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海森堡的不确定性原理是怎么样得出来?

1924年,德布罗意提出了物质波,1925年1月,泡利提出了不相容原理,这是一个星光灿烂的年代,论文如雨后春笋般冒出来,稍微晚一步就会被人抢先,海森堡当然不会落后。

1925年,海森堡、波恩、约当提出了矩阵方程,这还不是测不准原理,不过这已经是量子力学的第一个数学表达形式了,不过好玩的是当初海森堡并不知道矩阵这种数学形式,都打算自己定义了,后来被提醒这东西早就有了,这说明海森堡数学水平一般,这一点很重要,后面会提到。

虐猫狂人薛定谔表示不服,矩阵那东西看不太明白,还是用爵爷创造的微积分吧,1926年,薛定谔用微积分推导出来了波动方程,大家一阵欢呼,因为大家都对微积分比较熟悉,可是这是不是说明海森堡错了呢?

当然不是,薛定谔证明矩阵方程和波动方程是等价的。

不过,海森堡感到很郁闷,明明是自己先提出了矩阵的思想,可是因为数学不行,被弄成了和波恩约当合作,薛定谔还证明了波动方程和矩阵方程等价,这该咋办啊。

1927年,海森堡提出了测不准原理,这次别人可抢不了了。

测不准原理是说不可能同时准确测出粒子的位置和速度,这个说法有点太玄妙了,已经有点不象物理学了,有点哲学意味了,没错,海森堡确实是一个哲学家。

这个原理一提出就引起了轩然大波,爱因斯坦那句“上帝不掷骰子”就是从这开始的,后来爱因斯坦提出EPR,就是俗称的量子纠缠,就是为了反对测不准原理,泡利第一个要海森堡做出解释,泡利啊,你这不是趁火打劫吗?虽然你自认为是爱神的马仔,也不能这样吧,毕竟你也是量子力学的一员大将不是,海森堡想了想没说话,薛定谔干脆扔出一只不死不活的猫来恶心量子学派,薛定谔你这是干嘛呢?你也是量子学派的一颗星星好不好?

扯远了,继续说测不准原理,虽然说测不准原理充满了哲学思辨,但也是计算出来的,海森堡虽然数学不咋地,但加上哲学家的思维就无往不利了。

对于量子力学和经典力学有一个比喻,是这么说的,经典力学的科学家是看看一场歌剧,无论观众如何叫好,都不会影响故事的情节,而量子力学就好比看一场足球比赛,观众的呐喊助威是会影响比赛的结果的。

具体来说,就是对粒子的测量方法是会影响测量结果的。

海森堡指出,要想测量粒子的位置和速度,最好是用光照到一个粒子上的方式来测量,一部分光波被此粒子散射开来,由此指明其位置。但不可能将粒子的位置确定到比光的两个波峰之间的距离更小的程度,所以为了精确测定粒子的位置,必须用短波长的光。

而普朗克指出,不能用任意小量的光,至少要用一个光子,而这个光子会扰动粒子,并以一种不能预见的方式改变粒子的速度。

所以,简单来说,就是如果要想测定一个粒子的精确位置的话,那么就需要用波长尽量短的波,这样的话,对这个粒子的扰动也会越大,对它的速度测量也会越不精确;如果想要精确测量一个粒子的速度,那就要用波长较长的波,那就不能精确测定它的位置。

海森堡经过计算得出,这个数学水平他还有,这就△x△p≥h/4π,其中h就是普朗克常数。

测不准原理的故事就说完了,但是海森堡的故事还没有完。

让我们回到那战火纷飞的年代,二战期间,谁先造出核武器就意味着谁掌握了战争的主动权,当时大家纷纷跑到了美国,但是海森堡却留下来为德国制造核武器,为什么呢?

没人知道,海森堡曾说过,他当时曾和老师玻尔约好,咱们谁也不造出原子弹,因为这种武器会敲响人类的丧钟,所以啊,我在德国,你在美国,咱们联手保护人类。不过这种说法并没有得到玻尔证实。

但是德国最后也没有造出原子弹来,为什么啊?还记得刚才那个知识点吗?因为海森堡数学差啊,他算错了数,当然,也可能是他故意算错的,不过,真相已经淹没在了历史的迷雾中。

不过,在1970年,海森堡获得了以他的老师玻尔名字命名的“玻尔国际奖章”,而这个奖章是专门奖给在原子能和平利用上做出巨大贡献的科学家的。

这是什么意思啊?太测不准了吧,对这就是海森堡,他的一生和他的理论一样充满了不确定性。




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