Συχνές Ερωτήσεις σχετικά με την Αρχή της Αβεβαιότητας του Heisenberg
Αυτή η αρχή έχει μεγάλη σημασία στη σύγχρονη φυσική, ιδιαίτερα στην κβαντική φυσική. Μας βοηθά να κατανοήσουμε τον φυσικό κόσμο με καλύτερο τρόπο, κάτι που δεν είναι δυνατό χρησιμοποιώντας μόνο την κλασική φυσική. Η αρχή της αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ υπονοεί ότι όσο ακριβέστερα προσδιορίζουμε τη θέση οποιουδήποτε σωματιδίου, τόσο λιγότερο ακριβέστερα μπορούμε να προσδιορίσουμε τη θέση του. Ωστόσο, αυτός ο εξαιρετικός κανόνας ισχύει μόνο για μικροσκοπικά σωματίδια και όχι για μακροσκοπικά σωματίδια. Η αρχή βασίζεται στη δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου της ύλης που δηλώνει τη διπλή φύση της ύλης, δηλαδή κύμα και σωματίδια. Σε αυτό το άρθρο, θα μελετήσουμε τις συχνές ερωτήσεις σχετικά με την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg και τα παραδείγματά της.
Συχνές ερωτήσεις σχετικά με την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg
Ερώτηση:Ποια είναι η Αρχή της Αβεβαιότητας του Heisenberg;
Απάντηση:Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, όπως δημοσιεύτηκε από τον Werner Heisenberg το 1927, δηλώνει ότι είναι αδύνατο να προσδιοριστεί η θέση και η ορμή οποιουδήποτε σωματιδίου ταυτόχρονα. Η αρχή του Heisenberg είναι επίσης εφαρμόσιμη για τη σχέση ενέργειας και χρόνου. Η εξίσωση της αρχής της αβεβαιότητας του Heisenberg είναι η εξής:
Δ σελ. Δ x ≥ h/4π.
Δ t ΔE ≥ h/4π
Όπου h=η σταθερά του Planck
Δ=Αβεβαιότητα.
Ερώτηση:Η δεδομένη αβεβαιότητα ενός πρωτονίου είναι 4 × 103 m/s. Υπολογίστε την ελάχιστη αβεβαιότητα που υπάρχει στον υπολογισμό της θέσης του πρωτονίου;
Απάντηση:Σύμφωνα με την ερώτηση,
Δvx=4× 103 m/s.
=6,63× 10-34J/s.
Γνωρίζουμε ότι η μάζα του πρωτονίου =1,67262 × 10−27 kg
Από την αρχή της αβεβαιότητας,
Δx × Δvx =h/4πm
Δx =h/4πm Δvx
Δx =7,9× 10-12 m/s.
Απάντηση:Η ελάχιστη αβεβαιότητα που σχετίζεται με τον υπολογισμό της θέσης του πρωτονίου είναι 7,9× 10-12 m.
Ερώτηση:Σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, είναι αδύνατο να υπολογιστεί η θέση και η ταχύτητα ενός ηλεκτρονίου ταυτόχρονα. Δώστε λόγο.
Απάντηση:Σύμφωνα με το μοντέλο του Bohr, το ηλεκτρόνιο είναι ένα υλικό σωματίδιο και ο υπολογισμός της ορμής και της θέσης του ταυτόχρονα είναι δυνατός. Ωστόσο, ο de-Broglie δήλωσε την κυματική φύση του ηλεκτρονίου και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι είναι αδύνατο να υπολογιστεί ταυτόχρονα η ακριβής θέση και η ταχύτητα του ηλεκτρονίου. Το 1927, ο Heisenberg έδωσε την αρχή του που δηλώνει ότι ο προσδιορισμός της θέσης και της ορμής των σωματιδίων ταυτόχρονα είναι αδύνατος. Αυτό συμβαίνει απλώς επειδή τα ηλεκτρόνια δεν έχουν κάποια συγκεκριμένη θέση και κατεύθυνση κίνησης ταυτόχρονα.
Ερώτηση:Ορίστε την ορμή ενός αντικειμένου.
Απάντηση:Γραμμική ορμή είναι η τιμή που προκύπτει από το γινόμενο της μάζας οποιουδήποτε συστήματος με την ταχύτητά του. Έτσι, είναι σαφές ότι είναι ευθέως ανάλογο τόσο με τη μάζα όσο και με την ταχύτητα. Είναι ένα διανυσματικό μέγεθος (ένα μέγεθος που έχει και μέγεθος και κατεύθυνση). Το σύμβολο που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της γραμμικής ορμής είναι «p» και η μονάδα του είναι χιλιόγραμμα μέτρο ανά δευτερόλεπτο (kg. m/s), δηλαδή οι συνδυασμένες μονάδες μάζας και ταχύτητας. Ωστόσο, σε ένα κλειστό σύστημα, δηλαδή ένα σύστημα στο οποίο δεν υπάρχει ανταλλαγή ή μεταφορά ύλης, η ορμή παραμένει αμετάβλητη.
p =mv
όπου p =Γραμμική ορμή,
m =μάζα του σωματιδίου και
v =ταχύτητα του σωματιδίου.
Ερώτηση:Ορίστε τη διατήρηση της γραμμικής ορμής.
Απάντηση:Η διατήρηση της γραμμικής ορμής είναι όπως η διατήρηση της ενέργειας που δηλώνει ότι σε ένα απομονωμένο σύστημα, η συνολική ορμή του συστήματος παραμένει αμετάβλητη. Η συνολική ορμή οποιουδήποτε συστήματος είναι το άθροισμα των μεμονωμένων ροπών πολλών αντικειμένων σε αυτό το σύστημα. Η Διατήρηση της Γραμμικής Ορμής εφαρμόζεται σε διαφορετικές αλληλεπιδράσεις όπως συγκρούσεις και διαχωρισμοί λόγω εκρηκτικών δυνάμεων. Η διατήρηση της γραμμικής ορμής έχει αρκετές εφαρμογές όπως στην εκτόξευση πυραύλων και σε σύγκρουση και συνένωση δύο σωματιδίων με γνωστή ορμή. Αυτός ο νόμος μπορεί να βοηθήσει στον προσδιορισμό της ορμής του συγχωνευμένου σώματος.
Ερώτηση:Ένα δεδομένο πρωτόνιο έχει αβεβαιότητα 20 μ.μ. Προσδιορίστε την αβεβαιότητα στην ταχύτητα των πρωτονίων χρησιμοποιώντας την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg.
Λύση:
Μαθηματικά, η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg είναι:
Δ x. Δ p ≥ h/4π
Σύμφωνα με την ερώτηση,
Δ x =20 μ.μ.
Εφαρμογή της αρχής της αβεβαιότητας του Heisenberg,
Δ x. Δ p ≥ h/4π
Δ p ≥ h/ 4πΔ x
Δp ≥ 2,6364×10-24 (kg⋅ m/s)
mΔv ≥ 2,6364×10-24 (kg⋅ m/s)
Ή,
Δv ≥ 2893962,67837 m/s
Δv ≈ 2,9×106 m/s
Η αβεβαιότητα στην ταχύτητα των πρωτονίων χρησιμοποιώντας την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg είναι 2,9×106 m/s.
Ερώτηση:Γιατί η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg ισχύει μόνο για μικρότερα ή μικροσκοπικά μόρια και όχι για μακροσκοπικά μόρια;
Απάντηση:Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg ισχύει μόνο για μικρότερα ή μικροσκοπικά μόρια και όχι για μακροσκοπικά μόρια επειδή η σταθερά του Planck σε αυτήν είναι μόνο για πολύ μικρά σωματίδια. Με αυτόν τον τρόπο, οι αβεβαιότητες στη θέση και την ορμή των μικρών αντικειμένων είναι δύσκολο να προσδιοριστούν πειραματικά.
Συμπέρασμα
Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg δηλώνει ότι είναι αδύνατο να προσδιοριστεί η θέση και η ορμή οποιουδήποτε σωματιδίου ταυτόχρονα με απόλυτη ακρίβεια. Η αρχή δηλώθηκε από τον Γερμανό φυσικό και φιλόσοφο, Βέρνερ Χάιζενμπεργκ το 1927, και έχει μεγάλη σημασία στην κβαντική φυσική. Η αρχή βασίζεται στη δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου, δηλαδή δηλώνει τη διπλή φύση της ύλης (κύματα και σωματίδια). Μελετήστε το άρθρο για να μάθετε για μερικές από τις Συχνές Ερωτήσεις σχετικά με την Αρχή της Αβεβαιότητας του Heisenberg.
