Ubestemthedens afvejning på almindelig atomar skala

1 · Forudsig

På skalaen for et enkelt atom (cirka en nanometer): hvordan varierer den mindst mulige impulsubestemthed over et interval af indespærrelsesstørrelser?

• Δp_min er omvendt proportional med Δx — en fordobling af indespærrelsesområdet halverer minimumsimpulsubestemtheden.
• Δp_min er direkte proportional med Δx.
• De er ikke relateret på en enkel måde.

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen position-momentum-tradeoff, og tryk på Nulstil. Denne forudstilling undersøger indespærring tæt på atomar (nanometer) skala.
2. Slå aflæsningen af minimumsimpulsubestemthed til.
3. Indstil indespærrelsesområdet Δx for hver måling, og registrér den mindst mulige impulsubestemthed.

3 · Saml data

Tegn Δp (y-aksen) som funktion af 1/Δx (x-aksen) for dine tre målinger. Er linjen ret og går gennem origo?

4 · Analysér

1. Beregn for én måling Δp_min = ℏ/(2Δx) med ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Sammenlign med tabellen.
2. Bekræft, at dine data viser en ren omvendt proportionalitet: En fordobling af Δx halverer præcis Δp_min. Forklar, hvorfor dette specifikke omvendte forhold (frem for f.eks. omvendt kvadrat) følger direkte af ubestemthedsrelationens form Δx·Δp ≥ ℏ/2.

5 · Udvid

1. Tidlige (præ-kvantemekaniske) modeller forestillede sig elektroner, der kredsede om en kerne langs præcise, veldefinerede baner — som bittesmå planeter. Forklar, hvorfor ubestemthedsrelationen på atomar skala gør en sådan bane med bestemt position og bestemt impuls fundamentalt umulig, hvilket i stedet motiverer billedet af en 'elektronsky'.
2. Sammenlign dine Δp-værdier her (atomar skala, nanometer-inespærring) med gamma-confinement-eksperimentets (kerneskala, femtometer-inespærring, fem størrelsesordener mindre Δx). Forklar, hvorfor en 100.000× strammere indespærring af en partikel giver en 100.000× større minimumsimpulsubestemthed.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark