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2.9 1927年,海森堡提出了测不准原理
1927年海森堡发表了《关于量子论的运动学和动力学的直观内容》论文。他在论文中分析了微观粒子的位置、速度和能量轨道等基本概念之后,提出了测不准原理:在经典力学中,一个质点的位置和动量是可以同时精确测定的;而在微观世界中要同时精确测定粒子的位置和动量是不可能的,其精确度受到一定的限制。海森堡还给出了测不准关系式,为经典力学和量子力学的应用范围划出了明确的界限。
测不准原理又称不确定性原理,它告诉我们如果把电子速度(或动量)p测量得百分之百地准确,也就是Δp=0,那么电子位置q的误差Δq就要变得无穷大(Δq→∞)。也就是说,假如我们了解一个电子动量p的全部信息,那么我们就同时失去了其位置q的所有信息;反之亦然。鱼和熊掌不能兼得,不管科技多么发达都一样。就像你永远造不出永动机,你也永远造不出可以同时准确探测到全部p和q的显微镜。
为什么会这样呢?这好比我们用一支粗大的测量海水温度的温度计去测一杯咖啡的热量,温度计一放进去,同时要吸收掉不少热量,所以我们根本无法测量杯子里原来的温度。而作为微观粒子(如原子)内的能量如此之小,任我们制成怎样精确的仪器,也会对它有所干扰。观测者及其仪器永远是被观测现象的一个不可分割的部分,一个孤立自在的物理现象是永不存在的,这便是“测不准原理”。我们生活在这个物理世界,身在此山中,难识庐山真面目。