ハイゼンベルクのガンマ線顕微鏡は、照明に高エネルギーのガンマ線を使用する非常に高解像度の顕微鏡です。しかし、この顕微鏡は現在存在しませんが、ハイゼンベルグは電子の位置を非常に正確に見て位置を特定できると想像しました。この高解像度顕微鏡は高エネルギー光を使用して、電子に大きなキックを与えます。不確定性原理によれば、電子の位置を正確に決定しようとすればするほど、電子の運動量の精度が低下したり、不確実になったりすることは明らかです。彼の理論は物理学において非常に重要であり、量子物理学の分野に新しい方向性を与えています。
ガンマ線とは?
ガンマ線は、原子核と亜原子粒子の放射性崩壊の産物です。それらは最も短い波長 (X 線よりも短い) を持っていますが、最高のエネルギーを持っています。これらの光線が細胞と接触すると、それらを殺すことができます.したがって、それらは放射線を介して癌細胞を殺すのに広く使用されています.
ハイゼンベルグのγ線顕微鏡
ガンマ線顕微鏡のハイゼンベルグの修正バージョンでは、自由電子が顕微鏡のレンズ中心の真下に位置し、角度 2A の円錐を形成します。次に、電子にγ線を左から照射します。波動光学の原理によれば、顕微鏡は物体をサイズ、つまり Δx に分解することができます。この関係の式は次のとおりです:
Δx =L / (2sinA)
量子力学では、ガンマ線が電子に衝突すると、電子が粒子のように振る舞う傾向があるため、電子が移動します。顕微鏡のレンズへの電子の回折では、電子は右に偏向します。観測のためには、角度 2A の円錐内でガンマ線が任意の角度で散乱する必要があります。式は次のとおりです:
p =h / L,
h =プランク定数 (値 =6.62607015 × 10−34 ジュール秒)
p’x =(h sinA ) / L’,
L' =偏向ガンマ線の波長。
極端な場合、ガンマ線が顕微鏡のレンズの左端に当たって後方に跳ね返る場合です。総運動量の式は次のとおりです:
p”x – (h sinA ) / L”.
最終的な運動量は、運動量保存の法則に従って常に最初の運動量と等しくなります。したがって、最終的な運動量の式は次のようになります:
p’x =(h sinA ) / L’ は p"x – (h sinA ) / L" に等しくなります
A が小さいと仮定すると、次のようになります:
p”x – p’x =Δpx ~ 2h sinA / L [L’ ~ L” ~ L]
前述のように、Δx =L / (2 sinA )、最小不確実性と x 軸に沿った運動量の不確実性との間の相反関係が得られます。方向 x として:
Δpx ~ h / Δx または Δpx Δx ~ h.
不確実性が最小値より大きい場合は、大なり記号を追加できます。
ハイゼンベルクの不確定性原理とは?
ドイツの物理学者であるハイゼンベルグは、1927 年に有名な不確定性原理を提唱しました。この原則は、粒子の位置と運動量を絶対的な精度で、または不確実性なしに同時に決定することは不可能であると述べています。ただし、この原理は電子、陽子、中性子などのミクロ粒子にのみ適用でき、自動車などの巨視的粒子には適用できません。この原理は、物質が粒子と波の両方として存在することを示す、物質の波と粒子の二重性に基づいています。
Δp。 Δ x ≥ h/4π.
Δ t ΔE ≥ h/4π
h=プランク定数
Δ=不確実性。
ハイゼンベルグγ線顕微鏡の重要性
ハイゼンベルグ γ 線顕微鏡の重要性は、高エネルギー ガンマ線を使用して電子の正確な位置を決定することにあります。
解決済みの質問
質問:電子が 40m/s の速さで運動していて、運動量の不確実性 (Δp) がその運動量の 10−6 であるとします。ハイゼンベルグの不確実性式を使用して、その位置の不確実性 (Δx) を決定します。 [電子の質量=9.1×10−31 kg].
解決策:
質問によると:
v =40 メートル/秒
m =9.1×10−31kg
h =6.626×10−34 Js
Δp =10−6
式を P =m × v として適用
P =9.1×10−31×40
P =364×10−31 kgm/s または
Δp =364×10−37
ハイゼンベルクの不確実性公式によると、
△×。 Δ p ≥ h/4π
Δ x≥ h/4π Δ p
Δ x≥1.44 m
結論
ハイゼンベルクの発見は、シュレディンガーの理論とともに量子物理学において非常に重要です。不確定性原理は、粒子の位置と運動量の両方を同時に正確に決定することは不可能であると述べています。そこで彼は、顕微鏡で高エネルギーのガンマ線を利用して電子の正確な位置を決定するためのガンマ線顕微鏡を提案しました。光線は、放射性元素の分解と崩壊を引き起こします。波長は最も短い (X 線よりも短い) が、エネルギーは最も高い。
