الفيزياء الحديثة
حصر على المقياس النووي
للفوتون 100 MeV عند 1 fm، pγ = E/c مقياس زخم؛ Δp_min = ℏ/(2Δx)، فـ Δx·Δp = ℏ/2 هنا.
حصر على المقياس النووي — محاكاة الفيزياء الحديثة تفاعلية. للفوتون 100 MeV عند 1 fm، pγ = E/c مقياس زخم؛ Δp_min = ℏ/(2Δx)، فـ Δx·Δp = ℏ/2 هنا. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
حصر نووي
pγ = E/c يختلف عن Δp_min = ℏ/(2Δx)؛ هنا Δx·Δp = ℏ/2.
لفوتون 100 MeV عند 1 fm، pγ = E/c هو مقياس زخم؛ Δp_min = ℏ/(2Δx)، لذا Δx·Δp = ℏ/2 هنا.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- زخم عالٍ
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
إذا حاولت حصر فوتون ضمن نواة ذرية مفردة (نحو فيمتومتر عرضًا)، يطالب مبدأ عدم التأكد بأدنى عدم تأكد زخم هائل. هل يساعد ذلك في تفسير لماذا لا توجد إلكترونات حرة داخل النواة أبدًا؟
توقعات للموازنة
- لا ينطبق مبدأ عدم التأكد على المقاييس النووية.
- الحصر على المقياس النووي سيتطلب عدم تأكد زخم صغيرًا على نحو غير معتاد.
- نعم — حصر أي جسيم خفيف على المقياس النووي سيتطلب عدم تأكد زخم (ومن ثم طاقة) أكبر بكثير مما يُرصد فعلًا يفلت من الأنوية، فيستبعد سكنى الإلكترونات في الداخل.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- منطقة الحصر Δx (nm)
ما تقيسه:
- عدم تأكد الزخم Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة حصر غاما واضغط إعادة. تحاكي هذه التجربة فوتون 100 MeV محصورًا قرب مقياس الفيمتومتر (10⁻¹⁵ m).
- فعّل قراءة أدنى عدم تأكد للزخم.
- اضبط منطقة الحصر Δx لكل تجربة (قرب المقياس النووي) وسجل أدنى عدم تأكد ممكن للزخم.
المعادلة الحاكمة
عدم التأكد على المقياس النووي — Δx·Δp ≥ ℏ/2
حصر أي جسيم — بما فيه فوتون عديم الكتلة — ضمن Δx ≈ 10⁻¹⁵ m يطالب بأدنى عدم تأكد زخم Δp ≥ ℏ/(2Δx) من رتبة 10⁻²⁰ kg·m/s، يقابل طاقات تفوق بكثير ما يُرصد للجسيمات الموجودة فعلًا داخل الأنوية.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب Δp_min = ℏ/(2Δx) باستخدام ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. قارن بالجدول — لاحظ أن هذه القيم أكبر بنحو 10⁵ مرات من قيم تجربة إلكترون هايزنبرغ، لأن Δx هنا أصغر بنحو 10⁵ مرات.
- للفوتون، يرتبط الزخم بالطاقة عبر p = E/c. اشرح كيف يساعد تحويل قيم Δp_min لديك إلى عدم يقين طاقة أدنى مكافئ (بالضرب في c) في تبرير لماذا يجب أن تحمل الجسيمات المحصورة في أبعاد نووية طاقة دنيا هائلة — عشرات MeV، مطابقة لفوتون هذه التجربة البالغ 100 MeV.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- تساءل الفيزيائيون تاريخيًا إن كانت الإلكترونات المنبعثة في اضمحلال بيتا «مخزنة داخل» النواة سلفًا. كان هذا الحجج بمبدأ عدم التأكد (إلكترونات محصورة على مقياس نووي ستحتاج طاقة أكبر بكثير مما لدى إلكترونات بيتا فعلًا) دليلًا مفتاحيًا على أن الإلكترونات تُخلق لحظة الاضمحلال بدلًا من وجودها مسبقًا داخل النواة.
- بخلاف الإلكترون في تجربة إلكترون هايزنبرغ، تمذج هذه التجربة فوتونًا عديم الكتلة صراحةً، باستخدام الزخم p = E/c بدل p = √(2mK). اشرح لماذا يجب أن تختلف صيغة زخم الفوتون عن صيغة الجسيم ذي الكتلة.
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.2 Quantum physics
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- أهلًا بك في حصر غاما
- حدد تجهيز عدم التأكد
- اضغط تشغيل
- حد الحجم النووي
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.