m6112550g5 | physicsmatayom

2007/May/17

m6112550g5

http://sathaporn.exteen.com/20070517/m611412550g5

m611412550g5กลศาสตร์ควอนตัม และหลักความไม่แน่นอน

กลศาสตร์ควอนตัม และหลักความไม่แน่นอน

- แนวของ ชเรอดิงเงอร์ นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย ซึ่งใช้แนวคิดมาจากสมมติฐานของ เดอ บรอยล์ แนวนี้นิยมเรียก “ กลศาสตร์คลื่น”
- ส่วนแนวที่ 2 เป็นของ ไฮเซนเบิร์ก ชาวเยอรมัน ใช้แนวคิดทางคณิตศาสตร์แมตทริกซ์ ซึ่งค่อนข้างเข้าใจยาก ต่อมามีผู้พิสูจน์ว่าทั้งสองแนวให้ผลเช่นเดียวกัน
ในที่นี้จะกล่าวเฉพาะแนวของชเรอดิงเงอร์ ในแนวกว้าง ๆ ดังนี้ เมื่อจะศึกษาธรรมชาติของอิเล็กตรอนในอะตอม ให้นึกภาพอิเล็กตรอนประพฤติตัวเป็นกลุ่มคลื่น โดยความเร็วของกลุ่มคลื่นเท่ากับความเร็วของอิเล็กตรอน จากนั้นให้สร้างสมการกลุ่มคลื่นของอิเล็กตรอนขึ้นมา แล้วนำสมการนี้ไปศึกษา จะสามารถรู้ธรรมชาติของอิเล็กตรอนขณะอยู่ในอะตอมได้
ประเด็นหนึ่งที่สำคัญของกลศาสตร์ควอนตัม คือ การที่คิดว่าอิเล็กตรอนประพฤติตัวเป็นคลื่น เราจึงไม่สามารถคำนวณค่าต่างๆ ของอิเล็กตรอนได้แน่นอน ซึ่งเป็นจริงตามธรรมชาติของคลื่น ค่าที่เราคำนวณได้จากกลศาสตร์ควอนตัมจึงเป็นเพียงโอกาสที่จะเป็นไปได้ หรือ ความน่าจะเป็น ของปริมาณนั้น ๆ เช่น ความน่าจะเป็นในการพบอิเล็กตรอนที่อยู่ในรูปกลุ่มคลื่น เป็นต้น เพราะถ้าคิดว่าอิเล็กตรอนเป็นคลื่น ขนาดและตำแหน่งของคลื่นย่อมกระจายอยู่ในอาณาเขตอันหนึ่ง และไม่สามารถบอกได้ชัดเจนว่าอยู่ ณ ที่ได
ปี พ.ศ. 2470 ไฮเซนเบิร์ก ตั้งกฏไว้อย่างหนึ่งว่า “เราไม่สามารถรู้ได้อย่างแน่นอนถึงตำแหน่งและความเร็วของอนุภาคในเวลาเดียวกันได้ ” นั่นคือ ถ้าเราพยายามจะวัดหรือคำนวณตำแหน่งของอนุภาคให้แม่นยำมากขึ้น ๆ เราจะได้ค่าความเร็วหรือโมเมนตัมหรือ ความยาวคลื่นสสาร ผิดพลาดมากขึ้น ๆ จากหลักดังกล่าวทำให้เรารู้ว่า ในธรรมชาติมีความไม่แน่นอนอยู่เสมอ เป็นสิ่งนอกเหนือการควบคุมของมนุษย์ เช่น ความไม่แน่นอนที่เกิดจากผู้วัด เครื่องมือวัด และวิธีวัด และไฮเซนเบิร์กยังสรุปว่า ผลคูณระหว่างความไม่แน่นอนทางตำแหน่งกับความไม่แน่นอนทางโมเมนตัม ต้องมากกว่าหรือเท่ากับเสมอ เมื่อ คือ ความไม่แน่นอนทางตำแหน่ง คือ ความไม่แน่นอนทางโมเมนตัม สมการนี้เสมือนบอกว่า ไม่ว่ามนุษย์จะมีวิวัฒนาการที่ล้ำเลิศเพียงใด จะไม่สามารถบอกตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคพร้อมๆกัน ณ เวลาเดียวกัน โดยมีความผิดพลาดน้อยกว่า ได้ ต่อมามีผู้นำแนวคิดนี้ไปพิสูจน์ว่า อิเล็กตรอนจะอยู่ในนิวเคลียสซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง เมตร ได้หรือไม่ พบว่าเมื่อคำนวณโดยคิดวาอิเล็กตรอนอยู่ในนิวเคลียส จะได้ค่าความไม่แน่นอนทางตำแหน่งของอิเล็กตรอนประมาณ เมตร ซึ่งมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กตรอน และยังพบว่าอิเล็กตรอนต้องมีพลังงานมากกว่า 20 เมกกะอิเล็กตรอนโวลท์ ซึ่งในความเป็นจริงอิเล็กตรอนมีพลังงานในระดับอิเล็กตรอนโวลท์เท่านั้น แสดงให้เห็นชัดเจนว่าอิเล็กตรอนไม่สามารถอยู่ภายในนิวเคลียสได้ ผลการทดสอบดังกล่าว ทำให้การยอมรับกฏของไฮเซนเบิร์กเพิ่มขึ้น เมื่อพิจารณาธรรมชาติของอิเล็กตรอนตามกลศาสตร์ควอนตัม จะไม่สามารถบอกได้วา อิเล็กตรอนนั้นอยู่ที่ใดแน่นอน หรือเคลื่อนที่ในลักษณะใด บอกได้เพียงว่า โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอน ณ ที่ตำแหน่งต่าง ๆ หรือตำแหน่งนั้น ๆ เป็นเท่าใด จึงนิยมวาดภาพอิเล็กตรอน เสมือนกลุ่มหมอกห่อหุ้มนิวเคลียส ที่ใดมีโอกาสพบอิเล็กตรอนมาก จะมีกลุ่มหมอกหนาแน่นมาก โดยภาพกลุ่มหมอกมีได้หลายรูปแบบ ดังเช่นกรณีไฮโดรเจนอะตอมในระดับพลังงานพื้นฐาน ( )จากการคำนวณจะมีโอกาสพบอิเล็กตรอนในทิศทางต่างๆ จากนิวเคลียสเหมือนกันหรือเท่ากันหมด ภาพกลุ่มหมอกจึงเป็นทรงกลมหุ้มนิวเคลียส ส่วนในระดับพลังงานสุงๆ เช่น กรณี จะมีการจัดตัวที่ต่างจากรูปทรงกลมไปบ้าง
- 1.สามารถอธิบายธรรมชาติของอิเล็กตรอนในอะตอมทุกชนิดได้
- 2.สามารถอธิบายการเกิดเส้นสเปกตรัมของอะตอมทั้งในสภาวะปกติ และสภาวะแยกเป็นหลายเส้นเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กได้
- 3.สามารถอธิบายสมบัติด้านต่างๆ ของของแข็ง เช่น การนำไฟฟ้าของตัวนำ สารกึ่งตัวนำ และฉนวนได้
- 4.เป็นรากฐานของวิชาด้านไมโครอิเล็กทรอนิกส์

ผู้จัดทำ
นางสาว ศิรินยา ไชยคต ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/11 เลขที่ 41 HOME

edit @ 27 Feb 2008 11:59:14 by physicsmatayom

tag: atom, quantum
posted by sathaporn, at 2007-May-17 23:20:29

<< Home