Usikkerhet om Heisenberg - døren til mikrokosmos

Da den unge Max Planck fortalte læreren at han ønsket å fortsette å studere teoretisk fysikk, smilte han og forsikret ham om at det ikke var noe å gjøre med forskeren, bare "å rydde opp ruheten". Akk! Gjennom innsats fra Planck, Niels Bohr, Einstein, Schrödinger og andre, blir alt snudd opp og ned, og så grundig at du ikke kommer tilbake, og foran veien. Videre - mer: blant det generelle teoretiske kaoset oppstår det plutselig for eksempel usikkerheten til Heisenberg. Som de sier, hadde vi ikke nok. Ved begynnelsen av 19-20-tallet åpnet forskerne døren til et ukjent område av elementære partikler, og det feilet Newtons kjente mekanikk.

Det virker, "før", alt er bra - dette er den fysiske kroppen, her er koordinatene sine. I "normal fysikk" kan du alltid ta en pil og nøyaktig "poke" den til et "normalt" objekt, selv flytte. Mangler, teoretisk, er utelukket - Newtons lover er ikke feil. Men her blir gjenstanden for forskning stadig mindre - et korn, et molekyl, et atom. For det første forsvinner objektets nøyaktige konturer, i sin beskrivelse oppstår probabilistiske estimater av gjennomsnittshastighetene for gassmolekyler, og til slutt blir molekylkoordinatene "gjennomsnittlige", og gassmolekylet kan sies å være her eller der, men mest sannsynlig , Et sted i dette området. Tiden vil passere, og problemet vil bli løst av Heisenbergs usikkerhet, men senere, og nå ... Prøv å få en "teoretisk pil" inn i objektet hvis det er "i de mest sannsynlige koordinatområdene". Er det svakt? Og hva er dette objektet, hva er dets dimensjoner, former? Det var flere spørsmål enn svar.

Men hva med atomet? Den velkjente planetmodellen ble foreslått i 1911 og forårsaket umiddelbart en rekke spørsmål. Den viktigste er: Hvordan holdes den negative elektronen i bane og hvorfor faller den ikke på den positive kjerne? Som de sier akkurat nå, er det et godt spørsmål. Det skal bemerkes at alle teoretiske beregninger på dette tidspunktet ble utført på grunnlag av klassisk mekanikk - usikkerheten til Heisenberg har ennå ikke tatt et ærefullt sted i atomteorien. Det var dette faktum at ikke tillate forskere å forstå essensen av atomets mekanikk. "Frelser" atom Niels Bohr - han ga ham stabilitet ved å anta at elektronen har orbitalnivåer, idet det ikke gir energi, dvs. Ikke miste det og ikke faller på kjernen.

Studien av kontinuiteten i atomets energistatus har allerede gitt impulser til utviklingen av en helt ny fysikk - kvantefysikken, begynnelsen av hvilken Max Planck ble lagt tilbake i 1900. Han oppdaget fenomenet energikvantisering, og Niels Bohr fant sin søknad. Imidlertid viste det seg i fremtiden at det ville være helt feil å beskrive modell av et atom ved den klassiske mekanikken til en makroverden som er forståelig for oss. Selv tid og rom under betingelsene i kvanteverdenen oppnår en helt annen betydning. På denne tiden resulterte forsøk fra teoretiske fysikere på å gi en matematisk modell av et planetarisk atom mange ledige og ineffektive ligninger. Problemet ble løst ved hjelp av Heisenberg usikkerhetsforhold. Dette overraskende beskjedne matematiske uttrykket forbinder usikkerhetene til den romlige koordinaten Δx og hastigheten Δv med massen av partikkelen m og Planck konstanten h:.

Δx * Δv> h / m

Derfor er den grunnleggende forskjellen mellom mikro- og makrokosmen: koordinatene og hastighetene til partikler i mikroverdenen ikke definert i en bestemt form - de har en probabilistisk karakter. På den annen side inneholder Heisenberg-prinsippet på høyre side av ulikheten en helt konkret positiv verdi, noe som innebærer at nullverdien av minst en av usikkerhetene elimineres. I praksis betyr dette at hastigheten og posisjonen til partikler i den subatomiske verden alltid er bestemt med unøyaktighet, og det er aldri null. I nøyaktig samme forkortelse forbinder Heisenberg usikkerhet andre par av sammenhengende egenskaper, for eksempel energisikkerheten AE og tiden At:

ΔΔΔt> h

Essensen av dette uttrykket er at det er umulig å måle energien til en atompartikkel samtidig som den har den, uten usikkerhet om dens betydning, da energimåling tar litt tid, hvor energien vil slumpvis forandre seg.