ハイゼンベルグの不確定性原理は、位置が正確に認識されればされるほど運動量が不確実になり、運動量が正確にわかっていても位置が不明な場合はその逆であると主張します。これは、ニュートン物理学が示唆するものとは大きく異なります。十分な技術があれば、すべての粒子変数は無限の不確実性まで追跡できると主張しています。これは、科学者が多くの量子変数を同時に測定できない理由を説明する量子物理学の基本原理です。ハイゼンベルグの不確定性原理の重要性について詳しく学びましょう。
不確定性原理の起源
波動粒子の二重性は、不確定性原理の起源の主な原因です。各粒子は波構造を持っているため、波のうねりが大きいほど粒子を検出する確率が高くなります。粒子のうねりが大きくなるにつれて、波長の定義が不明確になり、粒子の運動量を決定するのに役立ちます。これは、指定された位置を持つ粒子が一定または設定された速度を持たないことを示しています。正確な速度は、明確に定義された波長を持つ粒子によって与えられます。その結果、一方の数量を正確に測定すると、もう一方の数量の測定に大きな不確実性が生じます。
ハイゼンベルグの不確定性原理の式
この考えは、ドイツの科学者、ヴェルナー ハイゼンベルクによって提唱されました。彼は、すべての粒子の位置と運動量を無限に高い精度で同時に測定することはできないと主張しました。同様に、これら 2 つの測定値の誤差の積も最小値になります。その結果、エネルギーと時間の不確実性の積には限界があります。これは、自然の固有の波の性質の量子力学的記述によるものです。
この原則は、通常の科学的経験では明らかになりません。これは、この概念によって予測される不確実性が小さすぎて、通常の項目では観測できないためです。したがって、位置と速度の不確実性の積は、比較的小さな物理量 h と同等かそれ以上になります。結果として、この不確実性の積は、質量が非常に小さい原子および亜原子粒子に対してのみ重要になります。
位置と運動量の値は、常に h/4π よりも高くなっています。
式:∆x∆p ≥ h4
どこで
文字 h はプランク定数 (6.62607004 x 10-34 m2 kg / s) を表します。
Δp は勢いの不確実性を示します
Δx は位置の不確実性を表します
ハイゼンベルクの不確定性原理を表す別の式:
∆x∆mv ≥ h4
これは、運動量が p =mv であるためです。
位置または運動量が正確に測定されると、他の量の測定の不正確さが即座に示されます。
ハイゼンベルグの不確定性原理の適用
ハイゼンベルグの不確定性原理の適用は次のとおりです:
原子核には自由電子はありません
スペクトル線の幅
量子物理学に基づくハイゼンベルグの不確定性原理は、古典物理学では説明できなかったいくつかのことを説明しています。アプリケーションの 1 つは、電子が原子核内に存在できないことを示すことです。
次のようになります:
原子核に電子が存在すると仮定しましょう。核の直径は約 10 ～ 14 メートルです。電子が核内に存在する場合、電子の位置は不確かでなければなりません.
電子の運動量の不確実性が上記の値である場合、電子の運動量は少なくともこのオーダー (p=0.52 10-20 kg m/sec) である必要があります。このような大きな運動量を持つ電子の速度は、光の速度と同じでなければなりません。その結果、次の相対論的公式を使用してそのエネルギーを計算する必要があります:
E=√ m20 c4 + p2c2
E =√(9.1*10-31)2 (3*108)4 + (0.52*10-20)2(3*108)2
=√(6707.61*10-30) +(2.42*10-24)
E=1.56*10-12 J
または、E=1.56 MeV
したがって、電子がたまたま原子核にある場合、そのエネルギーは 1.56 MeV の範囲にあるはずです。それにもかかわらず、原子核から放出された電子のエネルギーは約 3 MeV であり、得られた値の 1.56 MeV とはかなり異なります。電子が核内に存在できないもう 1 つの理由は、実験的証拠によると、原子内の電子または粒子が 4 MeV を超えるエネルギーを持たないことです。
したがって、原子核内に電子が存在しないことが確立されています。
結論
ハイゼンベルグの不確定性原理は、科学における実験の構想と実行方法に大きな影響を与えます。粒子の運動量または位置を決定することを検討してください。測定を行うには、粒子を操作し、その他の変数を変更する必要があります。電子と光子などの別の粒子との衝突は、たとえば電子の位置を監視するために必要です。これにより、2 番目の粒子の運動量の一部が測定対象の電子に伝達され、電子が変化します。より短い波長を持つ粒子は、電子の位置をより正確に決定するために、より多くのエネルギーを必要としますが、これは接触中に運動量をよりシフトします。
