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微观粒子具有“不确定性”,我们就无法研究“微观粒子”了吗?

在文章的最后一期,我集中讨论了微观粒子的“不确定性”,也就是说,粒子在某个时刻的位置是不确定的。这种不确定性并不是说我们的科学发展不足以测量粒子的确定位置,而是微观世界本身的特征,而微观世界中的所有粒子都处于不确定状态。

这带来了一个问题。如何理解这种“不确定性”?例如,让一个电子在一定范围内移动,假设这个范围在坐标0和10之间,那么一旦电子进入这个范围,我们就不知道电子的具体位置,只知道电子存在于0和10之间的任何位置。你如何理解电子处于“任何位置”?

这是否意味着电子太快而不能及时捕获它,所以它看起来像是在任何位置。事实上,电子一直在高速运动,并且有一条轨迹要寻找。当我们的观察技术有一天达到顶峰时,我们可以看到电子在某个时刻实际上有某个位置,这与你是否观察无关。

以上陈述更符合我们的直觉。不幸的是,我早些时候在谈论相对论时告诉过你。直觉理论不一定是真理。只有通过理性思考和实验验证,我们才能获得真理。事实上,我想告诉你的是,在你观察它之前,电子没有任何轨道。电子总是在所有的位置。换句话说,在你观察它之前的某个时间,说电子在x=1的位置,x=2的位置是正确的。你说电子在0-10的任何位置。此外,在你观察之前,电子可以同时处于“多个位置”。

一个对象可以同时处于多个位置,这听起来很不可接受,但这是真的。但是,一个对象同时存在于多个位置。这有什么数学意义吗?当然有,因为物体处于多个位置,但这并不意味着物体每个位置出现的概率是相同的,也就是说,我们可以用“概率”来继续微观世界中粒子的运动状态。这里我们对微观和宏观的研究方法做一个比较:在宏观世界中,我们需要先测量一个小球的初始状态,然后根据“牛顿力学”或“相对论”计算出球在未来每一时刻的“运动状态”,这个运动状态是100%确定的。

在微观世界中,我们需要计算一个小球的未来运动状态,也需要测量球的初始状态。然而,由于“不确定性原理”,你不能同时获得完整的初始信息,因此球在球后的每一时刻的运动状态不能100%确定。因为它不能是100%,它可以在0%和100%之间来回变化,所以你可以得到在未来某个时刻球在A,B和C的概率。在下文中,我将使用具体的数值来表达微观和宏观的差异

宏观世界。当t=0时,测量小球的初始速度为10m/s,小球的位置为x=0,初始状态信息可根据牛顿力学计算。当t=1时,小球的速度为20米/秒,当t=2时,小球的位置为x=8

小球的速度为30米/秒,当t=3时,小球的位置为x=37

小球的速度为40米/秒,小球的位置为x=88

小球的位置。随着时间的推移,每个

微观世界,在时间t=0时,测得的球的初始速度为10m/s(这是假设的速度,实际的微观粒子速度并不那么小)。由于速度是确定的并且位置信息是不确定的,所以位置坐标不可能是已知的。根据上述“初始状态信息”,可以根据“薛定谔方程”(薛定谔方程将在后面详细描述并在此省略)来计算:“当t=1时,球的速度为20m/s的概率为67%,球的位置为x=8的概率为55%。这里应该注意的是,我们不仅可以知道球的速度是20米/秒的概率,还可以知道球的速度是任意的概率。同样,我们不仅可以知道球的位置是x=8的概率,还可以知道球是任意的概率。所以当t=1时,描述速度不是一个固定值,但所有可能的速度都对应一个概率。所以当t=1时,“速度概率”

所以当t=1时,会出现两个概率图来表示球的当前状态。当然,当t=2时,会有两组概率图,这两组概率图和t=1的概率图基本上会有一定的变化,这可能是t=1的概率图向右移动了一点。当t=N时,将有两个相应的概率图。

通过比较微观世界和宏观世界,我们可以发现t=在某个时刻,宏观世界得到某个值,这是相对简单的,但是微观世界得到两对概率图,这是相对复杂的分析。因此,为什么许多人不能理解量子力学是因为它有点复杂和非常规。总之,尽管量子世界粒子的速度和位置总是不确定的,我们可以研究它的两个“概率图”来预测粒子的“未来”。我是《小彭来给您解惑》,如果你喜欢我的文章,你可以关注我,如果你对文章有任何异议,你可以留言。



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