Belirsizlik ilkesi

Belirsizlik ilkesi, Heisenberg belirsizlik ilkesi ya da belirlenemezlik ilkesi; bir cismin belirli bir andaki konumu ile momentumunun (Kütlesiyle hızının çarpımının) aynı anda ve kesin değerlerle kuramsal olarak bile ölçülemeyeceğini öne süren ilkedir. 1927'de Werner Heisenberg tarafından ortaya atılmıştır. Belirsizlik ilkesi, kuantum mekaniğini klasik fizikten ayıran temel özelliklerin başında gelir ve klasik fiziğin tanımladığı günlük olaylar bu ilkeye ilişkin hiçbir ipucu vermez. Örneğin bir otomobilin belli bir anda bulunduğu yeri ölçmek kolaydır ve bu ölçümlere kesin gözüyle bakılabilir; çünkü bu ilkede söz konusu edilen belirsizlikler, elle tutulup gözle görülebilen her nesne için olduğu gibi otomobil için de ölçülemeyecek kadar küçüktür. Bu kurala göre, bir cismin ve momentumundaki belirsizliklerin çarpımı, olağan değerlerden çok daha küçük olan bir fiziksel niceliğe ya da sabite ( y.10^{-34} joule-saniye; yani h, Planck sabiti olmak üzere, h/2 π niceliğinin değeri) eşit ya da bu nicelikten daha büyük olmalıdır. Bu nedenle, bu belirsizliklerin çarpımı yalnızca kütleleri ve boyutları olağanüstü küçük olan atomlar ve temel parçacıklar için büyük önem taşır.
Elektron gibi bir temel parçacığın hızını, daha doğrusu momentumunun kesin değeriyle ölçmeye kalkışmak, bu parçacığın yerini, önceden kestirilemeyecek biçimde değiştirir; bu nedenle, parçacığın hızını (momentumunu) ölçerken aynı anda yerini de belirlemeye çalışmanın hiçbir anlamı kalmaz. Ölçü aletlerinin, ölçme tekniklerinin ya da gözlemcinin yetersizliğiyle hiçbir ilgisi olmayan bu sonuç, doğada, atomaltı boyutlardaki parçacıklar ve dalgalar arasında var olan yakın bağlantıdan doğar.
Louis de Broglie'nin göstermiş olduğu gibi, her parçacığa bir dalga eşlik eder; başka bir deyişle her parçacık bir dalga davranışı ve özelliği gösterir. Parçacığın, kendisine eşlik eden dalga içinde bulunma olasılığının en yüksek olduğu yerler, dalga genliğinin en büyük olduğu noktalardır. Ne var ki, eşlik eden dalganın genliği ne kadar büyük olursa, ilgili parçacığın momentumuyla hemen hemen özdeş olan ve momentumunu belirleyen dalga boyunu tanımlamak da o kadar güçleşir; çünkü bölge daraldıkça daha çok sayıda dalga boyu bileşeni gerekir. Bu nedenler çok dar bir alana sıkıştırılmış olan bir dalganın eşlik ettiği parçacığın yeri bellidir, ama momentumu için sonsuz sayıda değer bulunabilir. Oysa, tek bir dalga boyuna sahip bir dalga aynı genlikle bütün uzayı kaplayacağından, bu dalganın eşlik ettiği parçacığın hızı (momentumu) hemen hemen kesin olarak belirlenebilir, ama yeri hiçbir zaman bilinemez; daha doğrusu böyle bir parçacık herhangi bir yerde bulunabilir. Yer ile momentumun, yalnız klasik fizikte değil kuantum mekaniğinde de eşlenik olduğu göz önüne alınarak bu ilke genişletilirse, gözlenebilir bir büyüklüğün oldukça önemli bir belirsizliğe yol açar. Bu durum ve genel tanımıyla belirsizlik ilkesi, örneğin enerji ve zaman gibi tüm eşlenik değişken çiftleri için geçerlidir: Enerji ölçümünde söz konusu olan belirsizlik ile ölçümün yapıldığı zaman aralığındaki belirsizliğin çarpımı gene h/2π'ye en azından eşittir. Kararsız bir atom ya da atom çekirdeğinin, daha kararlı bir duruma geçmek için atması gereken enerji miktarının belirsizliği ile kararsız durumda geçirdiği ortalama sürenin belirsizliği arasında da aynı bağıntı söz konusudur.