Sự đánh đổi sự không chắc chắn ở quy mô nguyên tử hàng ngày
1 · Dự đoán
Ở quy mô của một nguyên tử đơn lẻ (khoảng một nanomet), độ bất định động lượng tối thiểu so sánh như thế nào giữa một loạt các kích thước giam cầm?
- Δp_min tỷ lệ nghịch với Δx - việc nhân đôi vùng giam cầm sẽ giảm một nửa độ bất định động lượng tối thiểu.
- Δp_min tỷ lệ thuận với Δx.
- Chúng không liên quan một cách đơn giản.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt trước position-momentum-tradeoff và nhấn Reset. Giá trị đặt trước này khám phá sự giam cầm ở quy mô gần nguyên tử (nanomet).
- Kích hoạt tính năng đọc độ bất định động lượng tối thiểu.
- Đặt vùng giam giữ Δx cho mỗi lần thử và ghi lại độ không đảm bảo động lượng tối thiểu có thể có.
3 · Thu thập dữ liệu
| Vùng giam giữ Δx (nm) | Động lượng không chắc chắn Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 2.00 |
Vẽ biểu đồ Δp (trục y) so với 1/Δx (trục x) cho ba lần thử của bạn. Đường có thẳng qua gốc tọa độ không?
4 · Phân tích
- Đối với một lần thử, hãy tính Δp_min = ℏ/(2Δx) bằng cách sử dụng ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. So sánh với bảng.
- Xác nhận dữ liệu của bạn thể hiện tỷ lệ nghịch đảo rõ ràng: nhân đôi Δx thì Δp_min giảm đúng một nửa. ...suy trực tiếp từ dạng Δx·Δp ≥ ℏ/2 của nguyên lý bất định.
5 · Gia hạn
- Các mô hình ban đầu (tiền lượng tử) đã tưởng tượng các electron quay quanh hạt nhân trên những đường đi chính xác, được xác định rõ ràng – giống như các hành tinh nhỏ. Giải thích tại sao nguyên lý bất định ở quy mô nguyên tử làm cho quỹ đạo có vị trí xác định, động lượng xác định như vậy về cơ bản là không thể, thay vào đó thúc đẩy hình ảnh 'đám mây điện tử'.
- So sánh các giá trị Δp của bạn ở đây (tỷ lệ nguyên tử, giới hạn nanomet, Δx ~ 1 nm) với giá trị của thí nghiệm giới hạn gamma (tỷ lệ hạt nhân, giới hạn femtomét, Δx ~ 1 fm) — nhỏ hơn sáu bậc độ lớn. Giải thích tại sao giới hạn một hạt chặt chẽ hơn nhiều lại tạo ra mức độ không chắc chắn về động lượng tối thiểu tương ứng lớn hơn, và tại sao tỷ lệ chính xác giữa bất kỳ hai lần thử nghiệm cụ thể nào cũng phụ thuộc vào giá trị Δx nào bạn chọn trong mỗi thí nghiệm, không chỉ là sự khác biệt về tỷ lệ.
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Quy mô nguyên tắc không chắc chắn
Bởi vì Δp_min = ℏ/(2Δx), độ bất định động lượng tối thiểu có tỷ lệ chính xác là 1/Δx - việc thắt chặt giới hạn vị trí bởi bất kỳ yếu tố nào sẽ làm mất đi độ chắc chắn về động lượng theo cùng hệ số đó.
Vật lý hiện đại
- Hiệu ứng quang điện: Ngưỡng năng lượng rõ ràng
- Hiệu ứng quang điện: Điện thế hãm
- Tế bào quang điện thực: Chức năng hoạt động của natri
- Tán xạ Compton: Sự dịch chuyển bước sóng ở 90 °
- Tán xạ Compton: Độ dịch chuyển tối đa ở tán xạ ngược
- Tán xạ Compton: So sánh góc nông
- Dòng Balmer: Các vạch quang phổ hydro nhìn thấy được
- Dãy Lyman: Các vạch hydro tử ngoại (và 'Dãy Paschen: Các vạch hydro hồng ngoại')
- Dòng Paschen: Dây hydro hồng ngoại
- Phân rã phóng xạ: Xác định niên đại bằng carbon-14
- Đồng vị phóng xạ y tế: Chu kỳ bán rã ngắn của Technetium-99m
- Năng lượng liên kết hạt nhân: Mô hình giọt chất lỏng