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हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत

1927

Werner Heisenberg

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

किसी कण के पूरक भौतिक गुणों के कुछ युग्मों को एक साथ पूर्ण सटीकता से जानना असंभव है। इसका सबसे सामान्य उदाहरण स्थिति x और संवेग p है। सिद्धांत यह कहता है कि उनकी अनिश्चितताओं का गुणनफल, Δx और p, एक विशिष्ट मान से बड़ा या बराबर होना चाहिए: Δx Δp ≥ 2।

हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत क्वांटम यांत्रिकी का एक मूलभूत सिद्धांत है, न कि मापन तकनीक की सीमाओं के बारे में कोई कथन। यह क्वांटम प्रणालियों के एक अंतर्निहित गुण को दर्शाता है। यह सिद्धांत सभी क्वांटम वस्तुओं की तरंग-समान प्रकृति से उत्पन्न होता है। किसी कण की स्थिति और संवेग का वर्णन उसके तरंग फलन द्वारा किया जाता है। एक तरंग फलन जो अंतरिक्ष में अत्यधिक स्थानीयकृत (छोटा [latex]Delta x[/latex]) होता है, अनिवार्य रूप से कई अलग-अलग संवेग तरंगों के व्यापक अध्यारोपण से बना होता है, जिसके परिणामस्वरूप संवेग में बड़ी अनिश्चितता (बड़ा [latex]Delta p[/latex]) होती है। इसके विपरीत, एक अच्छी तरह से परिभाषित संवेग (छोटा [latex]Delta p[/latex]) वाला तरंग फलन स्थानिक रूप से फैला हुआ तरंग होना चाहिए, जिससे स्थिति में बड़ी अनिश्चितता (बड़ा [latex]Delta x[/latex]) होती है।

The principle applies to any pair of ‘conjugate variables,’ which are related through Fourier transforms in the mathematical formalism of quantum mechanics. Another important pair is energy ([latex]E[/latex]) and time ([latex]t[/latex]), with the relation [latex]\Delta E \Delta t \ge \frac{\hbar}{2}[/latex]. This implies that the energy of a state that exists for only a short time cannot be precisely determined. This has profound consequences, such as allowing for the temporary creation of ‘virtual particles’ in quantum field theory, which mediate fundamental forces. The uncertainty principle fundamentally limits the determinism envisioned by classical physics, replacing it with a probabilistic description of nature at the smallest scales.

एल्गोरिदम, ऊर्जा, मापन प्रणाली विश्लेषण (एमएसए), भौतिकी, क्वांटम त्रुटि सुधार, सांख्यिकीय विश्लेषण, सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण (SPC)

UNESCO Nomenclature: 2210

क्वांटम भौतिकी

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

क्रांतिकारी

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

मैट्रिक्स यांत्रिकी (1925)
तरंग यांत्रिकी (श्क्रोडिंगर, 1926)
फूरियर विश्लेषण
बॉर्न नियम (तरंग फलन की संभाव्य व्याख्या, 1926)

आवेदन

परमाणुओं की स्थिरता को समझना
क्वांटम टनलिंग की व्याख्या करना
परमाणु की मूल अवस्थाओं के आकार और ऊर्जा का अनुमान लगाना
क्वांटम मापन और सिग्नल प्रोसेसिंग में मूलभूत सीमाएँ
क्वांटम क्रिप्टोग्राफी

पेटेंट:

संभावित नवाचार विचार

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संबंधित विषय: अनिश्चितता सिद्धांत, वर्नर हाइजेनबर्ग, क्वांटम यांत्रिकी, संयुग्मी चर, स्थिति, संवेग, तरंग फलन, क्वांटम मापन।

ऐतिहासिक संदर्भ

प्रयोगशाला में केचप के साथ शीयर-थिनिंग व्यवहार का प्रदर्शन।.

शियर-थिनिंग (स्यूडोप्लास्टिसिटी)

शियर थिनिंग, या स्यूडोप्लास्टिसिटी, एक गैर-न्यूटनियन व्यवहार है जिसमें किसी द्रव की श्यानता शियर स्ट्रेस की बढ़ती दर के साथ घटती है। कई सामान्य पदार्थ, जैसे केचप या पेंट, इस गुण को प्रदर्शित करते हैं। स्थिर अवस्था में ये गाढ़े होते हैं, लेकिन हिलाने, घोलने या फैलाने पर अधिक आसानी से बहते हैं। इसे अक्सर ओस्टवाल्ड-डी वेले पावर-लॉ संबंध द्वारा दर्शाया जाता है।

श्रोडिंगर समीकरण

यह क्वांटम यांत्रिकी का एक मूलभूत समीकरण है जो यह वर्णन करता है कि किसी भौतिक प्रणाली की क्वांटम अवस्था समय के साथ कैसे बदलती है। यह तरंग फलन [latex]Psi(x, t)[/latex] के लिए एक रैखिक आंशिक अवकल समीकरण है। समय पर निर्भर समीकरण [latex]ihbarfrac{partial}{partial t}Psi = hat{H}Psi[/latex] है, जहाँ [latex]hat{H}[/latex] हैमिल्टोनियन ऑपरेटर है, जो प्रणाली की कुल ऊर्जा को दर्शाता है।

भौतिकविद संवेग ऑपरेटरों का विश्लेषण करते हुए क्वांटम यांत्रिकी प्रयोगशाला।.

क्वांटम मोमेंटम ऑपरेटर

क्वांटम यांत्रिकी में, संवेग एक प्रेक्षणीय राशि है जिसे सदिश संचालक द्वारा दर्शाया जाता है। स्थिति आधार में, संवेग संचालक को [latex]hat{vec{p}} = -ihbarnabla[/latex] द्वारा दर्शाया जाता है, जहाँ [latex]hbar[/latex] अवकलित प्लैंक स्थिरांक है और [latex]nabla[/latex] प्रवणता संचालक है। संवेग का संरक्षण इस तथ्य से संबंधित है कि स्थानांतरीय समरूपता वाले तंत्र के लिए हैमिल्टोनियन संचालक संवेग संचालक के साथ क्रमविनिमय करता है, [latex][hat{H}, hat{vec{p}}] = 0[/latex]।

हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत

एक प्रयोगशाला में गैर-न्यूटनियन द्रव की सान्द्रता पर प्रयोग कर रहा वैज्ञानिक।.

गैर-न्यूटनियन द्रव की परिभाषा

एक गैर-न्यूटनियन द्रव वह होता है जिसकी श्यानता लगाए गए अपरूपण बल के अंतर्गत बदलती है। न्यूटनियन द्रव के विपरीत, जहाँ श्यानता स्थिर रहती है, इसके प्रवाह गुणों को अपरूपण बल (τ) और अपरूपण दर (γ) के बीच रैखिक संबंध द्वारा वर्णित नहीं किया जा सकता है। यह निर्भरता अपरूपण-पतलापन (श्यानता बल के साथ घटती है) या अपरूपण-गाढ़ापन (श्यानता बल के साथ बढ़ती है) के रूप में प्रकट हो सकती है।

विभिन्न थर्मामीटरों और कैलिब्रेशन उपकरणों के साथ थर्मोडायनामिक्स प्रयोगशाला।.

ऊष्मागतिकी का शून्य नियम

यह नियम ऊष्मीय संतुलन की अवधारणा स्थापित करता है। यदि दो प्रणालियाँ किसी तीसरी, स्वतंत्र प्रणाली के साथ ऊष्मीय संतुलन में हैं, तो वे एक दूसरे के साथ भी ऊष्मीय संतुलन में होंगी। यह संक्रमणीय गुण तापमान को एक अवस्था फलन के रूप में औपचारिक रूप से परिभाषित करने की अनुमति देता है और थर्मामीटर और सार्वभौमिक तापमान पैमानों के निर्माण के लिए एक तर्कसंगत आधार प्रदान करता है।

उच्च आदर्श गैसों में लंदन प्रसरण बल को प्रदर्शित करने वाला प्रयोगशाला प्रयोग।.

लंदन फैलाव बल

लंदन प्रकीर्णन बल (एलडीएफ) वैन डेर वाल्स बल का सबसे कमजोर प्रकार है, जो परमाणुओं और अणुओं के इलेक्ट्रॉन बादलों में क्वांटम यांत्रिक उतार-चढ़ाव से उत्पन्न होता है। ये उतार-चढ़ाव अस्थायी, तात्कालिक द्विध्रुव उत्पन्न करते हैं जो पड़ोसी परमाणुओं में संगत द्विध्रुव प्रेरित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक शुद्ध आकर्षण बल उत्पन्न होता है। दूरी r पर स्थित दो परमाणुओं के बीच अंतःक्रिया विभव ऊर्जा V लगभग V = -C₆/r₆ होती है।

1925

1926

1927

1930

1924

1925

1926

1927

1930

विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में डिजिटल मीटर द्वारा प्रयोगशाला में पीएच मापन।.

शारीरिक रूप से विकलांग

pH को औपचारिक रूप से हाइड्रोजन आयन सक्रियता, [latex]a_{H^+}[/latex] के ऋणात्मक दशमलव लघुगणक के रूप में परिभाषित किया जाता है। इसका सूत्र है [latex]pH = -log_{10}(a_{H^+})[/latex]। सक्रियता हाइड्रोजन आयनों की प्रभावी सांद्रता है, जो अंतर-आणविक बलों को ध्यान में रखती है, और यह आयामहीन होती है। तनु विलयनों के लिए, सक्रियता लगभग [latex]H^+[/latex] आयनों की मोलर सांद्रता के बराबर होती है, जिससे गणना सरल हो जाती है।

अकार्बनिक रसायन विज्ञान में लैंथेनाइड तत्वों पर प्रयोगशाला प्रयोग।.

लैंथनाइड संकुचन

लैंथेनाइड संकुचन, परमाणु क्रमांक में वृद्धि के साथ लैंथेनाइड तत्वों (लैंथेनम से ल्यूटेटियम तक) की परमाणु और आयनिक त्रिज्याओं में होने वाली निरंतर कमी है। यह प्रभाव 4f इलेक्ट्रॉनों द्वारा नाभिकीय आवेश के कमजोर परिरक्षण के कारण होता है। इसके परिणामस्वरूप, लैंथेनाइड तत्वों के बाद आने वाले छठे आवर्त के तत्व अपने पाँचवें आवर्त के समकक्षों के समान, अप्रत्याशित रूप से छोटे होते हैं।

क्वांटम सांख्यिकी

क्वांटम सांख्यिकी, समान कणों की अविभेदनीयता को ध्यान में रखते हुए, शास्त्रीय सांख्यिकीय यांत्रिकी में संशोधन करती है। यह दो प्रकारों में विभाजित होती है: फर्मिऑन (इलेक्ट्रॉन जैसे अर्ध-पूर्णांक स्पिन कण) के लिए फर्मी-डिराक सांख्यिकी, जो पाउली अपवर्जन सिद्धांत का पालन करते हैं, और बोसॉन (फोटॉन जैसे पूर्णांक स्पिन कण) के लिए बोस-आइंस्टीन सांख्यिकी, जो एक ही क्वांटम अवस्था में रह सकते हैं। यह अंतर कम तापमान और उच्च घनत्व पर महत्वपूर्ण है।

यांत्रिकी में समय-निर्भर चिपचिपापन परिवर्तनों का प्रदर्शन करते हुए थिक्सोट्रॉपिक द्रव को हिलाता हुआ वैज्ञानिक।.

समय पर निर्भर श्यानता: थिक्सोट्रोपी और रियोपेक्सी

थिक्सोट्रोपी और रियोपेक्सी श्यानता में समय के साथ होने वाले परिवर्तनों का वर्णन करते हैं। एक थिक्सोट्रोपिक द्रव की श्यानता स्थिर अपरूपण बल के तहत समय के साथ घटती है (उदाहरण के लिए, दही को हिलाने पर वह अधिक पतला हो जाता है)। एक रियोपेक्टिक (या एंटी-थिक्सोट्रोपिक) द्रव की श्यानता स्थिर अपरूपण बल के तहत समय के साथ बढ़ती है (उदाहरण के लिए, कुछ स्नेहक)। ये प्रभाव प्रतिवर्ती होते हैं; द्रव कुछ समय के आराम के बाद अपनी मूल अवस्था में लौट आता है।

प्रयोगशाला में क्वांटम सुरंगण सिद्धांतों को प्रदर्शित करते हुए स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप।.

क्वांटम टनलिंग

क्वांटम यांत्रिकी की एक घटना जिसमें एक तरंग ऊर्जा अवरोध को पार कर सकती है। शास्त्रीय रूप से, एक कण जिसमें अवरोध को पार करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती, वह परावर्तित हो जाता है। हालांकि, कणों की तरंग जैसी प्रकृति के कारण, इस बात की थोड़ी-बहुत संभावना रहती है कि कण अवरोध के दूसरी ओर प्रकट हो जाए, यानी प्रभावी रूप से उसके आर-पार 'सुरंग' बना ले।

भौतिक रसायनशास्त्र में इलेक्ट्रोकेमिकल पोटेंशियल मापने वाला प्रयोगशाला प्रयोग।.

विद्युत रासायनिक विभव का मूलभूत समीकरण

विद्युतरासायनिक विभव, [latex]bar{mu}_i[/latex], किसी प्रणाली में आवेशित प्रजाति `i` की कुल ऊर्जा को मापता है। यह रासायनिक विभव, [latex]mu_i[/latex], जो सांद्रता और आंतरिक गुणों को ध्यान में रखता है, और स्थिरवैद्युत विभव ऊर्जा, [latex]z_i F phi[/latex], को संयोजित करता है। सूत्र है [latex]bar{mu}_i = mu_i + z_i F phi[/latex], जहाँ [latex]z_i[/latex] आयन का आवेश है, [latex]F[/latex] फैराडे स्थिरांक है, और [latex]phi[/latex] स्थानीय विद्युत विभव है।

पेल्टियर कूलर और जनरेटर के साथ थर्मोइलेक्ट्रिसिटी अनुप्रयोगों का प्रदर्शन करने वाला प्रयोगशाला दृश्य।.

ओन्सेगर पारस्परिक संबंध

असामंजस्य ऊष्मागतिकी का एक प्रमुख प्रमेय, ये संबंध ऊर्जा और पदार्थ के युग्मित प्रवाहों के बीच कुछ अंतर-गुणांकों की समानता को व्यक्त करते हैं। ये बताते हैं कि चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, परिवहन गुणांकों का मैट्रिक्स सममित होता है: [latex]L_{alphabeta} = L_{betaalpha}[/latex]। यह सीबेक और पेल्टियर प्रभावों जैसे प्रतीत होने वाले असंबंधित परिवहन घटनाओं को ऊष्माविद्युत में जोड़ता है।

एक स्पेक्ट्रोमीटर से एलईडी प्रकाश स्रोतों का सहसंबद्ध रंग तापमान मापता हुआ प्रयोगशाला तकनीशियन।.

सहसंबंधित रंग तापमान (सीसीटी)

सहसंबद्ध रंग तापमान (सीसीटी) उन प्रकाश स्रोतों के लिए एक मापक है जो आदर्श ब्लैक बॉडी के रूप में विकिरण नहीं करते हैं, जैसे कि एलईडी या फ्लोरोसेंट लैंप। यह प्लैंकियन रेडिएटर का तापमान है जिसका रंग प्रकाश स्रोत के रंग के सबसे समान माना जाता है। यह 'निकटता' स्रोत के क्रोमैटिसिटी निर्देशांकों के निकटतम प्लैंकियन लोकस पर स्थित बिंदु को ज्ञात करके निर्धारित की जाती है।

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)