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如果这样比喻都还搞不懂量子力学这个基本原理,我也就只能呵呵了

海森堡不确定性原理是量子力学的基础,意思大概是,在微观世界里,一个粒子的位置和动量不可能同时被确认,一个测得越准确,另一个就越不准确。如果用太阳系来作比喻,就是我们不可能在某一时刻,同时把火星在太阳系的位置和速度测量准确。这明显不科学,几百年前的古人可能不行,但现在,我们不但能准确测量某一时刻火星的位置和速度,还可以准确地知道在下一刻或已经过去的某一刻火星的位置和速度。

不确定性原理已经经过无数实验的检验,迄今为止尚没有案例证明它是错误的,科学家们也给出了无数的解释,可没有一个解释能让所有人都信服,所以费曼称没有人懂量子力学。科学家们就在这种似懂非懂中蹒跚而行,量子理论也在懵懵懂懂中为现代文明带来了无数的科技成果。也许世界本来就是不确定性的,但笔者仍然想了一个比喻来解释这个不确定性原理,读者朋友们看有没有一定的道理。

现在我们把一个人放大到比宇宙还大得多,我们称他为宇宙人。这时候宇宙在他眼里就变成了一团物质,比如一个球体或者一团絮状物质什么的。他制造了一个巨大的显微镜来研究宇宙,结果发现宇宙是像丝瓜布一样的纤维状结构,就像我们用显微镜看植物纤维一样。

为了看到更微小的结构,他制作了一台倍数更大的显微镜,这时候他看到的宇宙是由星系团组成的,就像我们用倍数更大的显微镜看纤维中的细胞一样;

但他再也无法加大显微镜的倍数了,因为像他那么巨大的人,不可能再通过光学手段看到星系、恒星,就像我们无法用光学显微镜看清分子结构一样。于是这个人绞尽脑汁,发明了一台恒星显微镜,可以探测到星系的形状,就像我们用电子显微镜可以观察到分子结构及原子排列一样。

我们如果还要观察原子甚至质子中子层面的粒子,就必须借助于粒子对撞机,将粒子加速到很高的能量互相撞击,造成粒子分裂,通过测量碎片的轨迹来间接探测原子核、质子、中子及其它基本粒子,分析得出它们的质量、大小等信息。同样,这个宇宙巨人如果还要观测恒星系统,他就得制造恒星对撞机,把恒星加速来互相碰撞,通过碎片的轨迹来分析恒星以及飞散出去的行星的质量、大小等信息。所以如果有一天,突然从远处飞来一颗巨大的恒星撞入我们的太阳系,请大家不要悲伤,而是要壮怀激烈,引吭高歌,因为那是宇宙人在为我们证明,我们的宇宙其实只是组成上一个层级物质的一部分。

现在你可以知道我们为什么测不准量子世界粒子的状态了,因为任何测量手段都会改变粒子的状态,就像宇宙巨人测量我们的太阳系一样,不管他如何测量,总会扰乱太阳系的运行,要么把太阳系撞出银河系,要么把太阳系撞毁,行星飞溅。如果他的科技不发达,发射过来的恒星速度不够快,它的引力至少也会把太阳系给转个几圈,换个方向。对宇宙人来说,恒星系统就处于不确定性状态,不可能精确测量,只要他测量了,太阳系就不可能再保持原来的状态,我们测量量子世界的粒子属性也是这样,这就是海森堡测不准原理的宏观宇宙模型。

宇宙人不可能操纵比恒星更小的东西,所以他们的探测只能到恒星这一层,最多能再模模糊糊了解一些行星或者卫星、碎片的情况,更多的要靠猜想和推理以及数学模型的计算,我们研究量子理论也是这样。要探索到我们的原子这一层,宇宙人是永远也无法做到的,原子对他们来说,就像我们眼中的普朗克尺度(普朗克时间5.39121×10^?44秒,普朗克长度1.616252×10^?35米),除了我们的思想外,再没有任何工具能探测到它们了。人类创造了超弦理论来描述普朗克尺度的物质,宇宙人又该用什么理论来描述我们的原子世界呢?

好吧,笔者承认已经殚精竭虑了,如果这样都还搞不懂海森堡不确定性原理,我也就只能呵呵了……:)

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