Sekiranya anda ingin melakukan eksperimen untuk mengukur kedudukan dan kelajuan sesuatu objek, anda pasti akan rasa tidak senang jika terdapat ‘uncertainty’ atau ketidakpastian dalam hasil eksperimen anda.

Berdasarkan fizik klasik (atau fizik Newtonian), anda boleh kurangkan ketidakpastian dalam hasil eksperimen dengan beberapa cara seperti – mengulangi eksperimen, memastikan alat ukur dikalibrasi dengan baik dan memperbaiki teknik pembacaan/pengukuran.

Fizik klasik tidak meletakkan apa-apa had dalam perkara ini. Anda boleh melakukan kalibrasi ke atas radas eksperimen anda dengan sehabis baik. Anda juga boleh mengulangi eksperimen tersebut sekerap yang boleh sehingga hati anda puas dengan hasil eksperimen tersebut.

Namun dunia kuantum adalah sebuah dunia yang sangat ganjil. Zarah-zarah seperti elektron, positron dan foton tidak berkelakuan seperti yang kita sangka. Teori kuantum fizik menyatakan bahawa ‘had’ tersebut wujud.

Ketidakpastian itu harus ada. Werner Heisenberg, seorang ahli fizik daripada Jerman, memperkenalkan teori ini kepada dunia pada tahun 1927, dan ia dikenali sebagai Prinsip Ketidakpastian Heisenberg (Heisenberg Uncertainty Principle).

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menyatakan adalah mustahil untuk seseorang itu mengukur kedudukan dan momentum sesuatu zarah dengan tepat secara serentak. Dalam kata lain, sekiranya seseorang mengetahui momentum sesuatu zarah itu dengan tepat, adalah mustahil untuk dia tahu tentang kedudukan sebenar zarah tersebut (semakin kecil nilai P, semakin besar nilai x).

Begitu juga dengan hal yang sebaliknya, semakin kecil nilai x, iaitu semakin jelas kedudukan zarah, semakin besar nilai P, atau semakin kurang informasi yang kita dapat tentang momentum zarah tersebut.

Selain daripada definisi matematik, prinsip ini boleh difahami dengan membayangkan sebuah eksperimen minda. Sebagai contoh, bayangkan anda ingin mengukur kedudukan dan linear momentum sebuah elektron dengan menggunakan mikroskop optik yang berkuasa tinggi.

Secara umum, proses penglihatan itu sendiri memerlukan foton (zarah yang menghasilkan cahaya) untuk memasuki mata anda. Oleh itu, semasa anda mengukur kedudukan elektron tersebut, sekurang-kurangnya sebuah foton pasti akan berlanggar dengan elektron itu dan kemudiannya melantun dan masuk ke dalam mata anda.

Apabila foton tersebut berlanggar dengan elektron yang anda tengah ukur, sebahagian daripada momentum yang dimiliki oleh foton akan berpindah ke dalam elektron. Jadi, ketika anda cuba untuk menentukan kedudukan elektron itu dengan tepat, cahaya yang membenarkan mata anda untuk melihat atau memerhati elektron tersebut akan menyebabkan momentum elektron itu berubah – dan adalah mustahil untuk anda menentukan kuantiti dalam perubahan momentum itu walaupun anda dapat mengenalpasti dimana kedudukan elektron tersebut.

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg amat bertentangan dengan logik akal fikiran manusia itu sendiri dimana sekiranya kita tahu sesuatu objek itu wujud, kita boleh tunjukkan atau buktikan dimana objek itu terletak. Prinsip ini meletakkan batas dalam perkara tersebut. Ia menjadi hujah yang paling kukuh dalam mempertahankan segala fenomena ganjil yang berlaku dalam dunia kuantum.

“The uncertainty principle ‘protects’ quantum mechanics. Heisenberg recognized that if it were possible to measure the momentum and the position simultaneously with a greater accuracy, the quantum mechanics would collapse. So he proposed that it must be impossible”

 – Richard P. Feynman –

RUJUKAN:

BUSCH, P., HEINONEN, T., & LAHTI, P. (2007). Heisenberg’s uncertainty principle. Physics Reports, 452(6), 155–176. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2007.05.006

Artikel oleh Amier Hakeem untuk The Patriots.