakas na makroskopiko
   • Hindi ganap na mahinahon ang dagat; laganap ang ingay-basal na may anyong tensor.
   • Ang isang pagsasara ay nangangailangan ng pagpalakas na makroskopiko upang ang napakaliit na diperensiya ay maging malinaw na kinalabasan—isang hakbang na napakasensitibo sa mga munting panghihimasok.
   • Kaya’t hindi natutumpak ang isang beses na resulta, ngunit nananatiling matatag ang distribusyon sa ilalim ng parehong paghahanda at heometriya ng aparato.
   • Buod: Ang randomness ay hindi “walang sanhi.” Isa itong randomness na pang-istruktura: pinagsanib na bunga ng di-makontrol na detalye at ng kinakailangang pagpalakas.

III. Karaniwang mga tagpo, isinasapratika

• Isahang guhit-liwanag laban sa maiikling pulso
  Habang mas dalisay ang guhit-spektral, mas mahaba ang buhay; habang mas maikli ang pulso, mas malawak ang saklaw ng dalas. Sa wika ng Teorya ng Hibla ng Enerhiya: habang umiikli ang balumbon, kailangan ang mas maraming sangkap na iba-iba ang iskala, kaya lumalawak ang “dalas.”
• Sinsay ng elektron: kolimasyon at laki ng batik
  Habang mas maayos ang kolimasyon, humihinpit ang sebaran-anggulo sa landas ngunit lumalaki ang batik sa iskrin; kapag pinapaliit ang batik, lalong mahirap panatilihin ang kolimasyon. Sa Teorya ng Hibla ng Enerhiya: ang pag-uugnay ng mga direksiyon ay humahaba sa balumbon; upang “pisilin” ang batik, kailangan ang mas maraming halong direksiyon.
• Malamig na atomong pinalayang lumipad
  Habang nasa maliit na “kahon,” mahigpit ang posisyon; sa pagpapalaya, lumilitaw ang tunay na lapad ng distribusyon ng momentum at mabilis na lumalapad ang ulap. Sa Teorya ng Hibla ng Enerhiya: ang dating napisil na balumbon ay may malawak na sangkap-direksiyon, kaya natural itong kumakalat sa malayang paglaganap.
• Paghiwalay na Stern–Gerlach (dalawang pasya ng spin)
  Ipinapakita ng gradyente ng magnetic field ang “mga pinapahintulutang direksiyon” bilang dalawang sanga. Sapalaran ang bagsak ng bawat iisang atomo, subalit nananatiling matatag ang proporsiyon. Sa Teorya ng Hibla ng Enerhiya: isinusulat ng lokal na pagkabit ang isang hanay ng diskretong direksiyon bilang mga labasan ng pagsasara sa aparato; alin sa mga ito ang tatamaan sa isang subok ay tinutukoy ng munting panghihimasok at landas ng pagpalakas, samantalang ang distribusyon ay tinutukoy ng handang estado at heometriya ng pagkabit.

IV. Mabilis na sagot sa karaniwang maling akala

• “Mas mahusay na kagamitan, eksakto na ang dalawa.”
  Hindi maaari. Ang pagpiga sa isang dami ay parang pag-ukit ng matarik na tagaytay sa tanawing tensor ng dagat at ginugulo ang istruktura ng direksiyon ng kaakibat na dami. Hangganan ito ng paghahatid na pasahan, hindi kapintasan ng aparato.
• “Randomness ay dahil di lang natin alam.”
  Hindi ganap. Ang randomness ng isang subok ay mula sa munting panghihimasok ng likuran at sa sobrang sensibilidad ng pagpalakas; ang katatagan ng distribusyon ay mula sa paghahanda at heometriya. Kailangan ang dalawang panig upang tumugma sa datos.
• “Kaya ng nakatagong baryabol ang lahat ng kinalabasan.”
  Hindi. Ang alinmang landas ng pagsasara ang sa huli’y masusulat ay nakasalalay sa konteksto ng pagsukat—sa uri ng pagkabit, napiling batayang sinusukat, at heometriya. Hindi matutumbok ang iisang pangyayari, ngunit napeperdikta ang distribusyon at katugma ito ng kilalang mga hadlang na eksperimental.
• “May epekto bang mas mabilis kaysa liwanag?”
  Wala. Ang ugnayan ay sumasalamin sa magkasanib na mga paghihigpit, hindi sa pagpapadala ng mensahe. Ang pagsasara at pagsulat ng pag-aalala ay nagaganap nang lokal.

V. Buod

• Tatlong pinagmumulan ng kawalang-tiyak: bisa ng balumbon ng pagkakaugnay (istruktura); balik-epekto ng pagsukat sa pamamagitan ng pagkakakabit–pagsasara–pag-aalala; at ingay-basal na may anyong tensor kasama ang pagpalakas na makroskopiko (likuran).
• Habang mas gusto mong itaya ang posisyon, mas maraming sangkap-direksiyon ang dapat ihalo; habang mas gusto mong itaya ang momentum, mas dapat pahabain ang balumbon—kaya lumalapad ang posisyon.
• Ang pagsukat ay hindi panonood lamang: isinusulat nito muli ang lokal na tanawin at iniistap ang isang pagsasara; habang dumarami ang impormasyong nakukuha, mas malakas ang “muling pagsulat.”
• Sapalaran ang bawat isa-isang kinalabasan; sa pag-uulit, nananatili ang padron: ang distribusyon ay itinatakda ng paghahanda at heometriya, samantalang ang indibidwal na resulta ay itinatakda ng ingay-basal at landas ng pagpalakas.
• Nag-iisa-ng pangungusap: ang alon ang humuhubog sa landas, ang antas-pasok ang pumipili, at ang bahig-bahig ay nagtatala; ang kawalang-tiyak at randomness ay di-maiwasang bunga kapag ang tatlong hakbang na ito ay inaandar sa matinding kundisyon.