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我们经常说微观粒子 , 导致很多人误认为微观粒子是一种实心的小球 。
其实微观粒子的本质更像是一种波 。 如果要彻底搞懂量子力学 , 首先就要默认所有的粒子都是波 。 这种波并非类似水波 , 声波这样的机械波 。
微观粒子都是以波的形式呈现的 , 从而弥漫整个宇宙空间 , 理论上所有波都可以弥漫到宇宙边缘 。 虽然波的空间尺度是无限远的 , 但是波的能量往往会聚集到某个固定的空间尺度上 , 从而形成波包 。
波包越聚集 , 就越像粒子 。 这也是波粒二象性的体现 。
事实上 , 测不准原理正是由波粒二象性造成的 。
现在我们将微观粒子想象成一个具有波动性的波包 。 这个波包越聚集 , 就越像粒子 , 越分散就越像波 。 波包有两个显著的物理量 , 一个是位置 , 一个是动量 。
你可以将波包的位置理解成宽度 , 动量理解成能量 。
如果我们要测量这个波包(粒子)的位置(宽度) , 那么就需要用光子撞击波包 , 通过光子探测到的信息就可以确定波包的位置 。
但你会发现 , 这样得到的波包位置(宽度)范围比较广 , 如果想要得到更加精确的位置 , 你就必须提高光子的能量去撞击波包 , 导致波包吸收能量后 , 更加聚集 , 所以宽度就越窄 , 更像是一个粒子 , 位置也就测得越精确 。
但这时候 , 位置是测量精确了 , 但是波包因为吸收了光子的能量 , 导致动量增加 , 所以波包的动量就和起始的动量相差甚远 。 所以你测量到的动量信息就越不精确 。
如果你要精确测量波包的动量 , 就得降低光子的能量 , 这样一来 , 波包的宽度就比较大了 , 所以位置就测量得越不准确 。
对于这个现象 , 海森堡就认为 , 粒子(波包)的位置和动量信息不能同时精确测量 , 位置测得越精确 , 动量就越不精确 , 反之亦然!并且认为这主要是由于测量仪器发射的粒子造成的 。
但是当代的量子理论认为:海森堡的这种解释并不是十分正确 , 测量仪器固然会对被测量对象造成干扰 , 但是这不是主要原因 。
主要原因是粒子的本质就是波包 , 测量波包的精确位置就相当测量 绳摆产生的波动位置 , 这是毫无意义的 , 因为波就不可能存在完美的位置 , 测量动量也是这个道理 , 粒子不存在完美的动量 。
所以现代物理学认为 , 测不准原理的本质并不是实验仪器造成的 , 而是微观粒子的内禀属性 。
用“测不准原理”这一物理名词会误导大众 , 让人误以为是人类科技手段有限造成的测不准 。 如今测不准原理早已被改成不确定性原理的叫法 。
微观粒子还有一个十分普遍的特性 , 那就是态叠加原理 。 这个原理的数学解释十分晦涩 , 且枯燥 。 态叠加就是我们常说的量子叠加 。
比如电子的自旋 , 即是上旋又同时是下旋 。 这种匪夷所思的现象也令薛定谔困惑 , 为了通俗地解释量子叠加 , 所以就将其拓展到宏观世界 , 也就是那只既死又活的猫 。
其实你只要将微观粒子想象成波 , 那就很容易理解量子叠加 。
这条波弥漫整个宇宙空间 , 但并不是均匀分布的 , 波上有个波包 , 波包在哪 , 我们就说这个粒子在哪 。
问题是 , 理论上这个波包可以出现在这条波上的任何位置上 。 而波又弥漫整个空间 , 所以我们才说粒子可以出现在空间上的任何一个位置 。
测量之所以会导致量子叠加态消失 , 是因为测量仪器肯定需要发射某些粒子探测 被测量粒子(波) , 被测量粒子原先的叠加态就会因为这些粒子的干扰而消失 。 这就是测量坍塌效应 。 (理性讨论延迟选择量子擦除实验)
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