宇宙探索１００问

什么叫不确定性原理？

根据经典物理学，如果我们要预言一个基本粒子未来的位置和运动速度，就必须准确地测量出它现在的位置和速度。但是，德国科学家威·海森堡发现，对基本粒子的位置测量得越准确，对速度的测量就越不准确。反过来也一样，对速度测量得越准确，对位置的测量就越不准确。

由此，海森堡在1926年提出了粒子的“测不准原理”，也就是“不确定性原理”。它的含义是：不可能知道一个粒子在什么位置上，同时又知道它如何运动。位置与运动(严格地说是动量)构成微观粒子实在性互不相容的两个方面。海森堡指出，粒子位置的不确定性乘上粒子质量，再乘以速度的不确定性，不能小于普朗克常数。

微观粒子为什么测不准？

我们知道，要对一个粒子进行测量，就必须用光去照射它，这样，一部分光波被这个粒子散射开去，由此就指明了它的位置，然后用光波的波长为尺度，对它的位置进行测量。但是，如果光波的波长比粒子的尺度还大，那是无法测量的。因而，为了准确地测量粒子的位置，就必须用短波长的光，也就是用能量大的光去测量。我们知道，光是量子化的，即光是一个个能量包，而我们最少要用一个光量子去对粒子进行测量。这样，一个能量更大的光量子打在那个被测量的粒子上，就会对那个粒子造成扰动，不仅会使那个粒子改变位置，而且会使那个粒子以不可预见的方式改变运动速度。照射的光量子的波长越短，能量越大，对粒子的扰动越大，因而对位置和速度的测量越不准确。如取其一，则位置测量得越准确，速度就测量得越不准确，反之亦然。

什么叫“薛定谔猫”？

量子力学的创始人之一埃·薛定谔在1935年做了一个思维实验，设想在一个与外界完全隔绝的容器中放一只活猫，容器中有一个盛有毒药的密封玻璃瓶，瓶的上方安装着一台仪器，它可以被诸如放射性原子衰变等量子事件所触发，从而使一把锤子下落，打碎玻璃瓶，使毒药散发出来，将猫毒死。如果没有原子衰变等量子事件发生，则猫继续活着。按照人们的一般常识来猜测，猫非死即活。但按照量子理论，却是活猫和死猫两种状态并存，即死活两种状态叠加在一起，是一只又死又活的猫!直到有人从容器外进行观察(测量)时，才能断定猫是活着还是死了。

这个思维实验突出地说明了量子力学中观察(测量)行为的不可思议的含义。在这里，观察(测量)者成为了物理实在的关键要素，精神(意识)可以支配物质，这似乎与整个科学精神相矛盾，因为科学是一项不带个人色彩的客观事业。

什么叫“小妖精世界”？

量子物理学的不确定性原理，粒子可以从“无”中产生，以及薛定谔猫思维实验表现出来的精神支配物质、精神影响客观实在等理论，使许多人感到迷惑，难以接受，甚至反对。

爱因斯坦就坚决不接受精神影响客观实在这种逻辑结论，他说：“我不能想象，只是由于看了它一下，一只老鼠就会使宇宙发生剧烈的变化。”他还反问道：“没有人观察时，月亮是否存在?!”

霍金也曾幽默地说过：“我一听说薛定谔的猫，就跑去拿枪。”

正像量子物理学的坚定支持者尼·玻尔所说，“如果一个人说他可以思考量子物理学而不会感到迷惑，这只不过说明他一点也不懂量子物理学。”玻尔认为，粒子是一个模糊世界，只是在受观测时才变成具体的实在，没有观测时就是一个幽灵。

俄国物理学家斯达洛宾斯基用“小妖精世界”来形象地比拟量子物理学。

“无中生有”的含义是什么？

量子引力理论认为，有一种伪真空，那里虽然没有任何物质粒子，但有巨大的能量。根据海森堡不确定性原理，那里的能量会随机起伏，在这种能量的起伏中，光子、电子、质子和中子等粒子，可以用借贷能量的方法成对地产生，只要将这份借贷来的能量马上归还就行。借得愈多，需还得越快。由借贷能量产生的粒子叫“虚粒子”。正负成对的虚粒子产生后，几乎迅即因成对湮灭而消失，将借贷来的能量归还。但是，这些虚粒子如果在消失之前能够获得能量，就会升格为永久存在的“实粒子”，即组成物质的粒子。物质在伪真空的能量起伏中“自发地、没有原因地”产生就被称为“无中生有”，实际上这里的“无”并非一无所有的“无”，而是能量，是能量变成了物质。

推荐访问:宇宙 探索