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海森堡测不准原理,量子力学的测不准原理是个啥

来源:整理 时间:2022-04-08 00:17:18 编辑:华为40 手机版

如何理解海森堡不确定性原理?原因是什么?

海森堡测不准原理,量子力学的测不准原理是个啥

海森堡的父亲是一位古典学家(研究古希腊/罗马时期的经典著作),从这个角度海森堡在古典哲学方面是颇有家传的。海森堡(右)与其兄送他们的父亲上一战战场。那么海森堡提出量子力学和他的哲学素养有什么关系吗?读海森堡的早期著作以及他后来的回忆,我们发现海森堡提出量子力学还真和他的哲学倾向有关。据海森堡自己回忆,他在德国一战后“内战”期间“从军”的空闲时间,曾阅读柏拉图的蒂迈欧篇,他发现自己极其厌恶柏拉图的那种把原子想象为具体的几何实体的思路,他认为这些都是不切实际的空想。

柏拉图的原子:五种正多面体,海森堡对这种具象原子模型的反感代表着他对机械原子模型的否定。海森堡自己后来构建量子力学的思路就是不从粒子的位置和动量出发,转而从原子光谱实验里的跃迁法则及跃迁强度出发,由实验可以观测到的量出发构建量子力学。这就是后来的矩阵力学。类似地,海森堡也习惯用一种操作主义的语言来描述自己发现的海森堡不确定原理(或测不准关系)。

测不准关系论证示意图。海森堡的原始论证是这样的:考虑电子双缝干涉,两个缝之间的距离是l,为了测量电子的位置(或电子是从哪个缝出射),光源P发出的测量光子必须具备至少l的分辨本领,即光波波长要小于等于l。这意味着光子的动量大于等于h/l。光子在测量电子位置的同时,会把动量转移给电子,这样电子动量测量的不确定度就是大于等于h/l。

小结一下:电子位置测量的不确定度是l,而电子动量测量的不确定度是大于等于h/l,因此位置测量不确定度乘以动量测量不确定度的乘积就必须大于等于h。这里h是普朗克常数,需要说明的是以上给出的是海森堡初始的证明思路,现在我们讲解(论证)不确定原理时并不强调测量,换句话说不确定原理是量子力学本身的内在属性,和是否测量、怎么测量没有关系。

如何理解海森堡的测不准原理?它在量子力学理论的意义是什么?

海森堡测不准原理,量子力学的测不准原理是个啥

测不准原理是量子理论中最重要的原理。在牛顿力学中,对一个运动的物体,能够同时准确地测量它的动量和所处的位置。例如,公路上行驶的汽车,任一时刻的位置和速度都能够被准确地测量。然而在微观世界中微观粒子的动量和位置对应着一系列可能值。每一个可能值又有一定的出现几率,动量和位置不再同时具有确定值。海森堡的测不准原理清晰地指明了这个奇妙的关系。

量子力学的测不准原理会不会是因为人类现在观测技术跟不上?你怎么看?

海森堡测不准原理,量子力学的测不准原理是个啥

量子力学给人类的思想带来的最大冲击是概率观。之前的经典力学是机械观、相对论是几何观,两者都属于决定论的范畴。人类的认识只具有相对的意义,理论是相对于现象(实验)关于自然界的同构系统。量子力学是相对于各种微观现象关于自然界的同构系统。该系统是概率的世界,相对于作为输入信号和输出信号的微观现象,与自然界是不可分辨的。

人类能够创造出一种特殊的观测粒子的方法来推翻海德堡的测不准原理吗?

原理认为:当观测电子等量子的时候,观测仪器发射的光子就能对量子产生作用,从而影响量子的运动,这样,当对于量子位置的测量越准确的时候对于其动量的测量就越不准确,相反亦然。然而,我们现在只有借光子等量子去观测电子等量子,因为我们认识,或发现最小生命体就这量子了。如果我们想更深入了解量子,那么,就应该去发现量子生命体以下空间层次生命体。

也谈“能量转化物质和物质转化能量”的问题沪生泉2018-10-2509:41物质是由各种生命体组成的团粒群和离散群,是不以人们意志为转移的客观存在。(参见我的短文《这对概念对我们探究生命体是很重要的》)量子是构成电磁波现象的最基本生命体,或说最基本粒子。(参见我的短文《我国现在所说“量子通讯”应该加一个字,顺便提出量子新概念》)物质转化成能量,就是由各种生命体组成的团粒群和离散群分解成分子、原子、以致量子。

然而,我们无法用时空去试题量子的存在,而只能用能量的最小单位去表示量子的存在,因此,我们现在许多学者不认为量子是生命体,或者把量子视作了构成物质的“纯能量”了。由此,他们就得出:“物质能够转化成能量,能量却很难转化成物质”结论了。——即使在实验室里把“一种y射线光子转化成为了一个正电子和一个负电子”,也让他们大惑不解:“没质量和时空的量子竟然转化成了有质量和时空的正负电子”。

假如把量子视为与原子等一样的生命体,那么,“能量转化物质和物质转化能量”的问题也是“生命体的团粒群离散群互相转化问题”了。简述如下:1,能量是生命体在团粒群与离散群转换中所释放,或所吸收其他生命体的能力。比如:煤烧开水,就是使水从液态团粒群转化成气态离散群。然而,在这转换过程中,水就吸收了燃烧所产生的量子生命体(热量)。

比如:在低温中,水气态离散群又转化成液态团粒群,或固态团粒群。然而,在这转换过程中,水就释放了自己的量子生命体(热量)。2,量子是构成电磁波现象的最基本生命体,或说最基本粒子。这表明:人类对生命体的团粒群与离散群转换的现象了解,只到这个层次。量子是生命体,所以,量子也会有团粒群离散群互相转化的现象。问题是量子的团粒群离散群互相转化的现象,很有可能与我们现在所知道的生命体团粒群离散群互相转化的现象。

海森堡的测不准原理,本质上就是指用光永远测不准粒子,并非指其他方法都测不准,对吗?你有哪些见解?

简单回答,并且因为量子理论仍在发展,我只能保证我的回答在人类现有认识水平下是正确的。同时,我的回答采用“哥本哈根学派”,既所谓正统量子力学的观点。(更新了一下,变得很长,超长预警)微观粒子具有波粒二象性,决定了不能用经典物理中的坐标和动量来描述微观粒子的状态,而只能用波函数来描述。既然如此,也就无法预言微观粒子下一时刻的准确位置(尽管薛定谔方程仍然是一个对时间一阶微分方程,数学上可解),而只能精确到概率。

典型表现就是所谓“电子云”,并不是电子组成的云,而是抽象的概率云,即某时刻电子可能出现的位置。电子可能出现在云中任何位置,每个位置概率不同,概率最大的位置(即最可几位置)的集合就是波尔理论中的经典轨道。所以这种不确定性不是数学的,而是物理的(当然仍存在争议,当年波尔和爱因斯坦就各执一词)。动量同理。“不确定度关系”实际上讲的是不能同时准确预言微观粒子的位置和动量(这里的同时不是同一时刻,而是既……又……的意思,翻译问题)。

也就是说,虽然大部分时间里,微观粒子的准确位置和动量都不确定,但可以由“不确定度关系”给出一个大致范围。以上所述不涉及“测量”,都是测量之前的事。因为测量在微观世界里十分重要,已经是一门单独的学科了。不确定度关系就是你所说的测不准原理,不同翻译,我更愿意用这个,以免误会是“测不准”。其实与测量无关,是微观系统的本质属性。

(补充回答的分割线)有人质疑我没有回答问题,或者想当然。那我就直接、认真、详细回答一下。1、量子力学带来的一大革命性世界观,就是“想要既测得研究对象的某个物理量又不对研究对象造成影响是不可能的”。然而在经典力学中我们并不这么认为,举个例子,我们可以用称来测得猪肉的质量但不会对猪肉造成什么影响,我们可以用摄像头测量汽车的速度也不会对汽车造成什么影响。

经典力学这么认为没什么问题,因为实验无数次验证了这么认为没什么问题。“测量”意味着相互作用,比如我看了你一眼,那说明有多个光子与你发生了相互作用之后又与我的眼睛发生了相互作用,然而这一相互作用的能量与宏观物体比起来微不足道,我们认为你我都没有受什么影响是OK的。但是到了微观世界就不同了,微观粒子能量极小,一个光子的相互作用(比如碰撞),必然会影响微观粒子的状态!因此,“测量”对微观系统来讲是一个非常严肃的问题。

2、至于测量会对微观系统造成什么影响,正统量子力学(也就是以玻尔和海森堡为代表的哥本哈根学派量子力学)认为是“造成了量子态的塌缩”。所谓塌缩,就是物理量的可能取值按照概率瞬间变成了你观测到的值。比较拗口,举个例子,高中都学过原子核外电子分布是电子云,也就是说,在没有观测之前,电子可能出现在电子云内任何一个地方,每个地方概率不同,电子云实际就是电子出现概率的空间函数。

但是,我们每次观察电子,它都是一个点(比如使底片感光,一个光点);也就是说,我们每次观测电子,它都出现在空间的一个确定位置。但是,如果我们反复观测(这里表述不太准确,其实应该取系综,但是解释起来很麻烦,姑且这么写),会发现电子每次出现的位置不同,把很多很多次电子出现的位置叠加起来,会发现这些位置出现的空间概率与观测前的电子云相同。

简言之,观测前,不知道电子到底在哪里,但知道大致位置以及概率分布;观测瞬间,量子态(电子云)塌缩,塌缩成一个点,就是你观测到的电子位置;到底塌缩到哪里,与电子云对应的概率分布有关,概率大的地方出现的机会大。3、这一物理图像与直观完全不合!以至于很难理解,但却是正确的,它的正确性得到了无数实验的验证。电子显微镜正是利用了电子的位置不确定性(波动性)制成。

4、塌缩理论无法用数学来描述(尽管和实验事实相符),成了哥本哈根学派的一个心病。近十几年来有新的理论兴起来解释“测量时微观系统发生了什么”,比如退相干理论。5、以上解释只说明了量子系统具有不确定性,海森堡的测不准原理(我说过,我更愿意称其为不确定度关系)则从数学上定量给出了“到底多不确定”。6、提问者提出的光子观测,只是观测手段的一种。

提问者说得对,与观测手段无关,不确定性是微观系统的本质属性(尚无定论,爱因斯坦就不同意;但在其他可信理论出现前,量子力学是解释微观世界最好的理论,因为与实验相符)。7、以上描述只适用于微观系统,不可无条件推广至宏观!!!8、量子力学不是玄学、更不是伪科学!我们现在所享受的手机、电脑、游戏主机(所以与集成电路有关的东西)、核磁共振仪、隧道扫描显微镜、电子显微镜等等,都是量子力学发展的成果。

文章TAG:不准原理海森堡量子力学

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