浅谈不确定性原理.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,不确定性原理,浅谈,（,Heisenberg uncertainty principle,）,是由德国物理学家海森堡于,1927,年提出的量子力学中的不确定性，,具体指在一个量子力学系统中，一个粒子的位置和它的动量不可被同时确定。,海森堡不确定性原理,维尔纳,海森堡,Werner Heisenberg,(,1901,.,12,.,5,1976,.,2,.,1,）,德国物理学家，量子力学的创始人之一，“哥本哈根学派”代表性人物，,1932,年获得了诺贝尔物理学奖。,他对物理学的主要贡献是给出了量子力学的矩阵形式（矩阵力学），提出了“不确定性原理”和,S,矩阵理论等。,名称,不确定性原理,很长一段时间被称作,测不准原理,，但,事实上，不确定性原理是物理世界自身存在的原理，与测量与否没有关系，,英语中称此原理为,Heisenberg Uncertainty Principle,，直译为海森堡不确定性原理，并没有测不准原理这种说法，其他语言与英语的情况类似，除中文外，并无测不准原理一词。现在该原理的正式译名已改为,不确定性原理,，仅在括号中注明“又叫测不准原理”。,历史,1925,年,6,月，维尔纳,海森堡发表了论文,Quantum-Theoretical Re-interpretation of Kinematic and Mechanical Relations,，从而创立了矩阵力学。现代量子力学正式开启。,矩阵力学大胆地假设，粒子的量子运动并不明确。,在原子里的电子并不是移动于明确的轨道，而是模糊不清，无法直接观察的轨域。,海森堡,最初的思考,海森伯抓住云室实验中观察电子径迹的问题进行思考。他试图用矩阵力学为电子径迹作出数学表述，可是没有成功。这使海森伯陷入困境。他反复考虑，,意识到关键在于电子轨道的提法本身有问题。,人们看到的径迹并不是电子的真正轨道，而是水滴串形成的雾迹，水滴远比电子大，所以人们也许只能观察到一系列电子的不确定的位置，而不是电子的准确轨道。因此，在量子力学中，,一个电子只能以一定的不确定性处于某一位置，同时也只能以一定的不确定性具有某一速度。,可以把这些不确定性限制在最小的范围内，但不能等于零。这就是海森伯对不确定性最初的思考。,云室中水滴串形成的雾迹,观察者效应的显示,这解释时常会导致一种错误的想法，在概念上，似乎这扰乱是可以避免的；粒子的量子态可以同时拥有明确的位置和明确的动量，问题是我们所设计的最尖端实验仪器仍旧无法制备出这些量子态。但是，在量子力学里，,明确位置与明确动量的量子态并不存在。,我们不能怪罪于实验仪器。,不确定性原理时常会被解释为：,粒子位置的测量必然地扰乱了粒子的动量,；反过来说也对，,粒子动量的测量必然地扰乱了粒子的位置,。换句话说，不确定性原理是一种观察者效应的显示。,海森堡显微镜实验,为了辩解不确定性原理，海森堡设计了一个想像的,伽马射线显微镜实验,。在这实验里，一个测量者朝着电子射出一粒光子，想要测量一个电子的位置和动量。,波长短的光子可以很精确地测量到电子位置；但是，这光子的动量很大，而且会因为被散射至随机方向，转移了一大部分不确定的动量给电子。波长很长的光子动量很小，这散射不会大大地改变电子的动量。可是，我们也只能大约地知道电子的位置。,位置测量的不确定性和动量测量的不确定性，,其乘积必定大于或等于一个下界,，普朗克常数的数量级。,海森堡显微镜实验,用来定位电子位置的海森堡伽马射线显微镜。波长为,的入射,伽马射线,（以绿色表示），被电子散射后，进入显微镜的孔径角,。散射的伽马射线以红色表示。在经典光学里，分辨电子位置的,不,确定性是,X=,/,。,批评与反应,爱因斯坦认为，不确定性原理显示出，,波函数不能够完全地描述一个粒子的量子行为,；波函数只能描述一个系综的粒子概率性的量子行为。,玻尔则主张：,从波函数求得的概率分布是基础的，是无法约化的,。一个粒子只能拥有明确的位置或动量，不能同时拥有两者。,上帝不会掷骰子！,鱼与熊掌不可兼得！,能量,-,时间不确定性原理,两个不相容可观察量的不确定性关系式,角动量算符的两个互相垂直的分量算符的不确定性关系,超导体,内的电子数量和相位的不确定性,关系,谢 谢,