Принцип неопределенности

Электрон это субатомная частица с массой m. Но он также ведет себя как волна со скоростью v, что демонстрирует соотношение де Бройля. Итак, электрон имеет характеристики как волны, так и частицы.

К сожалению, невозможно наблюдать, электрон одновременно являющийся частицей с определенным местоположением а также представляющий собой волну с известной скоростью или импульсом. Что происходит, когда ставится эксперимент по наблюдению двойственной природы электрона? Во-первых, пересмотр эксперимента с двумя щелями, в котором есть две близкорасположенные апертуры.

Когда пучок электронов проходит через щели, возникает интерференционная картина. Это уникальное свойство волн. Когда электроны проходят один за другим, наблюдается та же картина.

Поскольку электрон это частица, должна быть возможность отслеживать, через какую щель или щели он проходит. Для исследования сразу за щелями размещается лазерный луч. Когда электрон проходит через щель, он производит небольшую вспышку, указывающую на щель, через которую он только что прошел.

Во время эксперимента вспышки наблюдаются только за одной из щелей одновременно, но никогда одновременно за обеими щелями. Более того, интерференционная картина больше не наблюдается;вместо этого видны две яркие линии. При попытке наблюдать за частицей электрона его волновая природа теряется.

Другими словами, электрон наблюдается либо как частица, либо как волна, но никогда не как и то и другое одновременно. Таким образом, природа частицы и волновая природа электрона, а также его положение и импульс являются дополнительными свойствами, а это означает, что невозможно одновременно наблюдать точное положение и скорость электрона. Вернер Гейзенберг выяснил, что неопределенность этих свойств, представленная дельта-х и м-дельта-v, должна быть больше или равна конечной величине постоянной Планка делить на 4 пи.

Это известно как принцип неопределенности Гейзенберга. Чем точнее известно положение электрона и чем меньше дельта-х, тем менее определенно известна скорость электрона и больше дельта-v, и наоборот. Теперь представьте, что мяч для гольфа лежит на подставке.

Согласно теории классической физики, путь или траекторию мяча для гольфа можно предсказать, зная его исходное положение, силу, с которой по нему ударили, и влияние других факторов, таких как сила тяжести, ветер и сопротивление воздуха. С помощью этих данных можно в любой момент определить положение и скорость мяча для гольфа. Однако, если известно только начальное положение мяча для гольфа, невозможно определить его окончательное положение.

Аналогично для электрона, поскольку его положение и скорость не могут быть известны одновременно, его траектория также не может быть предсказана. Это известно как неопределенное поведение электрона. Его нынешнее местоположение не может определить его будущее положение.

Из-за этого вместо описания точного положения электрона используется вероятность его нахождения в определенной области атома. Это известно как плотность вероятности, где каждая точка представляет собой потенциальное местоположение электрона в атоме. Плотность точек пропорциональна вероятности найти электрон.

Таким образом, электрон с большей вероятностью будет обнаружен ближе к ядру атома, чем дальше от него. Таким образом, более точное изображение атома представлено ядром, окруженным электронной плотностью вероятности, которая также известна как модель электронного облака.