عدم قطعیت- ۵

ریچارد فاینمن [فیزیکدان آمریکایی]: اصل عدم قطعیت، مکانیک کوانتوم را [از فرو ریختن] «محافظت می کند».  هایزنبرگ متوجه شد اگر امکان این وجود می داشت که مومنتوم و مکان را با دقت بالایی اندازه گیری کرد، بنیان مکانیک کوانتوم فرو می ریخت. این بود که گفت چنین چیزی نباید ممکن باشد. آنگاه جماعت نشستند تا شاید راهی برای این اندازه گیری پیدا کنند، و هیچ کس نتوانست راهی برای اندازه گیری مومنتوم و مکانِ هیچ جزئی [از اجزای آزمایش] – پرده، الکترون، توپ بیلیارد، هیچ چیزی- با هیچ دقت بالایی پیدا کند. کوانتوم مکانیک حیات پرمخاطره و با این حال درستش را ادامه می دهد. [درسهای فیزیک جلد ٣ فصل ١]

آن که فاینمن می گوید «هیچ کس نتوانست راهی برای اندازه گیری مومنتوم و مکان هیچ جزئی [از اجزای آزمایش] – پرده، الکترون، توپ بیلیارد، هیچ چیزی- با هیچ دقت بالایی پیدا کند»، منظورش این است که  حتی اگر کاری کنی که به جای اندازه¬گیری مستقیم مومنتوم و مکان الکترون، آزمایش را طوری طراحی کنی که مومنتوم و مکان آن را از روی یکی دیگر از اجزای آزمایش اندازه بگیری، به طوری که عدم قطعیت مربوط به آزمایش یا اندازه¬گیری را از بین ببری، باز هم عدم قطعیت سر جایش خواهد بود.

یکی از مثال های مهم فروریختن مکانیک کوانتوم، در صورت باطل شدن اصل عدم قطعیت، مربوط به گردش الکترون ها به دور هسته است. هسته بار مثبت دارد و الکترون بار منفی. بار مثبت و منفی همدیگر را جذب می کنند. قاعدتاً باید هر الکترونی که دور هسته می چرخد، تحت تأثیر بار مثبت هست، در مدت بسیار کوتاهی جذب هسته شود. آنگاه آن فضای خالی که بین هسته و الکترون هست از بین برود. خلاصه این که ساختار اتم و در نتیجه کل دنیا به هم بریزد. پس چرا چنین چیزی اتفاق نمی افتد؟

فرض می کنیم الکترون جذب هسته می شود. اولین معنی¬اش این خواهد بود که مشخص کردن مکانش با قطعیت نزدیک به صد درصد می تواند صورت بگیرد. یعنی با عدم قطعیتی در حد صفر درصد. چون هسته فضای فوق العاده کوچکی را اشغال کرده است و الکترون هم که جذب هسته شده است، مکانش فقط در محدودۀ آن فضای بی اندازه کوچک هسته خواهد بود. اما از آنجا که مکان الکترون و مومنتوم آن به هم وابسته هستند، و با تغییر یکی آن دیگری هم حتماً تغییر می کند، باید مومنتوم آن هم تغییر کند. به طوری که الکترون در همان حال که در هسته است، مومنتوم بسیاری داشته باشد، و این تنوع در حدی باشد که تقریباً با هیچ قطعیتی نشود مومنتومش را اندازه گرفت. قطعیتی نزدیک به صفر درصد. یا عدم قطعیتی نزدیک به صد درصد. چون عدم قطعیت مربوط به مکان تقریباً در حد صفر است. پس باید عدم قطعیت مومنتوم نزدیک به صد درصد باشد که حاصل ضربشان حدااقل به اندازۀ ℏ بشود:
Δp Δx ≥ ℏ

و اما برای الکترون مقدور نخواهد بود که هم فقط در جای فوق العاده کوچکی مثل هسته باشد، هم یک عالمه مومنتوم داشته باشد! الکترون انرژی محدودی دارد. آن انرژی برای ایجاد چنین مونتوم هایی کافی نیست. پس به یک مصالحه تن در می دهد. بسته به این که چه مقدار انرژی داشته باشد، فقط تا حدی می تواند به هسته نزدیک شود. مثلاً الکترون اتم هیدروژن فقط تا فاصلۀ یک آنگسترومی هسته می تواند به آن نزدیک شود. دیگر بیشتر از آن نمی تواند به هسته نزدیک شود.



⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛

☢ @Nuclear_ph_ysics ☢