- Característiques
- proves experimentals
- exemple
- Mecànica quàntica diferent de mecànica clàssica
- limitacions
- Articles d'interès
- referències
El model atòmic de Heisenberg (1927) introdueix el principi d'incertesa en els orbitals d'electrons que envolten el nucli atòmic. El destacat físic alemany va instaurar els fonaments de la mecànica quàntica per estimar el comportament de les partícules subatòmiques que conformen un àtom.
El principi d'incertesa de Werner Heisenberg indica que no és possible conèixer amb certesa ni la posició ni el moment lineal d'un electró. El mateix principi s'aplica per a les variables temps i energia; és a dir, si tenim un indici sobre la posició de l'electró, desconeixerem el moment lineal de l'electró, i viceversa.
Werner Heisenberg
En síntesi, no és possible predir simultàniament el valor de les dues variables. L'anterior, no implica que no es pugui conèixer amb precisió alguna de les magnituds esmentades prèviament. Sempre que sigui per separat, no hi ha cap impediment per obtenir el valor d'interès.
No obstant això, la incertesa té lloc quan es tracta de conèixer simultàniament dues magnituds conjugades, com és el cas de la posició i el moment lineal, i de el temps al costat de l'energia.
Aquest principi sorgeix a causa d'un raonament estrictament teòric, com l'única explicació viable per donar raó sobre les observacions científiques.
Característiques
Al març de 1927 Heisenberg va publicar la seva obra Sobre el contingut perceptiu de la cinemàtica i la mecànica teòriques quàntiques, on va detallar el principi d'incertesa o indeterminació.
Aquest principi, fonamental en el model atòmic proposat per Heisenberg, es caracteritza per les següents raons:
- El principi d'incertesa sorgeix com una explicació que complementa les noves teories atòmiques sobre el comportament dels electrons. Tot i emprar instruments de mesura amb una alta precisió i sensibilitat, la indeterminació segueix estant present en qualsevol assaig experimental.
- A causa de el principi d'incertesa, a l'analitzar dues variables relacionades, si es té un coneixement precís d'una d'aquestes, llavors la indeterminació sobre el valor de l'altra variable serà cada vegada més gran.
- El moment lineal i la posició d'un electró, o una altra partícula subatòmica, no es poden mesurar a el mateix temps.
- La relació entre les dues variables ve donada per una inequació. Segons Heisenberg, el producte de les variacions de el moment lineal i de la posició de la partícula sempre és major a el quocient entre la constant de Plank (6,62606957 (29) × 10 -34 Jules x segons) i 4π, tal com es detalla en la següent expressió matemàtica:
La llegenda corresponent a aquesta expressió és la següent:
Ap: indeterminació de el moment lineal.
Ax: indeterminació de la posició.
h: constant de Plank.
π: nombre pi 3,14.
- En vista de l'anterior, el producte de les incerteses té com a límit inferior la relació h / 4π, que és un valor constant. Per tant, si una de les magnituds tendeix a zero, l'altra ha d'augmentar en la mateixa proporció.
- Aquesta relació és vàlida per a tots els parells de magnituds canòniques conjugades. Per exemple: el principi d'incertesa d'Heisenberg és perfectament aplicable a la dupla energia-temps, tal com es detalla a continuació:
En aquesta expressió:
ΔE: indeterminació de l'energia.
At: indeterminació de el temps.
h: constant de Plank.
π: nombre pi 3,14.
- D'aquest model es dedueix que el determinisme causal absolut en variables canòniques conjugades és impossible, ja que per establir aquesta relació s'hauria de tenir coneixement sobre els valors inicials de les variables d'estudi.
- En conseqüència, el model de Heisenberg es fonamenta en formulacions probabilístiques, a causa de l'aleatorietat que hi ha entre les variables a nivells subatòmics.
proves experimentals
El principi d'incertesa d'Heisenberg sorgeix com l'única explicació possible a les proves experimentals que van tenir lloc durant les primeres tres dècades de segle XXI.
Abans que Heisenberg enunciés el principi d'incertesa, els preceptes vigents per llavors suggerien que les variables moment lineal, posició, moment angular, temps, energia, entre d'altres, per a les partícules subatòmiques es definien operacionalment.
Això significava que eren tractades com si es tractés de física clàssica; és a dir, es mesurava un valor inicial i el valor final s'estimava segons el procediment preestablert.
L'anterior implicava definir un sistema de referència per als mesuraments, l'instrument de mesura i la forma d'ocupació d'aquest instrument, d'acord amb el mètode científic.
Segons això, les variables descrites per partícules subatòmiques havien de comportar-se de forma determinística. És a dir, el seu comportament havia de predir de manera exacta i precisa.
No obstant això, cada vegada que es realitzava un assaig d'aquesta naturalesa, resultava impossible obtenir en el mesurament el valor estimat de manera teòrica.
Les mesures es tergiversaban causa de les condicions naturals de l'experiment, i el resultat obtingut no era d'utilitat per enriquir a la teoria atòmica.
exemple
Per exemple: si es tracta de mesurar la velocitat i la posició d'un electró, el muntatge de l'experiment ha de contemplar el xoc d'un fotó de llum amb l'electró.
Aquesta col·lisió indueix una variació en la velocitat i la posició intrínseca de l'electró, amb la qual cosa l'objecte del mesurament és alterat per les condicions experimentals.
Per tant, l'investigador incita a l'ocurrència d'un error experimental inevitable, tot i l'exactitud i precisió dels instruments empleats.
Mecànica quàntica diferent de mecànica clàssica
Unit a l'anterior, el principi d'indeterminació de Heisenberg enuncia que, per definició, la mecànica quàntica funciona de manera diferent pel que fa a la mecànica clàssica.
En conseqüència, es dóna per fet que el coneixement precís de les mesures a nivell subatòmic està limitat per la prima línia que separa la mecànica clàssica i la quàntica.
limitacions
Tot i explicar la indeterminació de les partícules subatòmiques i establir les diferències entre la mecànica clàssica i la quàntica, el model atòmic de Heisenberg no estableix una equació única per explicar l'aleatorietat d'aquest tipus de fenòmens.
A més, el fet que la relació s'estableixi mitjançant una inequació implica que el rang de possibilitats per al producte de dues variables canòniques conjugades és indeterminat. En conseqüència, la incertesa inherent als processos subatòmics és significativa.
Articles d'interès
Model atòmic de Schrödinger.
Model atòmic de Broglie.
Model atòmic de Chadwick.
Model atòmic de Perrin.
Model atòmic de Thomson.
Model atòmic de Dalton.
Model atòmic de Dirac Jordan.
Model atòmic de Demòcrit.
Model atòmic de Bohr.
Model atòmic de Sommerfeld.
referències
- Beyler, R. (1998). Werner Heisenberg. Encyclopædia Britannica, Inc. Recuperat de: britannica.com
- El Principi De Incertesa De Heisenberg (sf). Recuperat de: hiru.eus
- García, J. (2012). Principi d'incertesa de Heisenberg. Recuperat de: hiberus.com
- Models atòmics (sf). Universitat Nacional Autònoma de Mèxic. Mèxic DF, Mèxic. Recuperat de: asesorias.cuautitlan2.unam.mx
- Werner Heisenberg (sf).Recuperado de: the-history-of-the-atom.wikispaces.com
- Wikipedia, L'Enciclopèdia Lliure (2018). Constant de Plank. Recuperat de: es.wikipedia.org
- Wikipedia, L'Enciclopèdia Lliure (2018). Principi d'incertesa de Heisenberg. Recuperat de: es.wikipedia.org