近代物理
核尺度約束
對於 1 fm 處的 100 MeV 光子，pγ = E/c 是動量尺度；Δp_min = ℏ/(2Δx)，所以此處 Δx·Δp = ℏ/2。
核尺度約束——互動式近代物理模擬。對於 1 fm 處的 100 MeV 光子，pγ = E/c 是動量尺度；Δp_min = ℏ/(2Δx)，所以此處 Δx·Δp = ℏ/2。 免費的瀏覽器物理虛擬實驗室，提供即時 SI 測量與分步引導教學。
核尺度約束
pγ = E/c 不同於 Δp_min = ℏ/(2Δx)；此處 Δx·Δp = ℏ/2。
對於 1 fm 處的 100 MeV 光子，pγ = E/c 是動量尺度；Δp_min = ℏ/(2Δx)，所以此處 Δx·Δp = ℏ/2。
- 海森伯不確定性原理 ΔxΔp ≥ ℏ/2
- 高動量
調查簡介
在打開實驗室之前先規劃好問題
這份簡報反映預先渲染的頁面：探究問題、互相競爭的預測、變數角色、支配定律、設定，以及分析和延伸提示都會以此順序保持可見。
駕駛問題
如果你試圖將光子限制在單一原子核內（大約一飛米寬），不確定原理需要巨大的最小動量不確定性。這是否有助於解釋為什麼原子核內永遠找不到自由電子？
預測權重
- 不確定原理不適用於核尺度。
- 限制核規模需要非常小的動量不確定性。
- 是的——將任何輕粒子限制在核尺度內都需要動量不確定性（因此也需要能量）遠大於實際觀察到的逃離原子核的動量不確定性，從而排除了存在於核內的電子。
可變角色
您設定的內容：
- 限制區域 Δx (nm)
您測量的內容：
- 動量不確定度Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
調查如何進行
- 開啟 gamma-confinement 預設並按下 Reset。此預設模擬了限制在飛米 (10⁻15 m) 尺度附近的 100 MeV 光子。
- 啟用最小動量不確定度讀數。
- 設定每次試驗的限制區域 Δx（接近核尺度）並記錄最小可能的動量不確定性。
控制方程
核規模的不確定性 — Δx·Δp ≥ ℏ/2
要將任何粒子——包括無質量的光子——束縛在Δx ≈ 10⁻¹⁵ m以內，都需要至少約10⁻²⁰ kg·m/s量級的最小動量不確定度Δp ≥ ℏ/(2Δx)，對應的能量遠超實際在原子核內觀測到的粒子所具有的能量。
可列印的工作表要求學生完成什麼
- 對於其中一次試驗，使用ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s，計算Δp_min = ℏ/(2Δx)。將結果與表格比較——請注意這些數值大約是heisenberg-electron實驗中數值的10⁵倍，因為這裡的Δx大約小10⁵倍。
- 對光子來說，動量與能量的關係為 p = E/c。解釋如何將 Δp_min 值轉換為等效的最小能量不確定性（乘以 c）有助於證明為什麼限制在核維度的粒子必須攜帶巨大的最小能量（數十 MeV，與本實驗的 100 MeV 光子相匹配）。
這在實驗室之外的地方表現出來
- 歷史上，物理學家曾一度懷疑β衰變中放出的電子是否事先「儲存在」原子核內部。這一基於測不準原理的論證（被束縛在核尺度內的電子所需能量將遠大於實際β衰變電子所具有的能量）成為關鍵證據，證明電子是在衰變那一刻被「創造」出來的，而非預先存在於原子核內。
- 與 heisenberg-electron 中的電子不同，該實驗使用動量 p = E/c 而不是 p = √(2mK) 明確模擬無質量光子。解釋為什麼光子的動量公式必須與大質量粒子的動量公式不同。
- 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
- 歡迎學習核尺度約束
- 選擇不確定性實驗裝置
- 按播放
- 核尺寸極限
- 打開學習側欄面板
- 完成了！
打開互動式模擬以構建場景，點擊運行，並透過即時測量和引導式教學進行探索。