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科学家的转变,漫画宇宙简史

时间:2023-08-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:你可能怀疑这些科学家快要转行算命了,但事实上,他们的确是这样认为的,直到1927年德国科学家维尔纳·海森堡提出了不确定性原理,他们才不情愿地沉默下来。完全精确,就是没有一丝一毫的差错,可能精确到小数点后100位都还不够。这就是不确定性原理。不确定性原理说明,宇宙不是完全被决定的,因为我们无法精确地测量出宇宙现在的状态,也无法精确地预测未来所要发生的一切。

科学家的转变,漫画宇宙简史

听说过“科学宿命论”吗?也许你听说过,但它是什么意思呢?

意思就是:一些科学家认为,如果我们弄清楚了某一个时刻的太阳和行星的位置和速度,就能推测出太阳系在其他时刻是什么样子。

举个例子吧,比如有一辆车以一定的速度直线往前行驶,如果我们知道它的速度,那我们就可以计算出1小时以后它在哪里,2小时以后它在哪里……

如果宇宙中也有定律的话,那么,只要我们弄明白了这个定律,就可以计算出宇宙中的一切了。比如,哪颗小行星什么时候会撞击哪颗星球……听起来似乎不可思议,但好像又很科学的样子。

是的,那些热情洋溢的科学家就是这样认为的:

宇宙中存在着一些定律,影响着一切,包括我们的行为,都是宇宙定律影响的结果。

这种神秘的理论,被称为“科学宿命论”。

你可能怀疑这些科学家快要转行算命了,但事实上,他们的确是这样认为的,直到1927年德国科学家维尔纳·海森堡提出了不确定性原理,他们才不情愿地沉默下来。

什么是不确定性原理呢?

这样说吧,现在,我请你去测量一个鸡蛋的体积,或者去测量一个手机长度,你很快就能测出来,你有你的办法,但是,我要告诉你的是,你测出来的数据并不完全精确。

你想想,是不是这么回事?完全精确,就是没有一丝一毫的差错,可能精确到小数点后100位都还不够。

那么,你的测量怎么会精确呢?

你可能不愿意服输,会绞尽脑汁地想办法,会用激光测量。

是的,激光测量非常准确。但是,如果我们要测量的东西非常小呢?

比如,我们不测量鸡蛋的体积和手机的长度了,而是要测量一个粒子的位置和速度,那你怎么办呢?

显然,如果我们准确地测量出了一个粒子的位置和速度,那么,弄清楚宇宙的一切,似乎真的很简单了。

怎样才能测量出粒子的位置和速度呢?(www.xing528.com)

你瞧,粒子实在太小了,根本看不见。好在科学家为我们提供了一个思路——用光测量,也就是用光去照这个粒子。当一部分光波被粒子散射开时,我们就能知道粒子所在的位置了。

不过,这种方法也存在一个问题——光其实就是一种波,要想测量出一个粒子的位置,所使用的光的波长必须比粒子本身要短才行,否则就没法精确地测量出来。

确切地说,要测量粒子,就必须用短波的光,而且最少要用一个光子。

——光的波长越短,能量越强。

粒子

粒子是能以自由状态存在的极小的物质组成部分。原子电子、质子、中子等,都被称为粒子。

光子

光量子,简称光子,也就是电磁辐射,也是一种粒子。

接下来,当光子碰到了粒子,会发生什么事呢?

你可以想象一下,当你在操场上奔跑时,一下撞到了一位同学身上会发生什么事。

是的,同学可能会被你撞倒,也可能只是身体一晃。不管怎么说,同学都受到了扰动。

当一个光子碰到粒子的时候,粒子也会受到扰动,从而改变速度。

现在你明白了吗?如果要把粒子的位置测量得精准,就需要越短波长的光,单个光子的能量就越大,对粒子的速度的扰动就越厉害。

最后的结论:如果把粒子的位置测量得很准确,对它的速度的测量就很不准确;反过来也是这样。

这就是不确定性原理。

不确定性原理说明,宇宙不是完全被决定的,因为我们无法精确地测量出宇宙现在的状态,也无法精确地预测未来所要发生的一切。

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