海森堡得測不準(zhǔn)原理,與測量方法沒有關(guān)系,也不是測量儀器精確與否得問題,而是大自然得內(nèi)在秉性決定得,表現(xiàn)出來得是一種大自然法則。
量子力學(xué)發(fā)展了一百多年了,如今我們知道“測不準(zhǔn)原理”得說法并不嚴(yán)謹(jǐn),應(yīng)該叫“不確定性原理”才更嚴(yán)謹(jǐn),不然得話真得容易讓人產(chǎn)生誤解。
不確定性原理,只要弄懂一個公式,就能很好理解了。這個公式就是:ΔxΔp≥h/4π
公式并不復(fù)雜,很容易理解,其中Δx表示位置得變化量,Δp表示動量(速度)得變化量,h表示普朗克常數(shù),π是圓周率。
公式得含義是這樣得:微觀粒子得位置和動量(速度)無法同時確定,粒子得位置越確定,速度就越不確定。相反,速度越確定,位置就越不確定。
普朗克常數(shù)h非常小,只有6.62607015×10^(-34) J·s。而由于在宏觀世界里,Δx與Δp都非常大,所以,不管在什么情況下,上面得公式都成立。
但在微觀世界就不一樣得,Δx與Δp會非常小,這樣一來,兩者之間就會彼此限制了。
舉個例子,如果Δx非常小(也就是位置比較確定),那么Δp就必須足夠大才行,才能使得公式成立,Δp足夠大意味著位置速度不確定。反之亦然。
從公式中可以看出,這種不確定性與觀測方法沒有任何關(guān)系。
除了位置與速度有這種不確定性關(guān)系,能量和時間同樣有這種關(guān)系,用公式表示就是ΔEΔt≥h/4π。
兩個公式表示得含義是一樣得,只需要把位置和速度替換成能量和時間就可以了。
能量和時間得這種不確定性關(guān)系,可以很容易地推導(dǎo)出來量子世界里得“量子隧穿效應(yīng)”和“量子漲落”。
比如說,當(dāng)Δt非常小時,意味著ΔE可以變得非常大。這也是為什么微觀粒子可以瞬間越過“能量勢壘”。在現(xiàn)實世界舉例子,比如說你最多只能跳過2米高得墻,那么“2米”就是你得能量勢壘,你不可能跳過超過2米得墻。
但按照量子力學(xué)得不確定性,只要你得Δt足夠小,你可以在某個瞬間跳過10高得墻!是不是有點不可思議?
還有,我們在現(xiàn)實世界中想翻越一座山,必須從山腳跑到山頂,然后再到達(dá)山腳。但在量子世界,就不需要如此麻煩了,只需要在Δt內(nèi)到達(dá)另一端得山腳就行了,這樣你就可以先“賒借”能量,然后瞬間歸還能量。
但是在宏觀世界,上述情況很難出現(xiàn),因為我們本身得質(zhì)量太大了,還有要求Δt足夠小,這兩點都限制了我們進(jìn)行“量子隧穿”。
還有就是量子世界里得量子漲落。在極短得時間里(Δt足夠小),就可以憑借賒借真空得能量衍生出虛粒子對,然后瞬間相互湮滅,把能量歸還給真空。只要Δt足夠小,大自然一點也不反對這樣做,而且這種情況必須上演。
這就有點類似現(xiàn)實世界得“有借有還,再借不難”,而且借錢還錢得時間必須要盡可能短,這有這樣才能一直“向真空借錢”(借能量)。