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为什么量子不能被克隆?-测不准原理

时间:2023-11-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:但是,海森堡却无情地告诉人们,如果那列火车是一个电子的话,那么就对不起了,我们永远也不可能同时把电子的运动速度和准确位置给测量出来。海森堡把他的这个原理称为“测不准原理”,并在1927年发表了一篇论文,讲述了这个思想。但是,海森堡的发现却摧毁了这个信念——连测都测不准,就更不用谈什么计算了。

为什么量子不能被克隆?-测不准原理

这是怎么回事呢?原来啊,海森堡发现了一个惊人的自然真相,那就是,人类无论用什么样的方法,永远也不可能消除测量的误差。过去的科学家们总认为,只要我们的测量工具足够好,就能把目标对象测量得要多精确就有多精确。比如说,有一列火车从A点运动到B点,如果我们想要测量这列火车的运动速度,只需要测量AB之间的距离和火车跑完全程的时间。如果想要测量某一个时刻火车在AB之间的哪个位置,我们只要掐着表,在指定的时刻拍照就可以了。虽然现在我们的测量工具还不够好,总是会产生一些误差,但不代表未来人类的测量工具也一定有误差。只要我们能制造出足够精确的测距仪器和计时仪器,火车的运动速度和位置都是能够精确测量的。这个观念在海森堡之前没有人反对,大家都觉得这是天经地义的,谁敢打包票说未来人类也制造不出足够精确的测量工具呢?毕竟未来是无限长的,未来充满了无限可能。

但是,海森堡却无情地告诉人们,如果那列火车是一个电子的话,那么就对不起了,我们永远也不可能同时把电子的运动速度和准确位置给测量出来。这是因为我们不论使用了多么精确的测量工具,也一定会顾得了这头而顾不了那头。测准了速度就别想测准位置,反过来,测准了位置就别想再测准速度了。这是什么道理呢?

因为我们的测量行为本身一定会干扰电子的运动。换句话说,在微观世界,我们想要测量一个电子,但又不想打搅它,这不可能,连门儿都没有。这又是为什么呢?因为我们的任何测量行为,从本质上来说,都是观察从物体上反射回来的光。比如我们用眼睛看任何物体,真正看到的实际上是物体反射回来的光而已。所有被测量的物体一定要被光照到才行。当然,这里的光不仅仅包括可见光,也包括像X射线这样的不可见光。

我们永远也不可能同时准确地把电子的运动速度和位置测量出来(www.xing528.com)

海森堡的观点的深刻性在于,既然光是由一颗颗的光子组成的,那么这些光子就像一颗颗的子弹,用它们去照射电子,就好像用子弹去打击另一颗子弹,在被光子击中的那一刹那,电子的运动状态就必然改变了。我们想要测量一个电子的速度,那必然要测量电子在运动路线上的两个点的位置。现在好了,只要你测量了任何一个点的位置,电子的运动状态就被破坏了,电子到达另一个点的时间也就与原先不同了。因此,想要同时测准电子的位置和速度,从理论上来说就没有了可能性。

海森堡把他的这个原理称为“测不准原理”,并在1927年发表了一篇论文,讲述了这个思想。论文一出,就引起了学术界很大的反响,因为自从牛顿创立了牛顿力学以来,科学家们都有一种信念——只要我们拥有足够好的测量工具和计算工具,一切物质运动的过去和未来都是可以精确计算的。但是,海森堡的发现却摧毁了这个信念——连测都测不准,就更不用谈什么计算了。

在被光子击中的瞬间,电子的运动状态就改变了

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