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能否直观地解释海森堡不确定性原理?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-09-01 09:13:51

因为海森堡不确定性原理并不是量子理论的严格属性。这是与波有关的一般性质。因此,它可以用波浪来解释;我指的是水波。

首先,让我们理解波的显著特性,使它们适用于量子理论。波可以干涉。因此,如果你观察到干涉现象,你所处理的是波状性质。这在双缝实验中得到了证明,在双缝实验中,可以使用一系列不同的源看到干涉图样。对于光来说,这就不重要了,因为我们已经认为光是一种波动现象。然而,这在粒子上也很明显,比如电子甚至整个原子。

能否直观地解释海森堡不确定性原理

正是这样的观察导致了Schrödinger方程的发展,该方程描述了量子态的演化。Schrödinger方程只是一个波动方程。

导致干涉的波的特性是,这种现象的周期性需要两个数字来描述;振幅和相位。此外,两个波相加就得到一个合成波形。然而,这个加法对任意数量的波都是有效的。

好了,让我们来解释为什么波会自然地表现出海森堡不确定性关系。这是因为波的位置是不容易实现的,因为波不是局部现象。想象一下海浪卷到海滩上。我们可以讨论波前,因为这种波存在于空间的扩展区域。这使得确定一个位置相当困难。任何位置测量都会有很大的不确定性,因为一个波同时存在于空间中的许多位置。我们怎样使波定位到特定的位置?我们可以把石子扔进池塘里。在碰撞点的综合扰动可以很好地定义。然后扰动从最初的飞溅向外传播,形成同心的扰动环,扰动环从飞溅的各个方向传播……这是一个重要的观察结果。为了得到一个明确的位置,波需要向各个方向传播。

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动力怎么样?动量是一个矢量。这意味着它有明确的运动方向。想象一下海浪翻滚到海滩上。它们的移动方向很容易确定;向海滩。

这里有个问题。与明确的位置相关联的波没有确定的运动方向,因此也没有确定的动量。同样地,具有完美定义动量的波是没有确定位置的无限平面波。对于波,这两个性质是完全不相容的,称为共轭变量。

那么,合理的问题将是,在多大程度上可以同时定义一个波的位置和动量。可以用这些测量的不确定度的乘积来表示。这就是海森堡不确定性关系。这是一种与任何波动现象相关的普遍关系。

真正的问题是为什么海森堡不确定性关系适用于量子现象。如前所述,这是由于对干涉的观察,而干涉不能与粒子的经典概念相联系。
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