Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
В помощь читателю
Миллисекунды
Микросекунды
Наносекунды
Пикосекунды
Фемтосекунды
Аттосекунды
Зептосекунды
Жизнь атомных ядер
Энергия, время и соотношение неопределенностей
Йоктосекунды
От секунды до года
Астрономические времена
Сонолюминесценция
Фолдинг белков
Возбужденные атомы
Ядерные распады
Элементарные частицы
Движение континентов
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram





Главная / Масштабы: времена / Зептосекунды / Энергия, время и соотношение неопределенностей

Зептосекунды: 2. Энергия, время и соотношение неопределенностей

Соотношение неопределенностей энергия-время для фотонов: чем короче световой импульс, тем больше разброс энергий у фотонов
Соотношение неопределенностей энергия–время для фотонов: чем короче световой импульс, тем больше разброс энергий у фотонов: Δt·ΔE ~ , где  — постоянная Планка. Для очень коротких импульсов, в которых успевает произойти лишь несколько колебаний, можно разброс энергий заменить на типичную энергию E

Здесь самое время рассказать про одно важное свойство квантового мира, которое очень помогает при оценке сверхкоротких промежутков времени. Называется оно соотношением неопределенностей энергии и времени. Начнем с простого, но важного утверждения:

квантовая механика говорит, что никакие явления не могут происходить мгновенно.

Более того, если известны типичные энергии E, задействованные в каком-то процессе, то этот процесс должен длиться как минимум время

t  ~  
E

Величина  ≈ 10−34 Дж·c — это постоянная Планка, фундаментальная константа, характеризующая все квантовые процессы. Это соотношение можно и обратить: если мы хотим, чтобы какое-то явление длилось короткое время t, нужно, чтобы в нём участвовали энергии как минимум /t.

Чем меньше длится явление, тем более высокие энергии должны в нём участвовать.

Значение постоянной Планка можно переписать в электронвольтах (эВ) — единицах энергии, привычных для мира элементарных частиц:  ≈ 6,6·10−16 эВ·с. Иными словами, процессу длительностью 1 ас = 1000 зс требуется энергия порядка кэВ, а при длительности в тысячу раз меньше, 1 зс, требуется энергия в тысячу раз больше, порядка МэВ.

Эти значения намного больше тепловой энергии частицы при комнатной температуре (300 К ≈ 0,025 эВ) и энергий фотонов видимого света (2–3 эВ). Однако нужными энергиями обладают самые глубинные электроны в тяжелых атомах или электромагнитные волны в жестком рентгеновском диапазоне. Поэтому когда удается из атома выбить самый глубинный электрон, то вся электронная оболочка начинает искажаться за время из зептосекундного диапазона. Впрочем, полная ее перестройка и успокоение всё равно потребуют аттосекундных времен.

Тут встает вопрос о том, как можно экспериментально исследовать такие быстрые процессы. В последние годы физики пытаются разработать новые методики получения рентгеновских вспышек зептосекундной длительности. Особенно перспективными кажутся самые современные источники когерентного излучения — лазеры на свободных электронах. Однако это пока остается светлой мечтой — до прощупывания зептосекундного диапазона прямыми измерительными методами физика пока не добралась, хотя она уже близка к этому.

Другая область физики, где соотношение неопределенностей энергия–время работает на полную катушку, — это физика элементарных частиц. Подавляющее большинство известных частиц нестабильны и распадаются почти сразу после своего рождения. Так вот, по соотношению неопределенностей у такой частицы нет какой-то фиксированной, строго определенной массы. Чем более нестабильна частица, чем меньше она живет — тем больше у нее разброс массы. В физике частиц этот разброс называется забавным термином ширина распада. Для самых короткоживущих частиц ширину распада можно измерить экспериментально и отсюда уже сосчитать их время жизни.

Соотношение неопределенностей для нестабильных частиц: чем короче их время жизни, тем больше неопределенность массы
То же соотношение неопределенностей, но для нестабильных частиц: чем короче их время жизни, тем больше неопределенность массы

Назад: Жизнь атомных ядер  |  Далее: Йоктосекунды

 

Комментировать
 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия