Wat is het onzekerheidsprincipe?

O beginselgeeftonzekerheid, ook wel het onzekerheidsprincipe van Heisenberg genoemd, werd voor het eerst vermeld in 1927, door de Duitse natuurkundige WernerHeisenberg (1901-1976). Dit principe geeft aan dat het niet mogelijk is om te meten, tegelijkertijd en met nauwkeurigheid, direct gerelateerde hoeveelheden, zoals: snelheid en positie van een lichaam.

Kijkenook: Aspecten van de kwantumtheorie

Samenvatting van het onzekerheidsprincipe

• Het onzekerheidsprincipe relateert twee grootheden, zoals positie en momentum of energie en tijd, door het product van de onzekerheden van de metingen die erop zijn uitgevoerd.

• Volgens het onzekerheidsprincipe geldt: hoe nauwkeuriger de positie van een lichaam, hoe minder nauwkeurig de meting van het momentum.

• Het onzekerheidsprincipe stelt dat het voor ons onmogelijk is om met volledige precisie en tegelijkertijd twee gerelateerde fysieke grootheden te kennen, ook wel canoniek geconjugeerde grootheden genoemd.

Wat is het onzekerheidsprincipe van Heisenberg?

O

Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg is een vreemd theoretisch resultaat verkregen door berekeningen op het gebied van Kwantummechanica, waarvan de basis precies dit principe is. Door kennis van de klassieke fysica geloofde men dat, met kennis van de startpositie en snelheid, meer specifiek de hoeveelheid beweging, van een lichaam of een systeem van lichamen, zou het mogelijk zijn om het gedrag ervan te voorspellen in de toekomstige momenten. Op deze manier zou het mogelijk zijn om te berekenen posities later, het bepalen van zijn traject, waarden van versnelling,snelheid,energie, enz. Het onzekerheidsprincipe laat echter zien dat zelfs als we de meervereist van de meetinstrumenten die voorhanden zijn, zou het voor ons niet mogelijk zijn om te weten, tegelijkertijd en met nauwkeurigheid, grootsheid zoals positie en de hoeveelheidinbeweging ofenergie en brekenintijd van hetzelfde lichaam.

Kijkenook: Hoeveelheid beweging

Dus, volgens dat principe, als we de. kunnen bepalen positie van een lichaam met totale precisie, zullen we de maat van zijn de hoeveelheidinbeweging, omdat de onnauwkeurigheid erover als oneindig zal worden beschouwd. Evenzo, als we zeker kunnen zijn over de hoeveelheid beweging van een lichaam, zal het niet mogelijk zijn om zijn positie te kennen.

Hetzelfde geldt voor de groten energie en tijd: als we precies de hoeveelheid energie in een deeltje weten, verliezen we precisie in tijdmetingen. Evenzo, als we weten hoe lang het duurde voordat een gebeurtenis met een bepaald deeltje plaatsvond, zouden we informatie over de hoeveelheid energie die erin aanwezig is volledig verliezen.

Vanwege het onzekerheidsprincipe is het onmogelijk dat het laagste energieniveau van een lichaam nul is.

Kijkenook: Wat is energie?

Niet alle fysieke grootheden zijn gerelateerd aan elkaar vanwege hun mate van precisie. Het is bijvoorbeeld mogelijk om de energie en de positie van een deeltje zonder dat de precisie van deze metingen omgekeerdproportioneel elkaar.

Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)

Bovendien legt het onzekerheidsprincipe op dat het product van de onzekerheden van twee grootheden, zoals positie en momentum, altijd groter of gelijk zal zijn aan constante van Planckck (h) gedeeld door 4π. Het is echter gebruikelijk om de vergelijking van het onzekerheidsprincipe geschreven te zien in termen van de constante van Planck verminderd (? = h/2π).

Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg, dat betrekking heeft op: onzekerheidgeeftpositie van een lichaam met de onzekerheid over het momentum, wordt gedefinieerd door de onderstaande vergelijking:

x – positieonzekerheid (m)

q- onzekerheid van momentum (m/s)

? – verminderde Planck-constante (1.0545.10⁻³⁴ J.s)

Het onzekerheidsprincipe wordt ook toegepast op de energie en tijdspanne van een lichaam. Kijk maar:

En -onzekerheid in energie (J)

t -onzekerheid in tijd(en)

Stel bijvoorbeeld dat u in een bepaald experiment de wilt meten positie van een elektron. Om zijn positie te kunnen meten, is het nodig dat er op de een of andere manier een foton naar dit elektron wordt uitgezonden. Echter, wanneer de foton wordt teruggekaatst naar de waarnemer, deinst het elektron terug, omdat het foton er een kleine hoeveelheid beweging naar overbrengt die recht evenredig is met zijn frequentie. Als we de positie van dit elektron nauwkeuriger willen bepalen, kunnen we de frequentie van het foton verhogen. Als we dit echter doen, vergroten we de hoeveelheid beweging die aan het elektron wordt gegeven, waardoor de nauwkeurigheid bij het meten van deze grootte verloren gaat.

Kijkenook: Wat is snaartheorie?

Opgeloste oefening op het onzekerheidsprincipe

Een uiterst nauwkeurige laboratoriummeting is in staat om de positie van een molecuul te bepalen met meetonzekerheden van orde gelijk aan ± 10^-15 m. Wat is volgens het onzekerheidsprincipe de kleinst mogelijke onzekerheid bij het meten van het momentum van dit molecuul?

Resolutie

Het onzekerheidsprincipe stelt dat het product van de positie- en momentumonzekerheden groter of gelijk moet zijn aan de helft van de gereduceerde Planck-constante:

Dus, als we de modulus van de positieonzekerheid nemen ( =x = 10^-15) geleverd door de oefening en de module met gereduceerde Planck-constante (? = 1,0545.10⁻³⁴ J.s), zullen we moeten:

Het bovenstaande resultaat geeft aan dat, zelfs als het laboratorium een ​​instrument heeft dat in staat is om de hoeveelheid beweging van dit deeltje te meten met fouten kleiner dan 10^-20 m, zal het niet mogelijk zijn om de waarde ervan nauwkeurig te meten. We zullen de hierboven berekende waarde dus altijd als een plus- of min-afwijking laten berekenen.

Door mij Rafael Helerbrock