不確定性原理

2016/6/25   (6165)   原稿來源: https://zh.wikipedia.org/wiki/

在量子力學裏，不確定性原理（uncertainty principle，又譯不確定原理、測不準原理）表明，粒子的位置與動量不可同時被確定，位置的不確定性 {\displaystyle \Delta {x}} \Delta {x}與動量的不確定性 {\displaystyle \Delta {p}} \Delta {p}遵守不等式

維爾納·海森堡於1927年發表論文給出這原理的原本啟發式論述，因此這原理又稱為「海森堡不確定性原理」。根據海森堡的表述，測量這動作不可避免的攪擾了被測量粒子的運動狀態，因此產生不確定性。同年稍後，厄爾·肯納德（Earl Kennard）給出另一種表述。隔年，赫爾曼·外爾也獨立獲得這結果[4]。按照肯納德的表述，位置的不確定性與動量的不確定性是粒子的秉性，它們共同遵守某極限關係式，與測量動作無關。這樣，對於不確定性原理，有兩種完全不同的表述。追根究柢，這兩種表述等價，可以從其中任意一種表述推導出另一種表述。
長久以來，不確定性原理與另一種類似的物理效應（稱為觀察者效應）時常會被混淆在一起。觀察者效應指出，對於系統的測量不可避免地會影響到這系統。為了解釋量子不確定性，海森堡的表述所援用的是量子層級的觀察者效應。之後，物理學者漸漸發覺，肯納德的表述所涉及的不確定性原理是所有類波系統的內秉性質，它之所以會出現於量子力學完全是因為量子物體的波粒二象性，它實際表現出量子系統的基礎性質，而不是對於當今科技實驗觀測能力的定量評估。在這裏特別強調，測量不是只有實驗觀察者參與的過程，而是經典物體與量子物體之間的交互作用，不論是否有任何觀察者參與這過程。
類似的不確定性關係式也存在於能量和時間、角動量和角度等物理量之間。由於不確定性原理是量子力學的重要結果，很多一般實驗都時常會涉及到關於它的一些問題。有些實驗會特別檢驗這原理或類似的原理。例如，檢驗發生於超導系統或量子光學系統的「數字－相位不確定性原理」。對於不確定性原理的相關研究可以用來發展重力波干涉儀所需要的低噪聲科技。