测不准原理跟测量的关系

作为一个并不懂高深数学与物理公式的普通人,对量子力学有一定的好奇,出于对科学的崇敬,在过去,不管我想不想得通,我相信并认可量子力学的一些基本结论,比如测不准原理。

它是量子力学的基本原理之一,维基百科的描述为“粒子的位置动量不可同时被确定,位置的不确定性越小,则动量的不确定性越大,反之亦然。

uncertainty principle

对于这条原理的解释,过去大部分科普是这样的:因为测量是一种相互作用,对粒子进行测量,必然影响被测粒子的状态,导致无法精确得到粒子的原状态信息

比如要测量一个粒子的位置和动量,可以通过光子撞击的方式,但撞击传递了能量,进而改变了被测粒子的动量,导致对动量的测量产生较大的误差。

虽然这样的解释逻辑通顺容易理解,但我个人难以接受,因为这样的解释把测不准的责任推脱给了“测量”这一行为,认为测不准跟测量的仪器和方法有关。

但实际上,粒子状态的测不准,跟测量没有绝对关系,该原理的本名叫

不确定性原理,uncertainty principle

从名字来看,它跟测量真的没有关系。所谓的不确定,是指微观粒子的状态本身就是不确定的,这种不确定的状态并不是因为人类没有测量到而不确定,而是对于这个宇宙来说,粒子的状态就是不确定的

无法精确测量一个状态本就不确定的粒子的动量和位置,这才是测不准原理的正确解释

怎么理解呢

有一个被广泛认可的结论:绝对零度无法达到

有没有想过为什么绝对零度达不到?不确定性原理可以解释。

首先,温度本质上是对一个系统内部粒子总动能的统计,所以也叫内能。可以得到的结论是:温度是粒子运动的一个表现,当温度越低,粒子的动能就越低。

可以推测出,当温度等于绝对零度时,粒子则失去所有的动能,表现为静止不动。而一旦静止不动,粒子的位置就确定了,根据不确定性原理,粒子的位置越精确,动能就越大,这就与绝对零度状态下粒子无动能的结论矛盾,也就是违反了不确定性原理,所以绝对零度是达不到的。


位置越精确,动能就越大,反之亦然

到这里,逻辑自洽了,对普通人来说,不需要公式也能够理解量子力学的不确定性原理。

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