四、测不准关系
在经典物理学中宏观物体的位置和动量是可以同时准确测定的。而在微观世界中微粒具有波粒二象性,而测定这种属性的衍射实验,得到的仅是一种统计分布,并不是具体某一个微粒的位置。对微粒只能进行统计测定来源于两个事实,一个是微观粒子与宏观物体的区别,另一个则是在微观世界中我们仍沿用经典物理的术语,如位置,动量,能量,角动量等等,用经典量如,等来描述微观粒子的运动。因此,描述只能是近似的,关于这点可回想一下电子衍射实验,我们给定了加速电子的电压和衍射光栅(晶体)狭缝,而电子运动并没有唯一地被确定,而是以不同的几率分布值达到底片的各点,这种近似性可用“测不准”关系表示。
宏观世界与微观世界的力学量之间有很大区别,前者在取值上没有限制,变化是连续的,而微观世界的力学量变化是量子化的,变化是不连续的,在不同状态去测定微观粒子,可能得到不同的结果,对于能得到确定值的状态称为“本征态”,而有些状态只能测到一些不同的值(称为平均值),称为“非本征态”。例如,当电子处在坐标的本征态时,测定坐标有确定值,而测定其它一些物理量如动量,就得不到确定值,相反若电子处在动量的本征态时,动量可以测到准确值,坐标就测不到确定值,而是一个平均值。海森伯(Heisenberg)称两个物理量的这种关系为“测不准”关系。
设坐标测不准量为ΔX ,动量测不准量为,则测不准量会大于普朗克常数h的数量级
物理学家发现,不仅坐标与动量这一对物理量有这种测不准关系,在能量与时间这一对物理量中也存在同样关系:
这说明“测不准”关系在微观世界是一个普遍规律,需要有一个专门研究微观粒子运动规律的学说,量子力学就在这样的环境中诞生了。宏观世界是由宏观量的微观体系组成的。既然微观体系有测不准关系,那么在宏观体系也应该存在。这种观点是正确的,但由于宏观,微观数量级相差太大,“测不准”关系在宏观体系中感觉不出来罢了。例如在原子,分子中运动的电子,质量为,速度约
根据测不准关系
电子位置的测不准程度为数量级。这一尺寸是分子中原子间距的尺寸,这样的误差,显然是不能忽略的。而在宏观世界中,即使是一个微尘(质量),运动速度约。
根据测不准关系
微尘的位置不确定量为,比原子间距还要小数量级,在宏观世界当然觉察不出来了。"测不准"关系既是微观世界的一个独特现象,也被我们用来区分处理体系是否要用量子力学的依据。若从“测不准”关系计算得该体系测不准量很小,我们就用经典力学来处理,若“测不准”量不可忽略,则必须用量子力学来验证该体系。
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