又名“測不準(zhǔn)原理”、“不肯定關(guān)系”,英文"Uncertainty principle",是量子力學(xué)的一個(gè)根本原理,由德國物理學(xué)家海森堡于1927年提出。本身為傅立葉變換導(dǎo)出的基礎(chǔ)關(guān)系:若復(fù)函數(shù)f(x)與F(k)構(gòu)成傅立葉變換對,且已由其幅度的平方回一化(即f*(x)f(x)相當(dāng)于x的概率密度;F*(k)F(k)/2π相當(dāng)于k的概率密度,*表現(xiàn)復(fù)共軛),則無論f(x)的情勢如何,x與k尺度差的乘積ΔxΔk不會(huì)小于某個(gè)常數(shù)(該常數(shù)的具體情勢與f(x)的形式有關(guān))。
意義:該原理表明:一個(gè)微觀粒子的某些物理量(如位置和動(dòng)量,或方位角與動(dòng)量矩,還有時(shí)光和能量等),不可能同時(shí)具有確定的數(shù)值,其中一個(gè)量越確定,另一個(gè)量的不確定程度就越大。測量一對共軛量的誤差(尺度差)的乘積必定大于常數(shù) h/4π (h是普朗克常數(shù))是海森堡在1927年首先提出的,它反應(yīng)了微觀粒子活動(dòng)的基礎(chǔ)規(guī)律——以共軛量為自變量的概率幅函數(shù)(波函數(shù))構(gòu)成傅立葉變換對,工業(yè)顯微鏡價(jià)格;以及量子力學(xué)的根本關(guān)系(E=h/2π*ω,p=h/2π*k),是物理學(xué)中又一條主要原理。
海森伯測不準(zhǔn)原理 海森伯測不準(zhǔn)原理是通過一些試驗(yàn)來論證的。假想用一個(gè)γ射線顯微鏡來察看一個(gè)電子的坐標(biāo),由于γ射線顯微鏡的分辯本事受到波長λ的限制,所用光的波長λ越短,顯微鏡的辨別率越高,從而測定電子坐標(biāo)不斷定的水平△q就越小,所以△q∝λ。但另一方面,光照耀到電子,可以看成是光量子和電子的碰撞,波長λ越短,光量子的動(dòng)量就越大,所以有△p∝1/λ。經(jīng)過一番推理盤算,海森伯得出:△q△p≥h/4π。海森伯寫道:“在地位被測定的一瞬,即當(dāng)光子正被電子偏轉(zhuǎn)時(shí),電子的動(dòng)量產(chǎn)生一個(gè)不持續(xù)的變更,因此,在確知電子地位的瞬間,關(guān)于它的動(dòng)量我們就只能知道相應(yīng)于其不持續(xù)變更的大小的水平。于是,地位測定得越正確,動(dòng)量的測定就越不精確,反之亦然。”
海森伯還通過對肯定原子磁矩的斯特恩-蓋拉赫試驗(yàn)的剖析證實(shí),原子穿過偏轉(zhuǎn)所費(fèi)的時(shí)光△T越長,能量丈量中的不斷定性△E就越小。再加上德布羅意關(guān)系λ=h/p,海森伯得到△E△T≥h/2π,并且作出結(jié)論:“能量的正確測定如何,只有靠相應(yīng)的對時(shí)光的測不準(zhǔn)量才干得到?!?
宿命論 很多人強(qiáng)烈地抵制這種科學(xué)宿命論的教義,他們覺得這侵略了上帝干預(yù)世界的自由。但直到20世紀(jì)初,這種觀念仍被以為是科學(xué)的尺度假定。這種信心必須被擯棄的一個(gè)Zui初的征兆,是由英國科學(xué)家瑞利勛爵和詹姆斯?金斯爵士所做的盤算,他們指出一個(gè)熱的物體——例如恒星——必須以無窮大的速率輻射出能量。依照當(dāng)時(shí)我們所信任的定律,一個(gè)熱體必須在所有的頻段同等地發(fā)出電磁波(諸如無線電波、可見光或X射線)。例如,一個(gè)熱體在1萬億赫茲到2萬億赫茲頻率之間發(fā)出和在2萬億赫茲到3萬億赫茲頻率之間同樣能量的波。而既然波的頻譜是無窮的,這意味著輻射出的總能量必須是無窮的。
量子假設(shè) 為了避免這顯然荒誕的成果,德國科學(xué)家馬克斯?普郎克在1900年提出,光波、X射線和其他波不能以任意的速率輻射,而必需以某種稱為量子的情勢發(fā)射。并且,每個(gè)量子具有斷定的能量,波的頻率越高,其能量越大。這樣,在足夠高的頻率下,輻射單獨(dú)量子所須要的能量比所能得到的還要多。因此,在高頻下輻射被減少了,物體損失能量的速率變成有限的了。
量子假設(shè)的意義 量子假設(shè)可以非常好地說明所觀測到的熱體的發(fā)射率,但直到1926年另一個(gè)德國科學(xué)家威納?海森堡提出有名的不確定性原理之后,它對宿命論的含義才被意識到。為了預(yù)言一個(gè)粒子未來的位置和速度,人們必需能準(zhǔn)確地丈量它現(xiàn)在的位置和速度。顯而易見的措施是將光照到這粒子上,一部分光波被此粒子散射開來,由此指明它的位置。然而,人們不可能將粒子的位置確定到比光的兩個(gè)波峰之間間隔更小的水平,所以必需用短波長的光來丈量粒子的位置。現(xiàn)在,由普郎克的量子假設(shè),人們不能用任意少的光的數(shù)目,至少要用一個(gè)光量子。這量子會(huì)擾動(dòng)這粒子,并以一種不能預(yù)感的方法轉(zhuǎn)變粒子的速度。而且,位置測量得越精確,所需的波長就越短,單獨(dú)量子的能量就越大,這樣粒子的速度就被擾動(dòng)得越厲害。換言之,你對粒子的位置測量得越精確,你對速度的測量就越不正確,反之亦然。海森堡指出,粒子位置的不肯定性乘上粒子質(zhì)量再乘以速度的不確定性不能小于一個(gè)確定量——普郎克常數(shù)。并且,這個(gè)極限既不依附于測量粒子位置和速度的方式,也不依附于粒子的種類。海森堡不確定性原理是世界的一個(gè)基礎(chǔ)的不可躲避的性質(zhì)。
本文地址:http://m.hkxccw.cn/news/152.html
出自: 顯微鏡報(bào)價(jià)網(wǎng) 轉(zhuǎn)載時(shí)請標(biāo)明出處.







