Physic Labs

Cơ học lượng tử

Độ bất định vị trí và xung lượng

Khảo sát đánh đổi Δx–Δp của gói Gauss và nhận biết ΔxΔp ≥ ħ/2; đây là đặc tính trạng thái, không phải sai số thiết bị. Đo độ rộng phân bố vị trí và động lượng, rồi kiểm chứng ΔxΔp≥ℏ/2ΔxΔp ≥ ℏ/2.

Đại học

⚠ Đồ thị minh họa trạng thái lượng tử, không phải phép đo trực tiếp; không suy ra kết quả y tế hoặc thiết bị thực.

Dụng cụ

  • Đồ thị hàm sóng và mật độ xác suất theo vị trí, phổ xung lượng
  • Thanh trượt σₓ, p₀, khoảng cách gói d và nút chọn trạng thái

Các bước tiến hành

  1. Đối chiếu hai không gian Fourier

    Ở chế độ Gói Gauss, tăng σₓ bằng thanh trượt và quan sát đồ thị vị trí rộng ra trong khi phổ xung lượng hẹp lại; kiểm tra tích độ bất định ΔxΔp trong bảng đọc số. Đổi p₀ để dịch chuyển tâm phổ mà không đồng nhất điều đó với độ rộng. Chọn Hai gói Gauss chồng chập, bật thanh d và thay đổi khoảng cách để xem mật độ giao thoa; lưu ý từng phân bố vẫn có độ rộng hữu hạn. Đối chiếu các số liệu hiển thị với ΔxΔp≥ℏ/2ΔxΔp ≥ ℏ/2.

  2. Thay đổi độ rộng gói Gauss

    Ở chế độ Gói Gauss, tăng σₓ rồi giảm lại và quan sát phân bố vị trí cùng phổ xung lượng. Đọc Δx, Δp và tích của chúng; kiểm tra ΔxΔp ≥ ħ/2 trong khi độ rộng hai đồ thị thay đổi ngược chiều. Đối chiếu các số liệu hiển thị với ΔxΔp≥ℏ/2ΔxΔp ≥ ℏ/2.

  3. Tách chuyển tâm khỏi độ bất định

    Giữ σₓ cố định, thay đổi p₀ và quan sát tâm phổ xung lượng dịch chuyển trong khi độ rộng gần như giữ nguyên. Chọn trạng thái hai gói chồng chập, tăng d và xem mật độ xác suất xuất hiện vân; đối chiếu từng gói với điều kiện ΔxΔp ≥ ħ/2. Đối chiếu các số liệu hiển thị với ΔxΔp≥ℏ/2ΔxΔp ≥ ℏ/2.

Mô phỏng

Lịch sử thí nghiệm

Nguyên lý bất định gắn với Werner Heisenberg được hình thành năm 1927, khi cơ học lượng tử buộc các nhà vật lý xem lại ý nghĩa của những đại lượng như vị trí và xung lượng. Nó không nói rằng dụng cụ đo kém chính xác làm ta thiếu thông tin; thay vào đó, một trạng thái lượng tử không thể đồng thời có độ phân tán tùy ý nhỏ ở cả hai đại lượng liên hợp. Với gói Gauss, quan hệ ΔxΔp ≥ ħ/2 đạt cận dưới khi gói ở trạng thái tối thiểu. Trong biểu diễn vị trí và xung lượng, hai phân bố liên hệ qua biến đổi Fourier: thu hẹp gói theo x làm phổ xung lượng rộng hơn, còn dịch tâm phổ bằng p₀ không đồng nghĩa với thay đổi độ rộng. Trạng thái chồng chập có thể tạo vân giao thoa trong mật độ xác suất mà mỗi gói thành phần vẫn hữu hạn. Mô phỏng hiển thị các phân bố toán học của trạng thái chứ không mô phỏng một phép đo trực tiếp; bất đẳng thức nên được hiểu là đặc tính của trạng thái chuẩn bị, không phải giới hạn của màn hình hay cảm biến.

Nhà vật lý liên quan

Chủ đề liên quan trong thư viện