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H綣�頤前裵測量得非常精確,也就是說△p非常小,那麼相應地,△q必定會變得非常大,也就是說我們關於q的知識就要變得非常模糊和不確定。反過來,假如我們把位置q測得非常精確,p就變得搖擺不定,誤差急劇增大。
假如我們把p測量得100%地準確,也就是說△p=0,那麼△q就要變得無窮大。這就是說,假如我們瞭解了一個電子動量p的全部資訊,那麼我們就同時失去了它位置q的所有資訊,我們一點都不知道,它究竟身在何方,不管我們怎麼安排實驗都沒法做得更好。魚與熊掌不能得兼,要麼我們精確地知道p而對q放手,要麼我們精確地知道q而放棄對p的全部知識,要麼我們折衷一下,同時獲取一個比較模糊的p和比較模糊的q。
p和q就像一對前世冤家,它們人生不相見,動如參與商,處在一種有你無我的狀態。不管我們親近哪個,都會同時急劇地疏遠另一個。這種奇特的量被稱為“共軛量”,我們以後會看到,這樣的量還有許多。
海森堡的這一原理於1927年3月23日在《物理學雜誌》上發表,被稱作uncertaintyprinciple。當它最初被翻譯成中文的時候,被十分可愛地譯成了“測不準原理”,不過現在大多數都改為更加具有普遍意義的“不確定性原理”。
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//bbs。sh。sina。/shanghai/view。cgi?forumid=173上帝擲骰子嗎——量子物理史話(7…2)
版權所有:castor_v_pollux原作提交時間:2003…11…1117:24:07
第七章 不確定性
二
不確定性原理……不確定?我們又一次遇到了這個討厭的詞。還是那句話,這個詞在物理學中是不受歡迎的。如果物理學什麼都不能確定,那我們還要它來幹什麼呢?本來波恩的機率解釋已經夠讓人煩惱的了——即使給定全部條件,也無法預測結果。現在海森堡幹得更絕,給定全部條件?這個前提本身都是不可能的,給定了其中一部分條件,另一部分條件就要變得模糊不清,無法確定。給定了p,那麼我們就要對q說拜拜了。
這可不太美妙,一定有什麼地方搞錯了。我們測量了p就無法測量q?我倒不死心,非要來試試看到底行不行。好吧,海森堡接招,還記得威爾遜雲室吧?你當初不就是為了這個問題苦惱嗎?透過雲室我們可以看見電子運動的軌跡,那麼透過不斷地測量它的位置,我們當然能夠計算出它的瞬時速度來,這樣不就可以同時知道它的動量了嗎?
“這個問題,”海森堡笑道,“我終於想通了。電子在雲室裡留下的並不是我們理解中的精細的‘軌跡’,事實上那只是一連串凝結的水珠。你把它放大了看,那是不連續的,一團一團的‘虛線’,根本不可能精確地得出位置的概念,更談不上違反不確定原理。”
“哦?是這樣啊。那麼我們就仔細一點,把電子的精細軌跡找出來不就行了?我們可以用一個大一點的顯微鏡來幹這活,理論上不是不可能的吧?”
“對了,顯微鏡!”海森堡興致勃勃地說,“我正想說顯微鏡這事呢。就讓我們來做一個思維實驗(gedanken…experiment),想象我們有一個無比強大的顯微鏡吧。不過,再厲害的顯微鏡也有它基本的原理啊,要知道,不管怎樣,如果我們用一種波去觀察比它的波長還要小的事物的話,那就根本談不上精確了,就像用粗筆畫不出細線一樣。如果我們想要觀察電子這般微小的東西,我們必須要採用波長很短的光。普通光不行,要用紫外線,x射線,甚至γ射線才行。”
“好吧,反正是思維實驗用不著花錢,我們就假設上頭破天荒地撥了鉅款,給我們造了一臺最先進的γ射線顯微鏡吧。那麼,現在我們不就可以準確地看到電子的位置了嗎?”
“可是,”海森堡指出,“你難道忘了嗎?任何探測到電子的波必然給電子本身造成擾動。波長越短的波,它的頻率就越高,是吧?大家都應該還記得普朗克的公式e=hν,頻率一高的話能量也相應增強,這樣給電子的擾動就越厲害,同時我們就更加無法瞭解它