1927年, 维尔纳·海森堡(Werner Karl Heisenberg)提出量子测不准原理,1932年他被授予诺贝尔物理学奖,从此他封神现代物理学史话。在海森堡之前,种种迹象已经表明,微观粒子在行为上呈现出令人困惑的现象。比如,明明是粒子的微观粒子为何在行为上表现出只有波应该有的特性呢?无论的干涉条纹的出现,还是衍射现象,都无一例外的证实着这样一个现实。
测不准原理的发现,来源于海森堡对电子行为的测量。他发现,如果在要对电子的位置进行精确测量,那么电子的速度就越无法测量。我们知道,我们要感知一样物体,必须得让光子照射到物体上,进而通过光子的反射来感知它。在宏观世界,因为宏观物体的质量很大,光子照射到物体上对其造成的偏差只有一个原子核直径亿万分之一的大小,即可以完全忽略。但是,在对电子这类小质量物体测量时,光子对其造成的干扰可以达到100万倍的原子核直径偏差。
测不准原理,表面上看好像是人类测量手段受限导致的局限,而不应该看作是一个定律。但是,随着科学家对量子力学的进一步研究推导,微观微粒的动量和位置确实符合公式定律。如果拿公式来描述的话,可以如此描述:
(△x)×(△p)≈h
位置的不确定性乘以动量的不确定性约等于普朗克常数。在这里,位置即电子在具体空间的定位,而动量其实是电子速度和质量的乘积,动量其实反映的是电子的速度,因为电子的质量是一个固定值。在该方程式中,如果△x越小,那么△p就越大,换句话说,如果我们要对电子的位置进行精准测量,那么对电子动量的测量就越不准确。
当科学家们发现这样一条令人无比费解的定律时,很多人对此难以置信。他们对实验结果进行过反反复复的验证,但是每次得到的结果都高度吻合上述公式。量子力学这种诡异特性,让当时的著名量子力学物理学家玻尔感慨地说道:“如果一个人对量子力学不感到困惑,那只能说他还不理解量子力学。”
在测不准原理下的量子力学无不说明微观粒子的不确定性,人们无法知晓粒子的具体位置在哪。比如,在一条过山车轨道上,车子停在最低点,在经典宏观物理的世界里,如果我们不对车子施加一个外力,车子就会一直停留在那个最低点,车子的位置是实实在在确定可测量的。但是,如果我们把一个电子放在过山车的最低点,这时海森堡不确定性原理禁止电子简单的呆在轨道的最低点不动,因为如果这样,我们就同时知道了电子的位置和动量了。于是,有趣的现象出现了,我们可以看见电子永恒地绕着轨道的最低点前后不停的运动,永远都不能停下来。这种持续不断的运动,在物理学中有个著名的名字:零点运动。因为电子必须永远运动,所以电子的能量永远也不能为零,此时电子具有的能量叫做“零点能”。
联系客服