Heisenbergs uskarphetsrelasjon: posisjon mot bevegelsesmengde

1 · Prediker

Hvis du inneslutter et elektron i et stadig mindre romområde (reduserer uskarpheten i posisjonen), krymper også den minst mulige uskarpheten i bevegelsesmengden, eller vokser den?

• Den vokser — posisjons- og bevegelsesmengdeuskarphet avveies mot hverandre; å inneslutte posisjonen mer presist tvinger bevegelsesmengden til å bli mindre sikker.
• Den krymper sammen med posisjonsuskarpheten.
• Bevegelsesmengdeuskarpheten avhenger ikke av posisjonsuskarpheten.

2 · Oppsett

1. Åpne Heisenberg-elektron-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill.
2. Aktiver minimum-bevegelsesmengdeuskarphet-avlesningen.
3. Sett posisjonsuskarpheten Δx for hvert forsøk og registrer den minst mulige bevegelsesmengdeuskarpheten.

3 · Samle inn data

Plott Δp (y-akse) mot 1/Δx (x-akse) for dine tre forsøk. Er linjen rett gjennom origo?

4 · Analyser

1. For ett forsøk, beregn Δp_min = ℏ/(2Δx) med ℏ = 1,055×10⁻³⁴ J·s. Sammenlign med tabellen.
2. Forklar hvorfor produktet Δx·Δp_min er nøyaktig det samme (ℏ/2) i hvert forsøk — uskarphetsrelasjonen setter en fast nedre grense for PRODUKTET av de to uskarphetene, ikke for noen av dem alene.

5 · Utvid

1. Uskarphetsrelasjonen handler ikke om klønete måleinstrumenter som forstyrrer en partikkel — det er en fundamental egenskap ved kvantetilstandene selv, sann selv med perfekt måleutstyr. Forklar hvorfor «måleforstyrrelse» er en vanlig men ufullstendig måte å beskrive dette prinsippet på.
2. For en baseball (mye massivere enn et elektron) gir inneslutning av posisjonen dens til innenfor en millimeter fortsatt en absurd liten minimums uskarphet i bevegelsesmengde sammenlignet med den faktiske bevegelsesmengden. Forklar hvorfor kvanteuskarphet bare er merkbar for svært lette partikler som elektroner.

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark