- •Тепловое излучение. Квантовая оптика
- •1. Тепловое излучение
- •2. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело
- •3. Закон Стефана – Больцмана и закон Вина. Формула Рэлея – Джинса
- •4. Формула Планка
- •5. Явление внешнего фотоэффекта
- •6. Опыт Боте. Фотоны
- •7. Излучение Вавилова – Черенкова
- •Основные положения квантовой механики
- •9. Гипотеза де-Бройля. Опыт Дэвиссона и Джермера
- •8. Эффект Комптона
- •10. Вероятностный характер волн де-Бройля. Волновая функция
- •11. Принцип неопределенности
- •12. Уравнение Шредингера
- •13. Частица в потенциальной яме
- •14. Потенциальная яма конечной глубины
- •15. Принцип соответствия в квантовой механике
- •16. Прохождение частицы через потенциальный барьер. Туннельный эффект
- •17. Движение свободной частицы
- •18. Гармонический осциллятор
- •Содержание
- •Тираж 200 экз. Заказ
- •1 97376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5
11. Принцип неопределенности
В классической механике
состояние материальной точки определяется
заданием значений координат и импульса.
Своеобразие свойств микрочастиц
проявляется в том, что не для всех
переменных при измерениях получаются
определенные значения. Так, например,
электрон (и любая другая микрочастица)
не может иметь одновременно точных
значений координаты х и компоненты
импульса
.
Неопределенности значений х и
удовлетворяют соотношению
. (11.1)
Из (11.1) следует, что, чем меньше неопределенность одной из переменных (х или ), тем больше неопределенность другой. Возможно такое состояние, когда одна из переменных имеет точное значение, а другая переменная при этом оказывается совершенно неопределенной.
Соотношение,
аналогичное (11.1), имеет место для у
и
,
z и
,
а также для ряда других пар величин
(такие пары величин называются канонически
сопряженными). Обозначив канонически
сопряженные величины буквами А и
В, можно написать
. (11.2)
Соотношение (11.2) называется принципом неопределенности для величин А и В. Это соотношение сформулировал В. Гейзенберг в 1927 г. Утверждение о том, что произведение неопределенностей значений двух канонически сопряженных переменных не может быть по порядку величины меньше постоянной Планка, называется принципом неопределенности.
Энергия и время также являются канонически сопряженными величинами
.
Это соотношение
означает, что определение энергии с
точностью Е
должно занять интервал времени, равный
по меньшей мере
.
Соотношение неопределенности можно проиллюстрировать следующим примером. Попытаемся определить значение координаты х свободно летящей микрочастицы, поставив на ее пути щель шириной х, расположенную перпендикулярно к направлению движения частицы.
До
прохождения частицы через щель ее
составляющая импульса
имеет точное значение равное нулю (щель
по условию перпендикулярна к направлению
импульса), так что
,
зато координата х частицы является
совершенно неопределенной (рис.
11.1).
В
Рис. 11.1
.
Краю центрального дифракционного максимума (первому минимуму), получающемуся от щели шириной х, соответствует угол , для которого
.
Следовательно,
,
и получаем
.
Движение
по траектории характеризуется вполне
определенными значениями координат и
скорости в каждый момент времени.
Подставив в (11.1) вместо
произведение
,
получим соотношение
.
Очевидно, что чем
больше масса частицы, тем меньше
неопределенности ее координаты и
скорости и, следовательно, с тем большей
точностью применимо понятие траектории.
Уже для макрочастицы размером 1 мкм
неопределенности значений х и
оказываются за пределами точности
измерения этих величин, так что ее
движение будет практически неотличимо
от движения по траектории.
Принцип неопределенности является одним из фундаментальных положений квантовой механики.
