النموذج الذري لهيسنبرغ: الخصائص والقيود
يقدم النموذج الذري لهيسنبرغ (1927) مبدأ عدم اليقين في المدارات الإلكترونية التي تحيط بالنواة الذرية. أسس الفيزيائي الألماني البارز أسس ميكانيكا الكم لتقدير سلوك الجسيمات دون الذرية التي تشكل ذرة.
يشير مبدأ عدم اليقين في Werner Heisenberg إلى أنه من غير الممكن التيقن من عدم اليقين بالموقف ولا الزخم الخطي للإلكترون. ينطبق نفس المبدأ على متغيرات الوقت والطاقة ؛ بمعنى أنه إذا كانت لدينا إشارة إلى موضع الإلكترون ، فلن نعرف الزخم الخطي للإلكترون ، والعكس بالعكس.
باختصار ، لا يمكن التنبؤ بقيمة كلا المتغيرين في وقت واحد. ما تقدم لا يعني أن أيًا من المقاييس المذكورة سابقًا لا يمكن أن يعرف بدقة. طالما أنه منفصل ، لا يوجد أي عائق للحصول على قيمة الفائدة.
ومع ذلك ، فإن عدم اليقين يحدث عندما يتعلق الأمر بمعرفة في وقت واحد اثنين من مترافق ، كما هو الحال مع الموقف واللحظة الخطية ، والوقت بجانب الطاقة.
ينشأ هذا المبدأ بسبب التفكير النظري الصارم ، باعتباره التفسير الوحيد القابل للتطبيق لإعطاء سبب على الملاحظات العلمية.
ملامح
في مارس 1927 ، نشر Heisenberg أعماله حول المحتوى الإدراكي للحركية والميكانيكية النظرية الكمومية ، حيث شرح بالتفصيل مبدأ عدم اليقين أو عدم التحديد.
يتميز هذا المبدأ الأساسي في النموذج الذري الذي اقترحه هايزنبرغ بما يلي:
- يبرز مبدأ عدم اليقين كتفسير يكمل النظريات الذرية الجديدة حول سلوك الإلكترونات. على الرغم من استخدام أدوات القياس بدقة عالية وحساسية ، لا تزال عدم التحديد موجودة في أي اختبار تجريبي.
- بسبب مبدأ عدم اليقين ، عند تحليل متغيرين مرتبطين ، إذا كان لدى أحدهما معرفة دقيقة بأحد هذه المتغيرات ، فسوف تزداد عدم تحديد قيمة المتغير الآخر.
- لا يمكن قياس اللحظة الخطية وموضع الإلكترون ، أو أي جسيم آخر دون ذري ، في نفس الوقت.
- يتم إعطاء العلاقة بين كلا المتغيرين بسبب عدم المساواة. وفقًا لهيسنبرغ ، فإن ناتج الزخم الخطي وموضع الجسيم دائمًا أكبر من الحد الفاصل بين ثابت اللوح (6.62606957 (29) × 10 -34 جول × ثانية) و 4π ، على النحو المفصل في التعبير الرياضي التالي:
وسيلة الإيضاح المقابلة لهذا التعبير هي كما يلي:
Δp: تحديد اللحظة الخطية.
Δx: تحديد الموقف.
h: لوح ثابت.
π: رقم pi 3.14.
- في ضوء ما سبق ، يكون ناتج عدم اليقين كحد أدنى للعلاقة h / 4π ، وهي قيمة ثابتة. لذلك ، إذا كان أحد الحجم يميل إلى الصفر ، فيجب زيادة الآخر بنفس النسبة.
- هذه العلاقة صالحة لجميع أزواج المقاييس المتعارف عليها. على سبيل المثال: مبدأ عدم اليقين في Heisenberg ينطبق تمامًا على زوج وقت الطاقة ، على النحو المفصل أدناه:
في هذا التعبير:
:E: تحديد الطاقة.
:t: تحديد الوقت.
h: لوح ثابت.
π: رقم pi 3.14.
- من هذا النموذج ، يتم استنتاج أن الحتمية السببية المطلقة في المتغيرات المتعارف عليها المستعصية أمر مستحيل ، لأن إقامة هذه العلاقة يجب أن يكون لدى الفرد معرفة بالقيم الأولية لمتغيرات الدراسة.
- بناءً على ذلك ، يعتمد نموذج Heisenberg على تركيبات احتمالية ، وذلك بسبب العشوائية الموجودة بين المتغيرات في المستويات دون الذرية.
الاختبارات التجريبية
يبرز مبدأ عدم اليقين في Heisenberg باعتباره التفسير الوحيد الممكن للاختبارات التجريبية التي تمت خلال العقود الثلاثة الأولى من القرن الحادي والعشرين.
قبل أن يعلن Heisenberg مبدأ عدم اليقين ، فإن المبادئ السائدة بحلول ذلك الوقت تشير إلى أن الزخم الخطي المتغير ، والموقف ، والزخم الزاوي ، والوقت ، والطاقة ، من بين أمور أخرى ، للجزيئات دون الذرية قد تم تحديدها تشغيليًا.
هذا يعني أنهم عوملوا كما لو كانت فيزياء كلاسيكية ؛ بمعنى ، تم قياس قيمة مبدئية وتم تقدير القيمة النهائية وفقًا للإجراء المحدد مسبقًا.
يشمل ما سبق تحديد نظام مرجعي للقياسات ، وأداة القياس وطريقة استخدام الأداة المذكورة ، وفقًا للطريقة العلمية.
وفقا لهذا ، فإن المتغيرات التي وصفتها الجسيمات دون الذرية يجب أن تتصرف بشكل قاطع. وهذا يعني أن سلوكها كان يجب التنبؤ به بدقة وبدقة.
ومع ذلك ، في كل مرة يتم إجراء اختبار لهذه الطبيعة ، كان من المستحيل الحصول على القيمة المقدرة نظريًا في القياس.
تم تشويه القياسات بسبب الظروف الطبيعية للتجربة ، وكانت النتيجة التي تم الحصول عليها غير مفيدة لإثراء النظرية الذرية.
مثال
على سبيل المثال: إذا كان الغرض من ذلك هو قياس سرعة وموضع الإلكترون ، فيجب أن تفكر مجموعة التجربة في تصادم فوتون الضوء مع الإلكترون.
يؤدي هذا الاصطدام إلى تباين في السرعة والموضع الجوهري للإلكترون ، حيث يتم تغيير كائن القياس من خلال الظروف التجريبية.
لذلك ، يشجع الباحث حدوث خطأ تجريبي لا مفر منه ، على الرغم من دقة ودقة الأدوات المستخدمة.
ميكانيكا الكم تختلف عن الميكانيكا الكلاسيكية
بالإضافة إلى ما سبق ، ينص مبدأ عدم التمييز في Heisenberg ، بحكم تعريفه ، أن ميكانيكا الكم تعمل بشكل مختلف عن الميكانيكا الكلاسيكية.
وبالتالي ، يُفترض أن المعرفة الدقيقة للقياسات على المستوى دون الذري محدودة بسبب الخط الرفيع الذي يفصل الميكانيكا الكلاسيكية والكمومية.
القيود
على الرغم من توضيح عدم تحديد الجسيمات دون الذرية وتحديد الاختلافات بين الميكانيكا الكلاسيكية والكمومية ، فإن نموذج هازنبرغ الذري لا ينشئ معادلة واحدة لشرح العشوائية لهذا النوع من الظواهر.
علاوة على ذلك ، فإن حقيقة إقامة العلاقة من خلال عدم المساواة تعني أن نطاق الاحتمالات لمنتج متغيرين قانونيين مترافقين غير محدد. وبالتالي ، فإن عدم اليقين المتأصل في العمليات دون الذرية كبير.
المواد المثيرة للاهتمام
النموذج الذري لشرودنجر.
النموذج الذري لبرولي.
النموذج الذري لتشادويك.
النموذج الذري لبيرين.
النموذج الذري لطومسون.
النموذج الذري لدالتون.
النموذج الذري لديراك الأردن.
النموذج الذري للديموقريطس.
النموذج الذري لبهر.
