四五中文网

手机浏览器扫描二维码访问

第10章 不确定性原理（第2页）

也就是说，如果我们对大量类似的系统作同样的测量，每一个系统以同样的方式起始，我们将会找到测量的结果为A出现一定的次数，为B出现另一不同的次数，等等。

人们可以预言结果为A或B的出现的次数的近似值，但不能对个别测量的特定结果作出预言。

因而量子力学把非预见性或随机性的不可避免因素引进了科学。

尽管爱因斯坦在发展这些观念时起了很大作用，但他非常强烈地反对这些。

他之所以得到诺贝尔奖就是因为他对量子理论的贡献。

即使这样，他也从不接受宇宙受机缘控制的观点；他的情绪可以用他著名的断言来表达：“上帝不掷骰子。”

然而，其他大多数科学家愿意接受量子力学，因为它和实验符合得很完美。

它的的确确成为一个极其成功的理论，并成为几乎所有现代科学技术的基础。

它制约着晶体管和集成电路的行为，而这些正是电子设备诸如电视、计算机的基本元件。

它还是现代化学和生物学的基础。

物理科学未让量子力学适当结合进去的仅有领域是引力和宇宙的大尺度结构。

虽然光是由波组成的，普朗克的量子假设告诉我们，在某些方面，它的行为似乎显现出它是由粒子组成的——它只能以波包或量子的形式发射或吸收。

同样地，海森伯的不确定性原理意味着，粒子在某些方面的行为像波一样：

它们没有确定的位置，而是被“抹平”

成一定的几率分布。

量子力学的理论是基于一个全新的数学基础之上，不再按照粒子和波来描述实际的世界；而只不过利用这些术语，来描述对世界的观测而已。

这样，在量子力学中存在着波和粒子的二重性：为了某些目的将考虑粒子成波是有用的，而为了其他目的最好将波考虑成粒子。

这导致一个很重要的结果，人们可以观察到两束波或粒子之间的所谓的干涉。

那也就是，一束波的波峰可以和另一束波的波谷相重合。

这两束波就相互抵消，而不像人们预料的那样，叠加在一起形成更强的波。

一个光干涉的熟知例子是，肥皂泡上经常能看到颜色。

这是因为从形成泡的很薄的水膜的两边的光反射引起的。

白光由所有不同波长或颜色的光波组成，在从水膜一边反射回来的具有一定波长的波的波峰和从另一边反射的波谷相重合时，对应于此波长的颜色就不在反射光中出现，所以反射光就显得五彩缤纷。

由于量子力学引进的二重性，粒子也会产生干涉。

所谓的双缝实验即是著名的例子。

考虑一个带有两个平行狭缝的隔板，在它的一边放上一个特定颜色（即特定波长）的光源。

大部分光都射在隔板上，但是一小部分光通过这两条缝。

现在假定将一个屏幕放到隔板的另一边。

屏幕上的任何一点都能接收到两个缝来的波。

然而，一般来说，光从光源通过这两条狭缝传到屏幕上的距离是不同的。

这表明，从狭缝来的光到达屏幕之时不再是相互同相的：有些地方波相互抵消，其他地方它们相互加强，结果形成有亮暗条纹的特征花样。

非常令人惊异的是，如果将光源换成粒子源，譬如具有一定速度（这表明其对应的波有确定的波长）的电子束，人们得到完全同样类型的条纹。

这显得更为古怪，因为如果只有一条裂缝，则得不到任何条纹，只不过是电子通过这屏幕的均匀分布。

人们因此可能会想到，另开一条缝只不过是打到屏幕上每一点的电子数目增加而已。

但是，实际上由于干涉，在某些地方反而减少了。

如果在一个时刻只有一个电子被发出通过狭缝，人们会以为，每个电子只穿过这条或那条缝，这样它的行为正如只存在通过的那条缝一样——屏幕会给出一个均匀的分布。

然而，实际上即便每次一个地发出电子，条纹仍然出现。

因此，每个电子准是在同一时刻通过两条小缝！

粒子间的干涉现象，对于我们理解原子的结构至为关键，后者是作为化学和生物的基元，以及由之组成我们和我们周围所有一切的构件。