Model Atom Heisenberg: Karakteristik dan Keterbatasan

Model atom Heisenberg (1927) memperkenalkan prinsip ketidakpastian dalam orbital elektron yang mengelilingi inti atom. Fisikawan Jerman yang luar biasa mendirikan dasar-dasar mekanika kuantum untuk memperkirakan perilaku partikel subatomik yang membentuk atom.

Prinsip ketidakpastian Werner Heisenberg menunjukkan bahwa tidak mungkin untuk mengetahui dengan pasti posisi atau pun momentum linear suatu elektron. Prinsip yang sama berlaku untuk variabel waktu dan energi; yaitu, jika kita memiliki indikasi posisi elektron, kita tidak akan tahu momentum linear elektron, dan sebaliknya.

Singkatnya, tidak mungkin untuk memprediksi nilai kedua variabel secara bersamaan. Hal tersebut di atas tidak menyiratkan bahwa salah satu dari besaran yang disebutkan sebelumnya tidak dapat diketahui secara akurat. Selama terpisah, tidak ada halangan untuk mendapatkan nilai bunga.

Namun, ketidakpastian terjadi ketika mengetahui secara bersamaan dua besaran terkonjugasi, seperti halnya posisi dan momen linier, dan waktu di sebelah energi.

Prinsip ini muncul karena alasan teoretis yang ketat, sebagai satu-satunya penjelasan yang masuk akal untuk memberikan alasan pada pengamatan ilmiah.

Fitur

Pada bulan Maret 1927 Heisenberg menerbitkan karyanya tentang isi perseptual dari teori kinematika dan mekanika kuantum, di mana ia merinci prinsip ketidakpastian atau ketidakpastian.

Prinsip ini, mendasar dalam model atom yang dikemukakan oleh Heisenberg, dicirikan oleh yang berikut:

- Prinsip ketidakpastian muncul sebagai penjelasan yang melengkapi teori atom baru tentang perilaku elektron. Meskipun menggunakan alat ukur dengan presisi dan sensitivitas tinggi, ketidakpastian masih ada dalam setiap tes eksperimental.

- Karena prinsip ketidakpastian, ketika menganalisis dua variabel terkait, jika seseorang memiliki pengetahuan yang akurat tentang salah satu dari ini, maka ketidakpastian pada nilai variabel lainnya akan meningkat.

- Momen linear dan posisi elektron, atau partikel subatomik lainnya, tidak dapat diukur pada saat bersamaan.

- Hubungan antara kedua variabel diberikan oleh ketidaksetaraan. Menurut Heisenberg, produk dari variasi momentum linear dan posisi partikel selalu lebih besar daripada hasil bagi antara konstanta Plank (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x detik) dan 4π, sebagaimana dirinci dalam ekspresi matematika berikut:

Legenda yang sesuai dengan ungkapan ini adalah sebagai berikut:

Δp: ketidakpastian momen linear.

Δx: penentuan posisi.

h: Konstanta papan.

π: angka pi 3.14.

- Mengingat hal di atas, produk dari ketidakpastian memiliki sebagai batas bawah hubungan h / 4π, yang merupakan nilai konstan. Oleh karena itu, jika salah satu besarnya cenderung nol, yang lain harus meningkat dalam proporsi yang sama.

- Relasi ini berlaku untuk semua pasangan magnitudo kanonis terkonjugasi. Sebagai contoh: prinsip ketidakpastian Heisenberg sangat cocok untuk pasangan waktu-energi, sebagaimana dirinci di bawah ini:

Dalam ungkapan ini:

ΔE: ketidakpastian energi.

Itu: penentuan waktu.

h: Konstanta papan.

π: angka pi 3.14.

- Dari model ini disimpulkan bahwa determinisme kausal absolut dalam variabel kanonis terkonjugasi adalah mustahil, karena untuk membangun hubungan ini seseorang harus memiliki pengetahuan tentang nilai-nilai awal dari variabel penelitian.

- Akibatnya, model Heisenberg didasarkan pada formulasi probabilistik, karena keacakan yang ada antara variabel di tingkat subatomik.

Tes eksperimental

Prinsip ketidakpastian Heisenberg muncul sebagai satu-satunya penjelasan yang mungkin untuk tes eksperimental yang terjadi selama tiga dekade pertama abad ke-21.

Sebelum Heisenberg mengemukakan prinsip ketidakpastian, sila yang berlaku saat itu menyarankan bahwa variabel momentum linear, posisi, momentum sudut, waktu, energi, antara lain, untuk partikel subatomik didefinisikan secara operasional.

Ini berarti bahwa mereka diperlakukan seolah-olah itu adalah fisika klasik; yaitu, nilai awal diukur dan nilai akhir diperkirakan sesuai dengan prosedur yang ditetapkan sebelumnya.

Hal tersebut di atas mencakup pendefinisian sistem referensi untuk pengukuran, instrumen pengukuran dan cara penggunaan instrumen tersebut, menurut metode ilmiah.

Menurut ini, variabel yang dijelaskan oleh partikel subatom harus berperilaku deterministik. Artinya, perilakunya harus diprediksi secara akurat dan tepat.

Namun, setiap kali uji sifat ini dilakukan, tidak mungkin untuk mendapatkan nilai estimasi teoritis dalam pengukuran.

Pengukuran itu salah diartikan karena kondisi alami percobaan, dan hasil yang diperoleh tidak berguna untuk memperkaya teori atom.

Contoh

Sebagai contoh: jika itu untuk mengukur kecepatan dan posisi suatu elektron, rakitan percobaan harus merenungkan tabrakan foton cahaya dengan elektron.

Tabrakan ini menginduksi variasi dalam kecepatan dan posisi intrinsik elektron, yang dengannya objek pengukuran diubah oleh kondisi eksperimental.

Oleh karena itu, peneliti mendorong terjadinya kesalahan eksperimental yang tak terhindarkan, meskipun akurasi dan ketepatan instrumen yang digunakan.

Mekanika kuantum berbeda dari mekanika klasik

Selain hal di atas, prinsip ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa, menurut definisi, mekanika kuantum bekerja secara berbeda dari mekanika klasik.

Akibatnya, diasumsikan bahwa pengetahuan yang tepat tentang pengukuran pada tingkat subatomik dibatasi oleh garis tipis yang memisahkan mekanika klasik dan mekanika kuantum.

Keterbatasan

Meskipun menjelaskan ketidakpastian partikel subatom dan menetapkan perbedaan antara mekanika klasik dan kuantum, model atom Heisenberg tidak membentuk persamaan tunggal untuk menjelaskan keacakan jenis fenomena ini.

Lebih lanjut, fakta bahwa hubungan dibangun melalui ketidaksetaraan menyiratkan bahwa kisaran kemungkinan untuk produk dari dua variabel kanonis terkonjugasi tidak dapat ditentukan. Akibatnya, ketidakpastian yang melekat dalam proses subatomik menjadi signifikan.