所谓测不准其实是我们测量的时候,用光子或者其他什么物质去碰撞干扰了测量目标造成的。

海森堡还专门为这个现象构思了一个海森堡伽马光显微镜的思想实验,来说明观测光线是如何干扰对象量子状态的。

所以,从海森堡的理解来看,其实并不是量子不存在同时准确的共轭量,而是我们无法用任何有效的观测手段同时精确获取它们。

所谓测不准,在海森堡看来本质还是技术问题。

但后来人们逐渐发现,这种说法也是不准确的,人们现在认为测不准并不是技术问题导致的,而完全是任何量子的内禀属性。

就是说,它天生就是无法同时被精确测量两个不对易物理量的,这和你用什么手段去测量无关。

甚至就算我们去想象出一个完全不影响目标状态的绝对理想的测量技术出来,我们也还是无法同时精确测量一个量子的位置和速度(动量)。

所以量子的测不准并不是我们技术水平不够,而是原理不允许。

就像上帝也无法创造它举不起的石头一样,这在逻辑上就无法办到。

这到底要怎样理解呢?量子为什么会有这样难以理解的属性呢?

还是用我们的码农思维来理解看看吧。

其实,当我们只把量子态的粒子,看作虚拟世界的一段,在屏幕上显示光点的代码的话。

你会发现,运行这段代码它就会随机按一定的概率分布,不断的在屏幕上显示出连续闪烁的光点来。

位置和速度无法同时测准

那么如果我们期望观测到光点比较准确的位置的话,

我们运行这段代码的时间就要非常短,

这样它才会只闪烁少量几个位置,我们记录和统计的就会比较精确。

如果我们运行的时间太长,

那么光点闪烁的位置就会越来越多,最后屏幕上光点留下的痕迹,就变的像一团云雾一样不断发散开来。

而我们对其位置确定性的了解自然就越来越不精确了。

但是,如果我们运行代码的时间太短的话,光点的另一个速度属性我们就很难判断了。

因为我们了解光点的速度其实是通过观察光点在运动时候在屏幕上残像拖影的长短来判断的。

代码运行的时间越短,光点的残影就越不明显。

而且过短的不同,残影之间的差值的比例,也会很大。

所以我们观测的光点,得到的速度统计,就越不精确。

只有延长代码的运行时间,我们才能对其速度掌握的越来越精确。

所以最后我们发现,同时提高对光点的位置和速度的观测精度是不可能的。

我们把其中一者观测得越精确,另一者就观测得越不确定。

这不是我们的观测技术达不到,而是这段代码它本身的运行特性所决定的。

我们无法让它的一种运行方式,能同时满足两种相矛盾的观测要求。

这两种相矛盾的输出要求,在物理学上就叫不对易性。

一对不对易的共轭量,在数学上其实是可以用傅里叶变换来互相转换的。

有一些数学知识的读者如果研究一下就会发现,

所谓位置速度不能同时精确观测,就是当一个波函数在时域上分布比较精确的时候,在频域上的分布就发散了。

反之亦然,这就是波函数的数学特性。

也就是我们认为的粒子一体两面的内禀属性。

量子这种数学特性是与生俱来的,和观测手段其实毫无关系。

还有其他类似的共轭量,比如能量和时间也是如此。

比如量子的能量数值,也是在一个小幅度范围内波动分布的。

所以我们测量量子的能量时候,能量的输出值也有一个随机分布的范围。

如果我们想获取量子程序输出的能量数值,让程序运行时间短一些的话。

虽然在时间上可以很精确,但对不断跳跃的能量值的统计就不精确了。

那我们如果统计足够长的时间,的确可以比较精确地测量出量子能量的均值来,但是这样在时间上肯定就不精确了。

这又是一对不可调和的测量矛盾,所以量子的能量和时间也是受到测不准原则约束的。

我们观测一个粒子,就好像在调试一段封装编译好的代码一样。

我们只能像观察一个黑盒一样,通过不同的运行模式来判断程序的输出特性。

而不精确性,正是我们在测试中对量子波函数程序运行模式发现的一个最基本特性。

这个认识能带给我们什么呢?

如果说之前量子的波粒二象性让我们认识到:

量子就好像是虚拟世界里面的一段生成道具的代码一样。

那么量子的不确定性,则告诉了一些量子代码的运行和输出的特点。

首先这段代码不会输出非常确定的结果,它的本质还是一个概率函数。

因此每次都会按照其

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