Sự không chắc chắn của Heisenberg - cánh cửa cho mô hình thu nhỏ

Khi cậu bé Max Planck nói với giáo viên của mình rằng cậu muốn tiếp tục nghiên cứu vật lý lý thuyết, cậu mỉm cười và bảo cậu rằng không có gì để làm với nhà khoa học, và chỉ "làm sạch cái gồ ghề". Than ôi! Thông qua nỗ lực của Planck, Niels Bohr, Einstein, Schrödinger và những người khác, mọi thứ đều bị lộn ngược, và triệt để mà bạn sẽ không quay trở lại, và đi trước đường. Hơn nữa - nhiều hơn nữa: trong hỗn hợp lý thuyết nói chung đột xuất xuất hiện, ví dụ, sự không chắc chắn của Heisenberg. Như họ nói, chúng tôi chỉ không có đủ. Vào khoảng thế kỷ 19-20, các nhà khoa học đã mở cánh cửa đến một khu vực chưa biết của các hạt cơ bản, và cơ chế quen thuộc của Newton thất bại.

Có vẻ như, "trước", tất cả là tốt - đây là thân thể vật chất, đây là tọa độ của nó. Trong "vật lý bình thường" bạn luôn có thể lấy một mũi tên và "chọc" nó một cách chính xác vào vật thể "bình thường", thậm chí di chuyển. Thiếu, về mặt lý thuyết, bị loại trừ - luật của Newton không bị nhầm lẫn. Nhưng ở đây, đối tượng nghiên cứu trở nên nhỏ hơn - hạt, phân tử, nguyên tử. Thứ nhất, các đường viền chính xác của vật biến mất, sau đó trong mô tả của nó, các ước lượng xác suất của tốc độ trung bình cho các phân tử khí xuất hiện, và cuối cùng, tọa độ phân tử trở thành "trung bình", và phân tử khí có thể được nói ở đây hoặc ở đó, nhưng rất có thể , Một nơi nào đó trong khu vực này. Thời gian sẽ trôi qua và vấn đề sẽ được giải quyết bằng sự không chắc chắn của Heisenberg, nhưng sau này, và bây giờ ... Hãy thử để có được một "mũi tên lý thuyết" vào đối tượng nếu nó là "trong khu vực của các tọa độ có thể xảy ra nhất." Nó yếu? Và đối tượng này là gì, kích thước, hình dạng của nó là gì? Có nhiều câu hỏi hơn câu trả lời.

Nhưng còn nguyên tử thì sao? Mô hình hành tinh nổi tiếng được đưa ra vào năm 1911 và ngay lập tức gây ra rất nhiều câu hỏi. Điểm chính là: điện tử âm được giữ ở quỹ đạo như thế nào và tại sao nó không rơi vào lõi tích cực? Như họ nói ngay bây giờ, đó là một câu hỏi hay. Cần lưu ý rằng tất cả các tính toán lý thuyết tại thời điểm này được thực hiện trên cơ sở cơ học cổ điển - sự không chắc chắn của Heisenberg chưa chiếm một vị trí danh dự trong lý thuyết của nguyên tử. Đó là thực tế này đã không cho phép các nhà khoa học hiểu được bản chất của cơ học của nguyên tử. Nguyên tử Niels Bohr - "Đấng Cứu Rỗi" - ông đã cho ông sự ổn định bằng giả thiết của ông rằng điện tử có các mức quỹ đạo, nó không phát ra năng lượng, tức là Đừng đánh mất nó và không rơi vào lõi.

Nghiên cứu về sự liên tục của các trạng thái năng lượng của nguyên tử đã tạo ra động lực cho sự phát triển của một vật lý hoàn toàn mới - vật lý lượng tử, sự khởi đầu mà Max Planck đặt vào năm 1900. Ông phát hiện ra hiện tượng lượng tử hóa lượng tử, và Niels Bohr đã tìm ra ứng dụng của nó. Tuy nhiên, trong tương lai nó đã trở nên hoàn toàn sai để mô tả mô hình của một nguyên tử bởi các cơ chế cổ điển của một thế giới vĩ mô đó là điều dễ hiểu đối với chúng ta. Ngay cả thời gian và không gian trong các điều kiện của thế giới lượng tử có một ý nghĩa hoàn toàn khác. Đến thời điểm này, những nỗ lực của các nhà vật lí lí thuyết đưa ra một mô hình toán học của nguyên tử hành tinh đã kết thúc bằng các phương trình nhiều tầng và không hiệu quả. Vấn đề đã được giải quyết bằng cách sử dụng quan hệ không chắc chắn Heisenberg. Biểu thức toán học khiêm tốn khiêm tốn này kết nối sự không chắc chắn của tọa độ không gian Δx và vận tốc Δv với khối lượng của hạt m và hằng số Planck h:.

Δx * Δv> h / m

Do đó sự khác biệt cơ bản giữa vi và vĩ mô: tọa độ và tốc độ của các hạt trong thế giới vi mô không được xác định theo một dạng cụ thể - chúng có một đặc tính xác suất. Mặt khác, nguyên lý Heisenberg về phía bên phải của sự bất bình đẳng chứa một giá trị dương hoàn toàn cụ thể, hàm ý rằng giá trị bằng không của ít nhất một trong những sự không chắc chắn sẽ bị loại bỏ. Trong thực tế, điều này có nghĩa là tốc độ và vị trí của các hạt trong thế giới hạ nguyên tử luôn luôn được xác định với sự không chính xác, và nó không bao giờ bằng không. Trong cùng một độ lệch chuẩn, sự không chắc chắn của Heisenberg kết nối các cặp khác về các đặc tính liên kết, ví dụ, độ không chắc chắn năng lượng ΔE và thời gian Δt:

ΔΔt> h

Bản chất của biểu hiện này là không thể đồng thời đo được năng lượng của một hạt nguyên tử và thời gian mà nó có nó, mà không có sự không chắc chắn về giá trị của nó, vì việc đo năng lượng mất một khoảng thời gian, trong đó năng lượng sẽ ngẫu nhiên thay đổi.