Modèle atomique des caractéristiques et des limites de Heisenberg

Le Modèle atomique de Heisenberg (1927) introduit le principe d'incertitude dans les orbitales d'électrons qui entourent le noyau atomique. Le physicien allemand exceptionnel a établi les fondements de la mécanique quantique pour estimer le comportement des particules subatomiques composant un atome.

Le principe d'incertitude de Werner Heisenberg indique qu'il n'est pas possible de connaître avec certitude la position ni la quantité de mouvement linéaire d'un électron. Le même principe s'applique aux variables temps et énergie; c'est-à-dire que si nous avons une idée de la position de l'électron, nous ne connaîtrons pas la quantité de mouvement linéaire de l'électron et vice versa.

En bref, il n'est pas possible de prédire la valeur des deux variables simultanément. Ce qui précède n'implique pas que l'une quelconque des grandeurs mentionnées précédemment ne peut pas être connue avec précision. Tant que c'est séparément, il n'y a pas d'obstacle à obtenir la valeur d'intérêt.

Cependant, l'incertitude survient lorsqu'il s'agit de connaître simultanément deux grandeurs conjuguées, telles que la position et le moment linéaire, et le temps en même temps que l'énergie.

Ce principe est dû à un raisonnement strictement théorique, seule explication viable pour donner raison aux observations scientifiques.

Index

• 1 caractéristiques
• 2 tests expérimentaux
  • 2.1 Exemple
  • 2.2 La mécanique quantique différente de la mécanique classique
• 3 limites
• 4 articles d'intérêt
• 5 références

Caractéristiques

En mars 1927, Heisenberg publia son travail Sur le contenu perceptuel de la cinématique et de la mécanique de la théorie quantique, où il a détaillé le principe d'incertitude ou d'indétermination.

Ce principe, fondamental dans le modèle atomique proposé par Heisenberg, se caractérise par:

- Le principe d'incertitude apparaît comme une explication qui complète les nouvelles théories atomiques sur le comportement des électrons. Malgré l'utilisation d'instruments de mesure de haute précision et sensibilité, l'indétermination est toujours présente dans tout test expérimental.

- En raison du principe d'incertitude, lors de l'analyse de deux variables liées, si l'on a une connaissance précise de l'une d'entre elles, l'indétermination de la valeur de l'autre variable augmentera.

- Le moment linéaire et la position d'un électron ou d'une autre particule subatomique ne peuvent pas être mesurés en même temps.

- La relation entre les deux variables est donnée par une inégalité. Selon Heisenberg, le produit des variations de la quantité de mouvement et de la position de la particule est toujours supérieur au quotient entre la constante de Plank (6.62606957 (29) × 10 ^-34 Jules x secondes) et 4π, comme détaillé dans l'expression mathématique suivante:

La légende correspondant à cette expression est la suivante:

Δp: indétermination du moment linéaire.

Δx: indétermination de la position.

h: constante de la planche.

π: nombre pi 3.14.

- Compte tenu de ce qui précède, le produit des incertitudes a pour limite inférieure la relation h / 4π, qui est une valeur constante. Par conséquent, si l'une des grandeurs tend vers zéro, l'autre doit augmenter dans la même proportion.

- Cette relation est valable pour toutes les paires de grandeurs canoniques conjuguées. Par exemple: le principe d'incertitude de Heisenberg s'applique parfaitement à la paire énergie-temps, comme détaillé ci-dessous:

Dans cette expression:

ΔE: indétermination de l'énergie.

Δt: indétermination du temps.

h: constante de la planche.

π: nombre pi 3.14.

- On déduit de ce modèle que le déterminisme absolu de la cause dans les variables canoniques conjuguées est impossible, car pour établir cette relation, il faut connaître les valeurs initiales des variables de l’étude.

- Par conséquent, le modèle de Heisenberg est basé sur des formulations probabilistes, en raison du caractère aléatoire existant entre les variables au niveau subatomique.

Tests expérimentaux

Le principe d'incertitude de Heisenberg apparaît comme la seule explication possible des tests expérimentaux réalisés au cours des trois premières décennies du 21ème siècle.

Avant que Heisenberg n'énonce le principe d'incertitude, les préceptes dominants suggéraient alors que les variables impulsion linéaire, position, moment angulaire, temps, énergie, entre autres, pour les particules subatomiques étaient définies opérationnellement.

Cela signifiait qu'ils étaient traités comme s'il s'agissait de physique classique; c'est-à-dire qu'une valeur initiale a été mesurée et que la valeur finale a été estimée conformément à la procédure préétablie.

Ce qui précède consistait à définir un système de référence pour les mesures, l'instrument de mesure et le procédé d'utilisation dudit instrument, selon la méthode scientifique.

Selon cela, les variables décrites par les particules subatomiques devaient se comporter de manière déterministe. C'est-à-dire que son comportement devait être prédit avec précision et précision.

Cependant, chaque fois qu'un test de cette nature était effectué, il était impossible d'obtenir la valeur théorique de la mesure.

Les mesures ont été mal représentées en raison des conditions naturelles de l'expérience et le résultat obtenu n'a pas été utile pour enrichir la théorie atomique.

Exemple

Par exemple: s'il s'agit de mesurer la vitesse et la position d'un électron, l'assemblage de l'expérience devrait envisager la collision d'un photon de lumière avec l'électron.

Cette collision induit une variation de la vitesse et de la position intrinsèque de l'électron, avec laquelle l'objet de la mesure est altéré par les conditions expérimentales.

Par conséquent, le chercheur encourage l'apparition d'une erreur expérimentale inévitable, malgré la précision et la précision des instruments utilisés.

Mécanique quantique différente de la mécanique classique

En plus de ce qui précède, le principe d'indétermination de Heisenberg stipule que, par définition, la mécanique quantique fonctionne différemment de la mécanique classique.

Par conséquent, on suppose que la connaissance précise des mesures au niveau subatomique est limitée par la ligne mince qui sépare la mécanique classique et la mécanique quantique.

Limitations

En expliquant l’indétermination des particules subatomiques et en établissant les différences entre la mécanique classique et la mécanique quantique, le modèle atomique de Heisenberg n’établit pas une seule équation pour expliquer le caractère aléatoire de ce type de phénomène.

De plus, le fait que la relation soit établie par une inégalité implique que la gamme des possibilités pour le produit de deux variables canoniques conjuguées est indéterminée. Par conséquent, l'incertitude inhérente aux processus subatomiques est significative.

Articles d'intérêt

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Modèle atomique de Bohr.

Références

1. Beyler, R. (1998). Werner Heisenberg. Encyclopædia Britannica, Inc. Extrait de: britannica.com
2. Le principe d'incertitude de Heisenberg (s.f.). Récupéré de: hiru.eus
3. García, J. (2012). Principe d'incertitude de Heisenberg. Récupéré de: hiberus.com
4. Modèles atomiques (s.f.). Université nationale autonome du Mexique. Mexico, Mexique. Récupéré à partir de: asesorias.cuautitlan2.unam.mx
5. Werner Heisenberg (s.f.). Récupéré de: the-history-of-the-atom.wikispaces.com
6. Wikipedia, l'encyclopédie libre (2018). Constante de Plank. Extrait de: en.wikipedia.org
7. Wikipedia, l'encyclopédie libre (2018). Relation d'indétermination de Heisenberg. Extrait de: en.wikipedia.org