Compromisul incertitudinii la scara atomică de zi cu zi

1 · Prezice

La scara unui singur atom (aproximativ un nanometru), cum se compară incertitudinea minimă a impulsului peste un interval de mărimi de confinare?

2 · Montaj

  1. Deschide presetarea position-momentum-tradeoff și apasă Resetează. Această presetare explorează confinarea aproape de scara atomică (nanometru).
  2. Activează citirea incertitudinii minime a impulsului.
  3. Setează regiunea de confinare Δx pentru fiecare încercare și înregistrează incertitudinea minimă posibilă a impulsului.

3 · Colectează date

Regiunea de confinare Δx (nm)Incertitudinea impulsului Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s)
0.50
1.00
2.00

Plotează Δp (axa y) în funcție de 1/Δx (axa x) pentru cele trei încercări. Linia este dreaptă prin origine?

4 · Analizează

  1. Pentru o încercare, calculează Δp_min = ℏ/(2Δx) folosind ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Compară cu tabelul.
  2. Confirmă faptul că datele tale arată o proporționalitate inversă curată: dublarea lui Δx înjumătățește exact Δp_min. Explică de ce această relație inversă specifică (în loc de, să zicem, pătrat invers) decurge direct din forma Δx·Δp ≥ ℏ/2 a principiului incertitudinii.

5 · Extinde

  1. Modelele timpurii (pre-cuantice) imaginau electroni orbitând un nucleu pe căi precise, bine definite — ca niște planete minuscule. Explică de ce principiul incertitudinii la scară atomică face o asemenea orbită cu poziție definită și impuls definit fundamental imposibilă, motivând în schimb imaginea „noralui de electroni”.
  2. Comparați valorile Δp aici (scara atomică, confinare nanometrică, Δx ~ 1 nm) cu experimentul de confinare gamma (scara nucleară, confinare femtometrică, Δx ~ 1 fm) — șase ordine de mărime mai mici. Explicați de ce confinarea unei particule mult mai strâns produce o incertitudine de moment minim corespunzător mai mare, și de ce raportul exact între oricare două încercări specifice depinde și de valorile Δx pe care le-ați ales în fiecare experiment, nu doar de diferența de scară.

Fizica din spatele acestui experiment

Scalarea principiului incertitudinii

Pentru că Δp_min = ℏ/(2Δx), incertitudinea minimă a impulsului scalează exact ca 1/Δx — strângerea confinării poziției cu orice factor slăbește certitudinea impulsului cu același factor.

← Înapoi la experiment

Fizică modernă

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit