虚拟粒子和海森堡不确定性:量子物理学核心之旅

超自然现象探索官 2024-04-27 07:45:30

尊敬的读者,感谢您在百忙之中阅读我的文章,这是对我努力的肯定,也是持续创作的动力,向您致以我最诚挚的敬意,希望能得到您的一个"关注",在此感谢!

海森堡测不准原理是量子物理学的一个关键要素,它指出不可能同时准确确定物体的位置和速度。物体的位置知道得越准确,其速度的测量就越不准确,反之亦然。这一原理可以比作秋千:一端上升,另一端必然下降。

在数学语言中,不确定性原理表示为位置不确定性(表示为 Δx)和动量不确定性(Δp)的乘积,该乘积始终大于与普朗克常数相关的某个最小值(表示为 ℏ,或简化的普朗克常数)。该常数虽然很小,但在为测量精度提供基本限制方面发挥着重要作用。

这一原理在微观世界中尤其重要,例如对于原子和亚原子粒子。在宏观世界中,由于普朗克常数很小,其影响可以忽略不计。理解这一原理对于理解量子力学很重要,尽管深入理解需要对物理学有深入的了解。

海森堡测不准原理方程如下:

Δx⋅Δp≥ℏ/2

Δx表示位置的不确定性(即确定位置的精确度)。

Δp表示动量的不确定性(即动量确定的准确度)。

ℏ(读作“h-bar”)是约等于 1.0545718×10−341.0545718×10−34 m²kg/s 的约化普朗克常数。

在物理世界中,当涉及低速时,物体的动量定义为其质量乘以速度。这个概念是海森堡方程的基础,该方程演示了速度不确定性与物体位置不确定性之间的关系。然而,人们常常对这个方程的真正含义产生误解,特别是在涉及量子世界的测量时。

这种误解的一个例子是精确确定电子位置的想法。为了检测电子,通常用光“照射”它。光由不同的波长组成,较短的波具有较高的能量。为了准确确定电子的位置,需要波长非常短的光。然而,这就是不确定性原理发挥作用的地方:使用高能光来精确确定电子的位置会为其速度带来更大的不确定性。因此,我们越准确地确定电子的位置,我们对其速度的了解就越不准确,反之亦然,这就是海森堡方程的本质。

量子物理学的基本方面之一是观察微观物体时光的波长所施加的限制。不可能看到小于所用光波长的物体。在观察电子等粒子时尤其如此。

经典的解释是,使用非常短的波长、高能光来观察电子会导致光子与电子碰撞,从而改变其速度。这种相互作用造成碰撞后电子速度的不确定性,这似乎是对海森堡不确定性原理的明确解释。然而,这种方法更可能指的是观察者效应,即测量行为影响测量对象,而不是海森堡原理的本质。

事实上,海森堡的不确定性原理更深入,与电子和光子等物质的波动性有着千丝万缕的联系。这一原理超越了观察者和物体的简单相互作用,反映了波函数的基本属性和量子世界不可或缺的不确定性。

要理解量子世界,重要的是要认识到亚原子粒子的位置是通过波函数确定的。该函数是指示粒子的可能位置的概率分布。在波函数振幅较大的区域中,找到粒子的概率较高,反之亦然,在波函数振幅较小的区域中,找到粒子的概率较低。

量子力学的一个关键方面也是波粒二元论,它指出亚原子粒子同时具有波和粒子的性质。当被视为波时,这些粒子具有与其动量密切相关的特定波长。因此,具有高动量的粒子具有短波的特征,而具有较低动量的粒子具有长波的特征。这两个关键原理——波函数和波粒二象性——是量子物理学中许多现象的基础,有助于解释为什么亚原子粒子的世界与我们日常的宏观经验如此不同。

在海森堡测不准原理的背景下,当亚原子粒子的动量已知时,粒子的确切位置仍然不确定。在这种情况下,描述粒子的波函数是在两个方向上传播的无限拉伸的波。但是,如果您想了解粒子的位置和动量,则需要修改波函数。

这是通过对波长略有不同的不同波函数求和来实现的。从一个波开始,逐渐添加其他波,每个波都有自己独特的波长。结果,累积波函数(所有这些波的总和)逐渐从简单的正弦波转变为更局部的形式。这个过程演示了许多具有不同波长的相似波的组合如何导致波函数形状的显着变化。

这种技术称为傅里叶变换,是量子物理学中的关键数学工具。它允许波函数分解为其分量波,从而深入了解量子世界中位置和动量之间的关系。

有趣的是,任何波函数形状都可以通过组合许多具有不同波长和幅度的波来合成。从单波长的简单示例开始,这一说法在实践中得到了证明。

当仅考虑一种波长时,位置图显示标准正弦波。然而,当额外的波长被引入到该过程中时,每个波长具有相同的幅度,结果是一个更复杂和局部的波函数。进一步添加各种波长会产生更明确的波函数。该过程的高潮是每个波长以相等的幅度混合,从而产生完全局域化的波函数。

这个概念与海森堡的测不准原理直接相关。如果只有一个波长与粒子的动量或速度相关,那么有关该粒子位置的信息就变得不确定——波函数会到处传播。海森堡不确定性原理的本质是,对一个方面(例如动量)的清晰理解会导致另一个方面(例如位置)的不确定性。

理解这一原理的关键是,粒子的位置确定得越精确,所需的波长范围就越宽。另一方面,波长范围限制得越多,有关粒子位置的可用信息就越少。

此外,海森堡不确定性原理还有另一种表述,将能量 (E) 和时间 (t) 的不确定性联系起来。根据这个公式,能量和时间的不确定性的乘积总是超过简化的普朗克常数的一半,这个版本的原理在研究亚原子粒子的质量和寿命时特别有用。

对于寿命较长的粒子(表示为较大的 Delta t),其能量(或质量)的不确定性很小。这意味着这种长寿粒子的质量实际上是恒定的。

相比之下,仅存在很短时间(小 Delta t)的粒子的特点是能量或质量具有显着的不确定性。这些寿命较短的粒子在平均值附近的质量范围很广,从而导致其物理特性发生变化。

这种根本差异解释了为什么亚原子粒子(例如顶夸克或 W 和 Z 玻色子)可以具有不同的质量。同时,更稳定的粒子,例如电子,具有几乎相同的固定质量。

因此,海森堡的测不准原理提供了深刻的见解,解释了为什么不可能同时精确地知道亚原子粒子的位置和速度,以及它的能量和寿命。充分理解这一原理的各个方面和含义需要时间,但对其关键概念的基本理解代表了量子物理学研究的重要一步。

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评论列表
  • 2024-07-20 09:38

    波与场的研究都是数学当物理,捉影弄鬼之术:::波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/沙丘波到处都有,是粒子构成的,有波粒二象性???波是一种物质???以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是笑话是什么???破坏了认知自然的核心根基“确定性” ………场::只能由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),不必要的,无质量无运动的多余虚幻想象。……地球场给你引力,你给地球场引力,然后地球场给地球引力。这是笑话!!!~~~场与波都是捕风捉影之法,意义很小,破坏巨大。……伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,感应接受也是电火花,显然是光子动能传播与光电效应,用了电磁波来解释而已。电磁波理论(尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的有用的数学方法,质量与力才是宏观微观物质世界的唯一根本,两朵乌云当然都是电磁理论的谬误,祸害牛顿何益?一个具体问题::电流磁场与电子磁矩啥关系???

  • 2024-07-20 09:39

    自然绝对诚实,所有自然现象永远自洽,有确定性!!掷骰子结果是确定的。不观测就不能确定,观测(公理)不足,不充分演绎是概率,也不能确定。诚实的人服从公理和经验,想象骰子是1~6。大胆悖论斯坦祸害公理经验假说骰子每次都是100(耸人听闻悖论),只好瞎编解释稀奇(骰子烂了卡了等)号称证明了,搞二象性。空间连续可入,位置精度没有任何极限,对应的速度当然也没有极限。半径无限大的圆弧也不等于直线,pi计算已超过百万亿位数。电荷质量粒子大小不连续,电磁引力斥力也不连续(衍射条纹),都不是运动不连续不确定。测不准原理/万事随机肯定是骗!观测能力不足一直都是人类认知自然的障碍,是不确定的源头 ,不奇怪。———测量精度与不确定是观测能力问题,不是物质属性,无关真假,当然不能用来否定或验证公理(自然有无之真)。真假确定性是科学的根本,“波粒二象性”是以真假不辨来祸害人类认知的核心根基———确定性。科学追求确定性,骗子招摇过市鼓吹不确定,以认知进化性否定绝对真理蔑视自然,这是科学吗???

  • 2024-04-27 13:39

    解释光电效应是个笑话。物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。发现光电效应是宝贵的金山,本是一条通往微观世界的大道。胡编解释光电效应是毒药祸害!!!………证明光速不变是胡编!光反射驱动光帆恰恰证伪了光速不变。迈克尔逊-莫雷实验结果的理解::有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。……光子对实验装置相对速度基本不变,两路速度差极小,地球重力对光子速度影响太小也测不到,近似为惯性系。

  • 2024-04-27 13:39

    观测归纳是经典物理,不确定/概率/不知道/假说/的东西也成了物理???用数学与创造假说当物理研究未知的大笑话。撒网捕鱼只能是概率,鱼摊买鱼是计算(物理公理已知)。观测树上苹果数量是确定的,猜测树上苹果数量当然不确定。不确定是观测属性,不是运动属性。哪里会有荒唐的测不准原理???鬼扯的光速不变,具有无穷的运动精度!胡编的测不准原理,居然与光速不变是同伙!!!创造假说宏观微观不同?相对速度哪有谁高谁低?笑死人。精度高低不可能是真理,也不能否定真理。自然的有无才是真。骗子当然能猜中骰子,号称证明公理公设必然是骗!

  • 2024-07-20 10:24

    引力是空间弯曲???空间对质量有力的作用???空间还知道质量的大小(穿越时间有变化)???有作用力和反作用力?空间弯曲改变质量的运动方向?空间不可入吗?空间运动吗?弯曲空间如何作用于质量?空间变弯的速度快吗???没见过鬼,只见装鬼。人天天生活在空间里,骨头被弯断木有???👻两个质点靠在一起,质量引力的作用力和反作用力,空间往哪个方向弯呢?骗子知道吗?………质量随相对速度变化吗?相对速度无穷多,哪有高速低速之分?静质量是相对哪个速度参考系呢?各个方向相对速度不一样,难道各个方向质量不同吗???

  • 2024-07-20 09:38

    万能骗术之质能方程,泛化虚化破坏能量公理概念,>>远远胜过,任何东西能变油+油能变任何东西。。。到底是质量获得能量还是质量变成能量??? ………动能公式,清清楚楚明明白白,到处用天天用,是质量获得能量的经典公理。………能量概念清清楚楚,是对物质运动状态的描述,居然敢欺骗说物质与能量等效???何其狂妄可笑???………他爸爸有动能,他爸爸也有势能,动能和势能都能变成他爸爸。他到底有多少爸爸呀?质量与力是一切微观宏观世界的根本,他造假(创造假说)祸害质量概念就当儿戏!!!———无中生有解释稀奇的万能骗术::科学都是假设(嘲笑诚信观测归纳),场有作用力,真空里有波,质能等效转换,穿墙而过,刀枪不入,纠缠女朋友。。。号称,只是科技还没达到!………无中生有==时空无限而永远不可能证无,当然也永远不可能证有==欺骗无底洞!

  • 2024-04-27 13:40

    悖论斯坦这个家伙有绝技,能狗屎变核弹,能马鹿二象性,能证明全称命题,追兔子走虫洞,比狗智商高???

  • 2024-04-27 13:40

    悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法。祸害数学,祸害物理,终身搞骗,祸害极大极深极广。………是恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!迷信悖论斯坦瞎搞科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。

  • 2024-07-20 06:59

    电子都没找到和被证实,还管测不测得准,天方夜谭。

  • 2024-07-21 00:03

    悖论斯坦五大骗术:: ——1.蔑视自然创造反公理假说(骗),由反公理假说演绎方程(骗),号称证明全称假说命题(骗)。 ——2. 数学假装物理,创造虚幻数学“物理概念”,破坏基本概念和认知体系。搞些莫名其妙的虚幻数学“相对时空”数学“质量”数学“能量”。相对速度无穷多,哪有高低速之分?还编造一个绝对速度钉子户?力与质量需要宏观微观两套规则? ——3. 以必然有不确定性的观测精度攻击确定性的引力公理,以必然有的认知进化祸害绝对真理。以宏观现象为基础的电磁理论描述微观粒子电磁行为明显不足,两朵乌云不奇怪,他却借机破坏伽利略变换! ——4. 指鹿为马,指马为鹿,“波粒二象性”,破坏认知自然的最核心根基——确定性。狗都认识自己的主人知道真假,不搞二象性。 ——5. 无中生有创造假说(鬼),用解释稀奇谎称证明且无耻于悖论(已有效证伪),却要求别人证明没有鬼,搞万能骗术!………水星进动证明的大笑话:(A).号称证明全称公设是欺骗。 (B).忽视了水星的电磁力等等影响因素(1974地外水星探测),居然弄出高精度?活见鬼还是见活鬼?(科学求真需要批判精神,绝不能包容谬误!)

  • 2024-07-20 23:23

    牛顿晚年研究上帝神学,是敬畏信任自然,他希望自然哲学与上帝协调一致。回答为什么明天还有引力,这种人类认知自然的极限困惑。愚蠢的人居然为此嘲笑牛顿。牛顿不崇高吗???不伟大吗???祸害人类的悖论斯坦骗子能比吗???………自然宿命的复杂性::意识可以作用于人体(物质),清清楚楚比比皆是,对自然宿命具有广泛的扰动。而且,宿命的复杂现象也是观测困难的。信任自然观测归纳是人类科学的唯一根本。

超自然现象探索官

简介:致力于超自然现象、星球科普、天体物理学、天文学