费曼讲物理 - 不确定性原理

先贴一个笑话,如果你能看懂,就说明你理解了不确定性原理。
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简单来说,不确定性原理就是:

你不可能既知道一个物体的精确位置又知道它的精确速度,而且一个物体位置的不确定程度和动量(质量*速度)的不确定程度是一个常数。

所以当警察叔叔说海森堡同学你超速了(知道了精确的速度),海森堡才会说“我现在不知道自己在哪里了”(因为速度和位置不可能同时被确定),这之所以是个玩笑是因为这个原理只在量子世界种才适用,如果海森堡同学是个原子、质子、中子或电子什么的,那他就不在开玩笑了。

这个原理能很好解释量子世界里面的一个现象,我们都知道电子围绕着原子核运动,带负电,而原子核由带正电的质子和不带电的中子组成,带正电。正电和负电之间理应产生强大的吸引力,电子理应被紧紧吸在原子核上才对,为什么电子会隔着一定的空间在原子核周围转呢?

让我们用反证法和不确定性原理解释一下这个现象,假设电子被吸在原子核上了,那么它的位置不确定性就很低,甚至为0,根据不确定性原理,电子动量的不确定性就非常大,比如动量甚至可能是无穷大,如果电子的动能巨大的时候,就会摆脱原子核的束缚,离开原子核,这个结论和电子在原子核周围的空间运动矛盾,所以电子不会被吸在原子核上,而是在它的周围运动。

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