海森堡测不准原理

海森堡测不准原理

量子力学关于物理量测量的原理，表明粒子的位置与动量不可同时被确定。它反映了微观客体的特征。
该原理是德国物理学家沃纳·卡尔·海森堡于1927年通过对理想实验的分析提出来的，不久就被证明可以从量子力学的基本原理及其相应的数学形式中把它推导出来。
根据这个原理，微观客体的任何一对互为共轭的物理量，如坐标和动量，都不可能同时具有确定值，即不可能对它们的测量结果同时作出准确预言。长久以来，不确定性原理与另一种类似的物理效应（称为观察者效应）时常会被混淆在一起。

要解释测不准的问题，我们先得问一问：什么叫做测准
了？当你深信你精确地了解到某种物体的某种性质时，那么，
不管你得到的数据怎么样，你都确信它没有问题。
　　但是，你怎样才能了解到那个物体的某种性质呢？无论
用什么方法，你都必定要同那个物体发生相互作用。你必须
把它称一称，看看它有多重；或者把它敲一敲，看看它的硬
度有多大；再不然，你就得直盯着它，看看它在什么地方。
而这时就必定有相互作用，不过这些相互作用是比较缓和的。
　　现在我就可以争辩说，这种相互作用总是会给你所力求
测定的那种性质本身带来一些变化。换句话说，在了解某种
事物时会由于了解它那个动作本身而使那种事物发生改变，
因此，归根结蒂，你根本没有精确地了解到这种事物。
　　举个例子吧，假定你想测量出澡盆里热水的温度。于是，
你把一根温度计放入水中，对水的温度进行测量。可是温度
计是凉的，它放入水中就会使水的温度稍稍降低。这时，你
仍然可以得到热水温度的很好的近似值，但是它不会精确到
一万亿分之一度。温度计已经改变了它所要测量的那个温度，
而这种变化几乎是无法测出的。
　　再举个例子，假定你想测量轮胎中的空气压力，你就要
让轮胎逸出极小量的空气来推动测压计的活塞。但是，有空
气逸出这个事实就说明，空气的压力已经由于测量它这一动
作而稍稍降低了。
　　有没有可能发明一些非常微小、非常灵敏，而又不直接
同所要测量的性质发生关系的测量器件和方法，因而也就根
本不会给所要测量的性质带来丝毫变化呢？
　　德国物理学家维尔纳·海森堡在１９２７年断言说，这
是不可能做到的。一个测量器件只能小到这种程度：它可以
小到同一个亚原子粒子一样小，但却不能小于亚原子粒子。
它所使用的能量可以小到等于一个能量子，但再小就不行了。
然而，只要有一个粒子和一个能量子就已经足以带来一定的
变化了。即使你只不过为了看到某种东西而瞧它，你也得靠
从这个物体上弹回来的光子才能看到它，而这就已经使它发
生变化了。
　　这样的变化是极其微小的，在日常生活中我们可以把它
们忽略掉，而且我们也正是这样做的——但是，这种变化仍
然存在。不过，要是你所碰到的是极其微小的物体，这时就
连极其微小的变化也显得挺大，那又会出现什么情况呢？
　　例如，如果你想要说出某个电子的位置，那么，为了
“看到”这个电子，你就得让一个光量子（更可能是一个γ
射线光子）从它上面弹回来。这样一来，那个光子就会使电
子的位置发生变化。
　　具体地说吧，海森堡成功地证明了，我们不可能设想出
任何一种办法，把任何一种物体的位置和动量两者同时精确
地测量下来。你把位置测定得越准确，你所能测得的动量就
越不准确，你测得的动量越准确，你所能测定的位置就越不
准确。他还计算出这两种性质的不准确度（即“测不准度”）
应该是多大，这就是他的“测不准原理”。
　　这个原理指出，宇宙具有某种“微粒性”。你要是尽力
把报纸上的图象放大，最后，你就会把它放大到这样一个程
度：你会看到许多细小的颗粒或是斑点，而根本看不到图象
的详细结构。如果你想细致地观察宇宙，你也会碰到同样的
情况。
　　这一点使某些人感到失望，他们把这个原理看作是人类
永远无知的自供状。但事情根本不是如此。我们感兴趣的是
想知道宇宙是怎样工作，而测不准原理正好是宇宙的工作的
一个关键性因素，宇宙存在着“微粒性”，问题就在这里。
海森堡为我们指出了这一点，对此，物理学家是非常感激的。 文章引用自： http://www.oursci.org/lib/explain/Expl053.htm

测不准原理，是量子力学的一个基本原理，由德国物理学家海森堡于1927年提出。测不准原理表明，粒子的位置与动量不可同时被确定，即如果粒子通过同一位置的动量具有不确定性，粒子具有相同动量时其位置具有不确定性。

不确定性原理（Uncertainty principle），是量子力学的一个基本原理，由德国物理学家海森堡（Werner Heisenberg）于1927年提出。本身为傅立叶变换导出的基本关系：若复函数f(x)与F(k)构成傅立叶变换对，且已由其幅度的平方归一化（即f*(x)f(x)相当于x的概率密度；F*(k)F(k)/2π相当于k的概率密度，*表示复共轭），则无论f(x)的形式如何，x与k标准差的乘积ΔxΔk不会小于某个常数（该常数的具体形式与f(x)的形式有关）
　　测不准原理
　　德国物理学家海森堡1927年提出的不确定性原理是量子力学的产物 。这项原则陈述了精确确定一个粒子，例如原子周围的电子的位置和动量是有限制。这个不确定性来自两个因素，首先测量某东西的行为将会不可避免地扰乱那个事物，从而改变它的状态；其次，因为量子世界不是具体的，但基于概率，精确确定一个粒子状态存在更深刻更根本的限制。
　　海森伯测不准原理是通过一些实验来论证的。设想用一个γ射线显微镜来观察一个电子的坐标，因为γ射线显微镜的分辨本领受到波长λ的限制，所用光的波长λ越短，显微镜的分辨率越高，从而测定电子坐标不确定的程度△q就越小，所以△q∝λ。但另一方面，光照射到电子，可以看成是光量子和电子的碰撞，波长λ越短，光量子的动量就越大，所以有△q∝1/λ。再比如，用将光照到一个粒子上的方式来测量一个粒子的位置和速度，一部分光波被此粒子散射开来，由此指明其位置。但人们不可能将粒子的位置确定到比光的两个波峰之间的距离更小的程度，所以为了精确测定粒子的位置，必须用短波长的光。但普朗克的量子假设，人们不能用任意小量的光：人们至少要用一个光量子。这量子会扰动粒子，并以一种不能预见的方式改变粒子的速度。所以，位置要测得越准确，所需波长就要越短，单个量子的能量就越大，这样粒子的速度就被扰动得更厉害。简单来说，就是如果要想测定一个量子的精确位置的话，那么就需要用波长尽量短的波，这样的话，对这个量子的扰动也会越大，对它的速度测量也会越不精确。如果想要精确测量一个量子的速度，那就要用波长较长的波，那就不能精确测定它的位置。换而言之，对粒子的位置测得越准确，对粒子的速度的测量就越不准确，反之亦然。经过一番推理计算，海森伯得出：△q△p≥ħ/2。海森伯写道：“在位置被测定的一瞬，即当光子正被电子偏转时，电子的动量发生一个不连续的变化，因此，在确知电子位置的瞬间，关于它的动量我们就只能知道相应于其不连续变化的大小的程度。于是，位置测定得越准确，动量的测定就越不准确，反之亦然。”=
　　海森伯还通过对确定原子磁矩的斯特恩-盖拉赫实验的分析证明，原子穿过偏转所费的时间△T越长，能量测量中的不确定性△E就越小。再加上德布罗意关系λ=h/p，海森伯得到△E△T≥h/4π，并且作出结论：“能量的准确测定如何，只有靠相应的对时间的测不准量才能得到。”