不確定性原理是因爲觀察者儀器本身被限制的原因,還是說系統本身就是不確定的?

cles


答案是系統本身的不確定。

說不確定都有些不恰當,事實是對於一個量子系統,這個系統所有的狀態是共存,疊加在一起的。

舉個例子:假設一個粒子的運動狀態有A、B兩種形式,則在沒觀察之前,這個粒子同時處於A+B兩種狀態的疊加,一旦對這個系統觀察,這個粒子就會從A+B這種疊加狀態中“隨機”選一個狀態呈現出來。

關於這一點,愛因斯坦和薛定諤表示全是扯淡,愛因斯坦拋出“上帝不擲骰子”來反駁量子力學的不確定性,而薛定諤則拋出了“薛定諤的貓”這一經典思考實驗。

然而,這種現象看起來很玄幻違背常理,但這確實是事實。

我們拿薛定諤的貓來舉例子

假設現在又一個黑匣子,裡面有一隻貓,一瓶毒藥和一個放射性物質,其中放射性物質有一半概率衰變,衰變之後毒藥會被觸發。如果這個放射性物質衰變了,則毒藥會被釋放、貓就會死,反之則存活。

現在將他們關在一起,當我們把他們看作一個整體時,在我們未對這個系統觀察時,由於我們不知道放射性物質的衰變情況,則它應該處於即衰變又沒衰變的疊加態,所以貓也應該處於生和死這兩種狀態的疊加。

薛定諤的貓原本用來諷刺量子力學的不確定性,但他確實幫助人們更好的理解了疊加態這一奇怪的現象。

這種疊加態近來已經得到了應用,比如當下人氣高漲的“量子計算機”,傳統計算機一次性只能記錄0或1其中一個信息,而有了疊加性質的量子計算機可以將0和1疊加在一起同時記錄,這就大大提升了計算機的計算能力,這也是量子計算機成為未來一大趨勢的原因之一。

目前,中國的量子計算機在世界處於領先水平。

擁抱科學,終生受益


螞蟻科學


我先說一下十五年前一位日本科學家的工作,他叫小澤正直,2003年小澤正直提出了一個不等式,該不等式推廣了量子力學的不確定性關係,對量子力學的不確定性做出了修正。該不等式表明,一些特殊條件下是可以準確測量粒子的座標和動量的,從而指出了量子力學不確定性關係的侷限性!

基於小澤不等式,我可以對題主的問題做出回答。系統本身具有不確定性,同時儀器也會影響系統。但是要記住一點,儀器本身是沒有問題的,它帶來只是測量誤差,而不是系統本身的誤差。

回到傳統量子力學,傳統量子力學認為,兩個算符的不對易性會導致兩個算符之間存在測量不確定性,該不對易性在經典力學一樣存在,但是由於經典力學沒有概率解釋,導致這種不對易性不表現為體系的不確定性。

所謂測量的不確定性,並不是測不準,而是測量得到的各個精確數值之間存在差異,物理學稱之為漲落。記住一件事情,每次測量都是精確的,但是每次測量的數值都不盡相同。測量的不確定性來自於體系本身的隨機性——不能叫“體系是不確定性的”,因為體系的動力學方程、體系的初始條件等一切都是確定的。這裡面就引出了量子力學的一個問題:確定的動力學方程和初始條件為什麼會導致隨機性出現?但是要注意,這個問題無論是傳統量子力學的不確定性關係還是小澤不等式都無法解釋。

量子力學的概率問題可以說是量子力學最大的問題,這個問題如果不能給出合理的解釋——目前一切關於量子力學概率的解釋都存在瑕疵——那麼量子力學就不能算得上一個完美的理論。愛因斯坦質疑量子力學的合理性,其實和這個問題有很大關係。


科學聯盟


沒有儀器本身被限制這個說法。

不確定性有兩種解釋,一種是觀察行為會對粒子產生擾動,確認過眼神的他,和沒有確認過眼神之前的他,其實不是一個人了。人們只能觀察到擾動過的對象,至於對象原本是什麼樣子,不能確定。這種解釋與之前哲學上的觀點:人們只能知道被自己感知的東西相類似。

另一種解釋就是,不確定性是粒子的基本性質,客觀世界的性質就是這樣的。這又牽涉到了時間,空間,質量,能量這些物理學上最本質的問題,這些問題,自相對論和量子力學誕生以來,越來越讓人們迷惑了。


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