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关于人类不确定性原理有以下回答:
提到量子力学,不确定性原理就是一个绕不开的话题。
不确定性原理非常直观地体现了量子力学和经典力学之间的差异,而且表述还非常简单。它既不像薛定谔方程那样需要微积分和分析力学的基础,也不像算符、矩阵那样需要线性代数的基础,基本上谁都能谈几句。但是,要想真正理解不确定性原理,就远没有看上去的那么简单了。
这种情况跟狭义相对论里的质能方程E=mc?很像,质能方程也是咋一看非常简单,似乎谁都能谈几句。但是,如果想真正理解质能方程,就必须深入狭义相对论语境,如果只是站在牛顿力学的角度,直接从字面意思来理解质能方程,那不可避免地就会带来各种误解(这些我在《你也能懂的质能方程E=mc?》里已经详细说了)。
不确定性原理是量子力学的产物,我们也只有深入量子语境才能真正理解它,如果只是从牛顿力学的视角,单从字面意思去理解它,一样会产生各种稀奇古怪的误解。
01常见的误解
不确定性原理的一个常见表述是“我们无法同时确定粒子的位置和动量”,有的地方还喜欢把“确定”替换为“测准”,说“我们无法同时测准粒子的位置和动量,你把粒子的位置测得越准,它的动量就越不准确,反之亦然”。
这就很容易让人这样理解不确定性原理:为什么我们无法同时测准位置和动量呢?因为如果这里有一个电子,你想测量它的位置就得用光子或者其它粒子去撞击它。你想把电子的位置测得越准就得使用波长越短的光(波长太长就直接绕过去了),而光的波长越短能量就越高,你用越高能量的光子去撞击电子,就会把电子撞飞得越快,这样电子的动量就更加不确定了。
于是,你觉得越想测准电子的位置,就会对它的动量产生越大的干扰,进而让它的动量更加不确定,反之也一样。许多人认为这就是无法同时确定电子的位置和动量的原因,并认为这就是不确定性原理想说的。
这种说法很流行,很多科普文都这样介绍不确定性原理,他们告诉你:正是因为你用光子测量电子位置的操作干扰了电子的动量,所以无法同时确定电子的位置和动量。
为什么这种说法会很流行呢?
第一,它看起来好像也没啥问题,而且通俗易懂,中学生都能理解;第二,不确定性原理的发现者——海森堡一开始也是这么理解的。也就是说,海森堡在一开始也认为是测量过程中不可避免的干扰导致了我们无法同时确定粒子的位置和动量。
我在《什么是量子力学?》里也讲过,许多量子力学的科普文其实都是在讲量子力学前25年的历史,既然是讲历史,那到了不确定性原理这里,自然就要讲一讲海森堡那些通俗易懂的思想实验。但是,如果你顺着历史再往后走几步,就会发现玻尔很快就批评了海森堡的这种思想,而海森堡自己也接受了。
也就是说,海森堡也只是在一开始是这样想的,他也只是在刚发现不确定性原理的时候觉得电子动量的不确定性是由于“测量电子位置带来的干扰”导致的,玻尔的批评很快就让他意识到这么想是不对的。
时至今日,随便翻开一本量子力学教材,里面大概率都会清清楚楚地告诉你:不确定性原理并不是由于测量导致的,它是粒子的固有性质,并不依赖于任何测量。
其实,测量是仪器和被测物体之间的一种相互作用,仪器在测量过程中肯定会对被测物体产生一定干扰,这在任何情况下都存在,并非量子力学特有的。这种仪器对被测物体的影响,在物理学上有另一个名字,叫观察者效应(Observer effect),它跟不确定性原理(Uncertainty principle)有本质的区别。
在经典力学里,物体的位置和动量在理论上是确定的,但测量过程多多少少会对被测物体产生一定影响,所以实际的测量总会存在一定误差。
但量子力学却是在理论上就认为物体在一般情况下不存在确定的位置和动量,而且无论处于什么状态(本征态也好,叠加态也好),你都没法同时确定物体的位置和动量。这跟测量的精度或者测量过程产生的扰动都无关,而这,才是不确定性原理想告诉我们的。
也就是说,对不确定性原理那种广为流传的解释其实是错的。他们把不确定性原理当成了观察者效应,认为是测量过程中的扰动造成了我们无法同时测准粒子的位置和动量,而没有意识到这种不确定性是理论上的,是粒子的固有性质,跟你测不测量无关。
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龙齿刀小说《双宇》和《双宇论》提出来的一个科学概念
能子宇宙:一个只有时间而没有空间的宇宙,它是所有变化的本质。
能子宇宙=时间
量子宇宙(三维空间)=量子体(三维空间)+量子态(零维空间)
宇宙(四维时空)=量子宇宙+能子宇宙=三维空间+时间
假如没有能子宇宙,量子宇宙将没有任何变化,没有变化,也就意味着没有时间。能子宇宙是变化的本质,变化是时间的本质,因此?能子宇宙也是时间本质。在它的世界里只有时间性,没有空间性。
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量子球经过升级最后足球的最终形态是量子球。
足球这个技能,就算在没有升级为红色局内武器技能之前,也是除去主武器之外最有力的输出手段。
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