海森堡不確定性原理是可以從量子力學(xué)引申到日常生活的多個(gè)原因之一。說的是你永遠(yuǎn)不能同時(shí)知道一個(gè)物體精確的位置和速度。這一原理暗喻所有的事情,文藝評(píng)論,體育解說等等。不確定性通常被解釋為測(cè)量的結(jié)果,主動(dòng)測(cè)量物體的位置會(huì)改變物體的速度,反之亦然。而其真正的原因是更加深?yuàn)W,更加令人驚奇的。 不確定性原理存在,是因?yàn)橛钪嬷械乃形镔|(zhì)都同時(shí)表現(xiàn)為粒子和波形,在量子力學(xué)中,一個(gè)物體的精確位置和速度都沒有意義。為了理解這個(gè)我們需要了解物質(zhì)表現(xiàn)為粒子或波形是什么意思。 粒子,從定義上來看,在每一個(gè)瞬間都存在于一個(gè)單一的地方,我們可以將它用圖標(biāo)表示出來,以此來展現(xiàn)在特定位置可以找到這個(gè)物體的可能性。它就像一顆釘子一樣,百分百在一個(gè)精確的位置,不可能在其他地方。而另一方面,波形是散播到空間中的干擾波,像池塘上的漣漪一樣延伸。我們可以很清晰地捕捉到整個(gè)波形圖像,波長是最重要的,它是兩個(gè)相鄰波峰,或者兩個(gè)相鄰波谷之間的距離,但我們無法給它制定一個(gè)位置,它很有可能分布在許多不同的地方。波長是量子力學(xué)的一個(gè)中心概念,因?yàn)椴ㄩL與動(dòng)量相關(guān),動(dòng)量=質(zhì)量*速度??焖僖苿?dòng)的物體動(dòng)量很大,波長很短。很重的物體有很大的動(dòng)量,盡管移動(dòng)地不快,并且波長也很短,這就是為什么我們不注意日常物體的波的本質(zhì)。如果你向空中投擲一個(gè)棒球,它的波長會(huì)是萬億分之一米的萬億分之一的十億億分之一,微小到根本無法察覺。但是,小東西,像原子或者電子一樣可以產(chǎn)生足夠大的波長,在物理試驗(yàn)中被檢測(cè)到。所以,如果我們有一個(gè)純波,我們可以測(cè)量出它的波長的出動(dòng)量,但是它沒有位置。我們知道一個(gè)粒子的精確位置,但它沒有波長,所以我們無法得知它的動(dòng)量。要同時(shí)得出一個(gè)粒子的動(dòng)量和位置,我們需要將兩張圖混合在一起。在一個(gè)小范圍內(nèi)做一張含波的圖表,怎么做呢? 將不同波長的波組合在一起,這就意味著給量子對(duì)象擁有不同動(dòng)量的可能性。我們發(fā)現(xiàn)有些地方波峰對(duì)齊了,形成一個(gè)更大的波,而其他地方一個(gè)波的波峰填充了另一條波的波谷,結(jié)果是,我們看到有些地方的波中間隔著一塊空白,如果加上第三個(gè)波形,這些波相互抵消的部分就會(huì)變大,加上第四個(gè)又會(huì)更大,而波形區(qū)域越來越小,如果加上第三個(gè)波形,我們就可以做一個(gè)波包。在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)有一個(gè)明顯的波長,那就是一個(gè)含有波形和粒子屬性的量子物體。但為了實(shí)現(xiàn)這個(gè),我們只能放棄對(duì)位置和動(dòng)量的確定性,位置并不只是固定在一個(gè)點(diǎn)上,在波包中心的某個(gè)區(qū)域找到它的可能性很大,我們用許多波形組成波包,這就意味著一個(gè)波包的動(dòng)量,有可能對(duì)應(yīng)其中任何一個(gè)波的動(dòng)量,位置和動(dòng)量都是不確定的,并且它們的不確定性互相關(guān)聯(lián),如果你想更準(zhǔn)確的知道動(dòng)量,你就需要添加更多波形,就意味著更大的動(dòng)量不確定性。如果你想更精確的知道動(dòng)量,你就需要一個(gè)更大的波包,這就意味著更大的位置不確定性,這就是海森堡不確定性原理。 德國物理學(xué)家海森堡于1927年第一次提出,這個(gè)不確定性原理不是測(cè)量好壞的問題,而是將粒子和波的本質(zhì)進(jìn)行結(jié)合導(dǎo)致的必然結(jié)果。不確定性原理不只是對(duì)測(cè)量的實(shí)際限制,更是對(duì)一個(gè)物體屬性的限制,構(gòu)成了整個(gè)宇宙基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一部分。 |
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