海森堡不确定性原理玻尔爱因斯坦辩论.doc

不确定性原理维基百科,自由的百科全书(重定向自海森堡不确定原理) 跳转到: 导航,搜索汉漢▼量子力学不确定性原理入门、数学表述显示▼背景显示▼基本概念显示▼实验显示▼构想显示▼方程显示▼诠释显示▼进阶理论显示▼科学家查?论?编?历海森堡不确定性原理(Heisenberg uncertainty principle )是由德国物理学家海森堡于1927 年提出的量子力学中的不确定性,具体指在一个量子力学系统中, 一个粒子的位置和它的动量不可被同时确定。位置的不确定性和动量的不确定性是不可避免的: ; 其中是约化普朗克常数。类似的不确定性也存在于能量和时间,角动量和角度等许多物理量之间: 。换句话说,的不确定性与的不确定性的乘积至少是与对易算符的期望值除以所得到的除商的绝对值。不确定性也是一种波的特性。在经典物理中波也有不确定性。比如波的频率和波到达的时间之间就有不确定性。要测量频率,就要等几个波峰的到达,但这样一来波到达的时间就没法被精确地测量了。目录[隐藏] ?1名称?2历史?3观察者效应 单狭缝衍射 海森堡显微镜实验?4批评与反应 爱因斯坦狭缝 爱因斯坦盒子 EPR 吊诡 波普尔批评 反驳实证?5导引 矩阵力学 波动力学? 区域性波包? 高斯波包?6罗伯森-薛定谔关系式?7其它不确定性原则?8能量-时间不确定性原理 导引?9参阅?10参考文献?11外部链接[编辑] 名称不确定性原理很长一段时间被称作测不准原理,但事实上,不确定性原理是物理世界自身存在的原理,与测量与否没有关系(具体请看本条目下面“观察者效应”一节),因此,该译名其实误解了这个原理。另外,英语中称此原理为 Heisenberg Uncertainty Principle ,直译为海森堡不确定性原理,并没有测不准原理这种说法,其他语言与英语的情况类似,除中文外,并无测不准原理一词。现在,在中国大陆的教科书中,该原理的正式译名已改为不确定性原理,仅在括号中注明“又叫测不准原理”。[编辑] 历史海森堡不确定性原理的纪念邮票 1925 年6月, 维尔纳·海森堡发表了论文《 Quantum-Theoretical Re-interpretation ofKinematic and Mechanical Relations 》,从而创立了矩阵力学[1]。旧量子论渐渐式微,现代量子力学正式开启。矩阵力学大胆地假设, 粒子的量子运动并不明确。在原子里的电子并不是移动于明确的轨道,而是模糊不清,无法直接观察的轨域。其对于时间的傅里叶变换只涉及离散的频率。海森堡在论文里提出,只有在实验里能够观测到的物理量才有物理意义,才可以用理论描述其物理行为,其它的都是无稽之谈。因此,他避开任何涉及粒子运动轨道的详细计算,例如,粒子随着时间而改变的运动位置。因为,这运动轨道是无法直接观测到的。替代地,他专注于研究电子跃迁时,所发射的光的离散频率和强度。他计算出代表位置与动量的无限矩阵。因电子跃迁而产生的发射光波的强度,能够正确地用这些矩阵来预测。同年 6月,海森堡的上司马克斯·玻恩,在阅读了海森堡交给他发表的论文后, 发觉了位置与动量无限矩阵有一个很显著的性质,那就是,它们不互相对易,称为正则对易关系[2]: 。在那时,物理学家还没能很清楚地了解这重要的结果。因此,无法给予一个合理的物理诠释。 1926 年5月,海森堡被任聘为哥本哈根大学玻尔理论物理学院(Bohr's Institute )的讲师,帮尼尔斯·玻尔做研究。隔年,海森堡发现了不确定性原理,从而为后来知名为哥本哈根诠释奠定了的坚固的基础。海森堡证明,对易关系可以导引出不确定性,或者,使用玻尔的术语,互补性(complementarity ) [3]: 。任意两个不对易的变量不能同时被测量出来;更精确地知道其中一个变量的同时,必定会更不精确地知道另外一个变量。在他著名的论文[4](1927) 里,海森堡建立了表达式。这表达式表明了任何位置测量所造成的最小无法避免的动量不确定值。虽然他提出这表达式可以从对易关系导引出来,他并没有写出相关数学理论,也没有给予和精确的定义。他只估计了几个案例( 高斯波包)的合理数值。在海森堡的芝加哥讲义里[5]。他又进一步改善了这关系式: 。(1) 于1927 首先计算出现代不等式[6]: ;(2) 其中, 是位置标准差, 是动量标准差, 是约化普朗克常数。 1929 年,罗伯森研究出,怎样在一般状况下,从对易关系求出不确定关系式。[编辑] 观察者效应不确定性原理时常会被解释为:粒子位置的测量必然地扰乱了粒子的动量;反过来说也对,粒子动量的测量必然地扰乱了粒子的位置