量子力學那點事群雄逐鹿之五:測不準的互補原理

2020-12-05 科學背後的故事

海森堡非常不爽,可也沒有辦法,誰叫自己數學不好,可是這麼屈居人下也彆扭啊,海森堡靜下心來,琢磨了琢磨,發現量子力學說了這麼多公式原理,卻沒有一個人說過量子力學到底是什麼,海森堡心中一亮,這是哲學啊,要知道論起哲學來,全世界哪個國家能超過德國呢,康德黑格爾馬克思不都是德國人嗎,恰恰海森堡也是,看來這個歷史的重任就落到了海森堡身上了,這要是說清楚了,哈哈,不多說了,未來太美妙了。

海森堡提出了「測不準」原理,這個理論是說,一個微觀粒子的某些物理量(如位置和動量,或方位角與動量矩,還有時間和能量等),不可能同時具有確定的數值,其中一個量越確定,另一個量的不確定程度就越大。測量一對共軛量的誤差(標準差)的乘積必然大於普朗克常數除以4π,這表明微觀世界的粒子行為與宏觀物質很不一樣。

海森堡登上了巔峰

用海森堡自己的話說:「在因果律的陳述中,即『若確切地知道現在,就能預見未來』,所得出的並不是結論,而是前提。我們不能知道現在的所有細節,是一種原則性的事情。」

測不準原理完全粉碎了來自牛頓的決定論思想,也打擊了機械唯物主義,從這個意義上說,是海森堡終結了牛頓。至於拉普拉斯魔,從測不準原理誕生的那一天起,就形魂俱滅了,現在的事情都測不準,更何談未來啊。

由於測不準原理數學形式簡單,海森堡心中的惆悵一掃而光,這次總沒有人搶了吧。

玻爾說未必。

在海森堡思考測不準原理的同時,玻爾也在想為量子力學打下一個堅實的基礎,幾乎同時,玻爾提出了互補原理。

互補原理大意就是以前人們認為事物是非A即B,而在量子力學中,事物可能是既是A又是B,只是觀察的角度不同,就象下面這幅圖一樣。

互補原理

師徒兩人爭論不休,都認為自己的理論更加基礎,兩人都難以說服對方,甚至想過要請泡利來協調,可是想到泡利的刻薄,海森堡心中不免惴惴不安,最終,還是玻爾技高一籌,讓海森堡認為互補原理比測不準原理更加基礎。

在論文裡,海森堡添加了一條聲明「玻爾提醒我注意到,觀測的不確定性並不只是從不連續性事件出現,而是直接捆綁於某種要求,即我們配派同樣的正確性給迥然不同的實驗,儘管在這些實驗中,有些演示了微粒說,而又有些演示了波動說。」

這才是真正革命性的理論,不但揭示了世界的本質,而且改變了自牛頓以來的決定論思想,牛頓力學的巔峰是拉普拉斯魔,而海森堡直接宣告了拉普拉斯魔的終結。

不過這個理論也引起了量子力學內部的紛爭。量子力學內部本來就不是鐵板一塊,德布羅意雖然提出了物質波的設想,但對於海森堡的「測不準原理」卻一點也不認同,薛丁格更別提了,雖然他寫出了波函數,但是對於物質波的形態一直秉承堅持傳統觀點,波恩說物質波其實是概率波,薛丁格大為光火,表示不敢苟同,也難怪,誰叫波函數是人家寫出來的啊,波恩你可是搶的海森堡的矩陣力學。

泡利的態度有點耐人尋味,他自己的理論應該說是更靠近玻爾一些,可是在內心深處他更敬重愛因斯坦,他認為自己就是繼承愛因斯坦王冠的科學王國繼承人,狄拉克本來就不喜歡說話,讓他表明態度有點難,他可是能把量子力學和相對論結合起來的牛人。

最關鍵的這個說法驚動了另一位英雄,他就是愛因斯坦,江湖人稱「愛神」,愛因斯坦雖然懟翻了牛頓,但在根本上是和牛頓一脈相承的,都是服膺決定論的,這一下,世界居然測不準了,怎麼不讓愛神生氣。

於是量子學派分成了兩派,一派以玻爾為代表,大將為海森堡波恩,一派為愛因斯坦為代表,門下為德布羅意薛丁格。

華山論劍就此拉開帷幕。

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    (宇宙探索QQ群:1145693748)海森堡測不準原理
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