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不确定性原理

不确定性原理是物理学中的第二件事情已经引起了公众的想象力. (第一个是 E=mc^2.) 它说,一些看似简单的 — 可以测量系统的两个互补的属性只能在一定的精度. 例如, 如果你试图找出其中一个电子是 (测量其位置, 就是说) 更多和更精确地, 它的速度逐渐变得更加不确定 (或, 动量测量变得不精确).

哪里这个原则来自? 之前,我们可以问这个问题, 我们要研究一下原理真正说. 这里有几个可能的解释:

  1. 一个粒子的位置和动量本质上是相互关联的. 正如我们更精确地测量动量, 粒子种 “向外扩散,” 乔治·伽莫夫的性格, 先生. 汤普金斯, 把它. 换句话说, 这只是其中的一件事情; 世界的运作方式.
  2. 当我们衡量的位置, 我们打​​扰势头. 我们的测量探头 “太胖,” 因为它是. 当我们提高位置精度 (由波长较短的光闪耀, 例如), 我们打​​扰的势头越来越多 (因为较短波长的光具有更高的能量/动量).
  3. 与此密切相关的解释是认为测不准原理是一个感性的限制.
  4. 我们也可以想到的不确定性原理的认知极限,如果我们考虑到未来的理论可能超越这些限制.

行, 最后两种解释都是我自己, 所以我们不会详细讨论这里.

第一种观点是目前比较流行的,它与量子力学的所谓哥本哈根解释. 这是一种像印度教的封闭声明 — “这样是绝对的性质,” 例如. 准确, 可能是. 但没有什么实际用途. 让我们忽略它,因为这是不讨论过于开放.

第二种解释通常被理解为一个实验困难. 但是,如果实验装置的概念被扩展到包括不可避免人类观察者, 我们在感性限制的第三种观点到货. 在此视图中, 它实际上是可能的 “派生” 测不准原理.

让我们假定,我们使用的是光的波长的光束 \lambda 观察粒子. 在位置的精度,我们希望能做到的是顺序 \lambda. 换句话说, \Delta x \approx \lambda. 在量子力学, 在光束的每个光子的动量成反比的波长. 至少有一个光子被反射粒子,让我们可以看到它. 所以, 由经典守恒定律, 粒子的动量具有至少改变由 \Delta p \approx 不变\lambda 从什么是测量前. 因此,, 通过感性论据, 我们得到类似海森堡测不准原理的东西 \Delta x \Delta p = 不变.

我们可以使这种说法更严格, 并获得恒定的值的估计. 显微镜的分辨率由经验式给出 0.61\lambda/NA, 哪里 NA 是数值孔径, 其中有一个的最大值. 因此,, 最好的空间分辨率 0.61\lambda. 在光束的每个光子具有动量 2\pi\hbar/\lambda, 这是在粒子动量的不确定性. 所以我们得到 \Delta x \Delta p = (0.61\lambda)(2\pi\hbar) \approx 4\hbar, 震级大于量子力学极限大约订单. 通过更严格的统计参数, 相关的空间分辨率和预期的动量转移, 它可能可以通过这种推理得出的海森堡不确定原理.

如果我们考虑的哲学观点,即我们的现实是我们的知觉刺激认知模型 (这是有道理的我只能查看), 不确定性原理是一个认知的限制也是我第四次演绎持有一点水.

参考

这篇文章的后半部分是从我的书的摘录, 虚幻宇宙.