首先,這個(gè)名字很容易讓人誤解,會(huì)認(rèn)為“之所以測(cè)不準(zhǔn),是因?yàn)槲覀兊臏y(cè)量問題”。但事實(shí)上并非如此。所謂的“測(cè)不準(zhǔn)原理”更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕蟹☉?yīng)該是“不確定性原理”。
簡(jiǎn)單來講,海森堡提出來的“測(cè)不準(zhǔn)原理”(不確定性原理),并不是方式方法的問題,當(dāng)然也不是一起的問題,而是量子世界的固有屬性,內(nèi)在秉性,量子世界的一切就是不確定的,與測(cè)量方式方法沒有任何關(guān)系,無論多么精確的測(cè)量儀器,結(jié)果都是一樣的。
不確定性原理,用公式表達(dá)就是:ΔxΔp h/4π
如何理解這個(gè)公式了,其實(shí)并不難。Δx位置的不確定性(變化值),Δp動(dòng)量(速度)的不確定性,h為普朗克常數(shù),π是圓周率。
說到量子力學(xué),我們通常會(huì)聽到這種觀點(diǎn):無法同時(shí)確定微觀粒子的位置和速度。為何會(huì)這樣呢?
其實(shí)公式中已經(jīng)表現(xiàn)出來了。位置不確定性與速度不確定性的乘積必須大于等于一個(gè)常數(shù),而這個(gè)常數(shù)是大于零的常數(shù)。雖然普朗克常數(shù)h很小,但再小也是大于零的。
這就意味著位置不確定性與速度不確定性兩者都不能是零,否則公式就不成立了。不確定性不能為零,意味著微觀粒子就是不確定的。
其實(shí)在宏觀世界,這個(gè)公式也是成立的,只不過由于宏觀世界的物體質(zhì)量都很大(相比微觀粒子),所以Δx與Δp都會(huì)很大,無論如何公式都是成立的。
除了位置與速度有這種關(guān)系,能量與時(shí)間同樣有這樣的關(guān)系,用公式表達(dá)就是ΔEΔt h/4π,ΔE代表能量的不確定性(變化值),Δt時(shí)間的不確定性。
其實(shí)能量與時(shí)間的這種不確定性才是量子力學(xué)的最大奧秘所在。量子世界里的詭異現(xiàn)象,比如說量子隧穿效應(yīng),還有量子漲落現(xiàn)象等都可以通過能量與時(shí)間的這種不確定性關(guān)系推導(dǎo)出來。
簡(jiǎn)單講,當(dāng)Δt足夠小的時(shí)候,ΔE可以變得非常大,言外之意就是,在足夠短的時(shí)間內(nèi),能量的變化值可以非常大,這也是為什么微觀粒子有一定的幾率穿越能量勢(shì)壘的限制,瞬間穿越我們認(rèn)為不可能的勢(shì)壘限制,實(shí)現(xiàn)量子隧穿。
用宏觀世界理解量子隧穿是這樣的,你要翻過一座山,就必須從山腳爬到山頂,然后再回到山腳下,這個(gè)過程中你需要消耗能量來完成,這個(gè)能量就是“能量勢(shì)壘”,只有達(dá)到或者超過這個(gè)“勢(shì)壘”你才能翻過那座山。
但是按照量子力學(xué)的思維,在足夠短的時(shí)間內(nèi),你有一定幾率瞬間穿過到山的另一邊,不需要爬到山頂。就像在現(xiàn)實(shí)世界面對(duì)一堵10米高的墻,無論如何你都翻越不過去,但只要時(shí)間足夠短,你就有一定幾率直接穿過那堵墻。
說白了,在時(shí)間足夠短的情況下,任何事情都會(huì)發(fā)生,而且最終一定會(huì)發(fā)生。
理解了這點(diǎn),真空中的量子漲落現(xiàn)象就很好理解了,在極短的時(shí)間內(nèi),虛粒子對(duì)可以憑空出現(xiàn),然后瞬間湮滅歸還能量,這并不違反能量守恒定律。
量子漲落現(xiàn)象,可以幫助我們更好地理解宇宙大爆炸時(shí)的“無中生有”。當(dāng)Δt足夠小的時(shí)候(時(shí)間變化足夠小),ΔE(能量變化)就可以無限大,理論上甚至可以達(dá)到引發(fā)宇宙大爆炸。只不過這種情況發(fā)生的幾率非常小,而且需要極其漫長(zhǎng)的時(shí)間才有可能發(fā)生一次。但按照量子力學(xué)的詮釋,任何有可能發(fā)生的事情,最終一定會(huì)發(fā)生。而在宇宙大爆炸之前是沒有時(shí)間的,所以宇宙大爆炸的發(fā)生注定是必然的!