我们人人都能懂的量子理论( 二 ) _小知识

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台球就是一个经典物体。在碰着另一个球或桌沿之前，它老是在球桌上沿着一条直线滚动，这完全合适我们的日常经验。但球里每一个零丁的原子的活动，却遵循着量子力学的纪律，好比说，它随时都可以消逝。
但这并不料味着，微不雅和宏不雅宿世界的纪律完全“老死不相往来” 。作为物理纪律，量子纪律无疑更根基，可是当良多粒子堆积在一路时，其整体行为就很是趋近于经典物体的行为了，这时你就可以用经典纪律来描述。好比说，构成台球的一个粒子，或许很是“率性” ，可是数以亿计的粒子聚在一路时，彼此的“率性”彼此抵消，整体行为就越来越“中规中矩” 。你如果有一台超等计较机，把构成台球的上亿个原子考虑进去，然后完全按照量子力学来计较，你会发现，这上亿个原子的整体活动跟直接用牛顿力学来描述是一样的。

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这叫对应道理。就是说年夜量微不雅粒子堆积一路时，诡异的量子效应将会消逝，其整体行为就会变得“经典” 。这条道理在某些环境下很有效。好比一些年夜分子团，要说它是经典物体呢，似乎太小了；要说它是量子物体呢，似乎又太年夜了。这时辰，我们就可以量子纪律和经典纪律双管齐下。原本只要用量子纪律即可，但计较量太年夜了。既然存在对应道理，我们就可以把一部门计较简化当作经典物体来处置。
海森堡不确定性道理
在量子物理学中，某些工具从严酷意义上说是不成知的。例如，你永远不成能同时知道电子的位置和动量，正如你永远不成能让硬币的两个面都朝上。
有些书上教你如许去理解不确定性道理：例如，要想知道电子在哪里，你须得用某种工具（例如光子）探测它。但光是一种波，它的分辩率决议于它的波长，波长越短分辩率越高。所觉得了把电子的位置测量得更精确，你最好是选用波长越短的光。但光又是一种粒子，其能量与波长当作反比，波长越短能量越高。光子能量越年夜，对电子的碰撞也越年夜。如许一来，不管你的探测何等小心，城市改变电子的动量。在经典宿世界，不雅察或测量对不雅察对象的干扰可以忽略不计，但在微不雅宿世界，干扰无论若何是不克不及忽略的。

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如许说当然也没错。不外，不确定性道理事实上比上述如许的理解更深刻。它说的是，天然界有一种生成的恍惚性。在测量之前，电子的状况（包罗它的位置、动量），是各类可能状况的叠加。它处于一种叠加态。叠加态具有自然的“含糊其词性”：既可能是如许，又可能是那样，或者说几种可能性同时并存。仅当测量时，它才被迫选择一种确定的状况呈现出来。
比如一枚“量子硬币” ，当它落下之前，它的状况是“正面朝上”和“后背朝上”两种状况的叠加。仅当它落到地面静止下来，它才被迫选择逗留在两种状况中的一种。

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波粒二象性
量子物体（如光子和电子）具有割裂的个性——有时它们的行为像波，有时又像粒子。它们的表示取决于你设计尝试时，是以波仍是粒子来对待它们。
例如，我们知道，粒子的活动是有轨迹的，而波的特点是在整个空间满盈，没有确定的轨迹。当你把量子物体看成粒子对待（如用粒子探测器探测它），想知道它的活动轨迹，好，那它就表示得像个粒子。假如你在设计尝试的时辰，想看看它的波的特征，如干与、衍射等，好，它就表示出波的特征。