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对“海森堡测不准原理”最大的误解进行深度剖析

2020-03-08      作者:[db:作者]

我们都知道宏观世界中的一切都是确定的。例如,我们用t=10秒来观察一个宏对象。事实上,这个物体肯定有一个位置和速度,这意味着我们可以在某个时刻同时测量一个宏观物体的位置和速度。

有些人可能会想,你不是在胡说,我们当然可以同时测量位置和速度,有什么值得说的但我想告诉你的是,我们可以同时测量速度和位置,这只能在宏观世界中进行,而不能在微观世界中进行,因为微观世界遵循海森堡测不准原理。

对“海森堡测不准原理”最大的误解进行深度剖析

这个原理我已经详细解释过了,如果你看不到,你可以先把它转过去。这种不确定性原理的核心是,我们永远无法同时精确测量微观粒子的速度和位置(速度也可以被动量代替)然而,许多人误解了这句话,认为不确定性是由于我们的仪器不够精确造成的。这种不确定性归因于缺乏物理规律和科学发展。事实上,这是一个极其错误的想法。

因为我们的不确定性不是由于缺乏科学发展,也不是我们的仪器不够先进,而是微观世界本来就以这种方式存在,不确定性本身就是微观世界的固有属性我相信很多人都会听过这样的故事。普通教科书是这样解释测不准原理的:

对“海森堡测不准原理”最大的误解进行深度剖析

。首先,我们必须用电子撞击微观粒子,因为测量本身就有物理意义。为了获得微观粒子的物理参数,我们必须用电子来撞击。那你为什么要带电子去撞击呢?因为微观粒子本身非常小,如果你拿一个相对大的物体来撞击测量,你会直接撞击微观粒子,而电子是目前人类发现的非常小的粒子。我们的电子显微镜使用电子来撞击,然后你可以看到微生物的轮廓和形状,因为电子比微生物小得多。

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但是即使电子被带去撞击,它们也会对微观粒子造成很大的冲击。这里我们将讨论一个不可解决的问题,即电子本身也是不稳定的。如果波长很长,超过了测量的粒子大小,那么我们很难确定准微观粒子的位置。当然,长波长具有频率较小的优点,因此电子的能量较小。那么撞击后对被测粒子的影响很小,所以这样的电子可以用来测量微观粒子的速度。从这一分析可以看出,波长大,位置不准确,速度准确。

,另一方面,如果我们减小电子的波长,我们可以测量精确的位置,但是小的波长意味着大的频率,所以电子的能量非常大,并且对被测粒子的影响非常大。如果被测量的粒子被你直接击中,你不能测量粒子的速度。

对“海森堡测不准原理”最大的误解进行深度剖析

以上是物理分析过程,为什么微观粒子的位置和动态测量不准确,这在教科书中经常见到。

但是这个分析过程很容易误导,也就是说,我们不能测量速度和位置,因为我们的测量技术不够好。应该说,教科书中的解释本身并没有错,但很容易误导每个人。事实上,我想再次强调,这绝对不是我们已经掌握的工具或缺乏自然法则的问题。我们无法确定微观粒子的位置和速度,这确实是微观世界的固有属性。

对“海森堡测不准原理”最大的误解进行深度剖析

我们可以想象一个场景,假设瓶子里有一个微小的粒子,那么你看到的场景是什么?首先,这种微观粒子应该被放入外层空间,也就是说,没有重力等因素的干扰。你看到处于静态的微观粒子了吗?不,因为微观粒子的速度和位置是相互关联的。假设你的瓶子足够大,那么微观粒子的位置的可能性将增加,也就是说,位置的不确定性将增加。这时,由于两者之间的差异,微观粒子的速度将是相对确定的。这时,你看到的景象是微观粒子似乎遍布整个瓶子,到处都是它的图形,但是每个图形的速度似乎是一样的。

这时,你慢慢缩小瓶子的空间,你会发现微观粒子位置的可能性减小了,而瓶子中微观粒子的图形也减小了。那时,你会发现微观粒子的每个图形都有自己的速度,有些快,有些慢。当你继续把瓶子缩小到只有一个微观粒子的尺寸时,微观粒子的数字几乎只有一个,但是这时,微观粒子的速度会变得非常大,一次一个,一次一个速度,一次一个速度,一次一个速度,一次一个速度,而且速度变化的范围一直变得非常大。所以如果你能想象刚才的场景,即使你真的理解微观世界的不确定性真正要表达什么。