测不准关系

测不准关系

测不准原理(the Uncertainty principle) 由 量子力学创始人 海森堡 （Heisenberg）提出。该原理揭示了微观粒子运动的基本规律：粒子在客观上不能同时具有确定的坐标位置及相应的动量。如果微观粒子的位置的不确定范围是 Δp，同时测得的微粒的动量的不确定范围是 Δq。Δp与Δq的乘积总是大于 hbar/2。这里 hbar = h/2π，h 为普朗克(Plank) 常数。
测不准原来来源于微观粒子的波粒二象性，是微观粒子的基本属性，所谓的测不准与测量仪器的精度无关。测不准原理 现也通常被称作 不确定关系。
可能上面的说法比较专业，因为他是基于微观世界，也就是量子学说来的。其实在现实中也是遵循测不准原理的，只是可以忽略不计而已。如：一颗子弹射击出去，他的靶点不是固定在一个点上，而是在一个范围内（约10的-7次方米的一个范围内），在这个范围内，是不能确定。这个就是测不准原理。
因为现实世界中，物体都比较大，速度也慢，所以测不准原理基本是没有什么用的，因为测不准范围很小。只有微观世界才有用。
海森伯在创立矩阵力学时，对形象化的图象采取否定态度。但他在表述中仍然需要“坐标”、“速度”之类的词汇，当然这些词汇已经不再等同于经典理论中的那些词汇。可是，究竟应该怎样理解这些词汇新的物理意义呢？海森伯抓住云室实验中观察电子径迹的问题进行思考。他试图用矩阵力学为电子径迹作出数学表述，可是没有成功。这使海森伯陷入困境。他反复考虑，意识到关键在于电子轨道的提法本身有问题。人们看到的径迹并不是电子的真正轨道，而是水滴串形成的雾迹，水滴远比电子大，所以人们也许只能观察到一系列电子的不确定的位置，而不是电子的准确轨道。因此，在量子力学中，一个电子只能以一定的不确定性处于某一位置，同时也只能以一定的不确定性具有某一速度。可以把这些不确定性限制在最小的范围内，但不能等于零。这就是海森伯对不确定性最初的思考。据海森伯晚年回忆，爱因斯坦1926年的一次谈话启发了他。爱因斯坦和海森伯讨论可不可以考虑电子轨道时，曾质问过海森伯：“难道说你是认真相信只有可观察量才应当进入物理理论吗？”对此海森伯答复说：“你处理相对论不正是这样的吗？你曾强调过绝对时间是不许可的，仅仅是因为绝对时间是不能被观察的。”爱因斯坦承认这一点，但是又说：“一个人把实际观察到的东西记在心里，会有启发性帮助的……在原则上试图单靠可观察量来建立理论，那是完全错误的。实际上恰恰相反，是理论决定我们能够观察到的东西……只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象。”
海森伯在1927年的论文一开头就说：“如果谁想要阐明‘一个物体的位置’（例如一个电子的位置）这个短语的意义，那么他就要描述一个能够测量‘电子位置’的实验，否则这个短语就根本没有意义。”海森伯在谈到诸如位置与动量，或能量与时间这样一些正则共轭量的不确定关系时，说：“这种不确定性正是量子力学中出现统计关系的根本原因。”
海森伯测不准原理是通过一些实验来论证的。设想用一个γ射线显微镜来观察一个电子的坐标，因为γ射线显微镜的分辨本领受到波长λ的限制，所用光的波长λ越短，显微镜的分辨率越高，从而测定电子坐标不确定的程度△q就越小，所以△q∝λ。但另一方面，光照射到电子，可以看成是光量子和电子的碰撞，波长λ越短，光量子的动量就越大，所以有△p∝1/λ。经过一番推理计算，海森伯得出：△q△p＝h/4π。海森伯写道：“在位置被测定的一瞬，即当光子正被电子偏转时，电子的动量发生一个不连续的......余下全文>>

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