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第21部分(第1/4 页)

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这可不太美妙,一定有什么地方搞错了。我们测量了p就无法测量q?我倒不死心,非要来试试看到底行不行。好吧,海森堡接招,还记得威尔逊云室吧?你当初不就是为了这个问题苦恼吗?透过云室我们可以看见电子运动的轨迹,那么通过不断地测量它的位置,我们当然能够计算出它的瞬时速度来,这样不就可以同时知道它的动量了吗?

“这个问题,”海森堡笑道,“我终于想通了。电子在云室里留下的并不是我们理解中的精细的‘轨迹’,事实上那只是一连串凝结的水珠。你把它放大了看,那是不连续的,一团一团的‘虚线’,根本不可能精确地得出位置的概念,更谈不上违反不确定原理。”

“哦?是这样啊。那么我们就仔细一点,把电子的精细轨迹找出来不就行了?我们可以用一个大一点的显微镜来干这活,理论上不是不可能的吧?”

“对了,显微镜!”海森堡兴致勃勃地说,“我正想说显微镜这事呢。就让我们来做一个思维实验(Gedanken…experiment),想象我们有一个无比强大的显微镜吧。不过,再厉害的显微镜也有它基本的原理啊,要知道,不管怎样,如果我们用一种波去观察比它的波长还要小的事物的话,那就根本谈不上精确了,就像用粗笔画不出细线一样。如果我们想要观察电子这般微小的东西,我们必须要采用波长很短的光。普通光不行,要用紫外线,X射线,甚至γ射线才行。”

“好吧,反正是思维实验用不着花钱,我们就假设上头破天荒地拨了巨款,给我们造了一台最先进的γ射线显微镜吧。那么,现在我们不就可以准确地看到电子的位置了吗?”

“可是,”海森堡指出,“你难道忘了吗?任何探测到电子的波必然给电子本身造成扰动。波长越短的波,它的频率就越高,是吧?大家都应该还记得普朗克的公式E = hν,频率一高的话能量也相应增强,这样给电子的扰动就越厉害,同时我们就更加无法了解它的动量了。你看,这完美地满足不确定性原理。”

“你这是狡辩。好吧我们接受现实,每当我们用一个光子去探测电子的位置,就会给它造成强烈的扰动,让它改变方向速度,向另一个方向飞去。可是,我们还是可以采用一些聪明的,迂回的方法来实现我们的目的啊。比如我们可以测量这个反弹回来的光子的方向速度,从而推导出它对电子产生了何等的影响,进而导出电子本身的方向速度。怎样,这不就破解了你的把戏吗?”

“还是不行。”海森堡摇头说,“为了达到那样高的灵敏度,我们的显微镜必须有一块很大直径的透镜才行。你知道,透镜把所有方向来的光都聚集到一个焦点上,这样我们根本就无法分辨出反弹回来的光子究竟来自何方。假如我们缩小透镜的直径以确保光子不被聚焦,那么显微镜的灵敏度又要变差而无法胜任此项工作。所以你的小聪明还是不奏效。”

“真是邪门。那么,观察显微镜本身的反弹怎样?”

“一样道理,要观察这样细微的效应,就要用波长短的光,所以它的能量就大,就给显微镜本身造成抹去一切的扰动……”

等等,我们并不死心。好吧,我们承认,我们的观测器材是十分粗糙的,我们的十指笨拙,我们的文明才几千年历史,现代科学更是仅创立了300年不到的时间。我们承认,就我们目前的科技水平来说,我们没法同时观测到一个细小电子的位置和动量,因为我们的仪器又傻又笨。可是,这并不表明,电子不同时具有位置和动量啊,也许在将来,哪怕遥远的将来,我们会发展出一种尖端科技,我们会发明极端精细的仪器,从而准确地测出电子的位置和动量呢?你不能否认这种可能性啊。

“话不是这样说的。”海森堡若有所思地说,“这里的问题是理论限制了我们能够观测到的东西,而不是实验导致的误差。同时测量到准确的动量和位置在原则上都是不可能的,不管科技多发达都一样。就像你永远造不出永动机,你也永远造不出可以同时探测到p和q的显微镜来。不管今后我们创立了什么理论,它们都必须服从不确定性原理,这是一个基本原则,所有的后续理论都要在它的监督下才能取得合法性。”

海森堡的这一论断是不是太霸道了点?而且,这样一来物理学家的脸不是都给丢尽了吗?想象一下公众的表现吧:什么,你是一个物理学家?哦,我真为你们惋惜,你们甚至不知道一个电子的动量和位置!我们家汤米至少还知道怎么摆弄他的皮球。

不过,我们还是要摆事实,讲道理,以

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