一個吃驚的事實:宏觀世界物體也具有“不確定性”

上一期文章我們詳細講解了微觀粒子的“不確定性”,以及我們如何去用數學研究這種不確定性,所以這就告訴我們,當一個事物本身變得不確定後,並不意味著我們就無法研究這個事物,只要掌握了這個事物的“不確定性”背後蘊含的規律,我們一樣可以利用規律來預測一個微觀粒子的“未來”。

一個吃驚的事實:宏觀世界物體也具有“不確定性”

由於我們無法同時知道一個微觀粒子的“位置”和“速度”(至於為什麼無法同時確定,前面文章有詳細講解,如果沒看可以去看看),那麼我們獲得的“初始信息”就會有殘缺,所以用殘缺的初始信息去預測這個微觀粒子將來發生的行為,就不是以確定的方式呈現,而是以概率形式呈現。還是以上一期內容為例,我們來對比微觀和宏觀物體“描述一個物體運動”的策略,看看有啥不同。

一個吃驚的事實:宏觀世界物體也具有“不確定性”

宏觀世界我們可以測量一個物體t=0時刻,速度v=10m/s,位置x=0,根據這個初始信息我們可以得出:

t=1時,v=20m/s,x=10

t=2時,v=40m/s,x=80

t=3時,v=70m/s,x=180

可以看出,以後每一個時刻物體的v和x都是確定的,也就是v和x都是100%概率是這個預測的值。其實就算概率是100%我們也是可以畫出“速度概率圖”和“位置概率圖”的,比如下圖就是t=1時刻的兩副概率圖:左邊是速度概率圖,右邊是位置概率圖,其中縱座標都是概率值,橫座標座標圖是速度,右邊圖是位置座標。

一個吃驚的事實:宏觀世界物體也具有“不確定性”


可以看出,t=1時,速度v=20m/s的概率是100%,其餘速度概率都等於0,位置x=10的概率是100%,其餘位置的概率都等於0,這是宏觀世界物體的狀態。

下面切換到微觀世界,我們可以測量一個物體t=0時刻,速度v=10m/s,位置x未知(因為根據測不準原理,速度和位置你只能同時獲取一個),根據這個“殘缺的初始信息”我們可以得出:

t=1時刻,v的速度概率圖1,x的位置概率圖1

t=2時刻,v的速度概率圖2,x的位置概率圖2

t=3時刻,v的速度概率圖3,x的位置概率圖3

所以我們就需要重點研究微觀世界的概率圖到底是啥,首先把這兩個概率圖的圖像畫出來,如下圖所示。

一個吃驚的事實:宏觀世界物體也具有“不確定性”

對比宏觀和微觀是概率圖我們可以看出,宏觀世界的概率圖就是一條豎直的直線,它暗示著只有一個確定的值且概率是100%,微觀世界的概率圖是一條曲線,它暗示著有多個值,且每個值的概率都是0%到100%之間。

一個吃驚的事實:宏觀世界物體也具有“不確定性”

通過以上分析我們可以看出,宏觀世界和微觀世界其實本質來說,還是一致的,只不過宏觀世界的概率圖非常特殊而已,而且要注意的是,剛剛只是給出了t=1這個時刻的宏觀和微觀的概率圖,t值不斷變換,宏觀和微觀的這兩副概率圖都是會不斷的變化,但是無論如何變化,宏觀的概率圖也永遠是直線,微觀的概率圖也永遠是曲線,這個是一直不變的。

一個吃驚的事實:宏觀世界物體也具有“不確定性”

這就是“微觀世界”和“宏觀世界”的不同之處,其實我要告訴大家的是,雖然“宏觀世界”的概率圖是一條直線,但是嚴格意義上說,“宏觀世界”的概率圖並非真正的直線,也是一條曲線,只不過這條曲線非常看起來像直線而已,這怎麼理解呢,畫出一個“宏觀世界”的“速度概率圖”如下圖所示。可以看出,宏觀世界速度概率圖,其實橫座標大部分位置概率都是0,只有極少數範圍的概率值存在,且基本等於100%,這說明宏觀世界物體的速度基本有一個非常確定的值。當然畫出宏觀世界的“位置概率圖”,你會發現也是和剛剛這個圖相似,橫座標只在某個極小的局部範圍有概率且基本為100%,其餘地方都是0概率,這說明宏觀世界的物體位置也是基本確定的。

一個吃驚的事實:宏觀世界物體也具有“不確定性”

也就是說其實我們的宏觀世界也是具有不確定性的,只不過這個“不確定性”實在是太小太小了,小到我們完全可以忽略其存在,後面我們會詳細談到宏觀世界其實也是具有波動性的,這就是所謂“德布羅意波”後面再談。我是頭條號《小彭來給您解惑》,如果喜歡我的文章可以關注我,如果對文章有異議可以留言評論。


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