|
# X( X5 n9 ^: C6 p1 `4 Q" L
海森堡的测不准原理,与测量方法没有关系,也不是测量仪器精确与否的问题,而是大自然的内在秉性决定的,表现出来的是一种大自然法则。 ' Y* [% s2 H x( j( j8 K
 ( S: }1 ? F7 T/ Q v" h5 ]
量子力学发展了一百多年了,如今我们知道“测不准原理”的说法并不严谨,应该叫“不确定性原理”才更严谨,不然的话真的容易让人产生误解。 7 ]9 e) P8 P( f* Z4 \; s: L
不确定性原理,只要弄懂一个公式,就能很好理解了。这个公式就是:ΔxΔp≥h/4π
, z+ h! e% l+ i1 x0 f 公式并不复杂,很容易理解,其中Δx表示位置的变化量,Δp表示动量(速度)的变化量,h表示普朗克常数,π是圆周率。
4 R0 m6 x" a/ e2 f; N; a 公式的含义是这样的:微观粒子的位置和动量(速度)无法同时确定,粒子的位置越确定,速度就越不确定。相反,速度越确定,位置就越不确定。
8 E: ?, {% c# ?/ h. r 普朗克常数h非常小,只有6.62607015×10^(-34) J·s。而由于在宏观世界里,Δx与Δp都非常大,所以,不管在什么情况下,上面的公式都成立。
{ ?1 N* Q4 I# l- R2 t7 z5 _2 e 但在微观世界就不一样的,Δx与Δp会非常小,这样一来,两者之间就会彼此限制了。
! O3 P* x ]; p* {+ K% L 举个例子,如果Δx非常小(也就是位置比较确定),那么Δp就必须足够大才行,才能使得公式成立,Δp足够大意味着位置速度不确定。反之亦然。
. s l, _3 k8 ~5 d, t 从公式中可以看出,这种不确定性与观测方法没有任何关系。
# \" ], }7 |# f1 k$ i* U3 I 除了位置与速度有这种不确定性关系,能量和时间同样有这种关系,用公式表示就是ΔEΔt≥h/4π。
% L( V, k$ B3 G0 H) h- Y  6 c" b F! r0 ?2 Z
两个公式表示的含义是一样的,只需要把位置和速度替换成能量和时间就可以了。 2 b8 W; e6 H( ^* @, Y. M( t
能量和时间的这种不确定性关系,可以很容易地推导出来量子世界里的“量子隧穿效应”和“量子涨落”。 ) V5 p7 y# v3 @9 n E& `% V! T3 C
比如说,当Δt非常小时,意味着ΔE可以变得非常大。这也是为什么微观粒子可以瞬间越过“能量势垒”。在现实世界举例子,比如说你最多只能跳过2米高的墙,那么“2米”就是你的能量势垒,你不可能跳过超过2米的墙。 2 V- N$ y: e5 f- H+ |7 r9 f- W E
但按照量子力学的不确定性,只要你的Δt足够小,你可以在某个瞬间跳过10高的墙!是不是有点不可思议?
# Y+ V/ n/ N8 u `) O2 x  ; q( n& r7 O& C; U+ @8 V% e; |
还有,我们在现实世界中想翻越一座山,必须从山脚跑到山顶,然后再到达山脚。但在量子世界,就不需要如此麻烦了,只需要在Δt内到达另一端的山脚就行了,这样你就可以先“赊借”能量,然后瞬间归还能量。 $ O: G1 M# S+ |) m: N* T% ^+ ]2 S! ^
但是在宏观世界,上述情况很难出现,因为我们本身的质量太大了,还有要求Δt足够小,这两点都限制了我们进行“量子隧穿”。 & K& ~( L4 W0 X; r/ F
还有就是量子世界里的量子涨落。在极短的时间里(Δt足够小),就可以凭借赊借真空的能量衍生出虚粒子对,然后瞬间相互湮灭,把能量归还给真空。只要Δt足够小,大自然一点也不反对这样做,而且这种情况必须上演。 % s' m) f1 T2 w0 ^" B
这就有点类似现实世界的“有借有还,再借不难”,而且借钱还钱的时间必须要尽可能短,这有这样才能一直“向真空借钱”(借能量)。 I9 {* ~7 N% |
* `3 k' a K( ~0 K9 E' [' Y
# ^, I; P$ i, A' W: o8 f
/ v: W) t. A A2 v' _! z; f A& o9 U8 d
. m4 P/ W( \, F" y9 U& F* K! \* M! ?& R$ p
8 g$ s# \' e1 Y9 d3 ]3 H1 Z7 e. X
, r* v' z. B" s7 h5 s
t% O; X4 ^! f+ W& L# O9 ^% D( `9 S+ y; G1 l- ^
|