Несигурността на Хайзенберг - вратата към микрокосмоса

Когато младият Макс Планк казал на учителя си, че иска да продължи да изучава теоретичната физика, той се усмихна и го увери, че няма нищо общо с учения, само "да се изчисти грапавостта". Уви! Чрез усилията на Планк, Нилс Бор, Айнщайн, Шрьодингер и други, всичко се обърна с главата надолу и толкова внимателно, че няма да се върнете и преди пътя. Още - още: сред общия теоретичен хаос изведнъж се появява, например, несигурността на Хайзенберг. Както казват те, просто нямахме достатъчно. В началото на 19-20 век учените отвориха вратата към неизвестна област от елементарни частици и там познатите механици на Нютон се провалиха.

Изглежда, "преди" всичко е наред - това е физическото тяло, тук са неговите координати. В "нормалната физика" винаги можете да вземете стрела и точно да я "натопи" в "нормален" обект, дори да се движите. Липсва, теоретично, е изключено - законите на Нютон не се заблуждават. Но тук обектът на изследване става все по-малък - зърно, молекула, атом. Първо, точните контури на обекта изчезват, а в описанието се появяват вероятните оценки на средните скорости на газовите молекули и накрая молекулярните координати стават "средни" и молекулата на газа може да се каже, че е тук или там, но най-вероятно , Някъде в тази област. Времето ще премине и проблемът ще бъде решен от несигурността на Хайзенберг, но това по-късно и сега ... Опитайте се да получите "теоретична стрелка" в обекта, ако е "в района на най-вероятните координати". Не е ли слаб? И какъв е този обект, какви са неговите измерения, форми? Имаше повече въпроси, отколкото отговори.

Но какво ще кажете за атома? Известният планетен модел беше предложен през 1911 г. и веднага предизвика много въпроси. Основното е: как е отрицателният електронен в орбита и защо не пада върху положителното ядро? Както се казва в момента, това е добър въпрос. Трябва да се отбележи, че всички теоретични изчисления по това време са извършени въз основа на класическата механика - несигурността на Хайзенберг все още не е заемала почетно място в теорията за атома. Този факт не позволи на учените да разберат същността на механизмите на атома. "Спасителят" атом Нилс Бор - той му дава стабилност, като приема, че електронът има орбитални нива, на които не излъчва енергия, т.е. Не го губете и не падате върху ядрото.

Проучването на непрекъснатостта на енергийните състояния на атома вече даде тласък на развитието на една съвсем нова физика - квантовата физика, началото на което Макс Планк отстъпи през 1900 година. Той откри феномена енергийно квантуване, а Нилс Бор намери намерението си. Обаче в бъдеще се оказа, че би било напълно погрешно да опишем модела на атом от класическата механика на макро-свят, която е разбираема за нас. Дори времето и пространството в условията на квантовия свят придобиват съвсем различно значение. До този момент опитите на теоретичните физици да дадат математически модел на планетарния атом завършиха в многоетажни и неефективни уравнения. Проблемът беше решен с помощта на отношението на Heisenberg за несигурност. Този изненадващо скромен математически израз свързва неопределеността на пространствената координата Δx и скоростта Δv с масата на частицата m и константата на Планк h:.

Δx * Δv> h / m

Оттук и основната разлика между микро- и макрокосмоса: координатите и скоростите на частиците в микросвета не са дефинирани в специфична форма - те имат вероятностна характеристика. От друга страна, принципът на Хайзенберг от дясната страна на неравенството съдържа напълно конкретна положителна стойност, което означава, че нулевата стойност на поне една от несигурностите се елиминира. На практика това означава, че скоростта и положението на частиците в субатомния свят винаги се определя с неточност и никога не е нула. Със същите съкращения, несигурността на Хайзенберг свързва други двойки свързани характеристики, например енергийната несигурност ΔE и времето Δt:

ΔΕΔt> h

Същността на този израз е, че е невъзможно едновременно да се измери енергията на атомната частица и времето, в което тя се намира, без да има несигурност на нейното значение, тъй като измерването на енергията отнема известно време, през което енергията се променя случайно.