Model atomowy Heisenberga: charakterystyka i ograniczenia

Model atomowy Heisenberga (1927) wprowadza zasadę niepewności w orbitale elektronowym otaczającym jądro atomowe. Wybitny niemiecki fizyk ustalił podstawy mechaniki kwantowej, aby oszacować zachowanie cząstek subatomowych tworzących atom.

Zasada niepewności Wernera Heisenberga wskazuje, że nie można z całą pewnością poznać ani pozycji, ani pędu elektronu. Ta sama zasada dotyczy zmiennych czasu i energii; to znaczy, jeśli mamy wskazanie położenia elektronu, nie poznamy pędu elektronu i vice versa.

Krótko mówiąc, nie można przewidzieć wartości obu zmiennych jednocześnie. Powyższe nie oznacza, że żadna z wcześniej wymienionych wielkości nie może być dokładnie znana. Dopóki jest odrębny, nie ma przeszkód do uzyskania wartości odsetek.

Jednakże niepewność ma miejsce, gdy dochodzi do poznania jednocześnie dwóch sprzężonych wielkości, jak to ma miejsce w przypadku pozycji i momentu liniowego, oraz czasu obok energii.

Zasada ta wynika ze ściśle teoretycznego rozumowania, jako jedynego realnego wyjaśnienia, które daje uzasadnienie obserwacji naukowych.

Funkcje

W marcu 1927 r. Heisenberg opublikował swoje prace na temat percepcyjnych treści kwantowej kinematyki i mechaniki, w których wyszczególnił zasadę niepewności lub nieokreśloności.

Ta zasada, fundamentalna w modelu atomowym zaproponowanym przez Heisenberga, charakteryzuje się następującymi:

- Zasada niepewności pojawia się jako wyjaśnienie, które uzupełnia nowe teorie atomowe dotyczące zachowania elektronów. Pomimo stosowania przyrządów pomiarowych z wysoką precyzją i czułością, nieokreśloność jest nadal obecna w każdym teście eksperymentalnym.

- Ze względu na zasadę niepewności, analizując dwie powiązane zmienne, jeśli ktoś ma dokładną wiedzę na temat jednej z nich, nieokreśloność wartości drugiej zmiennej będzie wzrastać.

- Moment liniowy i położenie elektronu lub innej cząstki subatomowej nie mogą być mierzone w tym samym czasie.

- Związek między obiema zmiennymi jest podawany przez nierówność. Według Heisenberga iloczyn zmian pędu liniowego i położenia cząstki jest zawsze większy niż iloraz między stałą Planka (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x sekund) i 4π, jak wyszczególniono w następującym wyrażeniu matematycznym:

Legenda odpowiadająca temu wyrażeniu jest następująca:

Δp: wyznaczenie momentu liniowego.

Δx: określenie pozycji.

h: stała deska.

π: liczba pi 3.14.

- W związku z powyższym iloczyn niepewności ma niższą granicę relacji h / 4π, która jest wartością stałą. Dlatego, jeśli jedna z wielkości ma tendencję do zera, druga musi wzrastać w tej samej proporcji.

- Ta relacja obowiązuje dla wszystkich par sprzężonych wielkości kanonicznych. Na przykład: zasada nieoznaczoności Heisenberga doskonale nadaje się do pary czas-energia, jak opisano poniżej:

W tym wyrażeniu:

ΔE: wyznaczanie energii.

Δt: określenie czasu.

h: stała deska.

π: liczba pi 3.14.

- Z tego modelu wynika, że bezwzględny determinizm przyczynowy w sprzężonych zmiennych kanonicznych jest niemożliwy, ponieważ dla ustalenia tego związku należy mieć wiedzę o początkowych wartościach zmiennych badania.

- W konsekwencji model Heisenberga opiera się na formulacjach probabilistycznych, ze względu na losowość, jaka istnieje między zmiennymi na poziomach subatomowych.

Testy eksperymentalne

Zasada nieoznaczoności Heisenberga pojawia się jako jedyne możliwe wyjaśnienie testów eksperymentalnych, które miały miejsce w ciągu pierwszych trzech dekad XXI wieku.

Zanim Heisenberg ogłosił zasadę nieoznaczoności, dominujące zasady sugerowały wówczas, że zmienne pęd liniowy, pozycja, moment pędu, czas, energia, między innymi, dla cząstek subatomowych zostały zdefiniowane operacyjnie.

Oznaczało to, że byli traktowani jak fizycy klasyczni; to znaczy, zmierzono wartość początkową, a końcową wartość oszacowano zgodnie z wcześniej ustaloną procedurą.

Powyższe obejmowało zdefiniowanie systemu odniesienia dla pomiarów, przyrządu pomiarowego i sposobu użycia wspomnianego przyrządu, zgodnie z metodą naukową.

Zgodnie z tym zmienne opisane przez cząstki subatomowe musiały zachowywać się deterministycznie. Oznacza to, że jego zachowanie musiało być dokładnie i dokładnie przewidywane.

Jednak za każdym razem, gdy przeprowadzano test tego rodzaju, niemożliwe było uzyskanie teoretycznie oszacowanej wartości w pomiarze.

Pomiary zostały błędnie przedstawione ze względu na naturalne warunki eksperymentu, a uzyskany wynik nie był użyteczny do wzbogacenia teorii atomowej.

Przykład

Na przykład: jeśli chodzi o pomiar prędkości i położenia elektronu, zespół eksperymentu musi rozważyć zderzenie fotonu światła z elektronem.

Ta kolizja wywołuje zmianę prędkości i wewnętrznej pozycji elektronu, z którą obiekt pomiaru jest zmieniany przez warunki eksperymentalne.

Dlatego badacz zachęca do wystąpienia nieuniknionego błędu eksperymentalnego, pomimo dokładności i precyzji stosowanych instrumentów.

Mechanika kwantowa inna niż mechanika klasyczna

Oprócz powyższego, zasada nieoznaczoności Heisenberga stwierdza, że z definicji mechanika kwantowa działa inaczej niż mechanika klasyczna.

W związku z tym zakłada się, że dokładna znajomość pomiarów na poziomie subatomowym jest ograniczona przez cienką linię, która oddziela mechanikę klasyczną i kwantową.

Ograniczenia

Pomimo wyjaśnienia nieokreśloności cząstek subatomowych i ustalenia różnic między mechaniką klasyczną i kwantową, model atomowy Heisenberga nie ustanawia pojedynczego równania wyjaśniającego przypadkowość tego typu zjawisk.

Co więcej, fakt, że związek jest ustalany przez nierówność, oznacza, że zakres możliwości produktu dwóch sprzężonych zmiennych kanonicznych jest nieokreślony. W konsekwencji niepewność właściwa procesom subatomowym jest znacząca.