موازنة عدم التأكد على المقياس الذري اليومي
1 · توقّع
على مقياس ذرة مفردة (نحو نانومتر)، كيف يقارن أدنى عدم تأكد زخم عبر مدى أحجام حصر؟
- Δp_min يتناسب عكسيًا مع Δx — مضاعفة منطقة الحصر تنصف أدنى عدم تأكد الزخم.
- Δp_min يتناسب طرديًا مع Δx.
- لا تربطهما علاقة بسيطة.
2 · التجهيز
- افتح تجربة موازنة الموضع-الزخم واضغط إعادة. تستكشف هذه التجربة الحصر قرب المقياس الذري (النانومتر).
- فعّل قراءة أدنى عدم تأكد للزخم.
- اضبط منطقة الحصر Δx لكل تجربة وسجل أدنى عدم تأكد ممكن للزخم.
3 · اجمع البيانات
| منطقة الحصر Δx (nm) | عدم تأكد الزخم Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 2.00 |
ارسم Δp (المحور y) مقابل 1/Δx (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل الخط مستقيم يمر بالأصل؟
4 · حلّل
- لمحاولة واحدة، احسب Δp_min = ℏ/(2Δx) باستخدام ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. قارن بالجدول.
- تأكد أن بياناتك تظهر تناسبًا عكسيًا نظيفًا: مضاعفة Δx تنصف Δp_min بالضبط. اشرح لماذا تتبع هذه العلاقة العكسية المحددة (لا العكس التربيعي مثلًا) مباشرةً من صيغة المبدأ Δx·Δp ≥ ℏ/2.
5 · وسّع
- تخيلت النماذج المبكرة (قبل الكم) إلكترونات تدور حول نواة في مسارات دقيقة محددة جيدًا — ككواكب صغيرة. اشرح لماذا يجعل مبدأ عدم التأكد على المقياس الذري مدارًا كهذا بموضع محدد وزخم محدد مستحيلًا أساسًا، دافعًا نحو صورة «سحابة الإلكترون» بدلًا منه.
- قارن قيم Δp الخاصة بك هنا (مقياس ذري، حبس نانومتري، Δx ~ 1 nm) مع تجربة حبس جاما (مقياس نووي، حبس فيمتومتري، Δx ~ 1 fm) — أصغر بستة رتب من الحجم. اشرح لماذا حبس جسيم بشكل أكثر إحكاماً بكثير ينتج عدم يقين زخم أدنى أكبر بشكل متناسب، ولماذا النسبة الدقيقة بين أي محاولتين محددتين تعتمد أيضاً على قيم Δx التي اخترتها في كل تجربة، وليس على فرق المقياس وحده.
الفيزياء خلف هذه التجربة
تحجيم مبدأ عدم التأكد
بما أن Δp_min = ℏ/(2Δx)، يتدرج عدم اليقين الأدنى للزخم بمقدار 1/Δx بالضبط — شد حصر الموضع بأي معامل يرخي يقين الزخم بنفس المعامل.
الفيزياء الحديثة
- الظاهرة الكهروضوئية: عتبة طاقة حادة
- الظاهرة الكهروضوئية: جهد الإيقاف
- خلية ضوئية حقيقية: دالة شغل الصوديوم
- تشتت كومبتون: إزاحة الطول الموجي عند 90°
- تشتت كومبتون: أقصى إزاحة عند التشتت الخلفي
- تشتت كومبتون: مقارنة بزاوية ضحلة
- متسلسلة بالمر: خطوط طيف الهيدروجين المرئية
- متسلسلة ليمان: خطوط الهيدروجين فوق البنفسجية
- متسلسلة باشن: خطوط الهيدروجين تحت الحمراء
- الاضمحلال الإشعاعي: تأريخ الكربون-14
- النظائر المشعة الطبية: نصف عمر التقنيشيوم-99m القصير
- طاقة الربط النووي: نموذج القطرة السائلة