海森堡不确定性原理推翻了吗(理解海森堡不确定原理最直观的方法)

不确定性原理解释了概率如何紧密地融入量子领域的结构中。为了理解这一点,想象一下 A 和 B 两个房间,每次你进入其中一个房间,旁边房间的装饰就会发生变化。因此,当你进入一个房间时,你会注意到它的装饰。你不知道此时第二个房间会是什么样子。然后你进入第二个房间。这样一来,您将改变之前进入的房间的外观。因此,您永远不知道两个房间同时看起来如何。您一次只能知道房间 A 或房间 B。

海森堡不确定性原理推翻了吗(理解海森堡不确定原理最直观的方法)(1)

海森堡的不确定性原理是一样的。基本上,微观领域的物理特性可以分为两组,A 和 B。理解 A 部分的特征从根本上阻碍了我们理解 B 部分的特征,反之亦然。我们越准确地理解一个列表中的特征,我们就越不准确地了解另一个列表中的可比特征。因此,海森堡原理揭示了从根本上无法同时确定两个列表中的所有特征。

例如,你越精确地知道一个粒子的位置,你就越不精确地知道它的速度。同样,你越准确地知道一个粒子的速度,你就越不准确地知道它在哪里。是不是很耐人寻味?量子理论告诉我们,您可以精确计算微粒的某些物理特性,但无法精确确定其他某些互补特性。如果你拍一张移动球的照片并拿给另一个人看,他或她会把它看成是静止球的照片,并且永远无法仅仅通过看照片来判断它的速度。

海森堡不确定性原理推翻了吗(理解海森堡不确定原理最直观的方法)(2)

海森堡不确定性原理

要解释为什么微观领域以这种方式运作,我们必须遵循海森堡自己提出的初步描述。当我们测量一个物体的位置时,我们会以某种方式与它互动。我们通过接收从物体反射并进入我们眼睛的光来看到物体,从而传达有关它的信息。当光线从物品上反射回来时,它会轻微推动它。在我们日常的宏观世界中,由于反射光的影响,我们可能看不到物体在移动。但是,当它撞击电子等微小粒子时,电子的速度会发生变化。事实上,我们越想知道电子​​的位置,光束就应该越锐利、越强大,从而对电子的运动产生更大的影响。这意味着,如果我们精确地检测到电子的位置,我们将通过干扰电子的速度来污染我们的实验。同样,我们可以高精度地知道电子的速度,但为此我们必须放弃电子的精确位置。

在日常对话中,我们会谈论诸如汽车以特定速度通过特定位置之类的事情。事实上,量子力学说这样的说法是没有意义的,因为我们不能同时测量一个固定的位置和一个固定的速度。我们可以摆脱对物理世界的这种描述,因为日常规模的不确定性程度非常低,以至于不会引起注意。因此,完全遵守量子力学规则的人会将汽车的速度描述为 45.9999999999999999999999999999999999 和 46.000000000000000000000000000000000001 公里每小时之间。但是,如果我们用一个我们知道其位置在一微米以内的电子来代替大型汽车,那么其速度的不确定性将超过每小时 150,000 公里。

不确定性始终存在,但只有在微观尺度上才有意义。它也可能具有欺骗性,因为它给人一种不确定性的印象,即只有当笨拙的实验者四处摆弄时才会出现不确定性,但情况并非如此。不确定性嵌入到量子力学的波结构中,无论我们是否进行草率测量都存在。我们无法摆脱它。大自然对我们对微观世界的了解程度有内在的限制。

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