Какой эксперимент используется для фактического наблюдения за положением электрона в HH\rm атоме H?

Во-первых, как на самом деле определить положение электрона, не «выбивая» его из атома?

Говоря о квантово-механических объектах, таких как атом и электрон, нужно четко помнить, что наши хорошо проверенные модели, которые позволяют нам исследовать их поведение, являются вероятностными, вероятность определяется квадратом волновой функции .

Волновая функция является функцией (x,y,z,t) . Это было проверено путем создания вероятностных распределений и проверки их на данных. Единственный способ измерить положение электрона в атоме — это взаимодействие электрона. Это может происходить из-за того, что его запускают и измеряют, что в конечном итоге дает одну точку в измеряемом распределении вероятностей, или при подгонке данных слабого рассеяния, например, света, проходящего через кристалл, или рентгеновских лучей, когда интерференция света дает информацию о позиция . Опять статистическое распределение. В этом случае конечным результатом является исследование положения атома в целом, поскольку электронные орбитали определяют размер атомов.

Во-вторых, если бы вы могли очень точно определить его положение, не был бы его импульс настолько велик, что превышал бы скорость света? (или он просто становится более массивным? В любом случае, похоже, что он не может оставаться связанным с ядром.

Если вы определяете только положение, оно может быть таким же точным, как и ваши возможности измерения. Неопределенность Гейзенберга накладывает ограничения только в том случае, если одновременно требуются и импульс, и положение.

В-третьих, если вы смогли определить его положение, то как ваше знание о его положении со временем ухудшается? Казалось бы, чтобы вернуться к своему первоначальному распределению вероятностей (по всему пространству), ему потребовалось бы много времени, опять же, чтобы не нарушить скорость света (если только он не может появляться и исчезать далеко-далеко). ).

Опять же, обратите внимание, что эксперименты являются одноразовыми для отдельных взаимодействий. Один фотон проходит через кристалл и взаимодействует с полем электрона и регистрируется как одна точка в распределении вероятностей. Или отрывается один электрон, его траектория измеряется и проецируется обратно на его позицию, как в этом недавнем эксперименте, дающем распределение электрона по водородным орбиталям.

водородные орбитали

В случае фотонов, исследующих атом без разрушения, невозможно узнать, что делает отдельный электрон на своей орбите после этого незначительного взаимодействия. Таким образом, деградация со временем не обнаруживается, поскольку электрон все еще находится на своей орбите.

В случае рассеяния электронов на атоме водорода процесс полностью разрушает атом, электрон улетает и регистрируется в соответствующей детекторной системе, а водород становится ионом, протоном, ищущим электрон из окружающей среды, чтобы вернуться к нейтралитету.

Во-первых, как на самом деле определить положение электрона, не «выбивая» его из атома?

Это в контексте нерелятивистской квантовой механики (КМ).

В КМ идеальное измерение положения требует, чтобы сразу после измерения электрон имел определенное положение. Однако состояние определенного положения обязательно является суперпозицией всех энергетических состояний, включая связанные и несвязанные состояния.

Таким образом, после измерения идеального положения электрон не является ни связанным, ни несвязанным (он находится в суперпозиции связанных и несвязанных состояний), поэтому нельзя сказать, что он определенно «выбит» из атома.

Во-вторых, если бы вы могли очень точно определить его положение, не был бы его импульс настолько велик, что превышал бы скорость света?

Опять же, сразу после измерения идеального положения электрон не имеет определенного импульса, а вместо этого находится в суперпозиции собственных состояний импульса. Если идеальное измерение импульса производится сразу после измерения положения, результат измерения совершенно неопределен. Можно измерить очень высокий импульс или очень низкий импульс.

В-третьих, если вы смогли определить его положение, то как ваше знание о его положении со временем ухудшается?

Состояние определенного положения, как было сказано ранее, является суперпозицией всех энергетических состояний и, таким образом, эволюционирует во времени. Дело не в том, что наши знания со временем ухудшаются, а в том, что локализация со временем «деградирует».

Сразу после измерения положения плотность вероятности максимально локализована. По мере развития состояния плотность вероятности становится менее локализованной.

Очень большой импульс не означает скорость, превышающую скорость света — электроны приближаются к бесконечному импульсу по мере приближения к скорости света.

Принцип неопределенности означает, что очень скоро после точного измерения положения огромная неопределенность в импульсе означает, что вы больше не знаете, где он находится, а знаете только, где он был. Вы также не знаете, откуда он взялся до этого.

Аналогичный принцип применим и к фотонам. Небольшая антенна может довольно точно определить, куда прибывает фотон, но имеет широкий луч, поэтому не может определить, в каком направлении пришел фотон, поэтому имеет большую неопределенность в импульсе (который является вектором). Антенна с большой апертурой имеет узкий луч и может сказать, в каком направлении пришел фотон, но не может его локализовать, за исключением того, что он был где-то в ее апертуре.

Перевести неопределенность положения и импульса квантового мира в термины макромира несложно.

То, как вы это делаете, — это простая логика. Представьте себе теннисный мяч и представьте, что вы его не видите, как не видите электрон. Таким образом, единственный способ увидеть, где находится теннисный мяч, — это ударить по нему другим теннисным мячом или таким огромным количеством света, что он фактически сместит положение теннисного мяча, переместит его. В этот момент свет приносит вам информацию в глаза, и вы видите теннисный мяч.

Тогда становится очевидным, что вы понятия не имеете, где был теннисный мяч до этого, и не знаете, в каком направлении он двигался. Потому что у вас не было этой информации. Но как только вы видите теннисный мяч, одно становится очевидным: его волна вероятности рухнула, и вы знаете, что теннисного мяча точно больше нигде нет. Ты мне нравишься... ну, я на это надеюсь. Волны вероятности, векторы, импульс, метрика, тензор, фазовое пространство и так далее.

Это также означает, что вам потребовалось время, чтобы получить информацию о местонахождении теннисного мяча. Это означает, что теннисный мяч, который вы наблюдали, был теннисным мячом в каком-то прошедшем времени и в каком-то месте. Да, если вы думаете, что электрона больше нет, потому что он уже переместился. Вы опоздали. Он не просто застывает, как картинка, пока вы не сможете его проверить.

В этом реальном макромире, конечно, все по-другому. Теннисный мяч, который вы видите, — это теннисный мяч в каком-то прошлом пространстве и времени. Не только теннисный мяч, но и все что угодно. Вы ничего не можете видеть такими, какие они есть, но такими, какими они были. Это не философия.

А теперь скажите мне, правда это или вымысел. И не нужно никаких формул и сложного языка, чтобы сказать именно так, как есть.

Давайте посмотрим, как во все это вписывается схлопывание волновой функции.

Вы наблюдаете электрон или что-то еще, и вы ударяете его фотоном, и теперь электрон ведет себя как частица, потому что вы можете видеть его, поскольку фотон просто приносит вам информацию относительно этого положения и в это время. И это называется коллапсом волновой функции. Почему? Потому что вы наверняка знаете, что электрон находится именно там, а не где-то еще. Это не так сложно, просто здравый смысл.

А теперь представьте, что вы попали фотоном в электрон, но вы повернулись лицом и не увидели электрон, вы потеряли информацию, поэтому для вас электрона нет и не было. Итак, вы говорите, что волна не рухнула, потому что вы потеряли информацию. И апартауса у вас тоже не было, чтобы фотон не брал информацию на какой-то аппарат для записи. Информация о каком-то прошедшем событии положения электрона в определенное время и в определенном месте исчезла. Вы пропустили. Но подождите iiit.

Так что фотон куда-то улетел с информацией о местоположении, уверяю вас. Вы не единственный записывающий инструмент в этом мире. Вы для вас. Ты не можешь говорить о стене позади тебя. Что, если фотон принял информацию, затем ударился о стену и поглотился этой стеной, информация электрона встроилась, если хотите, записана. И стена об этом не говорит. Энергия не исчезает. Это закон сохранения энергии.

Фотон, сталкивающийся с электроном, и электрон, испускающий фотон, и фотон распространяются от электрона с энергией... Может быть, это было записано деревом в 50 милях отсюда. И там для этого дерева волновая функция электрона рухнула, и дерево об этом не говорит. Что, если в один прекрасный день по какой-то магии науки вы проверите дерево (например, в сумеречной зоне) и там будет записано положение электрона, поскольку энергия все еще там с его следом. Странный? конечно. Не говорите мне, что информация, являющаяся энергией, может быть потеряна, то есть может исчезнуть из вселенной. Вы правы. То, что вы потеряли свой ключ, не означает, что ключ исчез.
Угадай, что? Нет, это не так.

Желаю вам вдохновения и восторга, и пусть наука будет увлекательной на все дни вашей жизни....