测不准原理,是量子力学中的基本原理,其实这个原理的名字并不严谨,容易让人产生误解,会误认为人类科技不够发达,测量仪器不够精密造成的测不准。

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如今测不准原理已经越来越多地被“不确定性原理”代替,而不确定性原理更能体现量子力学的核心,也更加严谨。

海森堡提出的测不准原理,其实与人为因素无关,与测量仪器没有任何关系,体现的是量子世界的内在秉性,基本的大自然法则。也就是说,量子世界的都是不确定的,那里的一切都只能用概率去描述,我们无法同时确定微观粒子准确的位置和速度,只能描述微观粒子出现在某个位置的概率是多少。

也可以用公式表达微观粒子位置与速度的这种不确定性,位置和速度不确定性的乘积必须不小于一个常数,这个常数非常小,但不管有多小,总是大于零的。

既然大于零,就意味着微观粒子速度和位置的不确定性都不可能为零,也就是不确定的。而如果速度和位置的不确定性变为零,就表明微观粒子的位置或者速度是确定的,这就违反了不确定性原理。

由于微观世界里,微观粒子的位置和速度不确定性都很小,于是彼此之间就会产生制约关系。当微观粒子的位置越确定,它的速度就越不确定。反之,当微观粒子的速度越确定,它的位置就越不确定。

而在宏观世界,物体的位置和速度不确定性都很大,所以不确定性原理公式无论如何都会成立。

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实际上,量子世界里的不确定性不仅仅体现在位置和速度,还体现在其他方面,比如说时间和能量同样存在着不确定性关系。

时间和能量的不确定性关系意味着什么呢?很可能暗藏着宇宙的终极奥秘:宇宙的起源。

时间和能量的不确定性乘积同样不小于一个常数,很小的常数,这就意味着,在极短的时间里,能量有可能变得极大。而且时间越短,能量变大的可能性就越大。

量子世界里著名的“量子隧穿效应”实际上体现的正是时间和能量的不确定性关系。在足够短的时间里,微观粒子可以获得足够大的能量,以至于完全可以轻松突破能量势垒的限制和屏蔽,完成“量子隧穿”。

用宏观世界来举例子是这样的。在一座山脚下,你想把一块石头搬到山的另一头的山脚下,必须越过山顶,然后再来到山脚下。从山脚到山顶所克服的重力势能就是所谓的“能量势垒”。

但是在足够短的时间里,你完全有可能突破“能量势垒”的限制,从山脚下直接“瞬移”到山的另一头。

具体来讲,你可以通过“赊借能量”的方式在短时间里获得超级能量,“瞬移”之后再归还能量。只要整个过程时间足够短,大自然一点也不在乎。

微观粒子“赊借”的能量是真空的能量,完成量子隧穿之后再把能量归还给真空!

实际上,量子世界里存在的另一个诡异现象,量子涨落,同样是时间和能量不确定性关系的直接体现。量子涨落表明,在极短的时间里,虚粒子对可以通过“赊借”真空能量的方式衍生出来,然后发生湮灭瞬间消失,归还能量。

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基于这一原理,有科学家提出了“宇宙源于无中生有”的思想,道理其实很简单,就是根据量子涨落,在无限短的时间里,可以衍生出无限大的能量,甚至直接衍生出宇宙大爆炸的能量。

只不过,这种情况发生的概率微乎其微,同时需要漫长到无法想象的时间才有可能发生一次,但宇宙最不缺的就是时间,而且在宇宙诞生之前,完全是量子真空状态,没有所谓的时间概念,这就意味着上演一次足以引起宇宙大爆炸的超级量子涨落,也是迟早的事了,终究是会发生的。

这就是诡异的量子力学。我们不能用传统的思维方式去衡量量子世界,即便是我们在宏观世界熟悉的因果律,到了量子世界都完全失效了,还有什么不可能发生呢?

用专业术语来描述,我们只能用不确定的“波函数”去描述量子世界里微观粒子的状态,这也表明不确定性是量子世界的根本属性,与任何外部因素都没有关系,当然与人类科技和测量仪器也毫无关系!

对于量子世界的这种诡异性,爱因斯坦曾说过:上帝不会掷骰子。如今来看,爱因斯坦或许真的错了,上帝真的会掷骰子!