Kenali Prinsip Ketidakpastian Heisenberg disini

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg adalah salah satu hasil mekanika kuantum yang paling terkenal dan menyatakan bahwa satu (sering, tetapi tidak selalu) tidak dapat mengetahui semua hal tentang suatu partikel (seperti yang didefinisikan oleh fungsi gelombangnya) pada saat yang sama. Prinsip ini secara matematis dimanifestasikan sebagai operator non-komuter.

Bunyi Prinsip Ketidakpastian Heisenberg

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa ada ketidakpastian yang melekat dalam tindakan mengukur variabel suatu partikel. Umumnya diterapkan pada posisi dan momentum suatu partikel, prinsip menyatakan bahwa semakin tepat posisi diketahui, semakin tidak pasti momentumnya dan sebaliknya. Ini bertentangan dengan fisika Newton klasik yang menahan semua variabel partikel agar dapat diukur pada ketidakpastian arbitrer yang diberikan peralatan yang cukup baik.

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg adalah teori fundamental dalam mekanika kuantum yang mendefinisikan mengapa seorang ilmuwan tidak dapat mengukur berbagai variabel kuantum secara bersamaan. Sampai fajar mekanika kuantum, itu dianggap sebagai fakta bahwa semua variabel suatu objek dapat diketahui presisi tepat secara bersamaan untuk saat tertentu.

Fisika Newton tidak membatasi bagaimana prosedur dan teknik yang lebih baik dapat mengurangi ketidakpastian pengukuran sehingga dapat dibayangkan bahwa dengan perawatan dan akurasi yang tepat semua informasi dapat didefinisikan. Heisenberg membuat proposisi berani bahwa ada batas yang lebih rendah untuk ketepatan ini membuat pengetahuan kita tentang suatu partikel pada dasarnya tidak pasti.

Lebih khusus lagi, jika seseorang mengetahui momentum pasti dari partikel, tidak mungkin untuk mengetahui posisi tepatnya, dan sebaliknya. Hubungan ini juga berlaku untuk energi dan waktu, di mana seseorang tidak dapat mengukur energi yang tepat dari suatu sistem dalam jumlah waktu yang terbatas. Ketidakpastian dalam produk “pasangan konjugat” (momentum / posisi) dan (energi / waktu) didefinisikan oleh Heisenberg memiliki nilai minimum yang sesuai dengan konstanta Planck dibagi dengan 4π. Lebih jelas:

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg

Dimana Δ mengacu pada ketidakpastian dalam variabel itu dan h adalah konstanta Planck.

Selain dari definisi matematis, seseorang dapat memahami hal ini dengan membayangkan bahwa semakin cermat seseorang mencoba mengukur posisi, semakin banyak gangguan pada sistem, yang mengakibatkan perubahan momentum.

Misalnya membandingkan efek yang mengukur posisi terhadap momentum elektron versus bola tenis. Katakanlah untuk mengukur benda-benda ini, cahaya diperlukan dalam bentuk partikel foton. Partikel-partikel foton ini memiliki massa dan kecepatan yang terukur, dan bersentuhan dengan bola elektron dan tenis untuk mencapai nilai di posisinya.

Ketika dua objek bertabrakan dengan momenta masing-masing (p = m * v), mereka memberikan momenta ini satu sama lain. Ketika foton menghubungi elektron, sebagian dari momentumnya ditransfer dan elektron sekarang akan bergerak relatif terhadap nilai ini tergantung pada rasio massa mereka.

Bola tenis yang lebih besar ketika diukur akan memiliki transfer momentum dari foton juga, tetapi efeknya akan berkurang karena massanya beberapa kali lipat lebih besar dari foton.

Untuk memberikan gambaran yang lebih praktis, bayangkan sebuah tank dan satu sepeda bertabrakan satu sama lain, tank tersebut menggambarkan bola tenis dan sepeda dari foton. Massa tangki yang tipis meskipun dapat bergerak dengan kecepatan yang jauh lebih lambat akan meningkatkan momentumnya jauh lebih tinggi dari pada sepeda yang memaksa sepeda ke arah yang berlawanan. Hasil akhir dari pengukuran posisi suatu objek mengarah pada perubahan momentum dan sebaliknya.

Semua perilaku Quantum mengikuti prinsip ini dan penting dalam menentukan lebar garis spektral, karena ketidakpastian dalam energi suatu sistem bersesuaian dengan lebar garis yang terlihat di wilayah spektrum cahaya yang dieksplorasi dalam Spektroskopi.

Apa itu

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menjelaskan mengapa kita tidak dapat secara bersamaan menentukan kecepatan dan posisi partikel. Bagaimana laser digunakan untuk mengukur jarak suatu benda (simak ilustrasi di bawah)? Laser memiliki banyak aplikasi di luar laboratorium fisika. Perangkat ini dapat digunakan untuk mengukur jarak secara  akurat dan banyak instrumen komersial yang digunakan dalam konstruksi untuk meletakkan suatu lokasi bangunan.

Ketika sinar bertumbukan dengan benda padat, itu dipantulkan kembali dan perangkat dapat menentukan seberapa jauh benda tersebut.

Ada perbedaan yang signifikan antara massa sinar (foton) dan massa benda, sinar tidak mengganggu benda sama sekali. Salah satu pengukuran menarik adalah penggunaan laser untuk mengukur jarak dari bumi ke bulan (lihat gambar di atas). Dampak dari foton dari laser di bulan benar-benar tidak berpengaruh pada orbit bulan.

Penjelasan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg

Fitur lain yang unik untuk mekanika kuantum adalah prinsip ketidakpastian. Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa tidak mungkin untuk menentukan secara simultan baik posisi dan kecepatan partikel. Misalnya, Pendeteksian terhadap elektron, akan dilakukan dengan cara interaksi dengan foton cahaya. Karena foton dan elektron memiliki energi yang hampir sama, setiap upaya untuk menemukan sebuah elektron dengan foton tentunya akan menabrak elektron, sehingga akan muncul ketidakpastian tentang di mana elektron berada (lihat Gambar di bawah).

Kita tidak perlu khawatir tentang prinsip ketidakpastian untuk benda sehari-hari karena mereka memiliki massa yang besar. Jika Anda sedang mencari sesuatu dengan senter, foton yang berasal dari senter tidak akan menyebabkan hal yang Anda cari akan bergerak. Hal ini tidak terjadi dengan partikel yang berukuran atomik, para ilmuwan terkemuka telah pemahaman baru tentang bagaimana untuk membayangkan lokasi elektron dalam atom.

penggunaan laser
penggunaan laser
Prinsip Ketidakpastian Heisenberg
Prinsip Heisenberg Ketidakpastian: Pengamatan elektron dengan mikroskop. Foton dapat menyebabkan perubahan pada jalur elektron.

Apa artinya?

Sulit membayangkan tidak bisa tahu persis di mana partikel berada pada saat tertentu. Tampaknya intuitif bahwa jika sebuah partikel ada di ruang angkasa, maka kita dapat menunjukkan di mana itu berada; Namun, Prinsip Ketidakpastian Heisenberg jelas menunjukkan sebaliknya. Ini karena sifat partikel yang seperti gelombang.

Sebuah partikel tersebar di ruang sehingga tidak ada lokasi tepat yang ditempati, melainkan menempati berbagai posisi. Demikian pula, momentum tidak dapat diketahui secara tepat karena suatu partikel terdiri dari satu paket gelombang, yang masing-masing memiliki momentumnya sendiri sehingga yang terbaik dapat dikatakan bahwa suatu partikel memiliki rentang momentum.

Mari kita pertimbangkan apakah variabel kuantum dapat diukur dengan tepat. Gelombang yang memiliki posisi yang dapat diukur dengan sempurna akan runtuh ke satu titik dengan panjang gelombang tidak terbatas dan oleh karena itu momentum tidak pasti menurut persamaan de Broglie. Demikian pula, gelombang dengan momentum yang terukur sempurna memiliki panjang gelombang yang berosilasi di semua ruang tanpa batas dan oleh karena itu memiliki posisi yang tidak terbatas.

Anda dapat melakukan eksperimen pikiran yang sama dengan energi dan waktu. Untuk mengukur energi gelombang secara tepat akan membutuhkan waktu yang tak terbatas sambil mengukur contoh gelombang yang tepat di ruang angkasa perlu dihancurkan menjadi satu momen yang akan memiliki energi tak terbatas.

Konsekuensi

Prinsip Heisenberg memiliki pengaruh besar pada sains yang dipraktekkan dan bagaimana eksperimen dirancang. Pertimbangkan mengukur momentum atau posisi suatu partikel. Untuk membuat pengukuran, harus terjadi interaksi dengan partikel yang akan mengubah variabel lainnya.

Misalnya, untuk mengukur posisi elektron harus ada tabrakan antara elektron dan partikel lain seperti foton. Ini akan memberikan beberapa momentum partikel kedua ke elektron yang diukur dan karenanya mengubahnya. Pengukuran posisi elektron yang lebih akurat akan membutuhkan partikel dengan panjang gelombang yang lebih kecil, dan karenanya lebih energik, tetapi ini akan mengubah momentum lebih banyak lagi selama tumbukan.

Eksperimen yang dirancang untuk menentukan momentum akan memiliki efek yang sama pada posisi. Akibatnya, eksperimen hanya dapat mengumpulkan informasi tentang variabel tunggal pada suatu waktu dengan jumlah akurasi berapa pun.

Ringkasan

  • Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menjelaskan mengapa kita tidak dapat secara bersamaan menentukan baik kecepatan yang tepat dan posisi partikel.
  • Prinsip ini hanya berlaku pada tingkat atom.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *