The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas from quantum physics to expand into general pop culture. It says that you can never simultaneously know the exact position and the exact speed of an object and shows up as a metaphor in everything from literary criticism to sports commentary. Uncertainty is often explained as a result of measurement, that the act of measuring an object's position changes its speed, or vice versa. The real origin is much deeper and more amazing. The Uncertainty Principle exists because everything in the universe behaves like both a particle and a wave at the same time. In quantum mechanics, the exact position and exact speed of an object have no meaning. To understand this, we need to think about what it means to behave like a particle or a wave. Particles, by definition, exist in a single place at any instant in time. We can represent this by a graph showing the probability of finding the object at a particular place, which looks like a spike, 100% at one specific position, and zero everywhere else. Waves, on the other hand, are disturbances spread out in space, like ripples covering the surface of a pond. We can clearly identify features of the wave pattern as a whole, most importantly, its wavelength, which is the distance between two neighboring peaks, or two neighboring valleys. But we can't assign it a single position. It has a good probability of being in lots of different places. Wavelength is essential for quantum physics because an object's wavelength is related to its momentum, mass times velocity. A fast-moving object has lots of momentum, which corresponds to a very short wavelength. A heavy object has lots of momentum even if it's not moving very fast, which again means a very short wavelength. This is why we don't notice the wave nature of everyday objects. If you toss a baseball up in the air, its wavelength is a billionth of a trillionth of a trillionth of a meter, far too tiny to ever detect. Small things, like atoms or electrons though, can have wavelengths big enough to measure in physics experiments. So, if we have a pure wave, we can measure its wavelength, and thus its momentum, but it has no position. We can know a particles position very well, but it doesn't have a wavelength, so we don't know its momentum. To get a particle with both position and momentum, we need to mix the two pictures to make a graph that has waves, but only in a small area. How can we do this? By combining waves with different wavelengths, which means giving our quantum object some possibility of having different momenta. When we add two waves, we find that there are places where the peaks line up, making a bigger wave, and other places where the peaks of one fill in the valleys of the other. The result has regions where we see waves separated by regions of nothing at all. If we add a third wave, the regions where the waves cancel out get bigger, a fourth and they get bigger still, with the wavier regions becoming narrower. If we keep adding waves, we can make a wave packet with a clear wavelength in one small region. That's a quantum object with both wave and particle nature, but to accomplish this, we had to lose certainty about both position and momentum. The positions isn't restricted to a single point. There's a good probability of finding it within some range of the center of the wave packet, and we made the wave packet by adding lots of waves, which means there's some probability of finding it with the momentum corresponding to any one of those. Both position and momentum are now uncertain, and the uncertainties are connected. If you want to reduce the position uncertainty by making a smaller wave packet, you need to add more waves, which means a bigger momentum uncertainty. If you want to know the momentum better, you need a bigger wave packet, which means a bigger position uncertainty. That's the Heisenberg Uncertainty Principle, first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927. This uncertainty isn't a matter of measuring well or badly, but an inevitable result of combining particle and wave nature. The Uncertainty Principle isn't just a practical limit on measurment. It's a limit on what properties an object can have, built into the fundamental structure of the universe itself.
Prinsip Ketidakpastian Heisenberg adalah satu dari sejumlah ide dari fisika kuantum yang berkembang menjadi budaya umum. Ide ini menjelaskan kamu tidak bisa tahu posisi dan kecepatan tepat bersamaan pada suatu objek dan muncul sebagai metafora dalam segala hal mulai dari kritik sastra sampai komentar olahraga. Ketidakpastian pada umumnya dijelaskan dari hasil pengukuran, bahwa hasil pengukuran posisi benda mengubah kecepatannya, atau sebaliknya. Sebenarnya, ide ini jauh lebih dalam dan lebih menakjubkan. Prinsip Ketidakpastian muncul karena segala hal di alam semesta berperilaku seperti partikel dan gelombang secara bersamaan. Dalam mekanika kuantum, posisi dan kecepatan yang tepat pada objek tidak ada artinya. Untuk memahami hal ini, kita perlu meninjau arti dari perilaku partikel atau gelombang. Menurut definisi, partikel ada di satu tempat pada suatu waktu. Kita bisa menggambarkannya dengan grafik dengan kemungkinan menemukan benda pada tempat tertentu, yang terlihat seperti lonjakan, 100% pada satu titik, dan nol pada titik lainnya. Di sisi lain, gelombang, adalah gangguan yang menyebar pada ruang, seperti riak yang bergerak pada permukaan kolam. Kita bisa menggambarkan ciri-ciri dari pola gelombang secara keseluruhan, terutama, panjang gelombangnya, yaitu jarak antara dua puncak yang berdekatan, atau dua lembah yang berdekatan. Tapi, kita tak bisa menentukan posisinya. Karena ia punya kemungkinan berada di mana pun. Panjang gelombang penting dalam fisika kuantum karena panjang gelombang benda berhubungan dengan momentumnya, atau massa dikali kecepatan. Benda yang bergerak cepat punya momentum yang besar, namun panjang gelombangnya pendek. Benda yang berat memiliki momentum besar bahkan ketika ia tidak terlalu cepat, yang artinya panjang gelombangnya juga pendek. Inilah sebabnya kita tidak menyadari sifat gelombang dari benda sehari-hari. Jika kamu melempar bola baseball, panjang gelombangnya adalah sepermiliar triliun triliun meter, terlalu kecil untuk dideteksi. Benda kecil, seperti atom atau elektron, memiliki panjang gelombang yang besar untuk bisa diukur pada eksperimen fisika. Jadi, jika kita punya gelombang, kita bisa ukur panjang gelombangnya, dan juga momentumnya, tetapi ia tidak memiliki posisi. Kita bisa mengetahui posisi partikel, tetapi ia tidak punya panjang gelombang, jadi momentumnya tidak ada. Untuk mendapatkan suatu partikel dengan posisi dan momentumnya, kita perlu menggabungkan kedua gambar agar menghasilkan grafik dengan gelombang, tapi pada daerah yang sempit Bagaimana caranya? Dengan menggabungkan beberapa panjang gelombang berbeda, yang memberi objek kuantum memiliki beberapa momentum yang berbeda. Saat menggabungkan dua gelombang, kita menemukan puncaknya berhimpit, dan gelombangnya menjadi lebih besar, dan di sisi lain saat puncak dan lembah saling mengisi, akan menghasilkan daerah gelombang yang terpisah, tanpa adanya gelombang. Jika ditambah gelombang ketiga, daerah tanpa gelombang akan semakin besar, demikian juga dengan yang keempat, daerah bergelombang menjadi semakin sempit Jika gelombang terus ditambahkan, kita bisa membuat paket gelombang dengan panjang gelombang yang jelas pada daerah yang sempit Itulah objek kuantum dengan sifat gelombang dan partikel, tetapi untuk mendapatkannya kita harus menghilangkan nilai pasti dari posisi dan momentumnya. Posisinya tidak terbatas pada satu titik. Ada kemungkinan untuk menemukannya pada suatu titik di tengah paket gelombang, dan kita membuat paketnya dengan menambahkan gelombang, yang artinya ada kemungkinan untuk menemukannya dengan momentum yang sesuai pada salah satu gelombang. Posisi dan momentum tidaklah pasti, dan ketidakpastiannya saling terhubung. Untuk mengurangi ketidakpastian posisinya dengan membuat paket yang lebih kecil, kamu perlu menambah gelombang, yang artinya ketidakpastian momentum membesar. Untuk memperjelas momentumnya, dibutuhkan paket yang lebih besar, yang artinya ketidakpastian posisi membesar. Itulah Prinsip Ketidakpastian Heisenberg, dicetuskan oleh fisikawan Jerman, Werner Heisenberg pada tahun 1927. Ketidakpastian ini bukan masalah pengukuran, tetapi hasil yang tak bisa disangkal dari penggabungan sifat partikel dan gelombang. Prinsip Ketidakpastian bukan hanya batasan praktis pengukuran. Ia adalah batasan sifat-sifat yang bisa dimiliki sebuah benda, yang terdapat pada struktur dasar dari alam semesta itu sendiri.