Волны и частицыДальнейшие работы в области квантовой физики - гипотеза ГейзенбергаДуализм частиц и его практические доказательства Значение открытия принципа неопределенности в физике и философии Как работает электронный микроскоп Квантовая волновая механика Шрёдингера Корпускулярные свойства волн Модель атома Бора Принцип неопределенности Гейзенберга Протонный микроскоп Развитие принципа неопределенности Эйнштейном, виртуальные частицы Соотношение матричной и волновой механики, попытка их объединения фон Нейманом Электронный микроскоп Но вернёмся к частицам: Гейзенбергу нужно было описать положение частицы. Как определить, где частица находится в данный момент? Казалось бы, самый очевидный ответ: посмотреть на нее. Представим, что у нас есть микроскоп, в который мы можем разглядеть электрон. Но, чтобы его разглядеть, надо направить на него луч света. Однако электрон так мал, что даже единичный световой фотон сдвигает его с места. Таким образом, в самый момент измерения мы сталкиваемся с постоянным перемещением частицы. С подобным явлением мы сталкиваемся и в повседневной жизни. Измеряя давление воздуха в шинах, мы вынуждены выпустить немного воздуха через клапан, и тем самым давление неизбежно падает — пусть и незначительно. Аналогично, измеряя температуру воды в сосуде с помощью термометра, мы немного сбиваем истинные показания за счет поглощения тепла самим термометром. И таких примеров немало. В ходе обычных измерений вносимые в систему погрешности столь незначительны, что ими вполне можно пренебречь. Совсем иная ситуация, когда мы пытаемся разглядеть электрон. Потому что в данном случае наш измерительный инструмент, по крайней мере, не меньше самого объекта измерения. Следовательно, на результатах наших измерений неизбежно скажется, причем в решающей степени, влияние самого измерителя. Теоретически мы могли бы полностью остановить электрон и зафиксировать его положение. Но при этом мы не сможем узнать, какова была его скорость. С другой стороны, можно было бы определить его скорость, но тогда мы не узнаем его точное положение в данный момент. Гейзенберг показал, что не существует метода, с помощью которого можно было бы однозначно зафиксировать положение субатомной частицы и одновременно определить ее скорость. Можно определить либо то, либо другое. Если дело обстоит так, даже при абсолютном температурном нуле, значит, отсутствие энергии невозможно. Если бы энергия превратилась в нуль, то оставалось бы просто зафиксировать положение частицы, поскольку ее скорость была бы нулевая. Из этого следовало заключить, что всегда остается какая-то «энергия нулевой точки» даже при абсолютном температурном нуле, благодаря которой частица продолжает двигаться, тем самым сохраняя «неопределенность». Именно энергия нулевой точки является причиной пребывания гелия в жидком состоянии даже при абсолютном нуле. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, положение и угловой момент электрона не поддаются одновременному определению с абсолютной точностью. Однако, несмотря на невозможность точного определения положения электрона, можно указать вероятность его нахождения в определенной точке в любой момент времени. Область пространства, в которой высока вероятность обнаружения электрона, называется орбиталъ, которую не следует отождествлять с понятием «орбита» в теории Бора. Под орбитой в теории Бора понимается траектория электрона вокруг ядра. В соответствии с его выкладками энергетический уровень электрона определяется четырьмя «квантовыми числами».
|
|
|