我們的世界是真實的,確定的,可以認知的。比如說,此刻的你悠閑地坐在沙發上,拿著手機讀這篇文章,這件事非常確定。你的時間,位置,速度等都非常確定。
這就是愛因斯坦眼里的“可認識論”,也表明我們生活在經典世界里。
但是一旦來到了量子世界,一切就變得非常詭異,我們傳統概念里的確定性蕩然無存,一切都變得非常模糊不定,那是一個不確定的世界。
在我們生活的經典世界里,我們可以輕松預測下一刻會發生什么。舉個例子,你打籃球時在罰球線罰球,理論上只要你能控制好力度,角度,還能根據周圍環境(比如風速,摩擦力等)調整自己的投籃動作,你一定能投進。
但在量子世界就不行了,你永遠不知道下一刻會發生什么,不管你多么努力都不行。如果你在量子世界里投籃,不管你計算得多準,控制得多準,你都可能投不進,你投的籃球甚至可能直接出現在你身后。
在量子世界,不確定性與我們的努力無關,與測量也沒有關系,它是一種固有屬性,內在秉性。
那里的一切只能用概率去描述,所謂的“波函數”。我們只能知道某個微觀粒子在某個地方出現的概率,不知道微觀粒子到底會出現在哪里。
當我們試圖觀測時,微觀粒子的“波函數”就坍縮了,我們會看到:原來微觀粒子在這個地方。事實上,微觀粒子可以在任何地方,甚至同時出現在兩個不同的地方,只是在我們觀測的那一時刻出現在某個地方。
量子世界的不確定性讓很多人感到迷惑,甚至無法接受,但不確定性卻是存在的。
不確定性原理表明,我們永遠不可能同時得知一個微觀粒子的位置和速度,用一個公式表示就是ΔxΔp≥h/4π。
其中h為普朗克常數,公式意味著:位置的不確定性和動量(速度)的不確定性乘積必然大于等于h/4π。
也就是說,微觀粒子的位置越確定,速度就越不確定,反之亦然。
除了位置和速度,時間和能量也有這種關系,時間不確定性與能量不確定性的乘積也大于等于h/4π:△E△T≥h/4π
如何理解時間和能量的這種關系?
真空環境也是存在能量的,理論上我們可以確定真空里到底有多少能量。
但如果我們把時間分割成非常小的間隔,在非常短的時間里,真空里的能量多少就變得模糊起來,我們不能確定真空里到底有多少能量。
而且時間越短,真空里的能量不確定性就越大。能量的不確定性大到一定程度,奇妙的事情就出現了:真空甚至能創造出粒子,當然這種粒子存在的時間非常短,瞬間就消失了。
為何會這樣?因為時間越短,能量越不確定,就可能會出現能量非常大,然后粒子就出現了,因為粒子本身也是能量的表現。
這其實就是量子起伏(量子漲落),在極短的時間里,真空隨機衍生出粒子,然后瞬間消失。只要時間足夠短,就可以一直發生。粒子可以通過向真空“賒借”能量的方式出現,然后瞬間消失,把能量歸還給真空,只要歸還的速度足夠快(持續時間足夠短),大自然并不反對。
可以這樣通俗理解:只要時間足夠短,任何事情都可能發生。
由于宏觀世界同樣由微觀粒子構成,所以理論上不確定性原理同樣適用于宏觀世界,只不過有質量(能量)過大,這種不確定性根本就體現不出來。
單純從理論上分析,你此刻正在沙發上讀這篇文章,但實際上你也有可能出現在月球上,只要時間足夠短就可以發生,實際上發生的幾率太小太小了,以至于根本不會在現實中出現。