海森堡不确定性原理是什么?

时间:2021-04-30 08:30:36   作者:
根据海森堡的不确定性原理,两个共轭变量,如沿同一轴的位置和动量不能同时具有任意精确的值。两个变量的不确定性乘积必须大于普朗克常数。这是物质波动性质的结果。

这通常被误解为你不能同时对x轴动量和沿x轴的位置或同一粒子进行精确的测量(即对小数点后任意多位)。这个理解是不正确的。它来自于混淆了在一种状态下制备粒子和测量粒子状态的概念。实际上,海森堡的显微镜思维实验造成了这种困惑。

这个理论只是说,你不能准备一个粒子,让它同时拥有动量和位置的精确值。区别在于你可以同时测量x和p并得到精确的值,但是当你用完全相同的粒子制备重复这一过程时,测量将产生不同的值。所以即使你测量了精确的值,你也不能说粒子有那些独立于测量的值。如果你重复实验很多次,测量值的散点将满足海森堡不确定性原理。

为了说明,你可以准备粒子,使它们的位置只有很小的不确定性,当你测量它们的位置和动量时,你将得到一个散点图,像下面的蓝色点。

海森堡不确定性原理是什么?

每个点都是动量p和位置q的精确测量值。但是因为位置上的散射很小,动量上的散射就会很大——不确定性原理就会得到满足。红点说明了互补的情况,即粒子在动量上有小的散射,但在位置上有大的散射。黑点说明了动量散射体和位置散射体是相似的。

顺便说一句,由海森堡的不确定性造成的固有散射在大多数情况下是非常小的,除了在精确的实验室测量中,会被测量中其他来源的可变性所淹没。
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