53、海森堡的測不準原理是怎麽回事?
你知道嗎--現代科學中的100個問題 作者：艾薩克·阿西莫夫 投票推薦 加入書簽 留言反饋
要解釋測不準的問題，我們先得問一問：什麽叫做測準了？當你深信你精確地了解到某種物體的某種性質時，那麽，不管你得到的數據怎麽樣，你都確信它沒有問題。
但是，你怎樣才能了解到那個物體的某種性質呢？無論用什麽方法，你都必定要同那個物體發生相互作用。你必須把它稱一稱，看看它有多重；或者把它敲一敲，看看它的硬度有多大；再不然，你就得直盯著它，看看它在什麽地方。而這時就必定有相互作用，不過這些相互作用是比較緩和的。
現在我就可以爭辯說，這種相互作用總是會給你所力求測定的那種性質本身帶來一些變化。換句話說，在了解某種事物時會由於了解它那個動作本身而使那種事物發生改變，因此，歸根結蒂，你根本沒有精確地了解到這種事物。
舉個例子吧，假定你想測量出澡盆裏熱水的溫度。於是，你把一根溫度計放入水中，對水的溫度進行測量。可是溫度計是涼的，它放入水中就會使水的溫度稍稍降低。這時，你仍然可以得到熱水溫度的很好的近似值，但是它不會精確到一萬億分之一度。溫度計已經改變了它所要測量的那個溫度，而這種變化幾乎是無法測出的。
再舉個例子，假定你想測量輪胎中的空氣壓力，你就要讓輪胎逸出極小量的空氣來推動測壓計的活塞。但是，有空氣逸出這個事實就說明，空氣的壓力已經由於測量它這一動作而稍稍降低了。
有沒有可能發明一些非常微小、非常靈敏，而又不直接同所要測量的性質發生關係的測量器件和方法，因而也就根本不會給所要測量的性質帶來絲毫變化呢？
德國物理學家維爾納·海森堡在1927年斷言說，這是不可能做到的。一個測量器件隻能小到這種程度：它可以小到同一個亞原子粒子一樣小，但卻不能小於亞原子粒子。它所使用的能量可以小到等於一個能量子，但再小就不行了。然而，隻要有一個粒子和一個能量子就已經足以帶來一定的變化了。即使你隻不過為了看到某種東西而瞧它，你也得靠從這個物體上彈回來的光子才能看到它，而這就已經使它發生變化了。
這樣的變化是極其微小的，在日常生活中我們可以把它們忽略掉，而且我們也正是這樣做的——但是，這種變化仍然存在。不過，要是你所碰到的是極其微小的物體，這時就連極其微小的變化也顯得挺大，那又會出現什麽情況呢？
例如，如果你想要說出某個電子的位置，那麽，為了“看到”這個電子，你就得讓一個光量子（更可能是一個γ射線光子）從它上麵彈回來。這樣一來，那個光子就會使電子的位置發生變化。
具體地說吧，海森堡成功地證明了，我們不可能設想出任何一種辦法，把任何一種物體的位置和動量兩者同時精確地測量下來。你把位置測定得越準確，你所能測得的動量就越不準確，你測得的動量越準確，你所能測定的位置就越不準確。他還計算出這兩種性質的不準確度（即“測不準度”）應該是多大，這就是他的“測不準原理”。
這個原理指出，宇宙具有某種“微粒性”。你要是盡力把報紙上的圖象放大，最後，你就會把它放大到這樣一個程度：你會看到許多細小的顆粒或是斑點，而根本看不到圖象的詳細結構。如果你想細致地觀察宇宙，你也會碰到同樣的情況。
這一點使某些人感到失望，他們把這個原理看作是人類永遠無知的自供狀。但事情根本不是如此。我們感興趣的是想知道宇宙是怎樣工作，而測不準原理正好是宇宙的工作的一個關鍵性因素，宇宙存在著“微粒性”，問題就在這裏。海森堡為我們指出了這一點，對此，物理學家是非常感激的。
但是，你怎樣才能了解到那個物體的某種性質呢？無論用什麽方法，你都必定要同那個物體發生相互作用。你必須把它稱一稱，看看它有多重；或者把它敲一敲，看看它的硬度有多大；再不然，你就得直盯著它，看看它在什麽地方。而這時就必定有相互作用，不過這些相互作用是比較緩和的。
現在我就可以爭辯說，這種相互作用總是會給你所力求測定的那種性質本身帶來一些變化。換句話說，在了解某種事物時會由於了解它那個動作本身而使那種事物發生改變，因此，歸根結蒂，你根本沒有精確地了解到這種事物。
舉個例子吧，假定你想測量出澡盆裏熱水的溫度。於是，你把一根溫度計放入水中，對水的溫度進行測量。可是溫度計是涼的，它放入水中就會使水的溫度稍稍降低。這時，你仍然可以得到熱水溫度的很好的近似值，但是它不會精確到一萬億分之一度。溫度計已經改變了它所要測量的那個溫度，而這種變化幾乎是無法測出的。
再舉個例子，假定你想測量輪胎中的空氣壓力，你就要讓輪胎逸出極小量的空氣來推動測壓計的活塞。但是，有空氣逸出這個事實就說明，空氣的壓力已經由於測量它這一動作而稍稍降低了。
有沒有可能發明一些非常微小、非常靈敏，而又不直接同所要測量的性質發生關係的測量器件和方法，因而也就根本不會給所要測量的性質帶來絲毫變化呢？
德國物理學家維爾納·海森堡在1927年斷言說，這是不可能做到的。一個測量器件隻能小到這種程度：它可以小到同一個亞原子粒子一樣小，但卻不能小於亞原子粒子。它所使用的能量可以小到等於一個能量子，但再小就不行了。然而，隻要有一個粒子和一個能量子就已經足以帶來一定的變化了。即使你隻不過為了看到某種東西而瞧它，你也得靠從這個物體上彈回來的光子才能看到它，而這就已經使它發生變化了。
這樣的變化是極其微小的，在日常生活中我們可以把它們忽略掉，而且我們也正是這樣做的——但是，這種變化仍然存在。不過，要是你所碰到的是極其微小的物體，這時就連極其微小的變化也顯得挺大，那又會出現什麽情況呢？
例如，如果你想要說出某個電子的位置，那麽，為了“看到”這個電子，你就得讓一個光量子（更可能是一個γ射線光子）從它上麵彈回來。這樣一來，那個光子就會使電子的位置發生變化。
具體地說吧，海森堡成功地證明了，我們不可能設想出任何一種辦法，把任何一種物體的位置和動量兩者同時精確地測量下來。你把位置測定得越準確，你所能測得的動量就越不準確，你測得的動量越準確，你所能測定的位置就越不準確。他還計算出這兩種性質的不準確度（即“測不準度”）應該是多大，這就是他的“測不準原理”。
這個原理指出，宇宙具有某種“微粒性”。你要是盡力把報紙上的圖象放大，最後，你就會把它放大到這樣一個程度：你會看到許多細小的顆粒或是斑點，而根本看不到圖象的詳細結構。如果你想細致地觀察宇宙，你也會碰到同樣的情況。
這一點使某些人感到失望，他們把這個原理看作是人類永遠無知的自供狀。但事情根本不是如此。我們感興趣的是想知道宇宙是怎樣工作，而測不準原理正好是宇宙的工作的一個關鍵性因素，宇宙存在著“微粒性”，問題就在這裏。海森堡為我們指出了這一點，對此，物理學家是非常感激的。