หลักความไม่แน่นอน
ในวิชาควอนตัมฟิสิกส์ หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนแบร์ก (อังกฤษ: Heisenberg uncertainty principle) กล่าวว่า คู่คุณสมบัติทางฟิสิกส์ที่แน่นอนใดๆ เช่น ตำแหน่งและโมเมนตัม จะไม่สามารถทำนายสภาวะล่วงหน้าได้อย่างแน่นอน ยิ่งเรารู้ถึงคุณสมบัติข้อใดข้อหนึ่งอย่างละเอียด ก็ยิ่งทำนายคุณสมบัติอีกข้อหนึ่งได้ยากยิ่งขึ้น หลักการนี้มิได้กล่าวถึงข้อจำกัดของความสามารถของนักวิจัยในการตรวจวัดปริมาณสำคัญของระบบ แต่เป็นธรรมชาติของตัวระบบเอง กล่าวอีกนัยหนึ่ง เป็นไปไม่ได้ที่จะวัดทั้งตำแหน่งและความเร็วของอนุภาคในเวลาเดียวกันด้วยระดับความแน่นอนหรือความแม่นยำใดๆ ก็ตาม
สำหรับกลศาสตร์ควอนตัม เราสามารถอธิบายอนุภาคได้ด้วยคุณสมบัติของคลื่น ตำแหน่ง คือที่ที่คลื่นอยู่อย่างหนาแน่น และโมเมนตัมก็คือความยาวคลื่น ตำแหน่งนั้นไม่แน่นอนเมื่อคลื่นกระจายตัวออกไป และโมเมนตัมก็ไม่แน่นอนในระดับที่ไม่อาจระบุความยาวคลื่นได้
คลื่นที่มีตำแหน่งแน่นอนมีแต่เพียงพวกที่เกาะกลุ่มกันเป็นจุดๆ เดียว และคลื่นชนิดนั้นก็มีความยาวคลื่นที่ไม่แน่นอน ในทางกลับกัน คลื่นที่มีความยาวคลื่นแน่นอนมีเพียงพวกที่มีคาบการแกว่งตัวปกติแบบไม่จำกัดในอวกาศ และคลื่นชนิดนี้ก็ไม่สามารถระบุตำแหน่งที่แน่นอนได้ ดังนั้นในกลศาสตร์ควอนตัม จึงไม่มีสภาวะใดที่สามารถบอกถึงอนุภาคที่มีทั้งตำแหน่งที่แน่นอนและโมเมนตัมที่แน่นอน ยิ่งสามารถระบุตำแหน่งแน่นอนได้แม่นเท่าไร ความแน่นอนของโมเมนตัมก็ยิ่งน้อย
นิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับหลักการนี้คือ ทุกๆ สถานะควอนตัมมีคุณสมบัติการเบี่ยงเบนของค่าเฉลี่ยกำลังสอง (RMS) ของตำแหน่งจากค่าเฉลี่ย (ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของการกระจายของ X) :
คูณด้วยค่าเบี่ยงเบน RMS ของโมเมนตัมจากค่าเฉลี่ย (ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของ P) :
ค่าวัดใดๆ ของตำแหน่งด้วยความแม่นยำ ∆x ที่ทลายสถานะควอนตัม ทำให้ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของโมเมนตัม ∆p ใหญ่กว่า h/2∆x
โครงสร้างของอะตอมตามแนวคิดกลศาสตร์ควอนตัม
1. กลศาสตร์ควอนตัม กับ ตำแหน่งและลักษณะการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน รอบๆ นิวเคลียส เนื่องจากอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมาก และสามารถแสดงสมบัติเป็นคลื่นได้ ดังนั้น
1.1 กลศาสตร์ควอนตัม ไม่สามารถบอกตำแหน่งของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสได้
1.2 กลศาสตร์ควอนตัม ไม่สามารถบอกลักษณะการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสได้ กลศาสตร์ควอนตัม บอกได้แต่เพียงโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนรอบๆ นิวเคลียสเท่านั้น
2. กลศาสตร์ควอนตัม กับโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนรอบๆนิวเคลียส
นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอโครงสร้างอะตอมตามทฤษฎีควอนตัม ซึ่งอาจสรุปได้ดังนี้ อิเล็กตรอนรอบๆ อะตอม เปรียบเสมือนกลุ่มหมอกห่อหุ้มนิวเคลียสอยู่ ถ้ามีโอกาสพบอิเล็กตรอน ณ ที่ใดมาก ก็จะมีหมอกหนาแน่น ณ ที่นั้นภาพกลุ่มหมอกหรือการแจกแจงโอกาส (ความน่าจะเป็น) ที่จะพบอิเล็กตรอนรอบๆ นิวเคลียส (อะตอม)อาจมีได้หลายแบบเมื่ออยู่ในสภาวะที่แตกต่างกันสำหรับอะตอมไฮโดรเจน จากการคำนวณพบว่า 1.ในระดับพลังงานต่ำสุด (n=1) กลุ่มหมอกจะเป็นรูปทรงกลม กล่าวคือ มีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในทิศทางต่างๆ จากนิวเคลียสเหมือนกันหมด
2.ในระดับพลังงานสูงๆ ขึ้น (เช่น n=2) กลุ่มหมอกจะมีการจัดเรียงตัวที่แตกต่างออกไปจากระดับพลังงานต่ำสุด
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น