海森堡的測不準原理,與測量方法沒有關系,也不是測量儀器精确與否的問題,而是大自然的内在秉性決定的,表現出來的是一種大自然法則。
量子力學發展了一百多年了,如今我們知道“測不準原理”的說法并不嚴謹,應該叫“不确定性原理”才更嚴謹,不然的話真的容易讓人産生誤解。
不确定性原理,隻要弄懂一個公式,就能很好理解了。這個公式就是:ΔxΔp≥h/4π
公式并不複雜,很容易理解,其中Δx表示位置的變化量,Δp表示動量(速度)的變化量,h表示普朗克常數,π是圓周率。
公式的含義是這樣的:微觀粒子的位置和動量(速度)無法同時确定,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。
普朗克常數h非常小,隻有6.62607015×10^(-34) J·s。而由于在宏觀世界裡,Δx與Δp都非常大,所以,不管在什麼情況下,上面的公式都成立。
但在微觀世界就不一樣的,Δx與Δp會非常小,這樣一來,兩者之間就會彼此限制了。
舉個例子,如果Δx非常小(也就是位置比較确定),那麼Δp就必須足夠大才行,才能使得公式成立,Δp足夠大意味着位置速度不确定。反之亦然。
從公式中可以看出,這種不确定性與觀測方法沒有任何關系。
除了位置與速度有這種不确定性關系,能量和時間同樣有這種關系,用公式表示就是ΔEΔt≥h/4π。
兩個公式表示的含義是一樣的,隻需要把位置和速度替換成能量和時間就可以了。
能量和時間的這種不确定性關系,可以很容易地推導出來量子世界裡的“量子隧穿效應”和“量子漲落”。
比如說,當Δt非常小時,意味着ΔE可以變得非常大。這也是為什麼微觀粒子可以瞬間越過“能量勢壘”。在現實世界舉例子,比如說你最多隻能跳過2米高的牆,那麼“2米”就是你的能量勢壘,你不可能跳過超過2米的牆。
但按照量子力學的不确定性,隻要你的Δt足夠小,你可以在某個瞬間跳過10高的牆!是不是有點不可思議?
還有,我們在現實世界中想翻越一座山,必須從山腳跑到山頂,然後再到達山腳。但在量子世界,就不需要如此麻煩了,隻需要在Δt内到達另一端的山腳就行了,這樣你就可以先“賒借”能量,然後瞬間歸還能量。
但是在宏觀世界,上述情況很難出現,因為我們本身的質量太大了,還有要求Δt足夠小,這兩點都限制了我們進行“量子隧穿”。
還有就是量子世界裡的量子漲落。在極短的時間裡(Δt足夠小),就可以憑借賒借真空的能量衍生出虛粒子對,然後瞬間相互湮滅,把能量歸還給真空。隻要Δt足夠小,大自然一點也不反對這樣做,而且這種情況必須上演。
這就有點類似現實世界的“有借有還,再借不難”,而且借錢還錢的時間必須要盡可能短,這有這樣才能一直“向真空借錢”(借能量)。
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