对于量子力学中的测不准理论,为什么说一观测就会“被打扰”?

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题主你好。量子力学的"测不准原理"现在一般叫作"不确定性原理(uncertainty principle)"。原因很简单,量子力学的这种特殊效应,是和测量无关的,而是微观粒子本身的一种性质。当代量子力学认为,粒子的不确定性并不是测量引起的,测量可以完全将某一个物理量测得准确得不得了!比如说我们要测量电子的位置,这是没问题的,可以准确到极致。但是我们如果想同时精确测量出它的动量,那么不好意思,我们无法精确测量其动量!反过来亦然,精确测量电子自的动量是可以的,但是代价是无法精确测量其位置!然而很多人把这种不确定性关系理解为测不准,这是不对的。我们明明可以测准一些物理量啊。不确定性关系是量子力学的一个基本关系,它和具体的动力学无关。换句话说,非相对论性量子力学和相对论性量子理论都服从该关系!

那么为什么历史上会把量子力学的不确定性原理叫做测不准原理呢?这和早期量子力学的一些困扰物理学家的问题有关。那就是玻恩关于概率波物理意义的解释,又称之为玻恩诠释。玻恩认为波函数(也就是概率波)的复数模对应粒子的概率密度,如果将其复数模对某一个空间域进行积分,那么就能得到粒子在该区域出现的概率。

这个解释听起来是没什么大不了的事情,但是我们要问,客观世界里为什么会出现概率?这个问题可是不得了的问题!首先,从量子力学的动力学方程来看,方程里只有波函数没有概率啊。其次,概率是物理学家在理解波函数的时候才引入的。这两点仿佛在告诉我们,概率和人的行为有关。这就引起了一个比较折中的说法:概率是测量引起的。这个观点曾被哥本哈根学派发展成了一套很有趣的说辞(我认为哥本哈根那一套充其量就是一套说辞,算不上理论)。哥本哈根学派的代表是尼尔斯·玻尔,一个拿过诺奖,但是却患有严重的“科学革命综合征”的物理学家。

玻尔认为,测量是必须的,没有测量就没有客观世界!这是十分强硬的观点,以致于当时的物理泰斗阿尔伯特·爱因斯坦站出来反驳玻尔。爱因斯坦可能是老了,他居然一上来就犯了一个错误——爱因斯坦误把不确定性关系当成了否定哥本哈根诠释的突破口。由于爱因斯坦一直想实现同时精确测量坐标、动量来否定不确定性原理,以致于很多人把这一原理理解为测不准原理。我们返回头看,量子力学的测不准指的是相互不对易(比如说坐标和动量就是相互不对易的)的两个物理量之间无法做到同时精确测量,它并没有承认单测一个物理量也是测不准的!!

现在爱因斯坦发话了,不确定性关系是不成立的。玻尔率先进行了反驳。但是玻尔的反驳其实也不是多么好——但最后还是说服了爱因斯坦,以致于在很长一段时间里误导了大众。玻尔基于测量来反驳爱因斯坦的,他认为测量会导致波函数坍缩,以致于我们在测量坐标、动量不能同时做到精确。这也就是被后来很多人理解的"测量干扰了粒子的波函数"。其实玻尔的观点存在一个问题:那就是玻尔的解释会导致不可知论。很长一段时间,物理学家与不可知论者的关系仅仅是称谓上的差别。想想看,测量导致波函数塌缩,那么原本的波函数长什么样不就是永远都不知道了吗?如果是这样,那么量子力学将无法预测波函数的演化。因为测量改变波函数而且是不可预测地改变。这最终导致量子力学方程失去意义!

在当代很多理论物理学家思考如何才能发展一套不需要测量就能解释概率的量子力学理论。这就是所谓的“广义量子力学”。正如狭义相对论存在难以克服的问题,爱因斯坦将之推广为广义相对论一样,量子力学或许也应该进一步推广。


科学联盟

量子力学中的测不准理论是说,不能互易(对易)的两物理量是不可同时获得精确测量值。这个原理从理论上说明了物质相互作用是致密而不留死角的。事物是不能孤立分析、观测的。宏观物体的孤立分析、观测,精度也够,还可用是因为测量误差对实际应用的影响不大。而微观粒子就不同了,由于孤立分析、观测(基本没法不孤立观测),其产生的误差基本无法忽略。

实际上,测不准原理的发现者---海森堡,就是这种看法!他为此而到东方神秘主义寻求整体处理事物的方法。特别写了一本书《东方神秘主义与物理》(可能书名不太精确)。

总之,测不准原理本质上是科学精确、孤立分析问题造成的。而科学研究又无法避免不孤立各因素而分析。这就是科学悖论。东方神秘主义也没有实用的好方法,只有所谓的内观、沉思、静禅和谒语而已,所以海森堡大失所望。还得靠科学家自己开辟“整体处理”的方法。


谭宏21

恨别鸟惊心。当你接近鸟,想拍照想观察想捕捉想友好时,鸟却不领情,就会飞走了,因为你对鸟产生了作用。电子同样会对它产生作用的事物不领情,受库仑力的作用,越靠近它,对它作用力越大,对它的运动状态改变越严重。


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