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測不準(zhǔn)原理，這幾個(gè)字其實(shí)很容易讓人產(chǎn)生誤解，會(huì)誤認(rèn)為是“測量不準(zhǔn)，而不是真的不準(zhǔn)”，但事實(shí)并不是這樣的，測不準(zhǔn)原理其實(shí)應(yīng)該叫“不確定性”更為嚴(yán)謹(jǐn)！ 海森堡測不準(zhǔn)原理，并不是方法的問題，也不是測量儀器的問題，是自然現(xiàn)象內(nèi)稟性的問題。它表達(dá)的是一種自然規(guī)則，之所以到今天還是有很多人，在爭論是不是儀器的問題導(dǎo)致的，是因?yàn)榇罅康目破照邽榱舜蠹液美斫?，往往都只停留在文字上解讀這個(gè)原理，但人類的語言總是會(huì)給人帶來歧義，而且量子力學(xué)又如此的反常識(shí)，所以就更容易造成各種誤解。 而要把海森堡測不準(zhǔn)原理或者說“量子不確定性原理”講明白，其實(shí)圍繞兩個(gè)簡單點(diǎn)的數(shù)學(xué)公式來說更合適。
ΔxΔp≥h/4π Δx：位置的變化值；Δp：動(dòng)量的變化值；h：普朗克常數(shù)；π：圓周率。 “量子的動(dòng)量與位置無法同時(shí)確定，即動(dòng)量越確定，位置就越不確定；位置越確定，動(dòng)量就越不確定。”這是我們常聽到的關(guān)于“量子不確定性原理”的大概文字描述，也是對(duì)上面數(shù)學(xué)公式的語言翻譯。 這個(gè)翻譯本來沒錯(cuò)，但問題是它只能說出“位置”與“動(dòng)量”此消彼長的關(guān)系，但無法說出導(dǎo)致這結(jié)果的內(nèi)核原因，即≥h/4π ，這就造成人們僅從字面上理解會(huì)形成各種猜想。 但只要我們看著這個(gè)不等式，再來理解這句話就清晰多了。普朗克常數(shù)h和圓周率π都是一個(gè)定值，而且普朗克常數(shù)h很小很小，只有6.62 607015×10^（-34） J·s。 在宏觀世界中的一切運(yùn) 動(dòng)，Δx與 Δp都比較大，所以這個(gè)不等式怎么都成立。然而在微觀世界中，Δx與Δp就會(huì)變得很小，它們相互之間就會(huì)產(chǎn)生限制了。比如只要Δx足夠小（位置確定），Δp就必須變得足夠大，即動(dòng)量不確定，而Δp足夠?。▌?dòng)量確定），Δx就必須變得足夠大，即位置不確定。
這個(gè)數(shù)學(xué)公式不涉及任何觀察儀器和方法等等，它代表著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種自然規(guī)律。 除了上面的位置和動(dòng)量的公式，其實(shí)還有其他“不確定性”，比如說能量和時(shí)間的不確定性： ΔEΔt≥h/4π ΔE：能量的變化值；Δt：時(shí)間的變化值；h：普朗克常數(shù)；π：圓周率。 有了位置動(dòng)量不確定性的解釋，這個(gè)公式的意義，大家可能一眼就明白了。只是這里的變量從“動(dòng)量”與“位置”變成了“能量”與“時(shí)間”。 而這個(gè)不等式才是“量子不確定性原理”的最大奧義，我們認(rèn)為不可思議的“量子隧穿效應(yīng)”“真空漲落”都可以用它推導(dǎo)出來。當(dāng)Δt足夠小，ΔE可以變得很大，正因?yàn)槿绱?，能量小的微粒子，才有可能在瞬間獲得能量擊穿高勢壘的屏蔽，也就是我們所說的“量子隧穿效應(yīng)”。
而在宏觀世界，你要從一座山的這一頭到山的另一頭，你必須先爬上山，再從山上走下去，這過程你必須消耗足夠的能量來克服爬山產(chǎn)生的勢能，山越高需要克服的勢能就越大，這就是“勢壘”。而在量子的世界里，只要量子在Δt內(nèi)能到達(dá)另一頭，就可以先借能量，克服勢壘后，再把能量換回去。 簡單來說在宏觀世界，你必須擁有一定能量才可能爬過山去另一頭；而在微觀世界，量子可以在限定的時(shí)間內(nèi)從真空借能量，穿過山一樣的
隧穿效應(yīng)：經(jīng)典力學(xué)中由于能量不足無法穿過的勢壘墻，在量子力學(xué)中有一定概率穿過。 進(jìn)一步來說，在真空中極端時(shí)間內(nèi)，可以憑空提取能量生成正負(fù)虛粒子對(duì)，再相互湮滅返還能量，而且這一過程在真空中反復(fù)進(jìn)行，哪怕是在原子內(nèi)（電子與原子核之間是很空的）亦然如此，這就是“真空量子漲落”。只是這種真空中反復(fù)進(jìn)行的量子漲落產(chǎn)生的能量很微弱。似乎對(duì)于真空來說，只要“有借有還，再借就不難”。 基于這一思考，于是1980年就有個(gè)叫阿蘭·古斯的美國物理學(xué)家，提出了“真空量子漲落”的升級(jí)版“宇宙無中生有”。其實(shí)邏輯也很簡單，就是當(dāng)Δt無限小的時(shí)候，ΔE就可能無限大，大到形成“宇宙大爆炸”的能量，只是要出現(xiàn)這種情況的概率很小很小很小，需要等上很長很長很長的時(shí)間才可能發(fā)生一次，然而宇宙誕生前可以說沒有時(shí)間概念，所以發(fā)生這樣的宇宙量子大爆炸，也就是注定的事了。
總結(jié) 測不準(zhǔn)原理絕不是什么觀測手段，或人類意識(shí)的問題造成的。測不準(zhǔn)所代表的不確定，其實(shí)給宇宙預(yù)留了一個(gè)無限可能的未來，而生命就誕生在這樣的未來之中。 但在宏觀世界里，可能只有像宇宙這樣近乎永恒的存在，才能感知到這一點(diǎn)。而對(duì)于每一個(gè)轉(zhuǎn)瞬即逝的生命體來說，理解不了也無可厚非。 這一原理揭示的最重要思想是，萬物都是不確定的，只是每種物質(zhì)的不確定對(duì)應(yīng)的時(shí)間尺度不一樣。宏觀物體要表現(xiàn)為不確定，需要的時(shí)間是極其漫長的，所以你一輩子都體驗(yàn)不到，但微觀粒子對(duì)應(yīng)的時(shí)間尺度就大大減小了，所以會(huì)表現(xiàn)出明顯的不確定。 所以，上帝確實(shí)要擲骰子。只是在微觀世界里，這骰子才會(huì)變得足夠輕，上帝才擲得動(dòng)；而在宏觀世界里，這骰子只會(huì)變得巨重?zé)o比，連上帝也擲不動(dòng)了。 |
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