Принцип неопределённости Гейзенберга
Чтобы разобраться в сути неопределенности, нужно понять, что такое постоянная Планка h. Это элементарный момент количества движения за один оборот электрона вокруг ядра в атоме водорода.
h=2πmvr=2πpr,
где
m - масса электрона
v - скорость электрона по орбите
r - радиус орбиты электрона от ядра
p = mv - количество движения (импульс) электрона
Суть постоянной Планка h заключается в том, что как бы электрон не замедлялся и не ускорялся, а также не менял бы свое положение - момент количества движения (импульса) остаётся неизменным до тех пор, пока атом водорода цел.
Есть ещё понятие - приведенная постоянная Планка ћ = h/ 2π. Величина ћ обозначает момент количества движения элементарного сегмента орбиты электрона.
Несмотря на то что величина h=2πmvr - постоянная, но внутри неё постоянно находятся в движении переменные величины - скорость v и расстояние до ядра r. Интереснее в этом плане величина ћ=mvr. Она показывает как изменяется внутри себя от сегмента к сегменту скорость электрона v и расстояние до ядра r. Но мы должны понимать, что абсолютно одновременно величина скорости и расстояния r изменяться не могут. Какая-то из этих величин предшествует другой. Предположим что первой изменяется величина r - расстояние до ядра. А это означает что скорость начнёт меняться немного погодя. А именно - через время t, которое пройдёт свет от ядра до электрона. Но за это время пока идёт свет, электрон продвинется еще немного. И только после того как до электрона дойдёт свет от ядра - электрон начнет изменять скорость.
Таким образом мы видим, что так называемая постоянная Планка ћ=mvr постоянно выходит за свои границы в меньшую или большую сторону. Но как только она выходит за свою границу, тут же возникает сила, которая при помощи изменения скорости электрона возвращают на постоянную величину ћ.
Вероятнее всего, если брать упрощенную двухмерную модель, электрон движется по эллипсоидной орбите. Эллипсоидные орбиты получаются потому, что электрон стремится к идеальной круговой орбите вокруг ядра, но достигнув точки идеальной орбиты электрон её пролетает по инерции, а возникающие силы вновь толкают или притягивают электрон к идеальной орбите и вновь пролетает ее. Из-за этого стремления электронов к идеальной орбите получается эллипсоидная.
Так о чём же говорит принцип неопределенности Гейзенберга, если убрать всю шелуху? А говорит он о том, что величина ћ - переменная. Причём об этом пишется в самом соотношении △х△р≥ћ/2. Ведь △х это r (переменное расстояние от ядра до электрона), а △р это mv (переменный импульс электрона). Поэтому из соотношения абсолютно естественно следует, что ћ≤2△х△р≤2mvr≤2ћ. То есть, якобы постоянная величина ћ иногда может быть больше себя в два раза и вообще принимать любые значения от 0 до 2ћ. Это объективное противоречие и легло в основу квантовой механики. Но как это часто бывает, объективное противоречие вместо того чтобы разрешиться, было просто названо принципом неопределённости Гейзенберга и за догматизировано.
Из принципа неопределённости Гейзенберга можно выделить следующие соображения:
1. Постоянная Планка h это элементарный момент количества движения за один оборот электрона вокруг ядра в атоме водорода.
2. Приведенная постоянная Планка ћ обозначает момент количества движения элементарного сегмента орбиты электрона.
3. Величина постоянной Планка h действительно постоянна. При этом внутри постоянной Планка h постоянно находятся в движении переменные величины - скорость v и расстояние до ядра r. Скорость v и расстояние до ядра r изменяются так, чтобы величина постоянной Планка h оставалась неизменный.
4. Но так как абсолютно одновременно v и r не могут измениться, то величина приведенной постоянной Планка ћ оказывается разной и изменчивой. Но при всей ее изменчивости эта величина всегда стремится к среднестатистической (табличной) приведённой постоянный Планка ћ. А также, какой бы ни была изменчивой приведённая постоянная планка ћ - величина постоянной Планка h (момент количества движения за полный оборот электрона вокруг ядра) остается неизменной, пока цел атом.
5. Причина того почему одновременно нельзя измерить импульс и положение так, чтобы они равнялись приведенной постоянной Планка ћ - причина довольно простая. Сила, которая меняет скорость электрона имеет задержку воздействия из-за скорости света, а сам электрон инерцию. Поэтому когда электрон изменил своё положение △х, а его импульс △р ещё не успел измениться - вы никогда не получите приведенную постоянную Планка ћ в этот момент времени. А в следующий момент времени, когда изменится импульс △р - положение △х опять станет другим. Таким образом причину рассогласования и не одновременности изменения скорости и положения электрона следует искать в преобразованиях Лоренца, чем мы и попытаемся заняться в следующий раз.
ПС: При всём том, что соотношение Гейзенберга верно и адекватно поведению электрона в атоме - объяснение этому соотношению физика даёт крайне необъективное. Вплоть до того, что причиной существования и движения материи является вероятность и статистические законы.
Но хотя квантовая механика и смогла описать движение элементарных частиц при помощи статистических законов, но вопросов при этом описании становится всё больше. Нет сомнений в том, что где-то что-то упущено. И скорее всего квантовой механике не хватает именно объективной динамической закономерности, которая могла бы показать причины и противоречие как источник силы движения материи на микроуровне, а также непротиворечиво связать её с описанием макромира