夜航船

不确定性原理:位置与动量不能同时精确

不确定性原理并不只是在说仪器碰坏了被测对象。位置越集中,动量的分布就越分散,两者不能同时具有任意高的确定度。《上帝掷骰子吗》先用光子撞电子的显微镜比喻,把这个限制写得很直观。

但是,我给搞糊涂了,不能同时观测p和q是什么意思?观测p影响q?观测q影响p?我们到底在说些什么?

但是,我们现在在谈论电子!它是如此地小而轻,以至于光子对它的撞击决不能忽略不计了。测量一个电子的位置?好,我们派遣一个光子去执行这个任务,它回来怎么报告呢?是的,我接触到了这个电子,但是它给我狠狠撞了一下后,飞到不知什么地方去了,它现在的速度我可什么都说不上来。看,为了测量它的位置,我们剧烈地改变了它的速度,也就是动量。我们没法同时既准确地知道一个电子的位置,同时又准确地了解它的动量。

这个例子解释了测量扰动,却不是不确定性原理的全部。即便不把它理解成一次具体碰撞,量子态的位置分布与动量分布也不能同时无限收窄。因此,换一台更精密的显微镜不能把这项限制消掉。

海森堡的这一原理于1927年3月23日在《物理学杂志》上发表,被称作Uncertainty Principle。当它最初被翻译成中文的时候,被十分可爱地译成了“测不准原理”,不过现在大多数都改为更加具有普遍意义的“不确定性原理”。

同时测量到准确的动量和位置在原则上都是不可能的,不管科技多发达都一样。就像你永远造不出永动机,你也永远造不出可以同时探测到p和q的显微镜来。不管今后我们创立了什么理论,它们都必须服从不确定性原理,这是一个基本原则,所有的后续理论都要在它的监督下才能取得合法性。

书中接着把这一限制放进具体实验安排,见 测量方式参与了物理量的定义

——收入 书架 · 思维模型