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  • 1 # 圖靈的動畫

    海森伯格的不確定原則,稱人類觀測事物的精準程度是有限的。或者說錯誤難免,或者說是任何事皆有可能。海森伯格不確定原則是量子論中最重要的原則之一。它指出,不可能同時精確地測量出粒子的動量和位置,因為在測量過程中儀器會對測量過程產生干擾,測量其動量就會改變其位置,反之亦然。量子理論跨越了牛頓力學中的死角。在解釋事物的宏觀行為時,只有量子理論能處理原子和分子現象中的細節。但是,這一新理論所產生的似是而非的矛盾說法比光的波粒二重性還要多。牛頓力學以確定性和決定性來回答問題,量子理論則用可能性和統計資料來回答。傳統物理學精確地告訴我們火星在哪裡,而量子理論讓我們就原子中電子的位置進行一場賭博。海森伯格不確定性使人類對微觀世界的認識受到了絕對的限制,並告訴我們要想絲毫不影響結果,我們就無法進行測量。附:海森伯格設計的理想實驗。在一個理想的真空實驗室內,S為一個可以發射任意波長和任意數量光子的理想光源,O為一個可以發射單個電子的理想電子槍,M為理想的顯微鏡。因為我們是依靠光照到電子上以後,再反射到我們的眼睛或儀器裡來觀察電子運動的,如果電子是像乒乓球那樣的宏觀粒子,相對光子來說質量很大,光子照射到它上面時,光子的動量對它的運動不至於產生任何明顯的變化,所以我們可準確地(透過頻率很高的光子)知道它在任一時刻的位置和動量。但電子是非常小的微觀粒子,這時光子的動量就不可以忽略了,光子打在電子上時必然要改變電子的運動。現在我們發射一個光子去觀察電子。按照Bogo假說,此光子是作螺旋線運動的,應滿足(0-2)式的規定。(參見圖1)由於光子作螺旋線運動的初始相位是隨機的,所以在任一時刻,即使我們知道光子在Z軸上的位置為z,我們也只是知道光子位於z處、垂直於Z軸的平面上的半徑為 r的圓周上,但具體在哪一點上是不知道的。如果我們就把光子螺旋線軌跡的中心作為它的位置,則它的實際位置的平均誤差(在X軸上的投影,參見圖2)為ΔX≈r/2 (2-1)顯然,我們用本身就有誤差ΔX的這把尺子——光子,來測量電子時,測到的電子的位置的誤差Δx不會小於這個誤差ΔX,即有Δx≥ΔX≈r/2 (2-2)另一方面,光子的動量P對電子的動量也有影響,使電子的動量產生Δp的誤差。Δp與P應有同樣的數量級,即,我們可認為Δp∝P (2-3)合併(2-2)、(2-3)式,並注意到P=mv,有ΔxΔp≥rP/2=mvr/2 (2-4)將(0-2)式代入(2-4)式,得ΔxΔp≥??/2 (2-5)(2-5)式就是著名的海森伯格測不準不等式。

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