Moderní fyzika
Uzavření v jaderném měřítku
Pro foton 100 MeV na 1 fm je pγ = E/c měřítkem hybnosti; Δp_min = ℏ/(2Δx), takže zde Δx·Δp = ℏ/2.
Uzavření v jaderném měřítku — interaktivní simulace Moderní fyzika. Pro foton 100 MeV na 1 fm je pγ = E/c měřítkem hybnosti; Δp_min = ℏ/(2Δx), takže zde Δx·Δp = ℏ/2. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.
Jaderné uzavření
pγ = E/c se liší od Δp_min = ℏ/(2Δx); zde Δx·Δp = ℏ/2.
Pro foton 100 MeV na 1 fm je pγ = E/c měřítkem hybnosti; Δp_min = ℏ/(2Δx), takže zde Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Vysoká hybnost
Souhrn zkoumání
Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř
Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.
Hlavní otázka
Kdybys se pokusil uzavřít foton do jediného atomového jádra (asi femtometru), princip neurčitosti vyžaduje obrovskou minimální neurčitost hybnosti. Pomáhá to vysvětlit, proč volné elektrony se nikdy nenachází UVNITŘ jádra?
Predikce k zvážení
- Princip neurčitosti se na jaderná měřítka nevztahuje.
- Uzavření do jaderného měřítka by vyžadovalo neobvykle malou neurčitost hybnosti.
- Ano — uzavření jakékoli lehké částice do jaderného měřítka by vyžadovalo neurčitost hybnosti (a tedy energii) mnohem větší, než co je skutečně pozorováno unikající z jader, což vylučuje elektrony žijící uvnitř.
Role proměnných
Co nastavuješ:
- Oblast uzavření Δx (nm)
Co měříš:
- Nejistota hybnosti Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Jak zkoumání probíhá
- Otevři předvolbu gamma-confinement a stiskni Resetovat. Tato předvolba modeluje foton 100 MeV uzavřený poblíž femtometrové (10⁻¹⁵ m) škály.
- Zapni odečet minimální neurčitosti hybnosti.
- Nastav oblast konfinace Δx pro každý pokus (poblíž jaderné škály) a zapiš minimální možnou neurčitost hybnosti.
Řídící rovnice
Neurčitost v jaderném měřítku — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Uzavření jakékoli částice — včetně nehmotného fotonu — do Δx ≈ 10⁻¹⁵ m vyžaduje minimální neurčitost hybnosti Δp ≥ ℏ/(2Δx) řádu 10⁻²⁰ kg·m/s, odpovídající energiím mnohem převyšujícím to, co je pozorováno u částic skutečně nacházených uvnitř jader.
Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat
- Pro jeden pokus spočti Δp_min = ℏ/(2Δx) s ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Porovnej s tabulkou — všimni si, že tyto hodnoty jsou asi 10⁵krát větší než v experimentu heisenberg-electron, protože Δx je tady asi 10⁵krát menší.
- Pro foton se hybnost váže na energii přes p = E/c. Vysvětli, jak převod tvých hodnot Δp_min na ekvivalentní minimální neurčitost energie (vynásobením c) pomáhá zdůvodnit, proč částice uzavřené do jaderných rozměrů musí nést obrovskou minimální energii — desítky MeV, odpovídající fotonu 100 MeV tohoto experimentu.
Kde se to objevuje mimo laboratoř
- Historicky se fyzikové kdysi divili, zda elektrony emitované při beta rozpadu nebyly „uskladněny uvnitř“ jádra předem. Tento argument principu neurčitosti (elektrony uzavřené do jaderné škály by potřebovaly mnohem víc energie, než beta elektrony skutečně mají) byl klíčovým důkazem, že elektrony se naopak VYTVÁŘÍ v okamžiku rozpadu, nepřebývají uvnitř jádra.
- Na rozdíl od elektronu v heisenberg-electron tento experiment explicitně modeluje nehmotný foton, s hybností p = E/c místo p = √(2mK). Vysvětli, proč vzorec hybnosti fotonu musí být odlišný od vzorce hmotné částice.
- 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
- Vítej v Gamma konfinaci
- Vyber sestavu neurčitosti
- Stiskni Spustit
- Limit jaderné velikosti
- Otevři panel Vlastnosti
- Povedlo se!
Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.
Otevřít interaktivní laboratoř →