Расплывчатые частицы: принцип неопределенности Гейзенберга

Главная особенность квантовой механики заключена в ее веро­ятностной природе, сформулированной Максом Борном в 1926 году. Вместо того чтобы говорить о точных значениях физических вели­чин, есть возможность описать только распределение вероятности этих значений. Связано это с Принципом неопределенности, Опу­бликованным Гейзенбергом в 1927 году.

>Расплывчатые частицы: принцип неопределенности Гейзенберга

Гейзенберг понял, что од­новременное существование частицы как материального тела и как волны требует фундаментальных ограничений в положении части­цы. Невозможно сказать, на каком расстоянии от атомного ядра рас­положен электрон в данный момент времени. Одновременно знать об этих двух вещах невозможно.

Электрон «размазан» по окрестно­сти ядра. Можно только сказать, что наиболее вероятно обнаружить электрон на такомто расстоянии и в такомто направлении, а не на других расстояниях и не в других направлениях. В этом смысле «планетные орбиты» из простой модели Бора теперь представляют только наиболее вероятные области, где можно найти электрон. Это касается не только электрона, связанного в атоме, но и всех электро­нов и вообще всех частиц. Общее правило гласит: частица «разма­зана» тем сильнее, чем она легче. «Размазанность» обычных пред­метов, типа теннисного мяча, совершенно незаметна.

«Размазанность частицы» — звучит абстрактно, но на деле имеет конкретные следствия. Например, при испускании альфаизлучения частица выходит из радиоактивного ядра путем Туннелирования. Альфачастица связана с ядром сильным ядерным взаимодействием, надежно удерживающим ее в ядре. Но мы видим, как время от времени альфачастицы покидают ядро. Георгий Гамов (изучавший также космологию и генетический код; см. главы 24 и 28), используя квантовую теорию, объяснил это тем, что альфачастицы «размазываются» не только по ядру, но и выходят немного за его пределы. «Размазывание» означает, что с некоторой вероят­ностью частицу можно обнаружить в любом месте той области, по которой она «размазана».

Расплывчатые частицы: принцип неопределенности Гейзенберга

Следовательно, альфачастица находится внутри ядра с вероятностью немного меньше юо%, и в то же время она с небольшой вероятностью находится вне ядра. Поэтому время от времени положительно заряженная альфачастица материализу­ется вне ядра, вне области сильного ядерного взаимодействия, где электрическое отталкивание от положительно заряженного ядра выталкивает ее наружу.

На эффекте туннелирования основан и синтез гелия в недрах Солнца, дающий такой любимый нами солнечный свет. Ядра гелия образуются при объединении ядер водорода — протонов, которые должны сблизиться настолько, чтобы их связало сильное ядерное взаимодействие. Сближению протонов мешает их электрическое отталкивание, преодолеть которое протоны могли бы при очень высокой скорости движения. Но в недрах Солнца их скорости до­вольно малы. Как же разрешается эта дилемма?

Поскольку протоны тоже «размазаны» вблизи своего среднего положения, временами они материализуется ближе друг к другу, чем на это указывает их среднее положение. Так что протоны, к своему удивлению, вдруг могут оказаться в области сильного ядерного взаимодействия, хотя ожидать этого было невозможно.

Рассмотрим теперь такой случай. Мы сильно бьем в кирпичную стену дома теннисным мячом. Неожиданно мяч проходит сквозь стену и оказывается внутри здания. А в стене как не было дырки, так и нет; мяч туннелировал сквозь стену. То, что этого никогда не может произойти, обусловлено большой массой теннисного мяча по сравнению с массой протона! Теперь понятно, почему электрон не может быть составной частью ядра. Как легкая частица, электрон размазан по такой большой области, что не может удержаться в ло­вушке внутри ядра.

    Похожие статьи из категории: Странности микромира
  • Механика атомов

    Новая теория для механики атомных явлений была названа квантовой механикой. Первый шаг к ее открытию сделал немецкий физик Вернер Гейзенберг. Немного позже была разработана кван­товая электродинамика для описания электромагнитных явлений […]

  • Модель Бора и спектроскопические законы Кирхгофа

    Модель атома Бора прекрасно объясняет эксперимен­тальные законы спектроскопии, открытые Кирхгофом. В тонком слое горячего газа атомы сталкиваются друг с дру­гом, забрасывая электроны на высокие орбиты. Вскоре они спрыгивают на орбиты […]

  • Атом Бора

    Датский физик Нильс Бор применил новую квантовую концеп­цию к атому. Бор родился в Копенгагене, в богатой семье. В юности он был известным футболистом: вместе с братом играл в лучших национальных […]

  • Единство волн и частиц

    Проникнув в тайны строения вещества, мы вновь можем вер­нуться к свету. Как нам уже известно, в XIX веке волновая теория восторжествовала над более ранней теорией Ньютона о частицах света — […]

  • Здравый смысл и реальность

    Квантовая физика оказалась очень точной в объяснении свойств материи, и в этом смысле она «правильная». Однако концептуальные основы квантовой теории все еще обсуждаются и изучаются. Явления микромира настолько отличаются от […]

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *