Співвідношення невизначеностей
Властивості мікрочастинок. Відкриття хвильових властивостей у мікрочастинок показує, що у фізиці мікросвіту ми маємо справу з принципово новим типом об’єкта досліджень. В окремих експериментах мікрочастинки виявляють хвильові властивості, в інших поводяться подібно корпускула, проте ні хвилями, ні частками в повному розумінні слова вони не є. Тут проявляється повна неспроможність класичного підходу при описі поведінки мікрочастинок.
Відмінність мікрочастинки від хвилі полягає в тому, що хвилю, використовуючи, наприклад, напівпрозоре дзеркало, можна розділити на дві частини і окремо досліджувати кожну з них. Мікрочастинок ж, наприклад, електрон або нейтрон, розділити на частини неможливо. Нікому ще не вдавалося спостерігати пів-електрона, чверть нейтрона і т. д.
Відмінність мікрочастинки від макроскопічної частинки, що підкоряється законам класичної механіки, полягає, зокрема, в тому, що для опису руху мікрочастинки поняття траєкторії виявляється, взагалі кажучи, непридатним. Проілюструємо це твердження результатами досвіду по дифракції електронів на двох щілинах. У ряді навчальних посібників цей досвід називають уявним експериментом, на практиці він був здійснений Йенсеном в 1961 р
Нехай паралельний пучок моноенергетичних електронів падає на діафрагму з двома щілинами (рис.2.16). В силу того, що електрони мають хвильові властивості, на екрані, розташованому за діафрагмою, виникає інтерференційна картина, що складається з чергуються максимумів і мінімумів (крива). Розглянемо тепер випадок, коли відкрита тільки щілину 1, а щілину 2 закрита. Тоді розподіл електронів на екрані визначається внеском тільки від однієї щілини (крива 1 ‘). Аналогічно, якщо відкрита щілину 2, а щілину 1 закрита, отримуємо розподіл, що описується кривою 2 ‘. Якби кожен електрон проходив через цілком певну щілину (1 або 2), то розподіл електронів на екрані у випадку, коли відкриті обидві щілини, описувалося б кривої, яка є сумою кривих 1 ‘і 2′ і показана на рис. 2.16 пунктирною лінією. Кардинальна відмінність кривої від спостережуваної на експерименті інтерференційної картини дозволяє зробити висновок, що електрон при русі через діафрагму як би “бачить” обидві щілини. Тільки участю обох щілин у проходженні електрона через діафрагму може бути пояснена виникає на екрані інтерференційна картина. Будь-яка спроба визначити, через яку щілину пройшов електрон, неминуче призводить до порушення інтерференції. Таким чином, ми приходимо до висновку, що вказати, через яку щілину пройшов електрон, не порушуючи интерференционную картину, неможливо. Звідси випливає, що електрону, як і будь-який інший мікрочастинки, не можна приписати певну траєкторію руху.
Наявність у мікрочастинки хвильових властивостей означає, як ми бачимо, відмова від одного з найважливіших понять класичної механіки – поняття траєкторії частинки. Згідно класичним уявленням частинка, рухаючись по траєкторії, в кожен момент часу знаходиться в певній точці простору і, отже, не може в цей же момент часу знаходитися в інших точках. Згідно квантовим уявленням мікрочастинка в силу своїх хвильових може бути виявлена??в один і той же момент часу в різних точках простору. Таким чином, для опису руху мікрочастинок поняття траєкторії виявляється, взагалі кажучи, непридатним.
Які ж властивості класичних частинок зберігаються в області мікросвіту? Це маса, електричний заряд і енергія, яка при взаємодії частинки з іншими тілами витрачається так, як якби частка була зосереджена в одній точці.
Співвідношення невизначеностей. Двоїста корпускулярно-хвильова природа мікрочастинок накладає обмеження на точність визначення фізичних величин, що характеризують стан частинки. Причому ці обмеження ніяк не пов’язані з точністю вимірювань, досяжною в конкретному експерименті, а мають принципове значення. Розглянемо як приклад дифракцию електрона на щілини.
Співвідношення невизначеностей є математичним виразом принципу невизначеностей. Згідно з цим принципом в природі не існує стану частинки з точно визначеними значеннями координати і проекції імпульсу на цю координатну вісь.
Підкреслимо ще раз, що співвідношення (2.16) є наслідком корпускулярно-хвильового дуалізму матерії, наслідком того, що частка має одночасно і властивостями хвилі, і властивостями корпускули. Воно ніяк не пов’язане з похибкою вимірювання конкретних вимірювальних приладів, що використовуються в тому чи іншому експерименті. Це співвідношення задає теоретичну межу точності вимірювання характеристик мікрочастинки, який далеко не завжди може бути досяжний на практиці.
Співвідношення невизначеностей Гейзенберга пов’язує невизначеність координати частинки з невизначеністю проекції імпульсу саме на дану координатну вісь.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)