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量子理论中的不确定性到底是由观察导致的还是微观物质的本质属性?
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2017.10.27 内蒙古

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这是一个非常专业的问题,不过但凡是看过“测不准原理”、甚至即使只是听说过这个词的人,都自然会产生这个问题。

对此首先要指出一点,所谓“测不准原理”的英文原名是uncertainty principle,直译是“不确定原理”。事实上,在正规的量子力学教科书中,也都是用“不确定原理”来称呼这个定理的,——是的,它是一个定理,是通过数学严格地证明的,并不是许多人以为的那样不管你信不信一上来就栽给你的。

我知道不少人把不确定原理理解为来自观测对体系的干扰。例如常见的说法像这样:你如果要观测一个物体的状态,就至少要发一个光子去看。对于宏观物体,一个光子对它的影响可以忽略。但对于微观物体,例如一个电子,一个光子就会对它的状态产生不可忽略的影响。因此,你不能同时精确地测量一个电子的位置和动量。

这种说法听起来好像挺有道理,但在大多数科学家看来,味道很坏。坏在什么地方呢?它给人感觉,一个电子在测量之前就有一个确定的位置和一个确定的动量。但按照量子力学对位置和动量测量值的定义,在很多情况下(其实是绝大多数情况),一个电子在测量之前并没有确定的位置,也没有确定的动量。它有的是位置的分布,和动量的分布,而不是一个确定值。

此外,这种说法还令人忍不住会去想:如果我发现一种更小的观测粒子,发明一种新的观测手段,对体系的干扰更弱,是不是就可以同时测准体系的位置和动量了呢?但实际上,体系的位置和动量不能同时测准,是一个数学定理,它完全不依赖于对测量方法的选择。无论你再怎么改进测量方法,也不可能改变这一点。因此,这个联想是非常糟糕的。

令人头疼的是,提出不确定关系的海森堡本人,就喜欢用这种说法。但在他之后,大多数科学家并不采用这种说法,因为大家都受够了它的种种缺点,宁可采用精确的数学描述。

海森堡

因此,对这个问题的回答是:大多数科学家认为,量子力学中的不确定性是物质的本质属性,不是由观察导致的。当然,如果你愿意,采用海森堡的说法也是你的自由,别人不能把你怎么样,但这种说法的多重恶劣之处,你也应该知道。

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