
你想同时知道一个微观粒子的精确位置和准确速度吗?对不起,不行。
这不是个技术问题,而是自然法则的终极限制,它由海森堡的不确定性原理规定:Δx · Δp ≥ ħ/2。
这个看起来异常简洁的公式堪称量子世界的最高宪法之一,它的意思是:
一个粒子位置的确定度(Δx)和动量的确定度(Δp)的乘积,永远大于或等于一个极小但非零的值(约化普朗克常数 ħ 的一半)。
大白话解释就是:你越想搞懂粒子的位置(Δx越小),粒子的动量就越模糊不清(Δp越大);反之亦然。
这并非因为我们的显微镜不够先进或者测量技术粗糙导致的误差。
而是受制于数学结构的约束,以及自然本身的根本属性,它源自于量子的波粒二象性。
关于上面这句话的底层逻辑,大部分人可以不用太去考究,你只需要记住:一个粒子同时也是一个概率波,这是由波动性本身的数学性质决定的。
不确定原理是自然设定的一道终极禁令,它禁止我们窥探微观世界的全部细节,它定义了微观世界测不准的模糊底色。
以上是一些关于量子世界的核心底层规则,略显枯燥乏味,下面讲点有意思的。
你知道吗?这种永恒存在的不确定性,其直接源自于测量行为本身对被测量对象的根本性扰动,也就是说,这种不确定性受到了观察者你的直接影响。
有人质疑,神棍又开始说玄学,好吧,下面讲的全是科学。
科学上,为了看清一个粒子,你必须用另一个粒子去撞击它,这个撞击本身就会不可避免地改变原粒子的状态。
也就是说,你无法在不发生干扰的情况下获取粒子的信息。在量子世界,观察者不再是旁观者,而是与系统相互作用的参与者。
由此还得出一个推论:
不确定性原理给拉普拉斯的决定论基本判了死刑,即知道宇宙此刻所有粒子的状态就能推演未来和过去一切,这是不可能的。
以上就是量子力学中不确定原理的核心思想。
不过此时此刻,神棍更想说的是:
不确定性虽是数学性质设定的一个不可跨越的极限,但是,这种极限和不可能并非缺憾,反而是一种根本上的必须:
不确定性构成了宇宙逻辑自洽的必要条件。
类似的不确定性关系也存在于能量和时间等其他共轭性质的物理量之间,它们的乘积也满足ΔE·Δt ≥ ħ/2。
能量-时间不确定性允许了量子涨落的发生:在极短的时间内,能量可以不守恒,从而允许虚粒子对从真空中凭空产生又湮灭,而这是一切存在的关键源头。
也就是说,确定意味着系统的坍塌,而不确定确保了量子世界的稳定。
不确定性原理永远预留了一定的概率和自由空间,以确保新鲜事物得以持续涌现。
而在一个处处确定、分毫不差的宇宙里(已坍缩),恐怕不会有生命和我们的容身之地。
