漫人：科普：量子力学入门——测不准原理

引用 2013-11-8 05:17 PM

漫人: 你还有精神去看物理专业文献？敬佩一哈！

不过H的话是对的，公式的表达，不光精准，而且简洁，明了。那一个E=mc^2，迷倒多少崇拜者呀。   ...

当然，这种美只是供你们这样的理科虫虫欣赏和陶醉的～。。。俺听了虽然信，但只想翻白眼扔砖头

引用 2013-11-8 02:19 PM

tieshu: 哲学属于文科， 理论物理属于理科，鉴定完毕。

这又是典型的中式思维哈。

其实好多哲学问题，是从自然科学开始的，也回到自然科学。

引用 2013-11-8 02:08 PM

漫人: 哲学那还用说，尤其是中文这个“唯物”主义，跟物理研究的“物”是不可分开的。虽然我们后来才知道metaphysics并不是我们从字面上理解的“唯心”主义。

当然啦 ...

哲学属于文科， 理论物理属于理科，鉴定完毕。

引用 2013-11-8 09:40 AM

语婷: 这也是H的老话了。。。我挤兑他看的文献没几个人能读懂的文字，他就说，公式的表达多么精准啊～世界万物都可以用数学来描述和表达，数学/物理的世界，太美了。 ...

你还有精神去看物理专业文献？敬佩一哈！

不过H的话是对的，公式的表达，不光精准，而且简洁，明了。那一个E=mc^2，迷倒多少崇拜者呀。

引用 2013-11-8 09:37 AM

tieshu: 再追究一下，哲学和理论物理是什么关系    

哲学那还用说，尤其是中文这个“唯物”主义，跟物理研究的“物”是不可分开的。虽然我们后来才知道metaphysics并不是我们从字面上理解的“唯心”主义。

当然啦，这也并不妨碍波尔还有其他物理学家在东方哲学中寻找探索物质本质的灵感。

引用 2013-11-8 06:54 AM

漫人: 不光是哲学，理论物理就是这么认为的，所以才有“不确定”的说法。

再追究一下，哲学和理论物理是什么关系   

引用 2013-11-8 01:47 AM

漫人: H是学物理的？那太高深了。

我这篇是哄哄文科生的啦，不过你知道薛定谔海森堡的，那就已经远远超出本篇日志的水平了。

你看见不露在微博里的说 ...

这也是H的老话了。。。我挤兑他看的文献没几个人能读懂的文字，他就说，公式的表达多么精准啊～世界万物都可以用数学来描述和表达，数学/物理的世界，太美了。

引用 2013-11-7 07:57 PM

tieshu: 你的说法比我的观点多了一个测量媒介的个体，而且解释了为什么测不准。哲学的观点是你本来就应该测不准       ...

不光是哲学，理论物理就是这么认为的，所以才有“不确定”的说法。

引用 2013-11-7 07:56 PM

语婷: 这个要请H来看看才能决定是献花还是扔鸡蛋。。。但是俺手快，已经献花了！

H是学物理的？那太高深了。

我这篇是哄哄文科生的啦，不过你知道薛定谔海森堡的，那就已经远远超出本篇日志的水平了。

你看见不露在微博里的说法么？她在大学一个同屋，物理系的，半夜12点回到宿舍把书包往桌上一放，发出感叹：物理学真美啊！

发现你也和不露的同学很相近了。

引用 2013-11-7 07:26 PM

薛定谔他老人家的大名我25年前就知道了。。。海森堡也是。
这些科学家太了不起了！
纯美。。唯美。。

对了，那花算是献给他们的～～

引用 2013-11-7 07:24 PM

这个要请H来看看才能决定是献花还是扔鸡蛋。。。但是俺手快，已经献花了！

引用 2013-11-5 08:01 AM

漫人: 我在日志中提到“observer effect”，其实就跟相对大小有关系。因为要测量一个数据，你就要用一种手段，通常是光学观测，因为日常生活中的物体的质量要大于光子 ...

你的说法比我的观点多了一个测量媒介的个体，而且解释了为什么测不准。哲学的观点是你本来就应该测不准   

引用 2013-11-4 10:02 PM

tieshu: 没想到测不准和不确定还有这么多讲究啊！从哲学的角度来说，任何概念都是相对，所以准确和不准确也是相对的。跟那个相对呢？就是就是物体本身的大小，另一个就是 ...

我在日志中提到“observer effect”，其实就跟相对大小有关系。因为要测量一个数据，你就要用一种手段，通常是光学观测，因为日常生活中的物体的质量要大于光子不知道多少倍，不受光子打击的影响。但是在测光子的时候，就不能用光子来观测光子了，因为被观测的光子，要受到观测光子的影响，这也是测不准的原因。

引用 2013-11-4 09:56 PM

湘西山民: 俺觉得不能只强调测不准，关键是不能同时测准。

看看这个：http://wl.eywedu.net/shaizi/008.htm

海森堡的这一原理于1927年3月23日在《物理学杂志》上发表，被 ...

谢谢仁兄精益求精。

我这篇，是给各位看的，觉得不能讲得太详细了。就这样，还有好多说看不懂呢。

再说，有关位置和动能不能同时测准的关系，已经有人在微博里说了。

引用 2013-11-4 09:52 PM

阿理郎: Was vernünftig ist, das ist Wirklich; und was wirklich ist,das ist vernünftig.
出自《法哲学原理》（Grundlinien der Philosophie des Rechts 1820）

（ ...

谢谢，我也查到了，在那篇《哲普》日志中有详述。

引用 2013-11-4 09:51 PM

四维: 不是谦虚，我要有你这些知识，那会挂免战牌？

起码你也知道光子是基本粒子哈。

引用 2013-11-4 09:50 PM

13579: 内什么，现在不是时兴介个吗？以前见面到招呼说：“吃了吗？”
现在时兴“测准了吗？”

现在的回答是“没测准”。

引用 2013-11-4 09:44 PM

没想到测不准和不确定还有这么多讲究啊！从哲学的角度来说，任何概念都是相对，所以准确和不准确也是相对的。跟那个相对呢？就是就是物体本身的大小，另一个就是要达到的目标。当GPS告诉我还有20yard右拐弯的时候，我是不在乎我是走了20yard还是10yard就拐弯的，嘿嘿。当一个粒子小到连放大镜下都看不见的时候，玛雅，俺不是一脚踩过去了，就是晕过去了，俺逃

引用 2013-11-4 02:34 PM

俺觉得不能只强调测不准，关键是不能同时测准。

看看这个：http://wl.eywedu.net/shaizi/008.htm

海森堡的这一原理于1927年3月23日在《物理学杂志》上发表，被称作Uncertainty Principle。当它最初被翻译成中文的时候，被十分可爱地译成了“测不准原理”，不过现在大多数都改为更加具有普遍意义的“不确定性原理”。

　不确定性原理……不确定？我们又一次遇到了这个讨厌的词。还是那句话，这个词在物理学中是不受欢迎的。如果物理学什么都不能确定，那我们还要它来干什么呢？本来波恩的概率解释已经够让人烦恼的了——即使给定全部条件，也无法预测结果。现在海森堡干得更绝，给定全部条件？这个前提本身都是不可能的，给定了其中一部分条件，另一部分条件就要变得模糊不清，无法确定。给定了p，那么我们就要对q说拜拜了。
　　这可不太美妙，一定有什么地方搞错了。我们测量了p就无法测量q？我倒不死心，非要来试试看到底行不行。好吧，海森堡接招，还记得威尔逊云室吧？你当初不就是为了这个问题苦恼吗？透过云室我们可以看见电子运动的轨迹，那么通过不断地测量它的位置，我们当然能够计算出它的瞬时速度来，这样不就可以同时知道它的动量了吗？
　　“这个问题，”海森堡笑道，“我终于想通了。电子在云室里留下的并不是我们理解中的精细的‘轨迹’，事实上那只是一连串凝结的水珠。你把它放大了看，那是不连续的，一团一团的‘虚线’，根本不可能精确地得出位置的概念，更谈不上违反不确定原理。”
　　“哦？是这样啊。那么我们就仔细一点，把电子的精细轨迹找出来不就行了？我们可以用一个大一点的显微镜来干这活，理论上不是不可能的吧？”
　　“对了，显微镜！”海森堡兴致勃勃地说，“我正想说显微镜这事呢。就让我们来做一个思维实验（Gedanken-experiment），想象我们有一个无比强大的显微镜吧。不过，再厉害的显微镜也有它基本的原理啊，要知道，不管怎样，如果我们用一种波去观察比它的波长还要小的事物的话，那就根本谈不上精确了，就像用粗笔画不出细线一样。如果我们想要观察电子这般微小的东西，我们必须要采用波长很短的光。普通光不行，要用紫外线，X射线，甚至γ射线才行。”
　　“好吧，反正是思维实验用不着花钱，我们就假设上头破天荒地拨了巨款，给我们造了一台最先进的γ射线显微镜吧。那么，现在我们不就可以准确地看到电子的位置了吗？”
　　“可是，”海森堡指出，“你难道忘了吗？任何探测到电子的波必然给电子本身造成扰动。波长越短的波，它的频率就越高，是吧？大家都应该还记得普朗克的公式E =
hν，频率一高的话能量也相应增强，这样给电子的扰动就越厉害，同时我们就更加无法了解它的动量了。你看，这完美地满足不确定性原理。”
　　“你这是狡辩。好吧我们接受现实，每当我们用一个光子去探测电子的位置，就会给它造成强烈的扰动，让它改变方向速度，向另一个方向飞去。可是，我们还是可以采用一些聪明的，迂回的方法来实现我们的目的啊。比如我们可以测量这个反弹回来的光子的方向速度，从而推导出它对电子产生了何等的影响，进而导出电子本身的方向速度。怎样，这不就破解了你的把戏吗？”
　　“还是不行。”海森堡摇头说，“为了达到那样高的灵敏度，我们的显微镜必须有一块很大直径的透镜才行。你知道，透镜把所有方向来的光都聚集到一个焦点上，这样我们根本就无法分辨出反弹回来的光子究竟来自何方。假如我们缩小透镜的直径以确保光子不被聚焦，那么显微镜的灵敏度又要变差而无法胜任此项工作。所以你的小聪明还是不奏效。”
　　“真是邪门。那么，观察显微镜本身的反弹怎样？”
　　“一样道理，要观察这样细微的效应，就要用波长短的光，所以它的能量就大，就给显微镜本身造成抹去一切的扰动……”
　　等等，我们并不死心。好吧，我们承认，我们的观测器材是十分粗糙的，我们的十指笨拙，我们的文明才几千年历史，现代科学更是仅创立了300年不到的时间。我们承认，就我们目前的科技水平来说，我们没法同时观测到一个细小电子的位置和动量，因为我们的仪器又傻又笨。可是，这并不表明，电子不同时具有位置和动量啊，也许在将来，哪怕遥远的将来，我们会发展出一种尖端科技，我们会发明极端精细的仪器，从而准确地测出电子的位置和动量呢？你不能否认这种可能性啊。
　　“话不是这样说的。”海森堡若有所思地说，“这里的问题是理论限制了我们能够观测到的东西，而不是实验导致的误差。同时测量到准确的动量和位置在原则上都是不可能的，不管科技多发达都一样。就像你永远造不出永动机，你也永远造不出可以同时探测到p和q的显微镜来。不管今后我们创立了什么理论，它们都必须服从不确定性原理，这是一个基本原则，所有的后续理论都要在它的监督下才能取得合法性。”
　　海森堡的这一论断是不是太霸道了点？而且，这样一来物理学家的脸不是都给丢尽了吗？想象一下公众的表现吧：什么，你是一个物理学家？哦，我真为你们惋惜，你们甚至不知道一个电子的动量和位置！我们家汤米至少还知道怎么摆弄他的皮球。
　　不过，我们还是要摆事实，讲道理，以德服人。一个又一个的思想实验被提出来，可是我们就是没法既精确地测量出电子的动量，同时又精确地得到它的位置。两者的误差之乘积必定要大于那个常数，也就是h除以2π。幸运的是，我们都记得h非常小，只有6.626×10^-34焦耳秒，那么假如△p和△q的量级差不多，它们各自便都在10^-17这个数量级上。我们现在可以安慰一下不明真相的群众：事情并不是那么糟糕，这种效应只有在电子和光子的尺度上才变得十分明显。对于汤米玩的皮球，10^-17简直是微不足道到了极点，根本就没法感觉出来。汤米可以安心地拍他的皮球，不必担心因为测不准它的位置而把它弄丢了。
　　不过对于电子尺度的世界来说，那可就大大不同了。在上一章的最后，我们曾经假想自己缩小到电子大小去一探原子里的奥秘，那时我们的身高只有10^-23米。现在，妈妈对于我们淘气的行为感到担心，想测量一下我们到了哪里，不过她们注定要失望了：测量的误差达到10^-17米，是我们本身高度的100万倍！100万倍的误差意味着什么，假如我们平时身高1米75，这个误差就达到175万米，也就是1750公里，母亲们得在整条京沪铁路沿线到处寻找我们才行。“测不准”变得名副其实了。
　　在任何时候，大自然都固执地坚守着这一底线，绝不让我们有任何机会可以同时得到位置和动量的精确值。任凭我们机关算尽，花样百出，它总是比我们高明一筹，每次都狠狠的把我们的小聪明击败。不能测量电子的位置和动量？我们来设计一个极小极小的容器，它内部只能容纳一个电子，不留下任何多余的空间，这下如何？电子不能乱动了吧？可是，首先这种容器肯定是造不出来的，因为它本身也必定由电子组成，所以它本身也必然要有位置的起伏，使内部的空间涨涨落落。退一步来说，就算可以，在这种情况下，电子也会神秘地渗过容器壁，出现在容器外面，像传说中穿墙而过的崂山道士。不确定性原理赋予它这种神奇的能力，冲破一切束缚。还有一种办法，降温。我们都知道原子在不停地振动，温度是这种振动的宏观表现，当温度下降到绝对零度，理论上原子就完全静止了。那时候动量确定为零，只要测量位置就可以了吧？可惜，绝对零度是无法达到的，无论如何努力，原子还是拼命地保有最后的一点内能不让我们测准它的动量。不管是谁，也无法让原子完全静止下来，传说中的圣斗士也不行——他们无法克服不确定性原理。
　　动量p和位置q，它们真正地是“不共戴天”。只要一个量出现在宇宙中，另一个就神秘地消失。要么，两个都以一种模糊不清的面目出现。海森堡很快又发现了另一对类似的仇敌，它们是能量E和时间t。只要能量E测量得越准确，时刻t就愈加模糊；反过来，时间t测量得愈准确，能量E就开始大规模地起伏不定。而且，它们之间的关系遵守相同的不确定性规则：
　　△E×△t > h/2π
　　各位看官，我们的宇宙已经变得非常奇妙了。各种物理量都遵循着海森堡的这种不确定性原理，此起彼伏，像神秘的大海中不断升起和破灭的泡沫。在古人看来，“空”就是空荡荡无一物。不过后来人们知道了，看不见的空气中也有无数分子，“空”应该指抽空了空气的真空。再后来，人们觉得各种场，从引力场到电磁场，也应该排除在“空”的概念之外，它应该仅仅指空间本身而已。

引用 2013-11-4 08:46 AM

漫人: 没听说过黑格尔说过这话，觉着这其实是“存在主义”（Existentialism）的信条。

还得再做些考证再说。

Was vernünftig ist, das ist Wirklich; und was wirklich ist,das ist vernünftig.
出自《法哲学原理》（Grundlinien der Philosophie des Rechts 1820）

（转引自维基百科）

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