Moderna fizika
Ograničenje na nuklearnoj ljestvici
Za foton od 100 MeV na 1 fm, pγ = E/c je skala količine gibanja; Δp_min = ℏ/(2Δx), pa je ovdje Δx·Δp = ℏ/2.
Ograničenje na nuklearnoj ljestvici — interaktivna simulacija: Moderna fizika. Za foton od 100 MeV na 1 fm, pγ = E/c je skala količine gibanja; Δp_min = ℏ/(2Δx), pa je ovdje Δx·Δp = ℏ/2. Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Nuklearno ograničenje
pγ = E/c razlikuje se od Δp_min = ℏ/(2Δx); ovdje je Δx·Δp = ℏ/2.
Za foton od 100 MeV na 1 fm, pγ = E/c je skala količine gibanja; Δp_min = ℏ/(2Δx), pa je ovdje Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Visoka količina gibanja
Sažetak istraživanja
Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij
Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.
Središnje pitanje
Kad bi pokušao ograničiti foton unutar jedne jedine atomske jezgre (oko femtometra), načelo neodređenosti zahtijeva ogromnu minimalnu neodređenost količine gibanja. Pomaže li to objasniti zašto se slobodni elektroni nikad ne nalaze UNUTAR jezgre?
Predviđanja za odvagnuti
- Načelo neodređenosti ne primjenjuje se na nuklearnim ljestvicama.
- Ograničavanje na nuklearnu ljestvicu zahtijevalo bi neuobičajeno malu neodređenost količine gibanja.
- Da — ograničavanje bilo koje lake čestice na nuklearnu ljestvicu zahtijevalo bi neodređenost količine gibanja (a time energije) daleko veću od onoga što se stvarno opaža kako bježi iz jezgri, isključujući elektrone unutra.
Uloge varijabli
Što postavljaš:
- Područje ograničenja Δx (nm)
Što mjeriš:
- Neodređenost količine gibanja Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Kako istraživanje teče
- Otvori postav gamma-confinement i pritisni Resetiraj. Ovaj postav modelira foton od 100 MeV ograničen blizu femtometarske (10⁻¹⁵ m) ljestvice.
- Omogući očitanje minimalne neodređenosti količine gibanja.
- Postavi područje ograničenja Δx za svaki pokušaj (blizu nuklearne ljestvice) i zabilježi minimalnu moguću neodređenost količine gibanja.
Odgovarajuća jednadžba
Neodređenost na nuklearnoj ljestvici — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Ograničavanje bilo koje čestice — uključujući bezmasni foton — unutar Δx ≈ 10⁻¹⁵ m zahtijeva minimalnu neodređenost količine gibanja Δp ≥ ℏ/(2Δx) reda veličine 10⁻²⁰ kg·m/s, što odgovara energijama koje daleko premašuju ono što se opaža za čestice koje se stvarno nalaze unutar jezgri.
Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade
- Za jedan pokušaj izračunaj Δp_min = ℏ/(2Δx) koristeći ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Usporedi s tablicom — primijeti da su ove vrijednosti oko 10⁵ puta veće od onih pokusa heisenberg-electron, jer je Δx ovdje oko 10⁵ puta manji.
- Za foton, količina gibanja odgovara energiji s p = E/c. Objasni kako pretvorba tvojih vrijednosti Δp_min u ekvivalentnu minimalnu neodređenost energije (množenje s c) pomaže opravdati zašto čestice ograničene na nuklearne dimenzije moraju nositi ogromnu minimalnu energiju — desetke MeV, u skladu s fotonima od 100 MeV ovog pokusa.
Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija
- Povijesno, fizičari su se nekada pitali jesu li elektroni emitirani u beta-raspadu bili „pohranjeni unutra“ jezgre unaprijed. Ovaj argument načela neodređenosti (elektroni ograničeni na nuklearnu ljestvicu trebali bi mnogo više energije nego što elektroni beta-raspada stvarno imaju) bio je ključan dokaz da se elektroni umjesto toga STVARAJU u trenutku raspada, a ne prethodno postoje unutar jezgre.
- Za razliku od elektrona u heisenberg-electron, ovaj pokus izričito modelira bezmasni foton, koristeći količinu gibanja p = E/c umjesto p = √(2mK). Objasni zašto formula količine gibanja fotona mora biti drugačija od one masive čestice.
- 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
- Dobro došli u gama ograničenje
- Odaberi postav neodređenosti
- Pritisni Pokreni
- Granica veličine jezgre
- Otvori ploču Svojstva
- Uspjelo ti je!
Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Otvori interaktivni laboratorij →