Atommodell von Heisenberg: Eigenschaften und Grenzen

Das Atommodell von Heisenberg (1927) führt das Unsicherheitsprinzip in die Elektronenorbitale ein, die den Atomkern umgeben. Der herausragende deutsche Physiker schuf die Grundlagen der Quantenmechanik, um das Verhalten der subatomaren Teilchen, aus denen ein Atom besteht, abzuschätzen.

Das Unsicherheitsprinzip von Werner Heisenberg zeigt, dass weder die Position noch der lineare Impuls eines Elektrons mit Sicherheit zu kennen ist. Das gleiche Prinzip gilt für die Variablen Zeit und Energie; das heißt, wenn wir einen Hinweis auf die Position des Elektrons haben, werden wir den linearen Impuls des Elektrons nicht kennen und umgekehrt.

Kurz gesagt, es ist nicht möglich, den Wert beider Variablen gleichzeitig vorherzusagen. Das Vorstehende impliziert nicht, dass irgendeine der zuvor erwähnten Größen nicht genau bekannt sein kann. Solange es separat ist, gibt es kein Hindernis, den Wert des Interesses zu erhalten.

Die Unsicherheit tritt jedoch auf, wenn es darum geht, zwei konjugierte Größen gleichzeitig zu kennen, wie dies bei der Position und dem linearen Moment der Fall ist und bei der Zeit neben der Energie.

Dieses Prinzip ergibt sich aus einer streng theoretischen Überlegung als einzige vernünftige Erklärung, um die wissenschaftlichen Beobachtungen zu begründen.

Eigenschaften

Im März 1927 veröffentlichte Heisenberg seine Arbeit über den Wahrnehmungsgehalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik, in der er das Prinzip der Unbestimmtheit oder Unbestimmtheit ausführlich beschrieb.

Dieses Prinzip, das für das von Heisenberg vorgeschlagene Atommodell grundlegend ist, zeichnet sich durch Folgendes aus:

- Das Unsicherheitsprinzip ist eine Erklärung, die die neuen Atomtheorien über das Verhalten von Elektronen ergänzt. Trotz der Verwendung von Messinstrumenten mit hoher Präzision und Empfindlichkeit ist bei jedem experimentellen Test eine Unbestimmtheit vorhanden.

- Aufgrund des Unsicherheitsprinzips nimmt die Unbestimmtheit des Werts der anderen Variablen zu, wenn bei der Analyse zweier zusammengehöriger Variablen eine dieser Variablen genau bekannt ist.

- Das lineare Moment und die Position eines Elektrons oder eines anderen subatomaren Teilchens können nicht gleichzeitig gemessen werden.

- Die Beziehung zwischen beiden Variablen ist durch eine Ungleichung gegeben. Nach Heisenberg ist das Produkt der Variationen des linearen Impulses und der Position des Teilchens immer größer als der Quotient zwischen der Plank-Konstante (6, 62606957 (29) × 10 –34 Jules × Sekunden) und 4 & pgr ;. im folgenden mathematischen Ausdruck:

Die diesem Ausdruck entsprechende Legende lautet wie folgt:

Δp: Unbestimmtheit des linearen Moments.

Δx: Unbestimmtheit der Position.

h: Plankenkonstante.

π: Nummer pi 3.14.

- In Anbetracht des Vorstehenden hat das Produkt der Unsicherheiten als Untergrenze die Beziehung h / 4π, die ein konstanter Wert ist. Wenn daher eine der Größen gegen Null geht, muss die andere im gleichen Verhältnis zunehmen.

- Diese Beziehung gilt für alle Paare konjugierter kanonischer Größen. Zum Beispiel: Das Heisenberg-Unschärferelation-Prinzip ist perfekt auf das Energie-Zeit-Paar anwendbar, wie unten beschrieben:

In diesem Ausdruck:

ΔE: Unbestimmtheit der Energie.

Δt: Unbestimmtheit der Zeit.

h: Plankenkonstante.

π: Nummer pi 3.14.

- Aus diesem Modell wird abgeleitet, dass der absolute kausale Determinismus in konjugierten kanonischen Variablen unmöglich ist, da man zum Aufbau dieser Beziehung Kenntnisse über die Anfangswerte der Untersuchungsvariablen haben sollte.

- Folglich basiert das Heisenberg-Modell aufgrund der Zufälligkeit zwischen den Variablen auf subatomaren Ebenen auf probabilistischen Formulierungen.

Experimentelle Tests

Das Heisenbergsche Unsicherheitsprinzip ist die einzig mögliche Erklärung für die experimentellen Untersuchungen in den ersten drei Jahrzehnten des 21. Jahrhunderts.

Bevor Heisenberg das Unsicherheitsprinzip formulierte, schlugen die damaligen Vorschriften vor, dass die Variablen linearer Impuls, Position, Drehimpuls, Zeit, Energie ua für subatomare Teilchen operativ definiert wurden.

Dies bedeutete, dass sie behandelt wurden, als ob es klassische Physik wäre; Das heißt, ein Anfangswert wurde gemessen und der Endwert wurde gemäß dem vorher festgelegten Verfahren geschätzt.

Das Vorstehende umfasste das Definieren eines Bezugssystems für Messungen, des Messinstruments und der Art der Verwendung des Instruments gemäß dem wissenschaftlichen Verfahren.

Demnach mussten sich die von subatomaren Partikeln beschriebenen Variablen deterministisch verhalten. Das heißt, sein Verhalten musste genau und präzise vorhergesagt werden.

Bei jeder Prüfung dieser Art war es jedoch unmöglich, den theoretisch geschätzten Wert bei der Messung zu erhalten.

Die Messungen wurden aufgrund der natürlichen Bedingungen des Experiments falsch dargestellt, und das erhaltene Ergebnis war nicht nützlich, um die Atomtheorie zu bereichern.

Beispiel

Zum Beispiel: Wenn die Geschwindigkeit und die Position eines Elektrons gemessen werden sollen, muss bei der Versuchsanordnung die Kollision eines Lichtphotons mit dem Elektron berücksichtigt werden.

Diese Kollision induziert eine Variation der Geschwindigkeit und der inneren Position des Elektrons, mit der das Messobjekt durch die experimentellen Bedingungen verändert wird.

Daher ermutigt der Forscher das Auftreten eines unvermeidlichen experimentellen Fehlers, trotz der Genauigkeit und Präzision der verwendeten Instrumente.

Die Quantenmechanik unterscheidet sich von der klassischen Mechanik

Darüber hinaus besagt das Unbestimmtheitsprinzip von Heisenberg, dass die Quantenmechanik definitionsgemäß anders funktioniert als die klassische Mechanik.

Folglich wird angenommen, dass die genaue Kenntnis der Messungen auf subatomarer Ebene durch die dünne Linie begrenzt ist, die die klassische und die Quantenmechanik trennt.

Einschränkungen

Obwohl das Heisenberg-Atommodell die Unbestimmtheit subatomarer Teilchen erklärt und die Unterschiede zwischen der klassischen und der Quantenmechanik festlegt, gibt es keine einzige Gleichung, um die Zufälligkeit dieser Art von Phänomenen zu erklären.

Darüber hinaus impliziert die Tatsache, dass die Beziehung durch eine Ungleichung hergestellt wird, dass der Bereich von Möglichkeiten für das Produkt von zwei konjugierten kanonischen Variablen unbestimmt ist. Folglich ist die Unsicherheit, die subatomaren Prozessen inhärent ist, signifikant.