海森堡的不確定性原理是怎麼樣得出來?

1924年,德布羅意提出了物質波,1925年1月,泡利提出了不相容原理,這是一個星光燦爛的年代,論文如雨後春筍般冒出來,稍微晚一步就會被人搶先,海森堡當然不會落後。

1925年,海森堡、波恩、約當提出了矩陣方程,這還不是測不準原理,不過這已經是量子力學的第一個數學表達形式了,不過好玩的是當初海森堡並不知道矩陣這種數學形式,都打算自己定義了,後來被提醒這東西早就有了,這說明海森堡數學水平一般,這一點很重要,後面會提到。

虐貓狂人薛定諤表示不服,矩陣那東西看不太明白,還是用爵爺創造的微積分吧,1926年,薛定諤用微積分推導出來了波動方程,大家一陣歡呼,因為大家都對微積分比較熟悉,可是這是不是說明海森堡錯了呢?

當然不是,薛定諤證明矩陣方程和波動方程是等價的。

不過,海森堡感到很鬱悶,明明是自己先提出了矩陣的思想,可是因為數學不行,被弄成了和波恩約當合作,薛定諤還證明了波動方程和矩陣方程等價,這該咋辦啊。

1927年,海森堡提出了測不準原理,這次別人可搶不了了。

測不準原理是說不可能同時準確測出粒子的位置和速度,這個說法有點太玄妙了,已經有點不象物理學了,有點哲學意味了,沒錯,海森堡確實是一個哲學家。

這個原理一提出就引起了軒然大波,愛因斯坦那句「上帝不擲骰子」就是從這開始的,後來愛因斯坦提出EPR,就是俗稱的量子糾纏,就是為了反對測不準原理,泡利第一個要海森堡做出解釋,泡利啊,你這不是趁火打劫嗎?雖然你自認為是愛神的馬仔,也不能這樣吧,畢竟你也是量子力學的一員大將不是,海森堡想了想沒說話,薛定諤乾脆扔出一隻不死不活的貓來噁心量子學派,薛定諤你這是幹嘛呢?你也是量子學派的一顆星星好不好?

扯遠了,繼續說測不準原理,雖然說測不準原理充滿了哲學思辨,但也是計算出來的,海森堡雖然數學不咋地,但加上哲學家的思維就無往不利了。

對於量子力學和經典力學有一個比喻,是這麼說的,經典力學的科學家是看看一場歌劇,無論觀眾如何叫好,都不會影響故事的情節,而量子力學就好比看一場足球比賽,觀眾的吶喊助威是會影響比賽的結果的。

具體來說,就是對粒子的測量方法是會影響測量結果的。

海森堡指出,要想測量粒子的位置和速度,最好是用光照到一個粒子上的方式來測量,一部分光波被此粒子散射開來,由此指明其位置。但不可能將粒子的位置確定到比光的兩個波峰之間的距離更小的程度,所以為了精確測定粒子的位置,必須用短波長的光。

而普朗克指出,不能用任意小量的光,至少要用一個光子,而這個光子會擾動粒子,並以一種不能預見的方式改變粒子的速度。

所以,簡單來說,就是如果要想測定一個粒子的精確位置的話,那麼就需要用波長盡量短的波,這樣的話,對這個粒子的擾動也會越大,對它的速度測量也會越不精確;如果想要精確測量一個粒子的速度,那就要用波長較長的波,那就不能精確測定它的位置。

海森堡經過計算得出,這個數學水平他還有,這就△x△p≥h/4π,其中h就是普朗克常數。

測不準原理的故事就說完了,但是海森堡的故事還沒有完。

讓我們回到那戰火紛飛的年代,二戰期間,誰先造出核武器就意味著誰掌握了戰爭的主動權,當時大家紛紛跑到了美國,但是海森堡卻留下來為德國製造核武器,為什麼呢?

沒人知道,海森堡曾說過,他當時曾和老師玻爾約好,咱們誰也不造出原子彈,因為這種武器會敲響人類的喪鐘,所以啊,我在德國,你在美國,咱們聯手保護人類。不過這種說法並沒有得到玻爾證實。

但是德國最後也沒有造出原子彈來,為什麼啊?還記得剛才那個知識點嗎?因為海森堡數學差啊,他算錯了數,當然,也可能是他故意算錯的,不過,真相已經淹沒在了歷史的迷霧中。

不過,在1970年,海森堡獲得了以他的老師玻爾名字命名的「玻爾國際獎章」,而這個獎章是專門獎給在原子能和平利用上做出巨大貢獻的科學家的。

這是什麼意思啊?太測不準了吧,對這就是海森堡,他的一生和他的理論一樣充滿了不確定性。


推薦閱讀:

《三少爺的劍》不怎麼地嘛!
給老婆買輛兩廂上班代步車 高爾夫、騏達、POLO、飛度、帝豪怎麼選?
屬兔2011年本命年怎麼化解?
一個在紐約長大的人是怎麼拍紐約的?
閨房小秘密:你和愛人怎麼「睡」?

TAG:不確定性原理 | 原理 | 怎麼 | 確定性 |