科學異聞錄之測不準原理——上帝為人類蒙上的雙眼

2020-12-02 蘇格拉有頂

傳說中,上帝是萬能的,它全知全能,創立天地。人們把自己無法想明白的事都歸結於上帝,比如人不知道自己究竟是從哪裡來的?於是有了上帝造人的傳說。但是後來人們發現,原來自然界的一切都有跡可循,漫漫的大千世界中,存在著一些令人匪夷所思的巧合,科學家們打開了一道又一道的門,將原來看似只有上帝才能辦到的事情都揭曉在世人眼前。

神學終於收到了重創。然而宇宙實在是太龐大、太長久了,如果把地球誕生到現在的時間假設成一天二十四小時的話,那直到23點59分,猿人才開始出現。而地球相對於整個宇宙...

所以說我們還是太渺小了!有時候,人們越發研究地深入,越發覺得這個世界規律得可怕,仿佛一臺精密的機器,那些規律都是事先設定好的。於是,上帝之說再一次出現了,今天,我們就來講講上帝為了怕我們窺探到他的存在而設定的原理——測不準原理。

測不準原理的背景

這裡不得不先提一個人,一個量子力學的開拓者——海森堡。海森堡是在玻爾手下工作,玻爾作為當年與愛因斯坦大戰三百回合的男人,不光提出了玻爾原子模型,奠基了量子力學,手下的研究所更是出了整整10名諾貝爾獎得主。海森堡就被玻爾這個伯樂給找到了,進入了研究所工作。

玻爾

海森堡最為人所知的事件是二戰時期為德國納粹研發原子彈,據說當時就是因為他從中阻撓,才阻止了德國原子彈的誕生,不然我們現在估計都還在德國納粹的統治下了。今天的主題是測不準原理,這件歷史懸案就先放一放。

海森堡

海森堡作為量子大師,獨創「矩陣力學」,他拋棄了圖形化式的研究方式,用一個矩陣表示一個量子。當時使用雲室(滿是水霧的箱子,電子經過會留下軌跡)來進行電子軌跡的觀測,所有人都認為那就是電子的軌跡,只有海森堡提出了疑問,他認為,水滴太大了,影響了電子,描繪出的軌跡並不是電子真正的軌跡。正是基於此,海森堡最後拋棄了這種研究方式,開創了「矩陣力學」,預測了電子躍遷時發射的光的離散頻率和強度,與實驗貼合得完美無缺。

矩陣

基於包含了位置和動量的一個矩陣,海森堡得到了一個不等式,從而提出了著名的測不準原理。

什麼是測不準原理

這個原理,來自於電子的雙峰幹涉實驗,人們破天荒的發現,原來人類的觀測對粒子居然產生了這麼大的影響(可見之前的文章科學的盡頭是神學!當今世界最大的謎團!)。那麼觀測到底為什麼會影響電子呢?

海森堡通過他的不等式發現,在量子世界,一個量子的位置和動量是沒辦法同時確認的!說得通俗一點,就是你準確測量出一個粒子的位置時,他的動量將變得及其不穩定,你無法得到這個粒子的準確動量!而當你專心測量它的動量的時候,它的位置卻又變得變幻無常。你測量其中一個量越準確,另一個量就越不準確。原因是實驗時要越準確地測量一個電子的動量,需要光波的波長越短越好,而越要準確測量一個電子的速度,需要的光波波長越長越好...這就是一個矛盾體。

測不準原理

所以說,人們的一切測量手段,都不可避免地影響了粒子。仿佛是上帝為人類量身打造的眼罩,只要人類試圖剝開雲霧,去發現粒子的真相時,測不準原理就擋住了我們的視線,但是他的確是確確實實存在的,且是科學的。

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  • 上帝不會擲色子,測不準原理僅僅是測不準
    海森堡整出了個測不準原理,意思是無法同時確定電子的動量和位置,是這樣的嗎?當然是,這和實驗結果符合的很好,但這只能說明是測不準,而不表示電子的位置和動量無法確定。愛因斯坦說上帝不會擲色子,一切都是可以計算的。我們之所以無法理解量子行為只是因為我們對它不夠了解以及欠缺更基礎,更完善的理論。測不準原理只是測不準,不表示量子的動態無法確定,電子核內運動方程我已經給出了,我們可以根據電子半徑算出它的頻率或動量,以及經過時間t以後電子的位置。
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  • 市場中的測不準原理
    ≥h/(T-T0),如果把(T-T0)放到公式左邊,就可以解釋為時間的偏差和漲速的偏差大於一個常量,這樣就完美對應於量子力學中的測不準原理。換個視角,如果每個人的行為都服從測不準原理,測不準原理也可以這樣解讀:市場參與者對資產未來價格漲幅預期的標準差和到達預期漲幅時間的預期標準差也會大於一個常量。測不準原理長期存在於市場中,只是被大部分人忽略了,比如假設有位資深人士告訴你,他認為上證綜指在8月31號收盤會到2907點,那這件事發生的可能性只有一個,那就是他恰好蒙對了。
  • 量子力學中的測不準原理,是儀器本身測不準,還是其他原因?
    「測量不準,而不是真的不準」,但事實並不是這樣的,測不準原理其實應該叫「不確定性」更為嚴謹!海森堡測不準原理,並不是方法的問題,也不是測量儀器的問題,是自然現象內稟性的問題。它表達的是一種自然規則,之所以到今天還是有很多人,在爭論是不是儀器的問題導致的,是因為大量的科普者為了大家好理解,往往都只停留在文字上解讀這個原理,但人類的語言總是會給人帶來歧義,而且量子力學又如此的反常識,所以就更容易造成各種誤解。
  • 海森堡測不準原理,指的是用光測不準粒子,但並非指其他方法都測不準,是這樣嗎?
    (宇宙探索QQ群:1145693748)海森堡測不準原理
  • 量子哲學與唯識(三):測不準原理
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  • 科學百科53期丨海森堡的測不準原理是怎麼回事?
    科普科幻文學創作者必須具有比較豐富的文史知識和科學知識作為基礎,才能創造出優秀的作品。為了讓大家更方便快捷去接觸了解這些資料,《高校科幻》平臺每周會推送一篇科學知識相關的乾貨文章供大家欣賞學習。作者以通俗的語言,深入淺出地解釋了現代科學中的一百個尖端課題。
  • 從狹義到廣義「測不準原理」
    對一個有確定位置粒子的測量行為仍然會影響該粒子的運動軌跡,因此,我們不能絕對精確地測量一個粒子的運動路徑,這是「測不準原理」的另一種含義。可以定義兩種類型的「測不準原理」,一種是物理學家發現和解釋的量子疊加性、或粒子行為量子態的不確定性;另一種是從物理哲學角度定義的非疊加態、或單一態粒子的不確定性。物理學家發現的」測不準原理」適用於疊加態的粒子;而我們引入的「狹義測不準原理」適用於單重態的粒子。
  • 對「海森堡測不準原理」最大的誤解進行深度剖析
    但是我要告訴你的是,我們能同時測準速度和位置,這個僅僅是在宏觀世界才能做到,在微觀世界是做不到的,因為微觀世界遵循「海森堡測不準」原理。關於這個原理我之前已經詳細講解過,如果你沒看可以先往前翻下。這個測不準原理的核心就是:我們永遠無法同時精確測量出一個微觀粒子的速度和位置(速度也可以替換成動量)。
  • 量子力學那點事群雄逐鹿之五:測不準的互補原理
    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。
  • 測不準原理有2種解釋,1種已被證偽!也許,真理不允許無限逼近
    》量子力學混合著科學、哲學,帶著神秘的色彩!從它一誕生以來,其成長過程中充滿了各種非議、爭論。尤其是量子力學的最基本出發點之一,測不準原理,不同的科學家有不同的解釋。愛因斯坦和波爾還就此展開世紀爭論,最終的結果就是Epr佯謬,導致量子糾纏被發現。
  • 謎一樣的量子力學:從測不準原理到薛丁格的貓
    量子物理學從1927年的海森堡的測不準原理到1935年薛丁格的貓,科學特別是量子物理學給我們營造了一種謎一般的假象。雖然它們會涉及深刻的哲學問題,然而科學畢竟不是形上學的哲學。量子計算機更是打破了傳統的經典世界中基本計算單元「非0即1」的狀態,而是可以多種狀態疊加存在,光量子計算機能把幾十萬年的運算時間縮短為幾秒鐘。
  • 是真的測不準,還是測量過程無法改善使得測不準,你想過嗎?
    是真的測不準,還是測量過程無法改善使得測不準,你想過嗎?我們知道哥本哈根詮釋由波爾和海森堡於1927年在哥本哈根合作研究時共同提出的。此詮釋建立在由德國數學家、物理學家馬克斯·玻恩【Max Born】所提出的「波函數的概率表達」上,之後發展為著名的不確定性原理。