Стр. 16 - Строение атома и химическая связь

СТРОЕНИЕ АТОМА И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
14
Обнаружение волновых свойств субатомных материальных тел привело к
постановке новых вопросов, например, можно ли одновременно и точно опре-
делить их координаты и импульс?
Обычно местоположение и скорость любого тела определяется визуально
в светлое время суток, либо с помощью приборов ночного видения (диапазон
волн – инфракрасное излучение), либо с помощью радиолокатора (СВЧ-
излучение) или по звуку, и при этом носителем информации является отражен-
ный от объекта свет, звук или СВЧ-излучение.
В макромире падающий на объект свет никак не влияет на его местопо-
ложение и скорость, поскольку его масса намного больше массы фотона. Но ес-
ли мы с помощью фотонов попытаемся наблюдать за электроном, то в
результате столкновения фотона с электроном, движение электрона – его ско-
рость и направление импульса изменятся.
Этот вывод можно подтвердить простыми расчетами.
Допустим, что мы хотим наблюдать за электроном, движущимся со ско-
ростью ~ 106 м/с, пользуясь пучком зеленого цвета с частотой v = 6 · 1014 с-1.
Как соотносятся энергия одного фотона такого света с энергией наблюдаемого
электрона? Для ответа на этот вопрос, необходимо рассчитать энергии того и
другого.
Кинетическая энергия электрона равна Е = mυ2/2 = (9,11 · 10-31 кг ∙ 1012 м2/с2)/2 =
= 4,56 · 10-19 Дж.
Энергия фотона равна Е = hv = 6,62 · 10-34 Дж.с ∙ 6 ∙ 1014 с-1 = 3,97 · 10-19 Дж.
Как видно, величины энергий фотона и электрона сравнимы, и поэтому
столкновение фотона с электроном должно изменить скорость и координату
последнего.
Немецкий физик Гейзенберг (1927 г.) пришел к выводу, что существует
принципиальное ограничение точности, с которой
можно узнать одновременно положение и импульс
субатомной частицы. Он оформил это положение в
виде принципа неопределенности [6]:
│∆ mυ│ ·│∆ х │ ≥ h / 2 π, (1.17)
где ∆mυ = ∆р – неопределенность в значении им-
пульса; ∆х – неопределенность в координате по-
ложения; ∆ – неопределенность или средняя
квадратичная ошибка измерения р и х.
Из данного принципа следует, что чем точ-
нее определен импульс, тем с меньшей точностью
могут быть определены координаты элементарной частицы и наоборот. Для
макрочастиц отношение h/m слишком мало (~ 10-30). В этом случае ошибки в
определении импульса и координаты ничтожны и поэтому мы определяем ве-
личины скорости и координаты макрообъектов достаточно точно.
В. Гейзенберг