MODELLO ATOMICO DI HEISENBERG: CARATTERISTICHE E LIMITAZIONI - FISICO - 2025

Il modello atomico di Heisenberg (1927) ha introdotto il principio di indeterminazione negli orbitali degli elettroni che circondano il nucleo atomico. Il famoso fisico tedesco ha gettato le basi della meccanica quantistica per stimare il comportamento delle particelle subatomiche che compongono un atomo.

Il principio di indeterminazione di Werner Heisenberg indica che né la posizione né la quantità di moto lineare di un elettrone possono essere conosciuti con certezza. Lo stesso principio si applica alle variabili tempo ed energia; cioè, se abbiamo un'idea della posizione dell'elettrone, non conosceremo la quantità di moto lineare dell'elettrone e viceversa.

Werner Heisenberg

In breve, non è possibile prevedere contemporaneamente il valore di entrambe le variabili. Quanto sopra non implica che nessuna delle suddette grandezze non possa essere conosciuta con precisione. Finché è separato, non vi è alcun impedimento all'ottenimento del valore dell'interesse.

Tuttavia, l'incertezza si verifica quando si tratta di conoscere contemporaneamente due quantità coniugate, come posizione e quantità di moto, e il tempo insieme all'energia.

Questo principio nasce da un ragionamento strettamente teorico, in quanto unica spiegazione valida per dare ragione di osservazioni scientifiche.

caratteristiche

Nel marzo 1927 Heisenberg pubblicò il suo lavoro Sul contenuto percettivo della cinematica e della meccanica teorica quantistica, dove descrisse in dettaglio il principio di incertezza o indeterminatezza.

Questo principio, fondamentale nel modello atomico proposto da Heisenberg, è caratterizzato da quanto segue:

- Il principio di indeterminazione nasce come spiegazione che integra le nuove teorie atomiche sul comportamento degli elettroni. Nonostante l'utilizzo di strumenti di misura con elevata precisione e sensibilità, l'indeterminatezza è ancora presente in qualsiasi test sperimentale.

- A causa del principio di indeterminazione, quando si analizzano due variabili correlate, se si ha una conoscenza accurata di una di queste, l'incertezza sul valore dell'altra variabile aumenterà.

- La quantità di moto e la posizione di un elettrone o di un'altra particella subatomica non possono essere misurate contemporaneamente.

- La relazione tra entrambe le variabili è data da una disuguaglianza. Secondo Heisenberg, il prodotto delle variazioni della quantità di moto e la posizione della particella è sempre maggiore del quoziente tra la costante (6,62,606957 millions (29) × 10 Plank ^-34 Jules x secondi) e 4π, come dettagliato nella seguente espressione matematica:

La legenda corrispondente a questa espressione è la seguente:

∆p: indeterminatezza del momento lineare.

∆x: indeterminatezza della posizione.

h: costante della plancia.

π: pi numero 3.14.

- In considerazione di quanto sopra, il prodotto delle incertezze ha come limite inferiore il rapporto h / 4π, che è un valore costante. Pertanto, se una delle grandezze tende a zero, l'altra deve aumentare nella stessa proporzione.

- Questa relazione è valida per tutte le coppie di quantità canoniche coniugate. Ad esempio: il principio di indeterminazione di Heisenberg è perfettamente applicabile alla coppia energia-tempo, come descritto di seguito:

In questa espressione:

∆E: indeterminatezza dell'energia.

∆t: indeterminatezza del tempo.

h: costante della plancia.

π: pi numero 3.14.

- Da questo modello segue che il determinismo causale assoluto nelle variabili canoniche coniugate è impossibile, poiché per stabilire questa relazione si dovrebbe avere conoscenza dei valori iniziali delle variabili di studio.

- Di conseguenza, il modello di Heisenberg si basa su formulazioni probabilistiche, a causa della casualità che esiste tra le variabili a livello subatomico.

Test sperimentali

Il principio di indeterminazione di Heisenberg emerge come l'unica spiegazione possibile per i test sperimentali che hanno avuto luogo durante i primi tre decenni del 21 ° secolo.

Prima che Heisenberg enunciasse il principio di indeterminazione, i precetti in vigore a quel tempo suggerivano che le variabili momento lineare, posizione, momento angolare, tempo, energia, tra le altre, per le particelle subatomiche fossero definite operativamente.

Ciò significava che venivano trattati come se fossero fisica classica; cioè si misurava un valore iniziale e si stimava il valore finale secondo la procedura prestabilita.

Ciò ha comportato la definizione di un sistema di riferimento per le misure, lo strumento di misura e il modo di utilizzarlo, secondo il metodo scientifico.

Di conseguenza, le variabili descritte dalle particelle subatomiche dovevano comportarsi in modo deterministico. Cioè, il suo comportamento doveva essere previsto in modo accurato e preciso.

Tuttavia, ogni volta che veniva eseguito un test di questa natura, era impossibile ottenere il valore teoricamente stimato nella misurazione.

Le misurazioni sono state distorte a causa delle condizioni naturali dell'esperimento, e il risultato ottenuto non è stato utile per arricchire la teoria atomica.

Esempio

Ad esempio: se si tratta di misurare la velocità e la posizione di un elettrone, il set-up dell'esperimento deve contemplare la collisione di un fotone di luce con l'elettrone.

Questa collisione induce una variazione della velocità e della posizione intrinseca dell'elettrone, con la quale l'oggetto della misura viene alterato dalle condizioni sperimentali.

Pertanto, il ricercatore incoraggia il verificarsi di un errore sperimentale inevitabile, nonostante l'accuratezza e la precisione degli strumenti utilizzati.

Meccanica quantistica diversa dalla meccanica classica

Oltre a quanto sopra, il principio di indeterminazione di Heisenberg afferma che, per definizione, la meccanica quantistica funziona in modo diverso dalla meccanica classica.

Di conseguenza, si presume che la conoscenza precisa delle misurazioni a livello subatomico sia limitata dalla linea sottile che separa la meccanica classica da quella quantistica.

limitazioni

Nonostante abbia spiegato l'indeterminatezza delle particelle subatomiche e stabilito le differenze tra meccanica classica e quantistica, il modello atomico di Heisenberg non stabilisce una singola equazione per spiegare la casualità di questo tipo di fenomeno.

Inoltre, il fatto che la relazione sia stabilita attraverso una disuguaglianza implica che la gamma di possibilità per il prodotto di due variabili canoniche coniugate è indeterminata. Di conseguenza, l'incertezza insita nei processi subatomici è significativa.

Articoli di interesse

Modello atomico di Schrödinger.

Modello atomico di De Broglie.

Il modello atomico di Chadwick.

Il modello atomico di Perrin.

Il modello atomico di Thomson.

Il modello atomico di Dalton.

Modello atomico di Dirac Jordan.

Modello atomico di Democrito.

Il modello atomico di Bohr.

Modello atomico di Sommerfeld.

Riferimenti

1. Beyler, R. (1998). Werner Heisenberg. Encyclopædia Britannica, Inc. Estratto da: britannica.com
2. Il principio di indeterminazione di Heisenberg (nd). Recupero da: hiru.eus
3. García, J. (2012). Principio di indeterminazione di Heisenberg. Estratto da: hiberus.com
4. Modelli atomici (sf). Università Nazionale Autonoma del Messico. Mexico DF, Messico. Recupero da: asesorias.cuautitlan2.unam.mx
5. Werner Heisenberg (nd). Estratto da: the-history-of-the-atom.wikispaces.com
6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). La costante della plancia. Estratto da: es.wikipedia.org
7. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). La relazione di indeterminatezza di Heisenberg. Estratto da: es.wikipedia.org