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7 l- J ~* z7 }- r+ u 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。 0 L5 q# L- [ H% \* y
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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。
! c. l3 @9 F5 f% N# Q 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
9 t0 J3 e5 K" y4 T 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。 & m. a/ g9 `0 l' n4 ^3 o
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。
0 Y8 \; j# w* c: ]/ E 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。 " H4 p6 A4 M; m. 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。 2 C$ D4 w7 y6 S
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。 + B2 |% a/ s- N
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。 0 [5 V9 M, d9 m: k h% }
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。 $ p1 l' I3 Z. H/ l/ F

+ H/ M6 x' D. \7 A) h \& I 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。
9 }2 u0 x% ~- v {& O 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”。
0 I( P2 F3 |- N2 {3 y5 ~ 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。 " N. l+ Q5 M- A" B1 z, M
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?
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3 b: \" e1 i/ X) ~+ l% @ 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。 , Q7 F3 W1 t+ L' n7 o2 ?- Y! N
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”。
4 I0 R; p# l4 q( \0 @0 Y 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。
( H [* e- T! z3 E/ T 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)。
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