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量子的不确定性

在量子物理学中,不确定性是确定不移的。一个量子实体拥有两个参数,称为 共轭变量 ,不可能在同一时间精确测定两个变量的确定值。你对特性A的了解越精确,对特性B的了解就越不精确,反之亦然。我们不能把责任归咎于我们还不完善的测量设备。这是 1927 年物理学家沃纳·海森堡(Werner Heisenberg)发现的一种自然规律,后来被称为海森堡的 测不准原理 。最重要的共轭变量对是位置/动量和能量/时间。

海森堡描述的典型例子是位置/动量关系。在这种情况下,动量就相当于 速度向量 ,速度向量描述的是某物运动的速度和方向。海森堡发现,诸如电子这样的实体,其位置的不确定性乘以其动量的不确定性,始终大于一个特定的(极小的)数值, 普朗克常数 除以 2π。只要你愿意,原则上,你可以尽可能接近此限制。但是,你对诸如电子这样的量子实体的位置确定得越精确,你对这个电子将去向哪里就越不确定。电子的动量(或速度向量)确定得越准确,它的位置就越不确定。这种不确定性是电子(或其他量子实体)本身的一种属性。电子自己也不能同时“知道”它在哪里和它将去向何方。

这就是波和粒子的类比的用处所在。但请记住,这只是类比。波是可以扩散的。它很可能以确定的速度朝着一个确定的方向扩散,但它无法位于一个点上。如果一个粒子足够小,那么这个粒子几乎可以位于一点上,条件是它不能以明确的动量运动。但是,如果它运动了——如果它有一定的动量的话,它就不会位于一点了。受到环境的限制,一个量子实体的行为方式越像波,它就越不可能停留在它原来的位置上;它的行为方式越像粒子,它的运动方向就越不确定。

概率 是描述粒子的标准方法。如果一把电子枪朝着荧光屏的方向发射了一个电子,像在旧式电视机的阴极射线管中一样,当电子离开电子枪的那一刻,代表它的波就会在空间中扩散开来,因为它的位置是不确定的。量子物理学规律告诉我们,原则上,电子最终可能位于宇宙中的任何地方;但有一个很大的概率,那就是它很可能会撞击荧光屏,并在屏幕上制造一个光点。它制造光点的那一瞬间,其位置的不确定性就会大大缩小到电视屏幕上光点的大小。这就是所谓的 波函数的坍缩 。然后,这个波会从新位置开始扩散。除非电子被紧紧锁定在原子中,或者电子被其他方式捕获,随着时间的推移,它的位置会变得越来越不确定。如果它已经被锁定在原子中,它仍然会受到量子不确定性的制约,但这与我们寻找多重宇宙没有直接关系。 940qVPzaO8WFzQ0f1AYH023wPuturz/XK1PfjpVEbOrXZ/grP76u035k5RtVG2SZ

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