Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Mecanica cuantică » Microscopul lui Heisenberg

Microscopul lui Heisenberg

Microscopul lui Heisenberg există doar ca un experiment gândit, propus de Werner Heisenberg, comentat de mentorul său Niels Bohr, care ulterior a servit ca nucleu al unor idei și neînțelegeri frecvent întâlnite despre mecanica cuantică. În special, a oferit un argument pentru principiul incertitudinii pe baza principiilor opticii clasice. Evoluțiile teoretice și experimentale recente au susținut că explicația intuitivă a lui Heisenberg cu privire la rezultatul său matematic este înșelătoare. În timp ce actul de măsurare conduce la incertitudine, pierderea preciziei este mai mică decât cea prezisă de argumentul lui Heisenberg măsurată la nivelul unei stări individuale. Rezultatul matematic formal rămâne totuși valabil, iar argumentul original intuitiv a fost de asemenea justificat matematic atunci când noțiunea de perturbare este extinsă pentru a fi independentă de orice stare specifică.

Argumentul lui Heisenberg

Microscopul lui Heisenberg
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Heisenberg_microscope_with_wavefronts_and_electron_scatter.svg

(Electronul este iluminat dinspre partea inferioară de lumina descrisă atât ca fotoni, cât și ca unde, cu fronturi de undă reprezentate ca linii albastre. Fotonii care intră în microscop deviază de la verticală cu un unghi mai mic decât ε/2 și împărtășește impulsul electronului pe măsură ce se împrăștie Descrierea fronturilor de undă în microscop este nefizică datorită efectelor de difracție care produc o imagine neclară și, prin urmare, incertitudine în poziție. )

Heisenberg începe prin a presupune că un electron este ca o particulă clasică, care se mișcă în direcția x de-a lungul unei linii sub microscop, ca în ilustrație. Conul razei de lumină părăsește lentila microscopului și se concentrează pe electron formând un unghi ε cu electronul. Fie λ lungimea de undă a razelor de lumină. Atunci, în conformitate cu legile opticii clasice, microscopul poate determina doar poziția electronului până la o precizie de

Δx = λ/sinε.

Atunci când un observator percepe o imagine a particulei, aceasta se datorează faptului că razele de lumină lovesc particula și se întorc prin microscop în ochi. Dar știm din dovezi experimentale că atunci când un foton lovește un electron, acesta din urmă are un recul Compton cu un impuls proporțional cu h/λ, unde h este constanta lui Planck. În acest moment, Heisenberg introduce o indeterminare obiectivă în experimentul de gândire. El scrie că “reculul nu poate fi exact cunoscut, deoarece direcția fotonului împrăștiat este nedeterminată în interiorul fasciculului de raze care intră în microscop”. În particular, impulsul electronului în direcția x este determinat numai până la

Δpx ≈ hsinε/λ.

Combinând relațiile pentru Δx și Δpx, avem astfel

ΔxΔpx ≈ (λ/sinε) (hsinε/λ) = h,

care este o expresie aproximativă a principiului incertitudinii lui Heisenberg.

Analiza argumentului

Acest experiment de gândire a fost formulat pentru a ajuta la introducerea principiului de incertitudine al lui Heisenberg, care este unul dintre pilonii fizicii moderne și ca o teorie care a fost testată și confirmată de nenumărate ori. Acestea fiind spuse, experimentul de gândire are caracterul oarecum neobișnuit de a ataca premizele pe baza cărora a fost construită teoria (reductio ad absurdum), sau cel puțin de a fi implicat în dezvoltarea unei arii a fizicii, mecanica cuantică, care a redefinit termenii în care a fost conceput experimentul original de gândire. Mecanica cuantică pune întrebarea dacă electronii au de fapt o poziție determinată înainte de a fi deranjați de măsurarea pe care o puteți încerca să o folosiți pentru a stabili că au astfel de poziții determinate. În cadrul unei analize de mecanică cuantică mai detaliată, un electron are o probabilitate de a apărea în orice punct al universului, dar probabilitatea că va fi departe de locul unde se poate aștepta ca acesta să devină foarte scăzută pentru locații la distanțe mari față de vecinătatea în care a fost găsit inițial. Cu alte cuvinte, “poziția” unui electron poate fi declarată doar în termeni de distribuție de probabilității, iar predicțiile despre locul în care se va muta pot fi date doar în termeni de distribuție de probabilități.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *