近代物理
核尺度约束
对于 1 fm 处的 100 MeV 光子，pγ = E/c 是动量尺度；Δp_min = ℏ/(2Δx)，因此此处 Δx·Δp = ℏ/2。
核尺度约束——交互式近代物理模拟。对于 1 fm 处的 100 MeV 光子，pγ = E/c 是动量尺度；Δp_min = ℏ/(2Δx)，因此此处 Δx·Δp = ℏ/2。 免费的基于浏览器的虚拟物理实验室，提供实时 SI 测量和分步引导教程。
核尺度约束
pγ = E/c 不同于 Δp_min = ℏ/(2Δx)；此处 Δx·Δp = ℏ/2。
对于 1 fm 处的 100 MeV 光子，pγ = E/c 是动量尺度；Δp_min = ℏ/(2Δx)，因此此处 Δx·Δp = ℏ/2。
- 海森伯不确定性原理 ΔxΔp ≥ ℏ/2
- 高动量
调查简介
在打开实验室之前计划好问题
这份简介反映预渲染页面：探究问题、相互竞争的预测、变量角色、支配定律、设置以及分析和拓展提示都会按此顺序保持可见。
驾驶问题
如果你试图将光子限制在单个原子核内（大约一飞米宽），不确定性原理需要巨大的最小动量不确定性。这是否有助于解释为什么原子核内永远找不到自由电子？
预测权重
- 不确定性原理不适用于核尺度。
- 限制核规模需要非常小的动量不确定性。
- 是的——将任何轻粒子限制在核尺度内都需要动量不确定性（因此也需要能量）远大于实际观察到的逃离原子核的动量不确定性，从而排除了存在于核内的电子。
可变角色
您设置的内容：
- 限制区域 Δx (nm)
您测量的内容：
- 动量不确定度Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
调查如何进行
- 打开「将伽马射线光子限制在核尺度（gamma-confinement）」预设并按重置。此预设模拟了限制在飞米 (10⁻15 m) 尺度附近的 100 MeV 光子。
- 启用最小动量不确定度读数。
- 设置每次试验的限制区域 Δx（接近核尺度）并记录最小可能的动量不确定性。
控制方程
核规模的不确定性 — Δx·Δp ≥ ℏ/2
要将任何粒子——包括无质量的光子——束缚在Δx ≈ 10⁻¹⁵ m以内，都需要至少约10⁻²⁰ kg·m/s量级的最小动量不确定度Δp ≥ ℏ/(2Δx)，对应的能量远超实际在原子核内观测到的粒子所具有的能量。
可打印的工作表要求学生完成什么
- 对于其中一次试验，使用ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s，计算Δp_min = ℏ/(2Δx)。将结果与表格比较——请注意这些数值大约是heisenberg-electron实验中数值的10⁵倍，因为这里的Δx大约小10⁵倍。
- 对于光子来说，动量与能量的关系为 p = E/c。解释如何将 Δp_min 值转换为等效的最小能量不确定性（乘以 c）有助于证明为什么限制在核维度的粒子必须携带巨大的最小能量（数十 MeV，与本实验的 100 MeV 光子相匹配）。
这在实验室之外的地方表现出来
- 历史上，物理学家曾一度怀疑β衰变中放出的电子是否事先“储存在”原子核内部。这一基于不确定性原理的论证（被束缚在核尺度内的电子所需能量将远大于实际β衰变电子所具有的能量）成为关键证据，证明电子是在衰变那一刻被“创造”出来的，而非预先存在于原子核内。
- 与 heisenberg-electron 中的电子不同，该实验使用动量 p = E/c 而不是 p = √(2mK) 明确地模拟无质量光子。解释为什么光子的动量公式必须与大质量粒子的动量公式不同。
- 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
- 欢迎学习核尺度约束
- 选择不确定性实验装置
- 按播放
- 核尺寸极限
- 打开检查器
- 完成了！
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