6.5 Kanuni ya kutokuwa na uhakika ya Heisenberg na nasibu ya kwanta

Nyumbani ／ Sura ya 6: Eneo la kwanta

I. Matukio na maswali ya msingi

• Uhakika unaojizuia kwa upande mwingine: Tunapopima nafasi kwa umakini mkubwa, kiasi cha mwendo huwa tete; tunapobana sana usambazaji wa kiasi cha mwendo, nafasi husahaulika na kuwa hafifu. Kwa jozi muda–nishati hutokea vivyo hivyo: kadiri pulsi inavyokuwa fupi ndivyo upana wa masafa unavyokuwa mpana; kadiri mstari wa wigo unavyokuwa “safi” ndivyo hudumu kwa muda mrefu zaidi.
• Kipimo kimoja huonekana cha nasibu, mfululizo hufichua mpangilio: Matokeo ya kipimo kimoja huonekana ya kubahatisha; zaidi ya hayo, chini ya maandalizi yaleyale na marudio, matokeo hubaki katika usambazaji thabiti ambao “upana” wake hauwezi kushushwa chini ya kikomo cha pamoja.
• Kadiri tunavyochunguza kwa undani, ndivyo tunavyosumbua zaidi: Kipimo chenye ukinzani mdogo huusukuma mfumo kwa nguvu zaidi, hivyo kigezo kinachokamilisha kinachofuata huwa thabiti kwa kiwango kidogo.

II. Ufafanuzi katika Nadharia ya Filamenti za Nguvu (EFT): sababu tatu za mzizi, picha moja iliyoratibiwa

Katika Nadharia ya Filamenti za Nguvu (EFT), kutokuwa na uhakika na nasibu hutokana na mwingiliano wa muundo, uunganishi wa kipimo, na kelele ya msingi ya mandhari ya tensa. Kuanzia hapa tutatumia jina Nadharia ya Filamenti za Nguvu pekee.

1. Muundo: ufanisi wa bahasha ya ulinganifu
   • Kila kinachosambaa katika “bahari ya nguvu” hubebwa na bahasha ya ulinganifu (coherence envelope) inayopitisha mwendo kwa zamu kama stafeta.
   • Ili kulenga nafasi kwa ukali, lazima tubonyeze bahasha—kana kwamba tunainua mgongo mkali katika mandhari ya tensa ya bahari. Hili huhitaji kuchanganya vipengele vingi vya mtetemo katika mizani tofauti. Athari yake: kadiri nafasi inavyofungika zaidi, ndivyo mwelekeo wa kiasi cha mwendo unavyotawanyika zaidi.
   • Ili kuainisha kiasi cha mwendo, lazima tulinganishe mwelekeo wa mitetemo; hapo bahasha hurefuka na kusawazika, na usambazaji wa nafasi huenea.
   • Hitimisho: Bahasha ileile haiwezi kuwa kwa wakati mmoja fupi sana na safi sana. Fupi humaanisha pana; safi humaanisha ndefu. Huu ni kikomo cha ufanisi wa usambazaji wa aina ya stafeta, si dosari ya kifaa.
2. Uunganishi wa kipimo: kipimo = uunganishi + ufunzaji + kumbukumbu
   • Ili “tuone kwa undani zaidi”, mfumo huunganishwa na kifaa chenye uwezo wa kuongeza ishara.
   • Uunganishi hubadilisha sura ya mandhari ya tensa ya karibu; ufunzaji (closure) hufunga tukio moja katika “njia ya kutoka”; kumbukumbu hukweza chaguo hilo hadi kuwa rekodi isomékayo.
   • Tunapoimarisha uunganishi na ufunzaji kwa ajili ya nafasi, kifaa hukusanya bahasha katika nafasi, lakini huvuruga pasipo epuka mpangilio wa awali wa mwelekeo wa kiasi cha mwendo; kinyume chake hutokea vivyo hivyo.
   • Hitimisho: “Mvutano wa kuvutana” ndani ya kutokuwa na uhakika hutokana pia na athari-rejeshi ya kipimo isiyozuilika.
3. Mandhari ya nyuma: kelele ya msingi ya tensa na ukuzaaji makroskopiki
   • Bahari si tulivu kabisa; kelele ya msingi ya tensa ipo kila mahali.
   • Ufunzaji mmoja huhitaji ukuzaaji makroskopiki ili tofauti ndogo sana zigeuzwe kuwa matokeo yanayotofautishwa—hatua inayohisi sana msumbuko mdogo.
   • Hivyo tokeo la kibinafsi halitabiriki, ilhali usambazaji wa takwimu hubaki thabiti chini ya maandalizi na jiometri ileile ya kifaa.
   • Hitimisho: Nasibu si “bila sababu”, bali ni nasibu ya kimuundo: mkusanyiko wa maelezo yasiyodhibitika na ulazima wa ukuzaaji.

III. Hali bainifu za kawaida, zikitia mguu ardhini

• Mwanga wa mstari mmoja dhidi ya pulsi fupi
  Kadiri mstari wa wigo unavyokuwa safi, ndivyo hudumu zaidi; kadiri pulsi inavyokuwa fupi, ndivyo upana wa masafa unavyokuwa mpana. Kulingana na Nadharia ya Filamenti za Nguvu: bahasha fupi huhitaji mchanganyiko wa mizani mingi, hivyo “masafa” huenea zaidi.
• Miale ya elektroni: ukolezaji dhidi ya ukubwa wa doa
  Ukolezaji (collimation) bora hubana mtawanyiko wa pembe njiani, lakini doa kwenye skrini hukua; tunapotaka doa dogo, huwa vigumu zaidi kudumisha ukolezaji. Katika Nadharia ya Filamenti za Nguvu, kuoanisha mwelekeo hurefusha bahasha; kukandamiza doa huhitaji mchanganyiko mpana wa mwelekeo.
• Atomi baridi katika mwendo huru
  Ndani ya mtego mdogo, nafasi hufungwa; baada ya kuachiwa, wigo wa kiasi cha mwendo huonyesha upana halisi, na wingu huenea haraka. Katika Nadharia ya Filamenti za Nguvu, bahasha iliyobonyezwa tayari ilikuwa na vipengele vya mwelekeo vilivyo pana, ambavyo katika usambazaji huru hujikunja na kujifungua kiasili.
• Ugatuli wa Stern–Gerlach (chaguo la njia mbili la spini)
  Mteremko wa uga wa sumaku hudhihirisha mwelekeo unaoruhusiwa kama matawi mawili. Kila atomi moja huangukia tawi moja kana kwamba ni bahati, lakini uwiano hubaki thabiti. Katika Nadharia ya Filamenti za Nguvu, uunganishi wa karibu huandika mwelekeo uliokatizwa kama njia za ufunzaji ndani ya kifaa; ni ipi inayoathiriwa katika tukio moja huamuliwa na msumbuko mdogo wa msingi pamoja na njia ya ukuzaaji, ilhali usambazaji huamuliwa na hali iliyoandaliwa na jiometri ya uunganishi.

IV. Majibu mafupi kwa dhana potofu za kawaida

• “Vifaa bora vitafanya vipimo vyote viwili kuwa sahihi kwa pamoja.”
  La. Kukandamiza kigezo kimoja huchonga mgongo mkali katika mandhari ya tensa na huharibu muundo wa mwelekeo wa kigezo kinachokamilisha. Huu ni kikomo cha uhawilishaji wa usambazaji wa aina ya stafeta, si kosa la utengenezaji.
• “Nasibu ni ujinga wetu tu.”
  Sio kikamilifu. Nasibu ya tukio mmoja mmoja hutoka kwenye msumbuko wa msingi na unyeti mkubwa wa ukuzaaji makroskopiki; uthabiti wa usambazaji hutoka kwenye maandalizi na jiometri. Pande zote mbili zinahitajika ili kueleza data.
• “Vigezo vilivyofichwa vinaweza kukokotoa kila kitu.”
  La. Njia ya ufunzaji itakayo andikwa hatimaye hutegemea muktadha wa kipimo—uchaguzi wa uunganishi, msingi wa kipimo na jiometri. Matukio ya mmoja mmoja ni yasiyotabirika, lakini usambazaji ni unaotabirika, sambamba na vizuizi vya majaribio vinavyojulikana.
• “Je, kuna athari zinazozidi mwanga kwa kasi?”
  Hapana. Uratibu huakisi vikwazo vilivyoshirikiwa, si uhamishaji wa ujumbe. Ufunzaji na uandishi wa kumbukumbu hutokea karibu na tukio.

V. Kwa muhtasari

• Vyanzo vitatu vya kutokuwa na uhakika: ufanisi wa bahasha ya ulinganifu (muundo); athari-rejeshi ya kipimo kupitia uunganishi–ufunzaji–kumbukumbu; na kelele ya msingi ya tensa pamoja na ukuzaaji makroskopiki (mandhari ya nyuma).
• Kadiri tunavyotaka kufunga nafasi kwa ukali, ndivyo tunavyopaswa kuchanganya vipengele vingi vya mwelekeo; kadiri tunavyotaka kusafisha kiasi cha mwendo, ndivyo bahasha inavyorefuka na usambazaji wa nafasi unavyopanuka.
• Kipimo si kutazama tu: huandika upya mandhari ya karibu na hufunga njia moja ya ufunzaji; taarifa zaidi huhitaji uandishi upya wenye nguvu zaidi.
• Matokeo ya mmoja mmoja ni ya nasibu; marudio hudumisha muundo: usambazaji huamuliwa na maandalizi na jiometri, ilhali tokeo la kibinafsi huamuliwa na kelele ya msingi na njia ya ukuzaaji.
• Kauli inayounganisha: mawimbi huunda njia, vizingiti huchagua maamuzi, na chembe huhifadhi hesabu; kutokuwa na uhakika na nasibu ni madhara yasiyoepukika pale hatua hizi tatu zinapofanya kazi chini ya hali za ukingoni.