עיקרון האי הוודאות של הייזנברג 

עיקרון זה נלמד בהמשך לתורת הקוונטים ובהמשך לאפקט הפוטואלקטרי מתאים לרמה תיכונית ורמה קדם אקדמית.

הסבר הקדמה על העיקרון, הבעיתיות והפתרונות:
העיקרון אומר שלא ניתן בו זמנית לדעת את מיקום והתנע (כיוון ותנועה) של האלקטרון בדיוק מוחלט.
כל מדידה ניסיונית מלווה בשגיאה (קיום של רמת דיוק מסוימת למכשיר ולא 100%), אך ניתן להמעיט מהאי דיוק (האי הוודאות) ע"י שימוש במכשיר, אבל אף פעם לא נוכל להמעיט את הסיכוי הזה לאפס כך שנדע בדיוק היכן נמצא אלקטרון. 

אז מה מציע הייזנברג?
הייזנברג אומר שכדי לקבוע את מיקום של חפץ גדול בחדר חשוך ישנם שתי אפשרויות או לגעת בחפץ ולדעת את מיקומו או להדליק אור ולקבוע את המיקום המדויק.

נשמע די פשוט, אז מה הבעיה בעצם?

הבעיה היא שבעקבות ההארה הפוטון מהאור יפגע באלקטרון שבחפץ ויעביר לו חלק מהתנע שלו, ולכן האלקטרון יוסט ממקומו והתנועה שלו תשתנה ולא כמו במצב הטבעי שלו. 

יש פתרון לכך!
נוכל להאיר באורך גל ארוך יותר כדי להקטין אנרגיה של פוטון הפוגע באלקטרון וכך תקטן ההשפעה של תנועת האלקטרון בעקבות האנרגיה שהוקטן.

 
וכמו לכל פתרון יש בעיה חדשה:
הבעיה היא שמיקומו יקבע פחות טוב כי כדי לקבוע טוב את מיקום האלקטרון צריך להשתמש באורך גל קצר (זאת אומרת תאורה חזקה שנוכל לראות טוב יותר) ונוכל לקבוע טוב יותר את המיקום שלו.
וכמו שאמרנו קודם שימוש באורך גל קצר תפגע בתנע של האלקטרון עקב אנרגייה גבוהה וזה מהווה בעיה בוודאות מיקומו. 

אז עם מה נשארנו?
אז נשארנו עם הבעיה של אי וודאות במקום ובתנע של האלקטרון. בגלל הדואליות של החלקיק אם אנחנו נדע את המיקום שלו טוב יותר כך גם גדלה האי הוודאות בתנע שלו ולהיפך. המיקום והתנע משפיעים אחד על השני.

נוסחאות וחישובים פרקטים:

שגיאת מהירות: %V=VX△
אחוז שגיאת המהירות (%) כפול מהירות האלקטרון (V) יתן לנו את הפרש המהירויות - השגיאת המהירות.

שגיאת התנע: P=VXMe△
קבוע מסת האלקטרון (Me) כפול מהירות האלקטרון (V) יתן לנו את שגיאת התנע.

אי הוודאות במקום של אלקטרון:  

PX△X=h:4△
אי הוודאות בתנע החלקיק (X=רדיוס אטום במטר) כפול אי הוודאות במיקום החלקיק (P) שווה לקבוע פלנק חלקי 4 פאי. 

תרגיל חישובי:
אלקטרון חופשי נע במהירות של 1.8X10^6 מטר לשנייה. אם ניתן לקבוע את מהירותו בדיוק של חצי אחוז, באיזה דיוק ניתן לקבוע את מיקומו?
פתרון:

תרגיל אמריקאי:
סטודנט ניסה לחשב את סטיית אי הוודאות של אלקטרון באטום מסוים לבין הפרוטון של אותו אלקטרון. למי מהם תהייה את האי הוודאות הכי קטנה ביותר?
א. לא ניתן לדעת, חסר נתונים

ב. האלקטרון 

ג. הפרוטון

ד. שניהם באותו האי וודאות

פתרון:

עיקרון האי הוודאות מיוחס לאלקטרונים כי להם יש את הקושי למציאתם במרחב בטווח גדול מאוד שהוא מסתובב, לעומת זאת לפרוטון קל יותר לדעת את מיקומו - בגרעין. ולכן התשובה הנכונה היא ג'. 

מילות מפתח: עיקרון האי הוודאות של הייזנברג, אי וודאות, שגיאת מהירות, שגיאה בתנע, דלתא, דלתא איקס, אי וודאות של אלקטרון, אי וודאות אלקטרון.