Википедија:Вики гимназијалац/Dualna priroda mikroobjekata

Из Википедије, слободне енциклопедије
Иди на навигацију Иди на претрагу

Dualna priroda mikroobjekata[уреди]

Dualna(korpuskularno-talasna) priroda nije karakteristika samo svetlosti tj. elektromagnetnih talasa. Savremena fizika pokazuje da je dualnost univerzalna osobina svih objekata mikrosveta, dakle molekula, atoma i sitnijih čestica; u kvantnoj mehanici se i osobine makroskopskih tela(kristala, na primer) kao kolektiva tih čestica objašnjavaju njihovom dualnom prirodom.

De Broljeva hipoteza[уреди]

Francuski fizičar Luj de Brolj je prvi postavio hipotezu o talasnoj prirodi čestica(1923. godine) :

.

gde je h Plankova konstanta. De Brolj je dobio Nobelovu nagradu za fiziku 1929. za otkriće dualne prirode elektrona. Bio je član i povremeni sekretar Francuske akademije nauka.

De Broljeva formula se može pisati i u drugom obliku :

,

gde je Dirakova konstanta, jednaka ; a talasni vektor talasa pridruženog čestici impulsa .

De Brolj je do svoje hipoteze došao duboko verujući u jedinstvo prirode(„Zašto bi dualnost bila karakteristika samo svetlosti? ”) i pokušavajući da odgonetne prvi Borov postulat. Kao i većina fizičara tog vremena želeo je da shvati zašto u stacionarnim stanjima elekroni ne emituju elektromagnetno zračenje. Odgovor je našao baš u talasnoj prirodi elektrona. Elektronu koji kruži oko jezgra po stacionarnoj orbiti može se pridružiti stojeći talas takav da je na putanji elektrona „smešten” ceo broj talasnih dužina. Kao što bi da nema otpora sredine, kod stojećeg talasa zategnutoj žici svi delići žice beskonačno dugo oscilovali na isti način bez gubitka energije, tako nema gubitaka energije ni kod ovakvog stojećeg talasa elektrona.

.

slika primer za De Broljevu jednačinu

Eksperimentalne potvrde de Broljeve hipoteze[уреди]

De Brolj je postavio hipotezu o talasnoj prirodi čestica, ali morali su da postoje eksperimenti koji bi je potvrdili i proverili. Prvi eksperiment koji je potvrdio talasnu prirodu elektrona izveli su Devison i Džermer. Oni su posmatrali difrakciju elektrona reflektovanih sa pločice monokristala nikla.


Elektronski top izbacuje snop brzih elektrona koji padaju na kristalnu pločicu, reflektuju se i nakon toga dolaze u kolektor koji je povezan sa galvanometrom. Jačina struje koju pokazuje galvanometar srazmerna je intenzitetu elektronskog snopa koji ulazi u kolektor, Kolektor može da rotira u rvni tako da može primati snopove elektrona reflektovanih od kristala u različitim pravcima. Eksperiment je pokazao da postoje pravci u kojima se dobijaju maksimumi intenziteta kao pri difrakciji rendgenskog zračenja na kristalu. Time je potvrđena difrakcija elektrona, odnosno potvrđena je talasna priroda elektrona. Na osnovu raspodele intenziteta mogla se uraditi i kvantitativna provera de Broljeve hipoteze. Naime, maksimumi intenziteta pri refleksiji talasa od paralelnih kristalografskih ravni određeni su Breg-Vulfovim zakonom:

, m=1,2,3,...

U toj jednačini d je rastojanje između susednih ravni kristala(konstanta rešetke), a je ugao između snopa i ravni kristala što je prikazano na sledećoj slici:


Kada je poznata konstanta rešetke kristala, na osnovu merenja ugla pri kojem se dobija maksimum intenziteta reflektovanog snopa, može se izmeriti talasna dužina de Broljevog talasa. Kako je poznat napon kojim se ubrzavaju elektroni, može se izračunati impuls elektrona i debroljevska talasna dužina. Izmerene talasne dužine u Devison-Džermerovom ekperimentu poklapale su se sa izračunatim i to je bila potvrda tačnosti de Broljeve hipoteze. Prema savremenoj fizici, dualnost je univerzalna i tu osobinu imaju svi mikroobjekti. Svaki mikroobjekat je istovremeno i talas i čestica. U nekim pojavama ispoljavaju se taladna, a u nekim čestična svojstva objekta. Zbog svoje dualne prirode, miktroobjekti se nazivaju „talas-čestice”. I makroskopski objekti imaju dualnu prirodu, ali se njihova talasna svojstva ne mogu opaziti zbog jako male talasne dužine.

Relacije neodređenosti[уреди]

Verner Hajzenberg je tvrdio da u slučaju mikroobjekata ne važi kao u klasičnoj fizici to da kada bi merni instrumenti i merenje bili idealni apsolutne greške merenja i položaja i impulsa bi bile jednake nuli već je govorio da se pri istovremenom određivanju položaja(x,y,z)i impulsa(px,py,pz) „talas-čestice” postoje neodređenosti(apsolutne greške merenja) ovih veličina koje su povezane sledećim relacijama koje se nazivaju Hajzenbergove relacije neodređenosti:

, ,

Smisao relacija neodređenosti : ako stanje kretanja čestice u nekom trenutku hoćemo da(kao u klasičnoj fizici) opišemo vrednostima koordinate i brzine (impulsa), onda ne možemo govoriti o tačnim vrednostima tih veličina, nego o vrednostima unutrar određenih intervala Δx i Δp povezanih relacijom :. Dakle, pojmove koordinate i impulsa možemo koristiti za opisivanje stanja mikroobjekta samo sa ograničenjem koje nameće relacija neodređenosti. Neodređenost impulsa i koordinate u relaciji nisu posledica nesavršenosti mernih instrumenata, eksperimentatora i postupka merenja. I u idealnim uslovima postojale bi neodređenosti ovih veličina odnosno : Nemoguće je istovremeno talno odrediti i položaj i impuls mikroobjekta. Hajzenbergove relacije neodređenosti pokazuju da se proces merenja na mikroobjektu bitno raszlikuje od merenja na makroskopskom objektu. Naime, svako merenje je interakcija instrumenata sa posmatranim objektom. Ako se radi o makroskopskom objektu, delovanje instrumenta na objekat može se(usavršavanjem aparature i metode merenja)učiniti dovoljno slabim da instrument ne utiče na osobine objekta. Kod mikroobjekta je to nemoguće jer instrument svakako utiče na proces koji se posmatra. Na prime ako eksperimentator hoće da odredi položaj elektrona pomoću elektronskog mikroskopa, on mora da osvetli elektron i tada dolazi do sudara fotona sa elektronom, što će promeniti impuls elektrona-ako bi se tada merio impuls, ne bi se dobila vrednost impulsa koju je elektron imao u trenutku određivanja položaja.

Relacija neodređenosti energije i vremena[уреди]

S obzirom da brzina i položaj mikroobjekta nisu tačno određeni, u kvantnoj fizici se obično i ne govori posebno o potencijalnoj i kinetičkoj energiji čestice jer je potencijalna neodređena zato što zavisi od položaja, a kinetička zato što zavisi od brzine. Najčešće se govori o ukupnoj energiji, a Hajzenberg je dokazao da ni ona ne mora biti tačno određena. Sledi relacija neodređenosti energije i vremena: Dužina života mikroobjekta u nekom stanju(Δt)i neodređenost energije(ΔE)u tom stanju povezani su relacijom neodređenosti : . Dakle, što je kraće vreme života čestice u nekom stanju, to je neodređenija energija. Samo u stabilnim stanjima, gde je dužina života beskonačno velika, energija je potpuno određena.

Reference[уреди]

Literatura[уреди]

Fizika za četvrti razred gimnazije - Nataša Čaluković.