给中小学生的量子力学课-03测量越精确,速度越不精确
下面我们就讲第三节,就是海森堡的不确定原理的一个重要的结果。就是位置测量的越精确,速度越不精确。或者相反速度测量的越精确,位置就越不精确。
我们刚刚讲了就是说在电子的这个情况,我们原则上能测量到10的负12次方米。这是通过光来测量。这就决定了我们通常的用光来发光的电子器件的精度。当然根据海森堡不确定性原理,原则上电子可以无限的精确。那个时候你就要用很高的能量的手段来看电子。这就涉及到海森堡的不确定性原理的一个重要的陈述。就是说一个基本粒子它的位置越精确,那么它的速度就越不精确或者相反。
我们再看一看一个电子,刚才说了一个电子在发光的时候,原则上我们能测量到最好的精度是十的负12次方米,这是假定它的速度完全不确定。根据海森堡的不确定性原理,如果说我们把一个电子测量的非常精确,那么它的速度就不确定。比如说我们说一个电子在一个氢原子和氢原子里面,氢原子的大小我们都知道是十的负10次方米。根据不确定性原理,我们就知道它的速度不能是无限的不确定的。像应当是速度大约是光速的100分之1,光速的100分之1,这是在原氢原子里面。因为氢原子的大小是十的负10次方米,因此它的速度不精确到光速的100分之1。如果说假定电子在原子核里面,那原子核要比原子小很多,要小10万倍,那么要小10万倍,这样的话,我们就倒推过来,速度就更加不确定。既然原子核比原子小10万倍,那么电子在原子核的速度应当是光速的1000倍。
接下来我们问,就是假定把一个电子随意的放在一个一米正方的盒子里面,也就是说我们不去看这个电子的话,这个电子可能在这个盒子里面任何一个地方。就像刚才那张照片一样,鬼影曈曈就是说一个电子在一个一米见方的盒子里面,我们不去看它,那么它可能在这个盒子的任何地方。根据不去变形原理时候,我们根据不确定原理就说这个电子的速度有多大呢?这个时候电子的速度非常小,大概是十的负4次方每秒米。
我们回过头来看看人看看人,就是人是一个宏观的,它很重吗?因此它不确定性就比较小,因为人很重,不确定性就小。假定说我们把人的重心的位置精确到一个原子的大小,也就是十的负10次方米。我们现在看看我们测量人的速度,原则上可以精确到什么程度,可以精确到10的负22次方每秒米。就是说进考虑到一个石头一杯水,它的重心和重心的速度我们都可以精确的测量……