Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg

Ο Heisenberg πρότεινε ότι είναι αδύνατο να υπολογιστεί ή να μετρηθεί η ακριβής θέση και η ορμή οποιουδήποτε αντικειμένου. Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg βασίζεται στη διπλή φύση των κυματικών σωματιδίων. Ωστόσο, αγνοείται στις μακροσκοπικές μετρήσεις, καθώς τα σωματίδια έχουν μια μικροσκοπική μάζα. Αυτό τελικά οδηγεί σε μια απελευθερωμένη ακρίβεια της θέσης τους που συνοδεύεται από μια ενισχυμένη αβεβαιότητα στις ταχύτητες τους. Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg εξηγεί την αδυναμία να υπολογιστούν ταυτόχρονα περισσότερες από μία κβαντικές μεταβλητές.

Τι είναι η Αρχή της Αβεβαιότητας του Heisenberg;

Σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, είναι σχεδόν αδύνατο να προσδιοριστεί με ακρίβεια η ταχύτητα και η θέση για τη φύση των κυμάτων και των σωματιδίων. Αυτή η αρχή είναι γνωστή από τον διάσημο Γερμανό φυσικό Werner Heisenberg, ο οποίος πρότεινε αυτήν την αρχή της αβεβαιότητας το 1927. Όταν ο Heisenberg δημιούργησε ένα μοντέλο κβαντικής φυσικής, διατύπωσε αυτήν την αρχή και ανακάλυψε διάφορους θεμελιώδεις παράγοντες που περιορίζουν τη γνώση μας για συγκεκριμένες ποσότητες.

Όλα για την Αρχή της Αβεβαιότητας του Heisenberg 

Η διπλή φύση κύματος-σωματιδίου είναι ο λόγος πίσω από την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, καθώς κάθε σωματίδιο που υπάρχει σχετίζεται με ένα κύμα και παρουσιάζει μια κυματική συμπεριφορά. Οι κυματισμοί του πιο έντονου ή σημαντικού κύματος είναι τα πιο ευνοϊκά σημεία όπου μπορούν να βρεθούν αυτά τα σωματίδια. Όσο πιο έντονοι γίνονται οι κυματισμοί, τόσο πιο κακώς καθορισμένο μήκος κύματος λαμβάνεται. Τελικά καθορίζει την ορμή του σχετικού σωματιδίου.

Η αρχή της αβεβαιότητας έχει μια εναλλακτική έκφραση στη θέση και την ορμή ενός σωματιδίου.

Τώρα που καταλάβατε τις βασικές έννοιες της αρχής της αβεβαιότητας του Heisenberg, ας προχωρήσουμε στους τύπους και τις εφαρμογές της ίδιας.

Ας υποθέσουμε ότι τα Δx και Δp είναι τα σφάλματα στις μετρήσεις θέσης και ορμής ενός σωματιδίου, αντίστοιχα, τότε 

∆x×∆p ≥ h/4π

Γνωρίζουμε ότι ο τύπος ορμής δηλώνει ότι p =mv, επομένως ο τύπος για την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg μπορεί να ξαναγραφτεί με τη μορφή

∆x × ∆mv ≥ h/4π

Μπορείτε επίσης να το εκφράσετε ως

∆x × ∆m × ∆v ≥ h/4π 

Πού, 

Το Δv αναφέρεται στα σφάλματα στις μετρήσεις της ταχύτητας και θεωρούμε επίσης μια υπόθεση σταθερής μάζας σε ολόκληρο το πείραμα.

Στη συνέχεια, η εξίσωση μπορεί να ξαναγραφτεί όπως

∆x × ∆v ≥ h/4πm

Αν εφαρμόσουμε την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg σε ένα μόνο ηλεκτρόνιο σε τροχιά κάποιου ατόμου όπου h =6,626×10-34 Joules δευτερόλεπτο και m =9,11×10-31 Kilograms.

Για περαιτέρω επίλυση με αυτές τις ποσότητες 

∆x × ∆v ≥ 10-4 m2s-1

Τι είναι τα Κύματα ύλης;

Τα κύματα ύλης μπορούν να οριστούν ως μια κεντρική μονάδα της θεωρίας της κβαντικής μηχανικής που εξοπλίζει τη φύση των σωματιδίων και των κυμάτων. Η έννοια των κυμάτων ύλης ήρθε στο φως από τον Γάλλο φυσικό Louis de Broglie το 1924, γι' αυτό και αναφέρονται και ως κύματα de Broglie. Αυτά τα κύματα δεν έχουν ηλεκτρομαγνητική φύση και αντιπροσωπεύουν την ευδιάκριτη πιθανότητα εύρεσης ενός σωματιδίου στο διάστημα.

Είναι αισθητή η Αρχή της Αβεβαιότητας του Heisenberg σε όλα τα κύματα ύλης;

Η απάντηση στην ερώτηση "Είναι η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg αισθητή σε όλα τα κύματα ύλης;" είναι ναι, καθώς η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg ισχύει για όλα τα κύματα ύλης με ορισμένους περιορισμούς. Αυτή η αρχή βοηθά στον προσδιορισμό του σφάλματος μέτρησης των διαφορετικών ιδιοτήτων μιας κυματοειδούς θέσης και ορμής ύλης ή χρόνου και ενέργειας. Ωστόσο, υπάρχουν περιορισμοί όσον αφορά τη μάζα της ύλης-κύματος καθώς η ύλη με μεγάλη μάζα δεν ικανοποιεί την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. το σφάλμα στη θέση και τις μετρήσεις της ορμής του είναι συγκριτικά ελάχιστες. Μπορούν να παραμεληθούν για εύκολο υπολογισμό.

Αντίθετα, όσον αφορά τις μικρές μάζες όπως τα ηλεκτρόνια, τα σφάλματα στον υπολογισμό είναι αισθητά και σημαντικά, όπως εκφράζεται από την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Με λίγα λόγια, μπορεί να ειπωθεί ότι η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg ισχύει για όλα τα κύματα ύλης, αλλά έχει σημαντική αξία όταν ασχολείται με μικρές ποσότητες μάζας.

Συμπέρασμα

Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg είναι μια σημαντική έννοια της επιστήμης της ύλης. Δηλώνει ότι είναι σχεδόν αδύνατο να υπολογιστούν οι συγγενείς φυσικές διαστάσεις ενός κύματος ύλης ταυτόχρονα χωρίς σφάλμα ή τέλεια ακρίβεια. Ωστόσο, η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg εγείρει πολλά ερωτήματα, όπως «Είναι η αρχή της αβεβαιότητας Heisenberg αισθητή σε όλα τα κύματα ύλης;». Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg εφαρμόζεται μόνο σε κύματα ύλης με πολύ μικρή μάζα, δημιουργώντας μια μεγάλη πιθανότητα σφάλματος στον υπολογισμό των σχετικών φυσικών διαστάσεων του πυρήνα, όπως η ορμή και η ταχύτητα.