ATOOMMODEL VAN HEISENBERG: KENMERKEN EN BEPERKINGEN - FYSIEK - 2026

Het atoommodel Heisenberg (1927) introduceerde het onzekerheidsprincipe in de elektronen-orbitalen rond de atoomkern. De prominente Duitse natuurkundige legde de basis van de kwantummechanica om het gedrag van de subatomaire deeltjes waaruit een atoom bestaat te schatten.

Het onzekerheidsprincipe van Werner Heisenberg geeft aan dat noch de positie, noch het lineaire momentum van een elektron met zekerheid bekend kan zijn. Hetzelfde principe is van toepassing op de variabelen tijd en energie; dat wil zeggen, als we een idee hebben over de positie van het elektron, zullen we het lineaire momentum van het elektron niet kennen, en vice versa.

Werner Heisenberg

Kortom, het is niet mogelijk om de waarde van beide variabelen gelijktijdig te voorspellen. Het voorgaande impliceert niet dat een van de bovengenoemde grootheden niet precies bekend kan zijn. Zolang het afzonderlijk is, is er geen belemmering om de rentewaarde te verkrijgen.

Er treedt echter onzekerheid op als het gaat om het gelijktijdig kennen van twee geconjugeerde grootheden, zoals positie en momentum, en tijd samen met energie.

Dit principe komt voort uit een strikt theoretische redenering, als de enige haalbare verklaring om wetenschappelijke observaties te motiveren.

kenmerken

In maart 1927 publiceerde Heisenberg zijn werk over de perceptuele inhoud van kinematica en kwantumtheoretische mechanica, waarin hij het principe van onzekerheid of onbepaaldheid uiteenzette.

Dit principe, fundamenteel in het atomaire model voorgesteld door Heisenberg, wordt gekenmerkt door het volgende:

- Het onzekerheidsprincipe ontstaat als een verklaring die de nieuwe atomaire theorieën over het gedrag van elektronen aanvult. Ondanks het gebruik van meetinstrumenten met hoge precisie en gevoeligheid, is de onbepaaldheid nog steeds aanwezig in elke experimentele test.

- Vanwege het onzekerheidsprincipe zal bij het analyseren van twee gerelateerde variabelen, als je een nauwkeurige kennis hebt van een van deze variabelen, de onzekerheid over de waarde van de andere variabele toenemen.

- Het momentum en de positie van een elektron of ander subatomair deeltje kunnen niet tegelijkertijd worden gemeten.

- De relatie tussen beide variabelen wordt gegeven door een ongelijkheid. Volgens Heisenberg, het product van de variaties van de impuls en de positie van het deeltje is altijd groter is dan het quotiënt tussen de Plank constante (6.62606957 (29) x 10 ^-34 Jules x seconden) en 4π, zoals gedetailleerd in de volgende wiskundige uitdrukking:

De legenda die overeenkomt met deze uitdrukking is de volgende:

∆p: onbepaaldheid van het lineaire moment.

∆x: onbepaaldheid van de positie.

h: Plank's constante.

π: pi nummer 3.14.

- Gezien het bovenstaande heeft het product van de onzekerheden als ondergrens de verhouding h / 4π, wat een constante waarde is. Daarom, als een van de grootheden naar nul neigt, moet de andere in dezelfde verhouding toenemen.

- Deze relatie is geldig voor alle paren geconjugeerde canonieke grootheden. Bijvoorbeeld: het onzekerheidsprincipe van Heisenberg is perfect toepasbaar op het energie-tijdpaar, zoals hieronder beschreven:

In deze uitdrukking:

∆E: onbepaaldheid van energie.

∆t: onbepaaldheid van tijd.

h: Plank's constante.

π: pi nummer 3.14.

- Uit dit model volgt dat absoluut causaal determinisme in geconjugeerde canonieke variabelen onmogelijk is, aangezien men om deze relatie vast te stellen kennis moet hebben van de beginwaarden van de studievariabelen.

- Bijgevolg is het model van Heisenberg gebaseerd op probabilistische formuleringen, vanwege de willekeur tussen de variabelen op subatomaire niveaus.

Experimentele tests

Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg komt naar voren als de enige mogelijke verklaring voor de experimentele tests die plaatsvonden tijdens de eerste drie decennia van de 21e eeuw.

Voordat Heisenberg het onzekerheidsprincipe uiteenzette, suggereerden de toen geldende voorschriften dat de variabelen lineair momentum, positie, impulsmoment, tijd, energie, onder andere, voor subatomaire deeltjes operationeel werden gedefinieerd.

Dit betekende dat ze werden behandeld alsof ze klassieke natuurkunde waren; dat wil zeggen, een initiële waarde werd gemeten en de uiteindelijke waarde werd geschat volgens de vooraf vastgestelde procedure.

Dit impliceerde het definiëren van een referentiesysteem voor metingen, het meetinstrument en de manier van gebruik van dat instrument, in overeenstemming met de wetenschappelijke methode.

Dienovereenkomstig moesten de variabelen beschreven door subatomaire deeltjes zich op een deterministische manier gedragen. Dat wil zeggen, zijn gedrag moest nauwkeurig en precies worden voorspeld.

Elke keer dat een dergelijke test werd uitgevoerd, was het echter onmogelijk om de theoretisch geschatte waarde in de meting te verkrijgen.

De metingen waren vertekend door de natuurlijke omstandigheden van het experiment, en het verkregen resultaat was niet bruikbaar om de atoomtheorie te verrijken.

Voorbeeld

Bijvoorbeeld: als het een kwestie is van het meten van de snelheid en positie van een elektron, dan moet bij de opzet van het experiment rekening worden gehouden met de botsing van een foton van licht met het elektron.

Deze botsing veroorzaakt een variatie in de snelheid en de intrinsieke positie van het elektron, waarmee het object van de meting wordt veranderd door de experimentele omstandigheden.

Daarom moedigt de onderzoeker het optreden van een onvermijdelijke experimentele fout aan, ondanks de nauwkeurigheid en precisie van de gebruikte instrumenten.

Kwantummechanica anders dan klassieke mechanica

Naast het bovenstaande stelt het Heisenberg-onbepaaldheidsprincipe dat de kwantummechanica per definitie anders werkt dan de klassieke mechanica.

Daarom wordt aangenomen dat nauwkeurige kennis van metingen op subatomair niveau wordt beperkt door de dunne lijn die de klassieke en kwantummechanica scheidt.

Beperkingen

Ondanks de verklaring van de onbepaaldheid van subatomaire deeltjes en het vaststellen van de verschillen tussen klassieke en kwantummechanica, stelt het atomaire model van Heisenberg geen enkele vergelijking vast om de willekeur van dit soort verschijnselen te verklaren.

Bovendien impliceert het feit dat de relatie tot stand komt door een ongelijkheid dat het scala aan mogelijkheden voor het product van twee geconjugeerde canonieke variabelen onbepaald is. Bijgevolg is de onzekerheid die inherent is aan subatomaire processen aanzienlijk.

Artikelen van belang

Het atomaire model van Schrödinger.

Atoommodel van De Broglie.

Chadwick's atomaire model.

Perrin's atomaire model.

Thomson's atomaire model.

Het atomaire model van Dalton.

Atoommodel van Dirac Jordan.

Atoommodel van Democritus.

Bohr's atomaire model.

Atoommodel van Sommerfeld.

Referenties

1. Beyler, R. (1998). Werner Heisenberg. Encyclopædia Britannica, Inc. Hersteld van: britannica.com
2. Het Heisenberg-onzekerheidsprincipe (nd). Hersteld van: hiru.eus
3. García, J. (2012). Heisenberg onzekerheidsprincipe. Hersteld van: hiberus.com
4. Atomaire modellen (sf). Nationale Autonome Universiteit van Mexico. Mexico DF, Mexico. Hersteld van: asesorias.cuautitlan2.unam.mx
5. Werner Heisenberg (nd). Hersteld van: the-history-of-the-atom.wikispaces.com
6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Plank is constant. Hersteld van: es.wikipedia.org
7. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Heisenbergs onbepaaldheidsrelatie. Hersteld van: es.wikipedia.org