测不准原理是量子力学中的一个基本原理,也称为测不准原理,由德国科学家海森堡于1927年提出。根据这个原理,一个微观粒子的某些物理量,比如速度和位置,是不可能同时测量某些值的。一个量越精确,另一个量越模糊,两个误差的乘积必须大于h/4π(h为普朗克常数)。
不确定性原理给人们的思想带来了巨大的冲击。我们已经习惯了牛顿对经典物理的世界观。简单来说,一切都是确定的,位置、速度等等都是可以精确测量的。如果这些都不能准确衡量,传统科学的基础就彻底动摇了。
不确定性原理提出后,人们对此进行了激烈的争论。海森堡对测不准原理的解释是:要观察一个粒子的位置,至少要用一个波长更短的光子来照射,但光子是有动量的。波长越短,能量越大,对粒子的影响越大。总之,位置和速度无法精确测量。说白了,海森堡认为,不确定性是由于测量手段与被测对象之间不可避免的相互作用,从而形成扰动。
海森堡是测不准原理的创始人,他的解释最权威。而海森堡对测不准原理的理解却遭到了占据主流的哥本哈根学派代表人物玻尔的猛烈抨击。玻尔并不否认测不准原理,但他认为该原理的基本概念有问题。玻尔认为测不准原理是基于波粒二象性,海森堡通过傅里叶变换推导出测不准原理,基于这个过程的解释已经把数学置于物理之上。所以玻尔坚持“一个完整的物理解释应该绝对高于数学形式系统。”
可以说这场争论已经持续了几十年,至今没有定论。
唯物主义告诉我们,意识之前有物质,物质独立于人的意识而存在,意识是物质在人脑中的反映。当人们探索量子世界时,这些想法受到了严峻的挑战。唯心主义和唯物主义的界限似乎模糊了。
由于不确定性原理的存在,宇宙的命运也蒙上了一层神秘的色彩。法国科学家拉普拉斯在牛顿的基础上提出,宇宙是完全确定的,只要他知道宇宙在某一时刻的状态,他就能清楚地预测宇宙中的一切。海森堡深刻地指出,所谓“如果你确切地知道现在,你就能预见未来”不是结论,而是前提,因为前提是“不确定的”。海森堡的测不准原理可以说是正式终结了拉普拉斯的理论。
近年来,日本科学家精确测量出超越海森堡不等式的极限值,加拿大科学家进一步缩小了海森堡的误差极限。可以说测不准原理得到了进一步的发展和修正。但它仍然作为量子力学课程中的一个基本原理被深入编写。
测不准原理影响我们对宇宙的理解。有些人习惯了决定论,认为它更冷静。有些人不喜欢决定论,却认为这个世界更丰富多彩。是好是坏,是见仁见智。
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