如果這樣比喻都還搞不懂量子力學這個基本原理,我也就只能呵呵了
海森堡不確定性原理是量子力學的基礎,意思大概是,在微觀世界裡,一個粒子的位置和動量不可能同時被確認,一個測得越準確,另一個就越不準確。如果用太陽系來作比喻,就是我們不可能在某一時刻,同時把火星在太陽系的位置和速度測量準確。這明顯不科學,幾百年前的古人可能不行,但現在,我們不但能準確測量某一時刻火星的位置和速度,還可以準確地知道在下一刻或已經過去的某一刻火星的位置和速度。
不確定性原理已經經過無數實驗的檢驗,迄今為止尚沒有案例證明它是錯誤的,科學家們也給出了無數的解釋,可沒有一個解釋能讓所有人都信服,所以費曼稱沒有人懂量子力學。科學家們就在這種似懂非懂中蹣跚而行,量子理論也在懵懵懂懂中為現代文明帶來了無數的科技成果。也許世界本來就是不確定性的,但筆者仍然想了一個比喻來解釋這個不確定性原理,讀者朋友們看有沒有一定的道理。
現在我們把一個人放大到比宇宙還大得多,我們稱他為宇宙人。這時候宇宙在他眼裡就變成了一團物質,比如一個球體或者一團絮狀物質什麼的。他製造了一個巨大的顯微鏡來研究宇宙,結果發現宇宙是像絲瓜布一樣的纖維狀結構,就像我們用顯微鏡看植物纖維一樣。
為了看到更微小的結構,他製作了一台倍數更大的顯微鏡,這時候他看到的宇宙是由星系團組成的,就像我們用倍數更大的顯微鏡看纖維中的細胞一樣;
但他再也無法加大顯微鏡的倍數了,因為像他那麼巨大的人,不可能再通過光學手段看到星系、恆星,就像我們無法用光學顯微鏡看清分子結構一樣。於是這個人絞盡腦汁,發明了一台恆星顯微鏡,可以探測到星系的形狀,就像我們用電子顯微鏡可以觀察到分子結構及原子排列一樣。
我們如果還要觀察原子甚至質子中子層面的粒子,就必須藉助於粒子對撞機,將粒子加速到很高的能量互相撞擊,造成粒子分裂,通過測量碎片的軌跡來間接探測原子核、質子、中子及其它基本粒子,分析得出它們的質量、大小等信息。同樣,這個宇宙巨人如果還要觀測恆星系統,他就得製造恆星對撞機,把恆星加速來互相碰撞,通過碎片的軌跡來分析恆星以及飛散出去的行星的質量、大小等信息。所以如果有一天,突然從遠處飛來一顆巨大的恆星撞入我們的太陽系,請大家不要悲傷,而是要壯懷激烈,引吭高歌,因為那是宇宙人在為我們證明,我們的宇宙其實只是組成上一個層級物質的一部分。
現在你可以知道我們為什麼測不準量子世界粒子的狀態了,因為任何測量手段都會改變粒子的狀態,就像宇宙巨人測量我們的太陽系一樣,不管他如何測量,總會擾亂太陽系的運行,要麼把太陽系撞出銀河系,要麼把太陽系撞毀,行星飛濺。如果他的科技不發達,發射過來的恆星速度不夠快,它的引力至少也會把太陽系給轉個幾圈,換個方向。對宇宙人來說,恆星系統就處於不確定性狀態,不可能精確測量,只要他測量了,太陽系就不可能再保持原來的狀態,我們測量量子世界的粒子屬性也是這樣,這就是海森堡測不準原理的宏觀宇宙模型。
宇宙人不可能操縱比恆星更小的東西,所以他們的探測只能到恆星這一層,最多能再模模糊糊了解一些行星或者衛星、碎片的情況,更多的要靠猜想和推理以及數學模型的計算,我們研究量子理論也是這樣。要探索到我們的原子這一層,宇宙人是永遠也無法做到的,原子對他們來說,就像我們眼中的普朗克尺度(普朗克時間5.39121×10^?44秒,普朗克長度1.616252×10^?35米),除了我們的思想外,再沒有任何工具能探測到它們了。人類創造了超弦理論來描述普朗克尺度的物質,宇宙人又該用什麼理論來描述我們的原子世界呢?
好吧,筆者承認已經殫精竭慮了,如果這樣都還搞不懂海森堡不確定性原理,我也就只能呵呵了……:)
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