今天和大家聊一聊微觀量子領域中粒子的不確定性，還有一個頗為有趣的測不準原理。

了解量子力學的朋友肯定知道在微觀量子領域，微觀粒子都具有這有一個特性：不確定性，但這個不確定性並不是指人類永遠無法確定微觀粒子的狀態，而是微觀量子世界並不是具體的，人類永遠無法同時準確的測量出一個粒子的位置與速度。

在宏觀世界中我們有這樣一個常識，即決定論，那就是宇宙的運動是被規律所決定的，只要我們掌握了其中的規律，我們就可以完全推算出宇宙、物質在某一時刻的狀態，世界著名的物理學家愛因斯坦就是堅定的決定論者，因此愛因斯坦至死都不相信微觀量子世界的不確定性，愛因斯坦說：上帝是不會擲骰子的，但事實上，決定論在微觀量子世界卻並不適用，下面給大家通俗的用實驗講解一下不確定性到底是什麼意思？

測量一個粒子的位置與速度通常是使用光照來測量的，為了測量粒子的位置，要使用波長短的光，這樣可以最大程度的來避免光子對於粒子的影響，為了測量粒子的速度，就要使用波長較長的光，這樣可以避免光子對於測量粒子速度而帶來的影響，但是問題來了，如果想要同時測量一個粒子的位置與速度，使用波長較短的光會影響粒子速度的測量，使用波長較長的光會影響粒子的位置的測量，這兩者是相互矛盾的，所以我們無法同時測量一個粒子的位置與速度，這就是微觀量子領域的不確定性。

德國物理學家海森堡在1927年提出不確定性是量子力學的最基本特性，海森堡認為之所以微觀量子領域存在不確定性，是因為人類測量這一行為會不可避免的干擾粒子的運動狀態，但是如果人類不進行測量，就永遠無法弄懂微觀粒子的狀態，這就是不確定性誕生的原理，又稱：測不準原理。

丹麥物理學家、量子力學的創始人之一的玻爾很認同海森堡的測不準原理，但是對於海森堡推導過程並不認同，玻爾認為粒子之所以測不準並不是因為測量這一動作干擾了粒子的運動狀態，而是由於粒子的波粒二象性，也就是粒子和量子不僅可以部分地以粒子的術語來描述，也可以部分地用波的術語來描述，這也是微觀粒子的基本特性之一，可以參考電子雙縫干擾實驗。

微觀量子領域的不確定性是我們無法同時確定一個粒子的位置與速度，因為微觀量子領域並不是像宏觀世界一樣具體的、可以通過計算推測的，微觀量子領域是基於機率的，我們可以推算出粒子最終運動狀態變化的機率，所以粒子速度、位置並不是一個具體的數值，更像是一個機率雲。

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量子力學的測不準原理是個啥？通俗的給你解釋一遍！

接觸過量子力學的人都知道，量子力學中有一個怪異的現象，那就是測不準原理。好吧，這其實是當初翻譯時的誤解，確切的來說應該是不確定性原理，是由海森堡首先提出的。

唯物主義認識論認為物質是不依賴於人的意識的客觀存在；時間的本質是物質而不是意識；先有物質後有意識；意識只不過是物質在人腦中的客觀反映而已。這些都是正確的觀念。然而隨著二十世紀自然科學的發展，尤其是物理學家們在探索微觀世界發現了新的規律，打破了人們長期以來根深蒂固的一些觀念，世界從確定走向了不確定。

就讓小編帶你讀懂物理學家的不確定原理，首先一個緊要的問題是什麼是不確定原理，其次第二個問題是這個原理是怎麼發現的，第三個最為緊要的問題是這個原理有什麼用？

不確定性原理又稱「測不準原理」、「不確定關係」，是量子力學的一個基本原理，由德國物理學家海森堡於1927年提出。本身為傅立葉變換導出的基本關係：若複函數f(x)與F(k)構成傅立葉變換對，且已由其幅度的平方歸一化（即f*(x)f(x)相當於x的機率密度；F*(k)F(k)/2π相當於k的機率密度，*表示復共軛），則無論f(x)的形式如何，x與k標準差的乘積ΔxΔk不會小於某個常數（該常數的具體形式與f(x)的形式有關）。

看了上面的文字是不是感覺到數學味太濃烈了，簡單點來說，用一句話總結這個原理，它表明了：一個微觀粒子的某些物理量（如位置和動量，或方位角與動量矩，還有時間和能量等），不可能同時具有確定的數值，其中一個量越確定，另一個量的不確定程度就越大。

回到物理的數學計算上，也就是測量一對共軛量的誤差（標準差）的乘積必然大於常數 h/4π（h是普朗克常數）是海森堡在1927年首先提出的，是物理學中一條重要原理。他對此原理的解釋是：設想一個電子，要觀測到它在某個時刻的位置，則須用波長較短、分辨性好的光子照射它，但光子有動量，它與波長成正比，故光子波長越短，光子動量越大，對電子動量的影響也越大；反之若提高對動量的測量精度，則須用波長較長的光子，而這又會引起位置不確定度的增加。因而不可能同時準確地測量一個微觀粒子的動量和位置，原因是被測物體與測量儀器之間不可避免的發生了相互作用。

人們習慣於對物體運動軌跡的準確描述，大到天體如何運行，小到微塵如何飛揚。這種認識必須基於對物體能夠準確定位。為了預測一個物體的運動狀態，必須準確測量它的位置和速度。測定必須施加一個物理作用於作為被測對象的物體之上，這在任何一種測量中都無法倖免。顯然，對在微觀粒子尺度空間的測量方法用光照最合適。然而，光照是無法把粒子的位置確定到比光的波長更小的程度的。為了測定的準確，必須用更短波長的光，這意味著光子的能量更高，這樣測定對粒子速度的擾動將很厲害。因此，不能同時準確的測定粒子的位置和速度。事實上，宏觀世界和微觀世界都受到不確定性原理的制約，只不過對宏觀物體的測量，一定波長的光已經足夠精確，且擾動對其速度的影響小到遠遠無法計較。

我們不懷疑不確定性原理的正確性，因為它建立在試驗的基礎上。問題在於對這個事實的正確解釋。其實沒有什麼，絕對不涉及什麼上帝意志的問題，而僅僅是客觀事物的一個表達方式而已。產生不確定性關係的原因在於，測量對象是處於宏觀條件下微觀粒子，其行為具有不確定性。正如從風洞中打出的麥粒動量在一個範圍內形成一個統計的分布規律，麥粒整體的運動規律是可以預測的，而單個麥粒的運動規律不可預測的。這就是量子力學。

不確定性原理廣泛應用於計算機，生物化學，哲學，經濟學等領域，直接或間接的推動這些領域的發展。我們列舉一個經濟學方面的例子來看看不確定性原理的應用：不確定性理論與凱恩斯宏觀經濟學。

不確定性原理在經濟學領域上被抽象為：經濟行為者在事先不能準確地知道自己的某種決策的結果.或者說,只要經濟行為者的一種決策的可能結果不止一種,就會產生不確定性.凱恩斯是經濟學大家，他所理解的知識作為行動的基礎擁有不確定性,都被認為是已知的,且具有各種程度上無法量化的不確定性。他沒有局限於在可量化的機率頻率分布意義上,而是在更一般意義上發展了其不確定性理論。凱恩斯對自李嘉圖以來的主流經濟學方法論進行了根本性的批判,他確信經濟行為是受不確定性和不可決定性支配的,正是在其第一部重要的經濟學著作《貨幣改革論》中,他首次表達了在經濟意義確定的情況下對預期機制的關注。凱恩斯認為,當決定確切的名義值時,預期發揮著極其重要的作用。他批評新古典主義使不確定性被賦予了一個確定的簡單形式,把不確定性轉化成了風險,從而使不確定性降低到其本身可以計算的地位。他的整個經濟周期理論都建立在長期預期的不穩定性基礎上。

隨著科技進步，20世紀80年代以來，有聲音開始指出該定律並不是萬能的。日本名古屋大學教授小澤正直在2003年提出「小澤不等式」，認為「測不準原理」可能有其缺陷所在。為此，其科研團隊對於構成原子的中子「自轉」傾向相關的兩個值進行了精密測量，並成功測出超過所謂「極限」的兩個值的精度，使得小澤不等式獲得成立，同時也證明了與「測不準原理」之間存在矛盾。

我們有理由相信隨著科技的不斷進步，對於不確定性原理這一方面的研究會更加透徹，它的應用也會更加廣泛，為文明的進步發揮作用。

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