1927 年に導入されたハイゼンベルグの不確定性の原理は、粒子の位置を正確に決定すればするほど、与えられた初期条件からその運動量を決定する精度が低下することを単純に述べています。ハイゼンベルクの不確定性原理は、すべての量子オブジェクトの物質波の性質を述べる波のようなシステムの理論から継承されます。したがって、ハイゼンベルクの不確定性原理は、物理学の量子力学の分野に深い根を持っていると言えます。
ハイゼンベルグの原理は、量子システムの基本的な特性について議論するものであり、技術の観察的な成功ではありません。このルールは日常生活では簡単に適用できませんが、原子や亜原子粒子などの小さな粒子には大きな意味があります。ハイゼンベルグの原理は、古典的なニュートン物理学に反しています。古典的なニュートン物理学によれば、すべての粒子は、最高の装置があれば任意の不確実性まで測定可能です。量子物理学と古典物理学の法則は非常に対照的です。しかし、量子物理学の研究は、物理世界をよりよく理解するのに大いに役立ちました。ハイゼンベルクの不確実性原理の重要性を簡単に学びましょう。
ハイゼンベルグの不確定性原理とは?
ハイゼンベルクの不確定性原理は 1927 年に発表され、物理システムの位置と運動量の両方に同時に値を割り当てることは不可能であると述べています。これらの量には、間違いなくいくつかの小さな不確実性が含まれます。この関係は、エネルギーと時間の関係にも当てはまります。これは、特定の時間内にシステムの正確なエネルギーを決定することは不可能であることを意味します.ハイゼンベルグは、これらの不確実性を、プランク定数を 4π で割った値に対応する値を持つと定義しました。
Δ p. Δ x ≥ h/4π.
h=プランク定数
Δp =運動量の不確実性。
Δx =位置の不確実性。
物体の運動量:線形運動量は、システムの質量とその速度の積によって得られる値です。したがって、質量と速度の両方に正比例することは明らかです。それはベクトル量（大きさと方向の両方を持つ量）です。線形運動量を表すために使用される記号は「p」で、その単位はキログラム メートル/秒 (kg. m/s)、つまり質量と速度の組み合わせ単位です。ただし、物質の交換や移動がないシステムであるクローズド システムでは、勢いは変わりません。
p=mv
ここで、p=線形運動量
m=粒子の質量と
v=粒子の速度。
プランク定数:プランク定数は、h で表される量子物理学における重要な物理定数です。この定数は、原子レベルでの粒子と波の動作を表します。このプランク定数は、エネルギーと時間の積であるため、基本的な作用量子と呼ばれます。その単位はメートル・キログラム・秒で、正確な値は 6.62607015 × 10−34 ジュール秒です。
波のような粒子の二重性:不確定性原理は、すべての粒子が関連する波を持つという波のような粒子の二重性から生じます。これらの粒子は、波のうねりが最も高い場所に主に存在します。さらに、不明確な波長ほど、波のうねりが強くなります。これは、あらゆる粒子の運動量の決定に役立ちます。
ハイゼンベルグの不確定性原理の重要性
電子やその他の素粒子の明確な経路を除外します
特定の時間における任意の粒子の位置の確率を決定するのに役立ちます。たとえば、粒子の位置とその時点での速度がわかっている場合、しばらくしてその粒子の位置を特定できます
ハイゼンベルクの原理は、微視的な粒子に対してのみ重要であり、巨視的な粒子に対しては重要ではありません
ハイゼンベルグの不確定性原理に関する問題を解決
質問 1:与えられた中性子の不確実性は午後 20 時です。ハイゼンベルグの不確実性原理を使用して、中性子の速度の不確実性を決定します。
解決策:
数学的には、ハイゼンベルグの不確定性原理は次のとおりです:
Δ x. Δ p ≥ h/4π
質問によると、
Δ x =午後 20 時
ハイゼンベルグの不確定性原理を適用する
Δ x. Δ p ≥ h/4π
Δ p≥ h/ 4πΔ x
Δ p≥
Δp≥2.6364×10−24 (kg⋅ m/s)
mΔv≥2.6364×10−24 (kg⋅ m/s)
または
Δv≥2893962.67837m/s
Δv≈2.9×106 m/s
答え:ハイゼンベルグの不確定性原理を使用した中性子の速度の不確定性は、Δv≈2.9×106 となります。 m/s.
質問 2:20 で移動する 0.5 kg のテニス ボールの運動量 (たとえば Δp) の不確実性m/s はその運動量の 1×10−6 です。 Δx または位置の不確実性を決定しますか?
解決策:
質問によると:
v =20 m/s,
m =0.5 kg,
h =6.62607004 × 10-34 m2 kg / s (プランク定数)
Δp =p×1×10−6
P =m×v
=0.5×20
=10kg m/s
Δp =10 × 1 × 10−6
Δp =10-5
ハイゼンベルグの不確定性原理の式
Δ x. Δ p ≥ h/4π
Δ x≥ h/4π Δ p
Δ x≥0.527×10- 29分
答え:20 m/s で移動する 0.5 kg のテニス ボールの位置の不確実性は 0.527 です。 ×10-29m
結論
ハイゼンベルグの不確定性原理によれば、粒子の位置と運動量を同時に決定することは不可能です。言い換えれば、運動量を正確に決定すればするほど、その粒子の位置は正確ではなくなると言えます。粒子の波のような性質に由来する原理は、量子力学において非常に重要です。量子力学は古典物理学とは大きく異なり、物理世界の理解を深めるのに役立ちます。ハイゼンベルグの不確定性原理の重要性は、巨視的な粒子ではなく、微視的な粒子に対してのみ重要です。
