
不确定性原理是最常引用的物理原则之一。
该规则由德国物理学家Werner Heisenberg于1927年制定,规定您越精确测量粒子的位置,您越少确定其动量,反之亦然。
该原则经常在外面调用物理领域描述观察事物的行为如何改变观察到的事物,或者指出我们能真正理解宇宙的能力有一个局限性。
而不确定性原则事实证明,这一想法经常被专家误解。但是,最近的一个实验为格言带来了新的启示,并导致了一个新颖的公式,描述了不确定性原理如何真正起作用。
困惑逻辑
不确定性原理仅适用于量子机械领域在非常小的亚原子颗粒的尺度上。它的逻辑对人类的思想感到困惑,人类的思想适应了宏观的世界,在宏观世界中,测量仅受我们的乐器质量的限制。
但是在微观世界中,确实有一个限制我们可以收集到一个对象的信息。
例如,如果您进行测量以确定电子的位置,那么您只能对其移动的速度有一个朦胧的想法。或者,您可能会选择相当精确地确定电子的动量,但是您对其位置只有一个模糊的想法。 [图形:自然的最小粒子解释了这是给出的
海森伯格最初使用思想实验解释了局限性。想象一下移动电子的闪耀光。当光子或光的颗粒撞击电子时,它会反弹并记录其位置,但在这样做的过程中,它给电子踢了一个踢,从而改变了速度。
光的波长决定了如何精确测量。最小的波长(称为伽马射线光)可以做出最精确的测量,但它也具有最大的能量,因此撞击的伽马射线光子将为电子提供更强的踢球,从而使其动量最大。
尽管不给电子势头造成太多破坏,但较长的波长不允许精确测量。
大理石和台球
奥地利原子和亚原理研究所的物理学家乔治·苏利克(Georg Sulyok)说:“在量子力学的早期,人们解释了测量过程的这种反应的不确定性关系。” “但是这种解释不是100%正确的。”
Sulyok与一家研究团队合作,由日本名古屋大学的物理学家Masanao Ozawa和奥地利维也纳技术大学的Yuji Hasegawa合作,以计算和实验证明了多少不确定性原则是由于测量的影响,以及多少仅是由于所有颗粒的基本量子不确定性所致。
在量子力学中,不能将粒子视为大理石或台球球 - 沿着直径从A点到点的直线路线传播的微小,物理上不同的物体。相反,粒子可以像波浪一样行为,只能用它们在A或点B或介于两者之间的某个地方的概率来描述。
粒子的其他特性(例如其动量,能量和自旋)也是如此。
颗粒的这种概率性质意味着在任何量子测量中始终都会不精确,无论测量值少,它正在测量的系统。
Sulyok告诉LiveScience:“这与由于测量过程而导致的错误或干扰无关,但这是每个量子机械粒子具有的基本基本属性。” “为了描述基本的不确定性以及测量误差和干扰,必须在连续测量中进行粒子和测量设备。量子理论。”
计算不确定性
为了测试这种基本特性有助于整体不确定性,研究人员设计了一个实验设置,以测量两个垂直方向的中子的自旋。这些数量是相关的,就像位置和动力一样,因此,一个越精确的测量是由一个人组成的,可以对另一个进行测量。
物理学家使用磁场来操纵和测量中子的旋转,并进行了一系列测量,使他们系统地更改了测量设备的参数。
Sulyok说:“您有这种基本的不确定性,然后测量您添加了额外的不确定性。” “但是,通过一种连续测量的设备,您可以确定不同的贡献。”
使用他们的数据,物理学家能够计算出不同类型的不确定性如何增加并相互影响。他们的新公式不会改变海森堡不确定性原则的结论,但它确实调整了其背后的推理。
苏利克说:“海森伯格给出的解释非常直观。” “从流行的科学层面上,这几乎没有区别,有时甚至在大学教科书中也无法正确解释。我们实验数据加强了机械上正确的计算,这是对不确定性原理更加一致的看法的重要步骤。”
该研究的结果于2012年1月发表在《自然物理学》杂志上。
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