يتفق نموذج بور الذري مع مبدأ عدم التحديد لهيزنبرج


يتفق نموذج بور الذري مع مبدأ عدم التحديد لهيزنبرج
يتفق نموذج بور الذري مع مبدأ عدم التحديد لهيزنبرج

في الفيزياء الكلاسيكية ، غالبًا ما تكون دراسة سلوك النظام الفيزيائي مهمة بسيطة نظرًا لحقيقة أنه يمكن قياس العديد من الصفات الفيزيائية في وقت واحد. ومع ذلك ، فإن هذا الاحتمال غائب في عالم الكم. في عام 1927 ، وصف الفيزيائي الألماني فيرنر هايزنبرغ قيودًا مثل مبدأ عدم اليقين في هايزنبرغ ، أو ببساطة مبدأ عدم اليقين ، مشيرًا إلى أنه من غير الممكن قياس الزخم وموضع الجسيم في وقت واحد.

طبيعة القياس

لفهم الخلفية المفاهيمية لمبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ ، من المهم فهم كيفية قياس القيم المادية. في أي قياس يتم إجراؤه تقريبًا ، ينعكس الضوء عن الكائن الذي يتم قياسه ومعالجته. كلما كان الطول الموجي للضوء المستخدم أقصر ، أو كلما زاد تردده وطاقته ، زادت دقة النتائج. على سبيل المثال ، عند محاولة قياس سرعة كرة التنس عند إسقاطها من حافة ، يتم إطلاق الفوتونات (قياس الضوء) من كرة التنس ، ثم تنعكس ، ثم تتم معالجتها بواسطة معدات معينة. نظرًا لأن كرة التنس كبيرة جدًا مقارنة بالفوتونات ، فإنها لا تتأثر بجهود المراقب لقياس الكميات الفيزيائية. ومع ذلك ، إذا تم إطلاق فوتون على إلكترون ،

واجه Heisenberg نفسه قيودًا أثناء محاولته قياس موضع الإلكترون بالمجهر. كما لوحظ ، فإن دقة أي قياس محدودة بطول موجة الضوء الذي ينير الإلكترون. لذلك ، من حيث المبدأ ، يمكن تحديد الموضع بدقة كما يرغب المرء باستخدام ضوء ذي تردد عالٍ جدًا أو أطوال موجية قصيرة. ومع ذلك ، فإن الاصطدام بين فوتونات الضوء عالية الطاقة مع الإلكترون الصغير للغاية يتسبب في اضطراب زخم الإلكترون.

وبالتالي ، فإن زيادة طاقة الضوء (وزيادة دقة قياس موضع الإلكترون) تزيد من هذا الانحراف في الزخم. على العكس من ذلك ، إذا كان الفوتون ذا طاقة منخفضة ، فإن الاصطدام لا يزعج الإلكترون ، ومع ذلك لا يمكن تحديد الموضع بدقة. اختتم هايزنبرغ في ورقته الشهيرة عام 1927 حول هذا الموضوع ،

ذات صلة  اي مما يلي سلوك مكتسب

“في الوقت الذي يتم فيه تحديد الموضع ، أي في اللحظة التي يتشتت فيها الفوتون بواسطة الإلكترون ، يخضع الإلكترون لتغيير متقطع في الزخم. وهذا التغيير هو كلما قل الطول الموجي للضوء المستخدم ، على سبيل المثال ، كلما كان تحديد الموضع أكثر دقة. في اللحظة التي يُعرف فيها موقع الإلكترون ، لا يمكن معرفة زخمه إلا بالمقادير التي تتوافق مع هذا التغيير المتقطع ؛ وبالتالي ، يتم تحديد الموضع بدقة أكبر ، كلما كان الزخم أقل دقة معروفًا … “(Heisenberg، 1927، p. 174-5).

أدرك هايزنبرغ أنه نظرًا لأن كلا من طاقة الضوء والجسيمات يتم تكميمهما ، أو يمكن أن توجد فقط في وحدات طاقة منفصلة ، فهناك حدود لمدى صغر أو عدم أهمية مثل هذا عدم اليقين. كما ثبت لاحقًا في هذا النص ، ينتهي هذا الحد بالتعبير عنه بواسطة ثابت بلانك ، ع = 6.626 * 10 -34 J * s.

من المهم أن نذكر أنه لا ينبغي الخلط بين مبدأ هايزنبرغ وتأثير المراقب. يُقبل تأثير المراقب عمومًا على أنه يعني أن فعل مراقبة النظام سيؤثر على ما يتم ملاحظته. في حين أن هذا مهم في فهم مبدأ عدم اليقين Heisenberg ، إلا أنهما ليسا قابلين للتبادل. يمكن تفسير الخطأ في مثل هذا التفكير باستخدام ازدواجية الموجة والجسيم للموجات الكهرومغناطيسية ، وهي الفكرة التي اقترحها لويس دي برولي لأول مرة. تؤكد ازدواجية الجسيم الموجي أن أي طاقة تُظهر سلوكًا يشبه الجسيم والموجة. نتيجة لذلك ، في ميكانيكا الكم ، لا يمكن أن يكون للجسيم موقع وزخم محددان. وبالتالي ، فإن القيود التي وصفها Heisenberg هي حدث طبيعي وليس لها علاقة بأي قيود على نظام المراقبة.

مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ

من الممكن رياضيًا التعبير عن عدم اليقين الذي خلص إليه هايزنبرج ، أنه موجود دائمًا إذا حاول المرء قياس زخم وموضع الجسيمات. أولاً ، يجب علينا تحديد المتغير “x” على أنه موضع الجسيم ، وتعريف “p” على أنه زخم الجسيم. من المعروف أن زخم فوتون من الضوء هو ببساطة تردده ، معبراً عنه بنسبة h / λ ، حيث يمثل h ثابت بلانك ويمثل λ الطول الموجي للفوتون. موقع الفوتون من الضوء هو ببساطة الطول الموجي ، lambda ) .. من أجل تمثيل التغير المحدود في الكميات ، يوضع الحرف اليوناني الكبير دلتا ، أو Δ ، أمام الكمية. لذلك،

ذات صلة  علم الفلك مقابل علم التنجيم: الإجابة على 7 أسئلة شائعة

Δ ص =حλ(1)(1)Δص=حλ

Δ س = λ(2)(2)Δx=λ

بالتبديل Δ سΔx بالنسبة λλ في المعادلة الأولى ، نشتق

Δ ص =حΔ س(3)(3)Δص=حΔx

أو،

Δ ص Δ س = ح(4)(4)ΔصΔx=ح

لاحظ أنه يمكننا اشتقاق الصيغة نفسها بافتراض أن الجسيم المعني يتصرف كجسيم وليس كموجة. ببساطة دع letp = mu و Δx = h / mu (من تعبير De Broglie لطول موجة الجسيم). يؤدي الاستعاضة بـ Δp عن mu في المعادلة الثانية إلى نفس المعادلة المشتقة فوق ΔpΔx = h. تم تنقيح هذه المعادلة بواسطة Heisenberg وزميله Niels Bohr ، وأعيد كتابتها في النهاية باسم

Δ ص Δ س ≥ح4 π(5)(5)ΔصΔx≥ح4π

ما تكشفه هذه المعادلة هو أنه كلما زادت دقة معرفة موضع الجسيم ، أو كلما كانت Δx أصغر ، قل دقة معرفة زخم الجسيم Δp. يحدث هذا رياضيًا لأن x يصبح أصغر ، يجب أن يصبح Δp الأكبر لإرضاء المتباينة. ومع ذلك ، كلما عُرف الزخم بدقة كلما عُرف الموقف بدقة أقل.

فهم مبدأ عدم اليقين من خلال الحزم الموجية وتجربة الشق

يصعب على معظم الناس قبول مبدأ عدم اليقين ، لأنه في الفيزياء الكلاسيكية يمكن حساب سرعة وموضع الجسم بدقة ودقة. ومع ذلك ، في ميكانيكا الكم ، لا تسمح لنا ثنائية الموجة والجسيم للإلكترونات بحساب الزخم والموضع بدقة لأن الموجة ليست في مكان واحد بالضبط ولكنها منتشرة في الفضاء. يمكن استخدام “حزمة الموجة” لتوضيح كيف يمكن حساب الزخم أو موضع الجسيم بدقة ، ولكن ليس كلاهما في وقت واحد. يمكن الجمع بين تراكم الموجات ذات الأطوال الموجية المتغيرة لإنشاء متوسط الطول الموجي من خلال نمط التداخل: يسمى متوسط الطول الموجي “حزمة الموجة”. كلما زاد عدد الموجات التي يتم دمجها في “الحزمة الموجية” ، كلما أصبح موضع الجسيم أكثر دقة وأصبح الزخم غير مؤكد بسبب إضافة المزيد من الأطوال الموجية للعزم المتغير. بالمقابل ، إذا أردنا زخمًا أكثر دقة ، فسنضيف أطوال موجية أقل إلى “الحزمة الموجية” ومن ثم يصبح الموضع غير مؤكد. لذلك ، لا توجد طريقة للعثور على كل من موضع الجسيم وزخمه في وقت واحد.

ذات صلة  اي العمليات التاليه لا تحتاج الى طاقه

ناقش العديد من العلماء مبدأ عدم اليقين ، بما في ذلك أينشتاين. ابتكر أينشتاين تجربة شق لمحاولة دحض مبدأ عدم اليقين. كان لديه ضوء يمر عبر شق ، مما يسبب عدم يقين من الزخم لأن الضوء يتصرف مثل جسيم وموجة أثناء مروره عبر الشق. لذلك ، الزخم غير معروف ، لكن الموضع الأولي للجسيم معروف. هذا مقطع فيديو يوضح مرور جسيمات الضوء عبر شق وعندما يصبح الشق أصغر ، تصبح المجموعة النهائية الممكنة لاتجاهات الجسيمات أوسع. عندما يصبح موضع الجسيم أكثر دقة عندما يتم تضييق الشق ، يصبح اتجاه الجسيم ، أو بالتالي الزخم ، أقل شهرة كما يُرى من خلال التوزيع الأفقي الأوسع للضوء.

أهمية مبدأ عدم اليقين في Heisenberg

لم يساعد مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ في تشكيل المدرسة الفكرية الجديدة المعروفة اليوم باسم ميكانيكا الكم فحسب ، بل ساعد أيضًا في تشويه النظريات القديمة. والأهم من ذلك ، أن مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ أوضح أنه كان هناك خطأ جوهري في نموذج بوهر للذرة. نظرًا لأنه لا يمكن معرفة موقع وزخم الجسيم في وقت واحد ، فإن نظرية بوهر القائلة بأن الإلكترون ينتقل في مسار دائري بنصف قطر ثابت يدور حول النواة قد عفا عليها الزمن. علاوة على ذلك ، ساعد مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ ، عند دمجه مع نظريات ثورية أخرى في ميكانيكا الكم ، في تشكيل ميكانيكا الموجات والفهم العلمي الحالي للذرة.

اشترك في قناتنا على التلجرام

Like it? Share with your friends!

0 Comments

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Choose A Format
Story
Formatted Text with Embeds and Visuals
Trivia quiz
Series of questions with right and wrong answers that intends to check knowledge
Poll
Voting to make decisions or determine opinions
Personality quiz
Series of questions that intends to reveal something about the personality