مجهر هايزنبرغ

يُعدّ مجهر هايزنبرغ تجربة فكرية اقترحها فيرنر هايزنبرغ، وقد شكّلت نواة لبعض الأفكار الشائعة حول ميكانيكا الكم . وعلى وجه الخصوص، فهو يُقدّم حجةً لمبدأ عدم اليقين استنادًا إلى مبادئ البصريات الكلاسيكية .

انتقد نيلز بور ، مُعلّم هايزنبرغ ، هذا المفهوم ، وأشارت التطورات النظرية والتجريبية إلى أن تفسير هايزنبرغ البديهي لنتيجته الرياضية قد يكون مُضللاً. ^{[ 1 ] [ 2 ]} مع أن عملية القياس تُؤدي إلى عدم يقين، إلا أن فقدان الدقة أقل مما تنبأت به حجة هايزنبرغ عند القياس على مستوى حالة فردية . ومع ذلك، تظل النتيجة الرياضية الرسمية صحيحة، وقد تم إثبات صحة الحجة البديهية الأصلية رياضيًا أيضًا عند توسيع مفهوم الاضطراب ليصبح مستقلاً عن أي حالة مُحددة. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

يفترض هايزنبرغ أن الإلكترون يشبه الجسيم الكلاسيكي ، ويتحرك في${\displaystyle x}$اتجاه على طول خط أسفل المجهر. دع مخروط أشعة الضوء الخارجة من عدسة المجهر والمركّزة على الإلكترون يصنع زاوية ${\displaystyle \varepsilon }$مع الإلكترون. دع${\displaystyle \lambda }$ليكن طول موجة أشعة الضوء. عندئذٍ، ووفقًا لقوانين البصريات الكلاسيكية، لا يستطيع المجهر تحديد موقع الإلكترون إلا بدقة تصل إلى ^{[ 5 ] : 21 [ 6 ]}

${\displaystyle \Delta x={\frac {\lambda }{\sin \varepsilon }}.}$

يرى المراقب صورة الجسيم لأن أشعة الضوء تصطدم به وترتد عبر المجهر إلى عين المراقب. ونعلم من الأدلة التجريبية أنه عندما يصطدم فوتون بإلكترون، فإن الأخير يرتد ارتدادًا كومبتونيًا بزخم يتناسب مع${\displaystyle h/\lambda }$، أين${\displaystyle h}$هو ثابت بلانك . ومع ذلك، لا يمكن معرفة مدى الارتداد بدقة، لأن اتجاه الفوتون المتشتت غير محدد داخل حزمة الأشعة الداخلة إلى المجهر. وعلى وجه الخصوص، فإن زخم الإلكترون في${\displaystyle x}$يتم تحديد الاتجاه حتى ^{[ 6 ] فقط}

${\displaystyle \Delta p_{x}\approx {\frac {h}{\lambda }}\sin \varepsilon .}$

دمج العلاقات من أجل${\displaystyle \Delta x}$و${\displaystyle \Delta p_{x}}$وبالتالي لدينا ^{[ 6 ]}

${\displaystyle \Delta x\Delta p_{x}\approx \left({\frac {\lambda }{\sin \varepsilon }}\right)\left({\frac {h}{\lambda }}\sin \varepsilon \right)=h}$،

وهو تعبير تقريبي عن مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ .

على الرغم من أن التجربة الفكرية صِيغت كمقدمة لمبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ ، وهو أحد أركان الفيزياء الحديثة، إلا أنها تهاجم الفرضيات التي بُنيت عليها، وبالتالي تساهم في تطوير مجال من الفيزياء - وهو ميكانيكا الكم - الذي أعاد تعريف المصطلحات التي تم بموجبها تصور التجربة الفكرية الأصلية.

تُشكك بعض تفسيرات ميكانيكا الكم في ما إذا كان للإلكترون موقع محدد قبل أن يتأثر بالقياس المستخدم لتحديد هذا الموقع. وفقًا لتفسير كوبنهاغن ، يمتلك الإلكترون احتمالًا ما للظهور في أي نقطة في الكون، مع أن احتمال وجوده بعيدًا عن الموقع المتوقع يصبح ضئيلًا جدًا عند المسافات الشاسعة من المنطقة التي وُجد فيها أصلًا. بعبارة أخرى، لا يمكن تحديد "موقع" الإلكترون إلا من خلال توزيع احتمالي ، وكذلك التنبؤات بمكان حركته.

• تحديد موقع الذرة
• ميكانيكا الكم
• أساسيات ميكانيكا الكم
• تفسير ميكانيكا الكم
• التفسير الفلسفي للفيزياء الكلاسيكية
• قطة شرودنغر
• مبدأ عدم اليقين
• نظرية الحقل الكمومي
• الإشعاع الكهرومغناطيسي

• أكسل، أمير (2003). التشابك: القصة غير المتوقعة لكيفية إثبات العلماء والرياضيين والفلاسفة لأكثر نظريات أينشتاين غرابة . نيويورك: بلوم. ص  77-79. ISBN 978-0-452-28457-9. OCLC 53378914 . 
• بور، ن. (1928). "مسلمة الكم والتطورات الحديثة لنظرية الذرة" . مجلة نيتشر . 121 (3050). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​ذ.م.م.: 580-590 . رمز Bibcode : 1928Natur.121..580B . doi : 10.1038/121580a0 . ISSN 0028-0836 . S2CID 4097746 .  
• هايزنبرغ، فيرنر (2007). الفيزياء والفلسفة: الثورة في العلوم الحديثة . نيويورك: هاربر بيرينال. ص  46. ISBN 978-0-06-120919-2. OCLC 135128032 . 
• ميسيا، ألبرت (2014). ميكانيكا الكم . المجلد  الأول. منشورات دوفر. ص  143. ISBN 978-0-486-78455-7. OCLC 874097814 . 
• نيومان، جيمس (2003). عالم الرياضيات . المجلد  الثاني. المدينة: منشورات دوفر. ص  1051-1055. ISBN 978-0-486-43268-7. OCLC 691512261 . 

• تاريخ مجهر هايزنبرغ ( مؤرشف بتاريخ 2 ديسمبر 2005 في أرشيف الإنترنت)
• محاضرات حول مجهر هايزنبرغ