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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。 * D, Y* n6 L2 h* N6 c$ Z- d3 [

6 ~6 d+ R) q |2 C0 ^ 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。
8 I% J% L* Z8 J( k+ s 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 0 R. J2 s) F6 a2 ], u
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。 0 I- a6 f8 b# y9 o. K
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。 8 Q0 d+ o. A- k) I
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。
1 }& g( U0 K$ \* Q6 f0 x4 h U- f 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。 * d; X Y! l- _( f! T
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。
9 w; O3 @% x- V- Y, |8 { 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。 ( K8 z0 a, c, J- {9 o. o) | ^
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。 " }/ g' U/ h% c$ s+ r9 c6 w& z

1 R( s% K- l1 w& {; K& ^) y 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 z8 v5 X* I& 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”。
$ i& X9 x* y5 }/ _8 q 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。 , r+ P9 I& H3 w* r# P# B9 r( Q
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? $ T/ u2 _8 M% n/ N0 j( l3 }4 F

. ^6 l- i5 d& M. W 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。 % ?- @0 U: ^7 U$ h7 g4 h
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”。 3 ^) t; Z1 l, G/ f3 U+ {# s
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。
3 ~2 L. H+ v: m 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)。 $ R# d" D; q3 K, b, s7 m
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