量子世界里的微观粒子为何不能同时拥有明确的速度和位置?

宇宙时空探索 2025-01-22 15:01:34

在宏观世界中,我们可以轻易地知道一个物体的位置和速度,比如一辆行驶的汽车,其GPS定位系统可以精确到米级,速度计也能实时反映出车辆的行驶速度。然而,当探索微观世界时,量子力学却告诉我们一个截然不同的事实——微观粒子不能同时拥有明确的位置和速度。这背后的原因是什么呢?

量子力学的不确定性原理揭示了微观世界的这一奥秘。它认为,任何试图同时精确测量一个粒子的位置和速度的努力,都将不可避免地引入误差。这种误差并非来源于测量技术的不完善,而是微观粒子固有的性质。当我们试图用光子等手段去测量一个电子的位置时,光子与电子的相互作用会改变电子的速度,反之亦然。因此,粒子的位置和速度的不确定性是相互联系的,这一关系由海森堡不等式表达为:

其中h是普朗克常数。

宏观物体之所以可以同时具有明确的位置和速度,是因为在我们日常的尺度下,物体的运动遵循经典力学的规律。例如,一辆汽车在道路上行驶,我们可以通过GPS和速度计准确地知道它的位置和速度,而这些测量工具对我们来说几乎不会产生任何干扰。

然而,在微观尺度下,粒子的运动规律发生了根本性的变化。根据量子力学,微观粒子不仅具有粒子性,还具有波动性。这种波粒二象性使得粒子的运动无法像宏观物体那样被精确地描述。

此外,当我们尝试测量微观粒子的位置或速度时,我们必须使用光子或其他粒子,这些测量手段本身就会与粒子发生相互作用,从而改变粒子的运动状态。这种相互作用导致了位置和速度的不确定性,而且这种不确定性是固有的,不因技术的进步而消失。

量子力学中的波粒二象性为微观粒子的测量带来了独特的挑战。一方面,粒子如同经典的小球一样,具有确定的位置和速度;另一方面,它们又像波一样,弥散在空间中,没有明确的边界。这种双重性质意味着,当我们试图测量一个微观粒子的位置时,我们必须用到波。然而,使用的波长越短,其粒子性就越强,对粒子的扰动也越大,从而导致速度的测量越不准确。

具体来说,如果我们使用光子来测量电子的位置,光子会与电子相互作用,使电子获得或失去能量,从而改变其速度。为了准确测量位置,我们需要使用短波长的光子,但这样的光子能量较高,对电子速度的影响也越大。反之,使用长波长的光子虽然对电子速度的扰动较小,但其粒子性较弱,无法准确测量电子的位置。海森堡不等式正是对这种测量难题的数学描述,它表明粒子位置的不确定性和动量的不确定性是相互关联的。

海森堡不等式是量子不确定性原理的数学表达,它揭示了微观粒子位置和动量之间不可调和的矛盾。在这个不等式中,Δx代表粒子位置的不确定性,Δp代表粒子动量的不确定性,而h是量子力学中的普朗克常数,它是自然界中最小的能量量子。

这个不等式的意义在于,它设定了一个极限,无论我们使用何种方法进行测量,粒子的位置和动量的不确定性的乘积总是大于或等于普朗克常数除以4π。这意味着,如果我们想要更精确地知道粒子的位置,就必须牺牲对其动量的了解;反之亦然。这种不确定性不是因为我们的测量技术不够先进,而是微观世界的固有特性。海森堡不等式表明,我们无法突破这一极限,因为任何尝试都会受到量子力学基本原理的制约。

尽管量子不确定性原理在科学界引发了广泛的争议,特别是爱因斯坦等科学家曾对此提出质疑,但随着时间的推移,大量的实验证据逐渐支持了这一原理的正确性。这些实验不仅证实了量子力学的预测,也进一步揭示了微观世界的深层次规律。

科学理论总是在不断发展和完善中,量子不确定性原理作为量子力学的重要组成部分,虽然目前被广泛接受,但它仍然是科学探索的前沿之一。对于不确定性原理的深入理解,以及它在更广泛的物理领域中的应用,仍然是现代物理学研究的热点问题。未来的科学研究可能会进一步揭示微观世界的奥秘,从而推动我们对自然界的认识向前发展。

1 阅读:47
评论列表
  • 戴生 13
    2025-04-14 19:46

    第一页内容: 光的电磁感应原理解释光电效应的详细解释:前面说了光是由电子的振动产生的电磁波。我们首先说一下电磁感应原理,当线圈中的磁通量发生变化时线圈会产生感生电动势其大小与通过线圈中的磁通变化率成正比。公式为E = -dΦ/dt 其中,E表示感应电动势的大小,Φ表示磁通量,t表示时间,d表示微分符号,dt表示时间的微小变化量。日常生活中的变压器、交流电动机、电磁炉甚至微波炉等都是利用电磁感应原理来工作的。现在说一下我们日常使用的无线通讯工具也是用电磁感应原理来工作的。首先无线电信号发射器是由一个信号振荡器产生一定频率的主频振荡信号,然后将要发出的信息用调频或调幅的方式加载到振荡信号上,然后用天线将振荡电磁波发射出去。无线接收器则是采用调谐器将接收器的谐振器的频率调到与发射器的振荡频率一样利用电磁谐振原理使无线电波与谐振器发生共振从而高效的接收对应的无线电波信号,这种接收无线信号的原理本质上就是电磁感应原理!下接笫二页:

  • 戴生 12
    2025-04-14 19:47

    接第二页: 光电波照到光电效应的金属材料上时,材料上的电子就会受到光电波的电磁感应从而获得相应的电动势(能量)。这种电磁感应在真空状态下几乎是无损耗的。我们日常使用的变压器其实它的电磁感应效率也是很高的,只是它存在铁损和铜损。其实专家们也知光波和电子是存在本质的区别的,首先光波符合所有波的特性:折射、衍射、干涉、反射等还有一个重要的属性就是不用任何加速器一经产生即达光速。这个属性包括机械波也是一样。而电子等实物粒子除了所谓的电子双缝干涉实验表面上看具有干涉性,实际就是衍生物而已 。波最关健的1个属性就是一经产生就能达到属于性其自身本质属性的固有速度。电子和其它实物粒子是没有这个波的基本属性的。实物粒子的速度是需要加速器来加速的,一但停止加速它们的速度很快就会衰减。而很多专家为了证明光具有波粒两象性,拼命去实验验证光具有质量,波粒两象性理论已经出来上百年了直到现在也还没有人能证明光具有质量。最后只能搞出来1个更加荒谬的光没有静止质量,只有动质量的质能方程。

  • 戴生 10
    2025-04-14 19:47

    接第一页: 这种无线电波的强度即每个波包的磁通量变化率主要由振荡线圈的电流大小决定,电磁波的能量大小主要是由每个波包的磁通量的变化率决定的,并不是机械波意义上那种由振幅来决定波的能量大小,电磁波的空间振幅是由它的频率决定的,频率越高空间振幅越小,而表征能量大小的磁通量变化率则由振荡线圈的电流变化率决定,振荡线圈电流变化率越大电磁波包的磁通量变化率越大波包的能量就越大。前面说过光是由电子振动产生的电磁波,由于电子的电量是一定的,电子振动一周的电流与其振动频率成正比,公I=Q/t 电流强度是指每秒钟通过导体的电荷量。同理电子振动产生的电磁波包磁通量的变化率与其振动电流成正比,而电子的振动电流与其振动频率成正比,因为电子振动频率越高单位时间内的电流越大。据此理论,光电效应就相当于是一个无线电信号接收器。

  • 2025-04-12 06:22

    都是变化的。天地人都是不均匀变化的电磁场,人之间有引力和斥力,二都相互依存和转换。天、地、物都是如此。 作用(付出、因)与反作用(回报、果),做好(强)自己。物理说实验、文献报告, 天地人都是变化不均匀的电磁场,只是大小而异。 万有力与电磁力的统一是:物体(粒子、星球)之间不但有引力还有斥力,二者相互依存、相互转换,都是电磁力,质量也跟随变化。中子、原子是带电的,物体是带电的。物体内外都有变化的电参数,还有变化的机械参数。能解释太多的现象,包括人类社会现象。宇宙、地球、动植物是个大化工厂。 黑洞是一台非常大的水泵(风机) 真空有电流 时间是事物变化过程! 光内外同样有引斥力及转作用 有作用力就有反作用力,是基本平衡的,多善出少入积德。宇宙有平衡法则 从黑洞到量子,再到人都会纠缠,光子内外也有引斥力。

  • 2025-04-11 11:48

    光的本质属性就是电磁波!没有粒子性!用光的电磁感应原理能完美地解释光电效应实验。根据本人用光波的电磁感应原理解释光电效应实验可以推导出用偏振光做光电效应实验会对逸出电子方向产生影响,逸出电子的方向与入射光波包的切线方向相同,而实验证明推论完全正确!光的电磁感应原理导论1:光的波包的磁通变化率与光的频率成正比,所以光的波泡对电子的感应能力与光的频率成正比!与实验结果相符。而光子论的假设是无法解释逸出电子方向与入射光方向无关的实验事实,而且逸出电子方向可以与入射光方向相反,爱因斯坦的光子论假设是光子撞击电子产生光电效应的,按此推论逸出电子方向应该与入射光同向,而实验事实却是与入射光方向无关反而与偏振光的偏振方向有关。所有实验证明用光波包电磁感应原理解释光电效应实验才是正确的光子论是错误的,波粒两象性更是谎谬!所谓的电子双缝干涉实验我认为是电子撞击双缝产生的衍生物,我们可以用不同材质的金属材料来做双缝中间隔栅两侧也用不同的金属看还能不能产生双缝干涉现象就知道。最简单的原因光的双缝干涉实验是不怕观察的,为什么电子双缝干涉怕观察?那是因为光的双缝干涉是真正的双缝干涉电子双缝干涉是假的双缝干涉。

    信任自然可求真 回复:
    🍎你说电子振动电磁波?电子数量无穷多,大家都在振动,你的无源磁场服从哪个电子振动呢?频率波长无穷多?能量叠加?是你亲自指挥吗?水波/场/运动都是能量叠加的,你能让红光叠加成紫外光吗?水波/水声向所有方向传播 ,你的电子振动电磁波是如何搞成光直线传播的??电子振动的动能来自何处?电子动能被无限消耗 ,它们都会熄火静止吗?波长如何决定能量和场强?
    信任自然可求真 回复:
    感谢分享!请你直接回答,是否有无源场?场的分布无穷大吗?点变化磁场滋生无穷大电场?无穷大密集分布场叠加如何表现粒子特性?光波无源场如何运动?无源场的运动方向如何确定?水波声波都是质量体(粒子)的运动,光波有质量体吗?为什么场能量叠加失败却由波长决定??理想真空中磁铁运动会做功吗??场速是光速,地球速度显然不同,地球场会跑掉吗?宇宙各种场到处跑,黑洞场来了咋办??⭕️经典电磁波学说为什么需要电磁以太??因为干涉衍射否定光是粒子/转身又解释粒子(电子)干涉,是不是逻辑错乱??❌指南针不变现象是真理/知道/确定性,是科学演绎预测的根,假说诠释当成真理是不是骗术?
  • 2025-04-14 20:36

    对磁的研究体会: 经本人长期以来对光的电磁波本质的深入研究,发现磁场是由涡状电流产生的,也即是说磁场是涡流状电场的表现形式。也即是说电场和磁场是同一种物质,磁场是涡流电场的表现。当电荷做涡流状流动时也就是电场做涡流状流动,电场做涡流状流动就会物质表现出有磁性。我们同样可以拿水的涡流运动来做形象比拟。我们把一潭水看作是电场,把螺旋浆的浆叶看作是电荷,当螺旋浆在水中转动时带动周围的水旋转产生涡流,这种涡流就类似电场的涡流,这种电场涡流就会产生磁性吸力,类似于螺旋桨产生的涡水流,首尾相互靠近的涡水流就会相吸,相反反头头或尾尾相互靠近的涡水流就会产生排斥力。根据这个原理可得出结论磁场就是涡流状电场的表现形式,电场和磁场是同一种物理本质,只是磁场是涡流状电场的表现形式。由此可以推论出磁性物质内部存在高温超导的涡流状电流!也只是说具有永磁性的物质内部都存在超导状态的涡流状电流。这个发现可以说是天大的惊喜!!!可以为高温超导研究提供新的研究方向!!!!!。

  • 2025-02-14 19:10

    ⭕️科学/哲学追求确定性/真理/知道,是生活的必须。自然绝对诚实/决定论,意识作用于人体(物质)对自然现象有扰动。🍎苏格拉底说,万变中寻求不变的真理/本质(物质不灭,能量守恒,1+1=2等)。没有确定性(不知道),如何利用自然?………水流复杂现象千变万化是真实/不是真理,有观测不确定性,水往低处流是不变现象/真理/知识/确定性。瞎搞不确定搞虚幻,量子鬼学丧心病狂!空间连续可入,位置和速度精度是无限的/确定的。光粒子电荷质量大小(能量)不连续,不是运动/能量不连续。❌不确定性原理是胡编假说搞骗!同与不同的确定性是认知的根本,“波粒二象性”祸害了这个根本!!🍎绝对真理客观存在,人类诞生前月亮不运动吗?引力有没有?不言自明!仰望星空信任自然的地心说(条件真理)需要认知进化,能否定绝对真理吗?地心说依据的不变现象变了吗?没有!号称相对真理是悖论斯坦蔑视自然欺师灭祖的鬼把戏。❌科学追求确定性真理是生存智慧,悖论斯坦追求把不同弄成相同(统一场)?这不是癫狂是什么?号称场是光速,地球速度显然不同,地球场跑了吗?

  • 2025-03-07 11:35

    ⭕️到底是量子摇号机?? 还是量子计算机?? ——— 导体与绝缘体的差异带来了电子的空间运动操控性。三极管电子运动与电平高低,电路的“与或非”运算,是标准的牛顿力学。 量子计算搞的是哪个量子?电子,质子,三体多体量子?还是花仙子? ………量子位置稳定吗?存储记忆能力可靠吗?如何定位找到特定量子,观测特定量子,操控特定量子?如何用量子表达数字?如何实现与运算,或运算,非运算? ———有人说,量子计算机主要是用来产生随机密码的,为了避免误导,理解计算速度提升千万亿倍??叫量子计算机?还是应该称为量子秘码机,或量子摇号机呢?

  • 2025-02-16 23:00

    因为意识观察会干涉微观世界,导致粒子的状态不确定[点赞][点赞]

  • 2025-04-11 20:23

    ❌跟屁虫名利科学院,培养大批孔乙己,看不起牛顿经验归纳/实践出真知/短衣帮,更爱假说诠释相对论之乎者也/长衫子,举人自居趾高气扬骂“民科”(民科民粹不知为不知无关伪科学),狗咬狗咬人笑死个人!假说“天鹅是黑的”,找到黑天鹅,写论文发顶刊皆大欢喜,号称证明了!假说科学不算假/读书人偷书不算偷,伟大突破物理革命!❌瞎搞高速低速不同,宏观微观差异,纠缠宇宙唯一女朋友,不确定当科学,祸害绝对真理,二象性,空间弯曲挤脑袋,相互作用不同时,测量光速不要参考系,时时处处可放羊,运动是物质,波论场论数学冒充物理追不上芝诺乌龟,,,诠释应用,黑天鹅对不确定对称性有巨大贡献……有人打了一个很响的臭屁,比蝴蝶效应还要猛,果然下雨获得了应用,臭屁应用十分广泛。只有三个人懂的相对论也有广泛应用?诠释一切诠释应用,万能骗术!⭕️三次工业革命,演绎卫星飞行控制,汽车轮子在最下面,电力电信导体电子运动,半导体控制电子运动,,,只能用牛顿力学/弯曲空间木法搞,清清楚楚,需要写论文诠释吗?号称有鬼谁能证无?水往低处流不变现象是真理是确定性,假说后脑勺也能确定?假大空祸害子孙祸害国家沾沾自喜??

  • 2025-04-11 20:23

    古希腊哲学 —— 真理是不变的现象/规律。水流现象千变万化是真实/不是真理。水往低处流,指南针,物质不灭,能量守恒,电荷守恒,1+1=2,绝对时空,相对速度,……都是不变的现象(规律)/真理/知道/确定性。真理来之不易,却都是简单的,也是不证自明的(不变现象)无法证明的(全称命题),可证伪/乐于辩证批判。号称人人不知的空间弯曲是真理,胡编人人可知的时间是虚幻!是缺德笑话。科学/哲学追求确定性(知道)是生存的必须,❌鼓吹不确定(不知道)是鬼迷心窍丧心病狂。不变现象(规律)是观测归纳不是假说证明不是解释稀奇。❌号称“相对真理”是骗术。时间不变且空间不变的现象规律是绝对真理,比如,1+1=2,相对速度,万有引力定律等等。仰望星空敬畏自然的地心说进化了,地心说依据的不变现象变了吗?当然没有。绝对诚实/绝对真理是自然的本质,是人类生存的依靠。———不变现象/规律只有一个,只能依靠观测归纳,压垮骆驼的最后那根稻草是真实/不是真理。任何假说解释当真理都是骗术,假说猜测后脑勺没有确定性。

  • 2025-04-11 20:23

    电磁波理论是数学当物理,且隐藏了电磁以太假说,是不靠谱的经验公式。搞出两朵乌云,不能解释光电效应,都是对电磁理论的有效证伪,必须抛弃它(任何理论都是预测未来的全称命题,一个反例就足够证伪了)。依靠电磁理论,紫外灾难和其它更多荒唐结果,都是必然。………黑体辐射是轨道光粒子受激释放/激光,各个原子光谱线与各自“温度”对应,黑体辐射曲线峰值对应原子数量最多,紫外谱段原子数量很少,不奇怪。悖论斯坦不能拯救电磁以太,也不接受有效证伪,瞎搞成荒唐无源场,粒子搞成虚幻量子鬼,搞成波穿越真空,搞成波直线传播,搞成物质是运动(波),搞成运动是物质,,,只能有更多笑话。

  • 2025-04-11 20:23

    量子纠缠笑话——宇宙浩瀚。。。物质本质是带电质量体,普遍有力的相互作用和相对运动,是永远不变的。⭕️邪门纠缠比找六亲不认邪门女朋友邪太多了!!!!❌独此一女六亲不认???独此一男六亲不认???必须纠缠必然纠缠???❌如何找到独此一女???如何找到独女的独此一男???这种纠缠是万变中不变的真理吗?———观测归纳认知自然,从来如此,只能如此。在万变中寻求不变的真理,如,物质不灭,能量守恒,1+1=2等等。常常有人宣称,暗物质占XX%,只是人类观测不到!!物质是普遍相互作用的,有条件当然可观测。………号称有鬼只是你看不到,永远不可能露馅的鬼把戏,高明吗???

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简介:用通俗的语言诠释科学