德國物(wu)(wu)理學(xue)家海森堡1927年提出的(de)不確(que)(que)定性原(yuan)理是(shi)量(liang)子(zi)力學(xue)的(de)產物(wu)(wu)。這項原(yuan)則(ze)陳述了(le)精確(que)(que)確(que)(que)定一個(ge)(ge)(ge)(ge)粒子(zi),例如原(yuan)子(zi)周圍的(de)電子(zi)的(de)位(wei)置和(he)動量(liang)是(shi)有限制(zhi)。這個(ge)(ge)(ge)(ge)不確(que)(que)定性來自兩個(ge)(ge)(ge)(ge)因(yin)素,首先測(ce)量(liang)某東西(xi)的(de)行為將會不可(ke)避(bi)免(mian)地(di)擾亂那個(ge)(ge)(ge)(ge)事物(wu)(wu),從而改變它的(de)狀態(tai);其次,因(yin)為量(liang)子(zi)世界不是(shi)具體的(de),但基于概率,精確(que)(que)確(que)(que)定一個(ge)(ge)(ge)(ge)粒子(zi)狀態(tai)存在更深刻更根本(ben)的(de)限制(zhi)。
海(hai)森(sen)堡(bao)測不準原(yuan)理(li)是通過一些實驗(yan)來(lai)論證的。設(she)想用一個γ射線(xian)顯(xian)微(wei)鏡(jing)來(lai)觀察一個電(dian)子(zi)的坐標,因為γ射線(xian)顯(xian)微(wei)鏡(jing)的分辨本(ben)領受(shou)到(dao)波(bo)長(chang)λ的限制(zhi),所(suo)(suo)用光(guang)的波(bo)長(chang)λ越(yue)(yue)短,顯(xian)微(wei)鏡(jing)的分辨率越(yue)(yue)高,從(cong)而測定(ding)電(dian)子(zi)坐標不確定(ding)的程度就越(yue)(yue)小,所(suo)(suo)以。但另一方面,光(guang)照射到(dao)電(dian)子(zi),可(ke)以看成是光(guang)量子(zi)和電(dian)子(zi)的碰撞,波(bo)長(chang)λ越(yue)(yue)短,光(guang)量子(zi)的動量就越(yue)(yue)大,所(suo)(suo)以有。
再比(bi)如,用將光(guang)(guang)照到(dao)一(yi)(yi)個粒(li)子(zi)上的(de)(de)方式來測量一(yi)(yi)個粒(li)子(zi)的(de)(de)位(wei)置(zhi)和速度,一(yi)(yi)部(bu)分光(guang)(guang)波(bo)被此粒(li)子(zi)散射開來,由此指明其位(wei)置(zhi)。但人們(men)不可能將粒(li)子(zi)的(de)(de)位(wei)置(zhi)確(que)定到(dao)比(bi)光(guang)(guang)的(de)(de)兩個波(bo)峰(feng)之(zhi)間的(de)(de)距(ju)離更小的(de)(de)程(cheng)度,所以(yi)為了(le)精(jing)確(que)測定粒(li)子(zi)的(de)(de)位(wei)置(zhi),必須用短波(bo)長(chang)的(de)(de)光(guang)(guang)。
但普朗克的(de)量(liang)子(zi)假設(she),人(ren)(ren)們不(bu)能用(yong)任意(yi)小量(liang)的(de)光:人(ren)(ren)們至少要用(yong)一個光量(liang)子(zi)。這量(liang)子(zi)會擾動粒(li)子(zi),并以一種(zhong)不(bu)能預(yu)見的(de)方式改變粒(li)子(zi)的(de)速度。
所以,簡單(dan)來說,就是如(ru)(ru)果要想測定一個量(liang)子(zi)的精確位(wei)置的話,那(nei)么就需要用波(bo)長(chang)盡量(liang)短的波(bo),這樣的話,對(dui)這個量(liang)子(zi)的擾(rao)動也會(hui)越大(da),對(dui)它的速(su)度測量(liang)也會(hui)越不(bu)精確;如(ru)(ru)果想要精確測量(liang)一個量(liang)子(zi)的速(su)度,那(nei)就要用波(bo)長(chang)較長(chang)的波(bo),那(nei)就不(bu)能精確測定它的位(wei)置。
于(yu)(yu)是,經過一(yi)番推理計算,海森(sen)堡得(de)(de)出:△q△p≥?/2(?=h/2π)。海森(sen)堡寫道:“在位置(zhi)(zhi)被(bei)測定(ding)(ding)的(de)一(yi)瞬(shun),即當光子正(zheng)被(bei)電子偏轉時,電子的(de)動量發(fa)生一(yi)個不(bu)(bu)連(lian)(lian)續的(de)變(bian)化(hua),因此,在確知電子位置(zhi)(zhi)的(de)瞬(shun)間,關于(yu)(yu)它(ta)的(de)動量我們就只能知道相應于(yu)(yu)其不(bu)(bu)連(lian)(lian)續變(bian)化(hua)的(de)大(da)小(xiao)的(de)程度。于(yu)(yu)是,位置(zhi)(zhi)測定(ding)(ding)得(de)(de)越準(zhun)確,動量的(de)測定(ding)(ding)就越不(bu)(bu)準(zhun)確,反(fan)之亦然。”
海森堡還通(tong)過(guo)對確(que)(que)定(ding)原子磁矩的(de)(de)斯特恩-蓋拉(la)赫實驗的(de)(de)分析(xi)證明,原子穿過(guo)偏轉所費的(de)(de)時間△T越長,能量(liang)(liang)(liang)測(ce)量(liang)(liang)(liang)中的(de)(de)不確(que)(que)定(ding)性△E就越小。再加(jia)上德布羅意關系λ=h/p,海森堡得到(dao)△E△T≥h/4π,并且作出結論:“能量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)準確(que)(que)測(ce)定(ding)如何,只有靠相應的(de)(de)對時間的(de)(de)測(ce)不準量(liang)(liang)(liang)才能得到(dao)。”
在量子力學里,不(bu)(bu)確定性原理(Uncertainty principle)表明,粒子的(de)位(wei)置(zhi)與動(dong)量不(bu)(bu)可同時被確定,位(wei)置(zhi)的(de)不(bu)(bu)確定性與動(dong)量的(de)不(bu)(bu)確定性遵守不(bu)(bu)等式
其中,h是(shi)普朗克常數。
維爾納(na)·海森(sen)堡于1927年發表(biao)(biao)論文給出(chu)這(zhe)原(yuan)(yuan)理(li)(li)的(de)(de)原(yuan)(yuan)本啟發式論述(shu)(shu)(shu),因此這(zhe)原(yuan)(yuan)理(li)(li)又稱為(wei)“海森(sen)堡不確(que)定(ding)性原(yuan)(yuan)理(li)(li)”。根(gen)據海森(sen)堡的(de)(de)表(biao)(biao)述(shu)(shu)(shu),測量這(zhe)動(dong)作不可(ke)避免的(de)(de)攪擾了被測量粒(li)子的(de)(de)運(yun)動(dong)狀態,因此產生不確(que)定(ding)性。同(tong)年稍后(hou),厄爾·肯納(na)德(de)(Earl Kennard)給出(chu)另(ling)一種(zhong)表(biao)(biao)述(shu)(shu)(shu)。隔年,赫爾曼·外爾也獨立獲得這(zhe)結果。按照(zhao)肯納(na)德(de)的(de)(de)表(biao)(biao)述(shu)(shu)(shu),位置的(de)(de)不確(que)定(ding)性與(yu)動(dong)量的(de)(de)不確(que)定(ding)性是粒(li)子的(de)(de)秉性,無(wu)法同(tong)時壓(ya)抑至低于某極(ji)限(xian)關系式,與(yu)測量的(de)(de)動(dong)作無(wu)關。這(zhe)樣(yang),對于不確(que)定(ding)性原(yuan)(yuan)理(li)(li),有兩(liang)種(zhong)完全不同(tong)的(de)(de)表(biao)(biao)述(shu)(shu)(shu)。追(zhui)根(gen)究柢,這(zhe)兩(liang)種(zhong)表(biao)(biao)述(shu)(shu)(shu)等價,可(ke)以(yi)從其中任意一種(zhong)表(biao)(biao)述(shu)(shu)(shu)推導出(chu)另(ling)一種(zhong)表(biao)(biao)述(shu)(shu)(shu)。
長久以(yi)來,不(bu)(bu)確定(ding)性(xing)原理(li)與另一(yi)種類(lei)似的(de)(de)(de)(de)物理(li)效應(ying)(ying)(稱為觀察(cha)(cha)(cha)者效應(ying)(ying))時常會被(bei)混淆(xiao)在一(yi)起。觀察(cha)(cha)(cha)者效應(ying)(ying)指出(chu),對(dui)于(yu)系(xi)統的(de)(de)(de)(de)測量(liang)(liang)不(bu)(bu)可(ke)避免地會影響到(dao)這系(xi)統。為了解釋量(liang)(liang)子(zi)不(bu)(bu)確定(ding)性(xing),海森堡(bao)的(de)(de)(de)(de)表(biao)述所援用的(de)(de)(de)(de)是(shi)量(liang)(liang)子(zi)層(ceng)級的(de)(de)(de)(de)觀察(cha)(cha)(cha)者效應(ying)(ying)。之(zhi)后,物理(li)學者漸漸發覺,肯納德的(de)(de)(de)(de)表(biao)述所涉及的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)確定(ding)性(xing)原理(li)是(shi)所有(you)類(lei)波系(xi)統的(de)(de)(de)(de)內秉性(xing)質(zhi),它(ta)之(zhi)所以(yi)會出(chu)現于(yu)量(liang)(liang)子(zi)力學完(wan)全是(shi)因為量(liang)(liang)子(zi)物體的(de)(de)(de)(de)波粒二象性(xing),它(ta)實(shi)際表(biao)現出(chu)量(liang)(liang)子(zi)系(xi)統的(de)(de)(de)(de)基礎(chu)性(xing)質(zhi),而不(bu)(bu)是(shi)對(dui)于(yu)當(dang)今科技實(shi)驗觀測能力的(de)(de)(de)(de)定(ding)量(liang)(liang)評估。在這里特別強調,測量(liang)(liang)不(bu)(bu)是(shi)只有(you)實(shi)驗觀察(cha)(cha)(cha)者參(can)與的(de)(de)(de)(de)過程(cheng),而是(shi)經典物體與量(liang)(liang)子(zi)物體之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)相互作(zuo)用,不(bu)(bu)論是(shi)否有(you)任何觀察(cha)(cha)(cha)者參(can)與這過程(cheng)。
類似的不確(que)(que)定性關(guan)(guan)系(xi)式也存在于(yu)能量(liang)(liang)和時間(jian)、角(jiao)動量(liang)(liang)和角(jiao)度等物理(li)(li)量(liang)(liang)之(zhi)間(jian)。由于(yu)不確(que)(que)定性原(yuan)理(li)(li)是量(liang)(liang)子(zi)力學的重要結果(guo),很多一般實(shi)驗都時常(chang)會(hui)(hui)涉及到關(guan)(guan)于(yu)它的一些(xie)問題(ti)。有(you)些(xie)實(shi)驗會(hui)(hui)特別檢驗這原(yuan)理(li)(li)或(huo)類似的原(yuan)理(li)(li)。例如,檢驗發生(sheng)于(yu)超導系(xi)統(tong)或(huo)量(liang)(liang)子(zi)光學系(xi)統(tong)的“數字-相(xiang)位(wei)不確(que)(que)定性原(yuan)理(li)(li)”。對(dui)于(yu)不確(que)(que)定性原(yuan)理(li)(li)的相(xiang)關(guan)(guan)研究可以用(yong)來發展引力波(bo)干涉儀所需要的低噪聲(sheng)科(ke)技(ji)。
該原(yuan)理(li)(li)表明:一個微(wei)觀粒子的(de)(de)(de)(de)某些物理(li)(li)量(liang)(liang)(liang)(如位置和(he)動(dong)量(liang)(liang)(liang),或方(fang)位角與動(dong)量(liang)(liang)(liang)矩,還有(you)時間和(he)能(neng)量(liang)(liang)(liang)等(deng)),不可能(neng)同時具有(you)確(que)定的(de)(de)(de)(de)數(shu)值,其中一個量(liang)(liang)(liang)越確(que)定,另一個量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)不確(que)定程度就越大(da)。測(ce)量(liang)(liang)(liang)一對(dui)共軛(e)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)誤(wu)差(標(biao)準差)的(de)(de)(de)(de)乘(cheng)積必(bi)然大(da)于常數(shu)h/4π(h是普朗克常數(shu))是海森堡在1927年(nian)首先提出的(de)(de)(de)(de),它(ta)反映了微(wei)觀粒子運(yun)動(dong)的(de)(de)(de)(de)基本規律——以共軛(e)量(liang)(liang)(liang)為自(zi)變量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)概率幅函(han)數(shu)(波函(han)數(shu))構成(cheng)傅立葉變換對(dui);以及量(liang)(liang)(liang)子力學(xue)的(de)(de)(de)(de)基本關系,是物理(li)(li)學(xue)中又一條重(zhong)要原(yuan)理(li)(li)。
緊跟在漢斯·克(ke)拉默斯(Hans Kramers)的(de)(de)(de)開拓工作之(zhi)后,1925年6月(yue),維爾納(na)·海森堡(bao)發表(biao)論(lun)文《運動與機械關(guan)系的(de)(de)(de)量(liang)子(zi)(zi)理論(lun)重(zhong)新(xin)詮釋》(Quantum-Theoretical Re-interpretation of Kinematic and Mechanical Relations),創(chuang)立了矩(ju)陣力(li)學。舊量(liang)子(zi)(zi)論(lun)漸(jian)漸(jian)式(shi)微,現(xian)代量(liang)子(zi)(zi)力(li)學正(zheng)式(shi)開啟。矩(ju)陣力(li)學大膽地(di)假設,關(guan)于(yu)運動的(de)(de)(de)經典概念不適用于(yu)量(liang)子(zi)(zi)層級(ji)。在原子(zi)(zi)里(li)的(de)(de)(de)電子(zi)(zi)并不是運動于(yu)明確(que)的(de)(de)(de)軌(gui)道(dao),而是模糊不清,無法(fa)觀(guan)察(cha)到的(de)(de)(de)軌(gui)域;其(qi)對于(yu)時間的(de)(de)(de)傅(fu)里(li)葉變換(huan)只涉及從量(liang)子(zi)(zi)躍遷中觀(guan)察(cha)到的(de)(de)(de)離散頻率。
海森(sen)堡在(zai)(zai)論文里(li)提出,只有在(zai)(zai)實(shi)驗里(li)能夠觀(guan)察到(dao)的(de)(de)物(wu)理(li)量才具(ju)有物(wu)理(li)意義(yi),才可以(yi)用理(li)論描(miao)述(shu)其物(wu)理(li)行(xing)為(wei),其它都是無(wu)稽之談。因此,他(ta)避開任何涉及粒子(zi)運動軌道的(de)(de)詳細計算,例(li)如,粒子(zi)隨著(zhu)時間而改變的(de)(de)確(que)切運動位置(zhi)。因為(wei),這(zhe)運動軌道是無(wu)法直接觀(guan)察到(dao)的(de)(de)。替代(dai)(dai)地(di),他(ta)專注(zhu)于研究(jiu)電(dian)子(zi)躍(yue)遷時,所發射(she)的(de)(de)光的(de)(de)離散頻率和(he)強度(du)。他(ta)計算出代(dai)(dai)表位置(zhi)與動量的(de)(de)無(wu)限矩(ju)(ju)陣。這(zhe)些矩(ju)(ju)陣能夠正確(que)地(di)預測電(dian)子(zi)躍(yue)遷所發射(she)出光波的(de)(de)強度(du)。
同年6月,海(hai)森(sen)堡(bao)的上(shang)司馬(ma)克斯(si)·玻(bo)恩,在閱(yue)讀(du)了海(hai)森(sen)堡(bao)交給他發表(biao)的論文后,發覺(jue)了位(wei)置與動量無限(xian)矩陣有一個很顯著的關系(xi)──它們不互(hu)相(xiang)對易。這關系(xi)稱為正則對易關系(xi),以方程表(biao)示為:
在那時,物理(li)(li)學者還(huan)沒(mei)能清楚地了(le)解這重要的結果,他們(men)無法給(gei)予合(he)理(li)(li)的詮釋。
小澤不等式及其(qi)驗證(zheng)
隨(sui)著(zhu)科技進步,20世紀80年(nian)(nian)代以(yi)來,有聲(sheng)音(yin)開始指出該定律(lv)并不(bu)(bu)(bu)是萬能(neng)的。日本(ben)名古(gu)屋大學教授小(xiao)澤正直在2003年(nian)(nian)提出“小(xiao)澤不(bu)(bu)(bu)等式”,認(ren)為“測不(bu)(bu)(bu)準(zhun)原(yuan)(yuan)理”可能(neng)有其缺陷所(suo)在。為此,其科研團(tuan)隊對與(yu)(yu)構成原(yuan)(yuan)子(zi)的中子(zi)“自轉”傾向相關的兩(liang)個(ge)值(zhi)進行了精(jing)(jing)密(mi)測量(liang),并成功(gong)測出超過(guo)所(suo)謂(wei)“極(ji)限”的兩(liang)個(ge)值(zhi)的精(jing)(jing)度,使得(de)小(xiao)澤不(bu)(bu)(bu)等式獲得(de)成立,同時(shi)也證明了與(yu)(yu)“測不(bu)(bu)(bu)準(zhun)原(yuan)(yuan)理”之間存在矛(mao)盾。
日本(ben)名古屋大(da)(da)學(xue)教(jiao)(jiao)授(shou)(shou)小澤正直和(he)奧地利(li)維(wei)也納工(gong)科大(da)(da)學(xue)副教(jiao)(jiao)授(shou)(shou)長谷川祐司(si)的(de)(de)科研團隊通(tong)過(guo)實(shi)驗發(fa)(fa)現(xian),大(da)(da)約(yue)在80年前提出(chu)的(de)(de)用來解釋(shi)微觀世界(jie)中量(liang)子(zi)力(li)學(xue)的(de)(de)基本(ben)定(ding)律“測不準原理”有其缺陷所在。該發(fa)(fa)現(xian)在全世界(jie)尚屬首次。這個發(fa)(fa)現(xian)成(cheng)果被稱作是應(ying)面(mian)向高速密碼通(tong)信技術應(ying)用和(he)教(jiao)(jiao)科書改換的(de)(de)形勢所迫,于2012年1月15日在英(ying)國科學(xue)雜志《自然物(wu)理學(xue)》(電子(zi)版(ban))上發(fa)(fa)表。
多(duo)倫多(duo)大(da)學(the University of Toronto)量(liang)(liang)子光(guang)學研究小組(zu)的(de)李·羅(luo)澤馬(ma)(Lee Rozema)設計了(le)一種測(ce)量(liang)(liang)物理(li)性質的(de)儀器,其研究成(cheng)果發表在2012年(nian)9月7日當周(zhou)的(de)《物理(li)評論通訊》(Physical Review Letters)周(zhou)刊上。
為了達(da)到(dao)這個(ge)目(mu)標,需(xu)要在光子進入儀(yi)(yi)器前(qian)進行測(ce)量(liang)(liang),但是這個(ge)過程也會造成(cheng)干(gan)擾。為了解(jie)決(jue)這個(ge)問(wen)題,羅澤(ze)馬及其同事使用一種弱測(ce)量(liang)(liang)技術(weak measurement),讓所測(ce)對(dui)象受到(dao)的(de)干(gan)擾微(wei)乎其微(wei),每個(ge)光子進入儀(yi)(yi)器前(qian),研究(jiu)人(ren)員對(dui)其弱測(ce)量(liang)(liang),然后再用儀(yi)(yi)器測(ce)量(liang)(liang),之后對(dui)比兩個(ge)結(jie)果(guo)。發(fa)現造成(cheng)的(de)干(gan)擾不像(xiang)海(hai)森貝格原理中(zhong)推(tui)斷的(de)那么大。
這(zhe)一(yi)發(fa)現(xian)是對海(hai)森貝格理論的(de)挑戰(zhan)。2010年,澳大(da)利亞(ya)格里菲斯大(da)學(Griffith University)科學家倫德(A.P. Lund)和(he)懷斯曼(Howard Wiseman)發(fa)現(xian)弱測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)可以應用(yong)(yong)于測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)量(liang)(liang)(liang)子(zi)體系,然而(er)還需要一(yi)個微型量(liang)(liang)(liang)子(zi)計算(suan)機(ji),但這(zhe)種計算(suan)機(ji)很難生產出來。羅澤馬的(de)實驗包括應用(yong)(yong)弱測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)和(he)通過“簇態量(liang)(liang)(liang)子(zi)計算(suan)”技術簡化量(liang)(liang)(liang)子(zi)計算(suan)過程,把(ba)這(zhe)兩者結合,找到(dao)了在實驗室(shi)測(ce)(ce)試倫德和(he)懷斯曼觀(guan)點的(de)方法。
海(hai)森(sen)堡與玻(bo)爾(er)共同討論(lun)問題
1926年,海森堡(bao)(bao)任聘為哥本哈(ha)根大學尼爾斯·玻(bo)爾研(yan)究(jiu)所的講師,幫尼爾斯·玻(bo)爾做研(yan)究(jiu)。在那(nei)里(li),海森堡(bao)(bao)表(biao)述出不確定性(xing)原理,從而為后來知(zhi)名為哥本哈(ha)根詮釋奠定了的堅(jian)固(gu)的基(ji)礎。海森堡(bao)(bao)證明,對(dui)(dui)易關(guan)系可以(yi)推導出不確定性(xing),或者,使(shi)用玻(bo)爾的術語,互補性(xing):不能同時觀(guan)測任意兩個(ge)(ge)不對(dui)(dui)易的變(bian)(bian)量(liang)(liang);更準(zhun)確地(di)知(zhi)道(dao)其中一個(ge)(ge)變(bian)(bian)量(liang)(liang),則(ze)必定更不準(zhun)確地(di)知(zhi)道(dao)另外一個(ge)(ge)變(bian)(bian)量(liang)(liang)。
在他著名的1927年論文里,海森堡(bao)寫出以(yi)下公式
這(zhe)公式(shi)給出了(le)任何位(wei)置測量(liang)所(suo)造(zao)成的(de)(de)最(zui)小無法避免的(de)(de)動量(liang)不(bu)確定值。雖(sui)然他提到,這(zhe)公式(shi)可以(yi)從對易(yi)關(guan)系導引出來,他并沒(mei)有寫(xie)出相(xiang)關(guan)數學理論,也(ye)沒(mei)有給予(yu)和確切的(de)(de)定義(yi)。他只給出了(le)幾個案例(li)(高斯波包(bao))的(de)(de)合理估算(suan)。在(zai)海森(sen)堡的(de)(de)芝加哥講義(yi)里,他又進一步(bu)改善了(le)這(zhe)關(guan)系式(shi):
1927年厄爾(er)·肯納(na)德(de)(Earl Kennard)首先證明(ming)了現代不等(deng)式:
其(qi)中,是(shi)位(wei)置標(biao)準差,是(shi)動量標(biao)準差,是(shi)約化普朗(lang)克(ke)常數。
1929年,霍華德·羅伯森(Howard Robertson)給出怎樣從對易(yi)關(guan)系求出不確定(ding)關(guan)系式。
有(you)很久一段時間,不(bu)(bu)確(que)定性原(yuan)(yuan)理(li)被(bei)稱為“測(ce)不(bu)(bu)準(zhun)原(yuan)(yuan)理(li)”,但(dan)實際(ji)而言,對于類波系統(tong)內(nei)秉(bing)的性質,不(bu)(bu)確(que)定性原(yuan)(yuan)理(li)與(yu)測(ce)量準(zhun)確(que)不(bu)(bu)準(zhun)確(que)并(bing)(bing)沒(mei)有(you)直接關系(請(qing)查閱本條目稍前關于觀察者效(xiao)應的內(nei)容(rong)),因此(ci),該譯名(ming)并(bing)(bing)未正確(que)表達出這(zhe)原(yuan)(yuan)理(li)的內(nei)涵(han)。另外(wai),英(ying)(ying)語(yu)稱此(ci)原(yuan)(yuan)理(li)為“Uncertainty Principle”,直譯為“不(bu)(bu)確(que)定性原(yuan)(yuan)理(li)”,并(bing)(bing)沒(mei)有(you)“測(ce)不(bu)(bu)準(zhun)原(yuan)(yuan)理(li)”這(zhe)種說(shuo)法,其他語(yu)言與(yu)英(ying)(ying)語(yu)的情況類似,除中文外(wai),并(bing)(bing)無“測(ce)不(bu)(bu)準(zhun)原(yuan)(yuan)理(li)”一詞。現今,在中國大(da)陸(lu)的教科書中,該原(yuan)(yuan)理(li)的正式譯名(ming)也已改為“不(bu)(bu)確(que)定性關系”(Uncertainty Relation)。
海(hai)(hai)森(sen)堡在(zai)(zai)創(chuang)立矩陣力學時(shi),對形(xing)象化的(de)(de)(de)圖(tu)象采取否定(ding)態(tai)度(du)。但(dan)他(ta)在(zai)(zai)表述中仍然需要使(shi)(shi)用(yong)“坐標(biao)”、“速度(du)”之類(lei)的(de)(de)(de)詞匯,當然這(zhe)些(xie)(xie)詞匯已經(jing)不(bu)(bu)(bu)再(zai)等(deng)同于(yu)(yu)經(jing)典理論中的(de)(de)(de)那些(xie)(xie)詞匯。可是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),究(jiu)竟應該(gai)怎(zen)樣(yang)理解這(zhe)些(xie)(xie)詞匯新的(de)(de)(de)物理意義呢?海(hai)(hai)森(sen)堡抓住云室實驗中觀(guan)察電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)徑跡(ji)的(de)(de)(de)問(wen)題進行思考(kao)。他(ta)試圖(tu)用(yong)矩陣力學為(wei)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)徑跡(ji)作出數學表述,可是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)沒(mei)有(you)成(cheng)功。這(zhe)使(shi)(shi)海(hai)(hai)森(sen)堡陷入困境。他(ta)反(fan)復考(kao)慮,意識(shi)到關(guan)鍵在(zai)(zai)于(yu)(yu)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)軌(gui)(gui)道的(de)(de)(de)提法(fa)本(ben)身有(you)問(wen)題。人們(men)(men)(men)看到的(de)(de)(de)徑跡(ji)并(bing)不(bu)(bu)(bu)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)真正(zheng)軌(gui)(gui)道,而是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)水滴(di)串形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)霧跡(ji),水滴(di)遠比電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)大(da),所以(yi)人們(men)(men)(men)也(ye)許只(zhi)(zhi)能(neng)(neng)觀(guan)察到一(yi)系列電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)確定(ding)的(de)(de)(de)位置,而不(bu)(bu)(bu)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)準(zhun)確軌(gui)(gui)道。因此(ci),在(zai)(zai)量子(zi)(zi)(zi)力學中,一(yi)個電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)只(zhi)(zhi)能(neng)(neng)以(yi)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)確定(ding)性處(chu)于(yu)(yu)某一(yi)位置,同時(shi)也(ye)只(zhi)(zhi)能(neng)(neng)以(yi)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)確定(ding)性具有(you)某一(yi)速度(du)。可以(yi)把這(zhe)些(xie)(xie)不(bu)(bu)(bu)確定(ding)性限制在(zai)(zai)最(zui)小的(de)(de)(de)范圍(wei)內,但(dan)不(bu)(bu)(bu)能(neng)(neng)等(deng)于(yu)(yu)零。這(zhe)就是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)海(hai)(hai)森(sen)堡對不(bu)(bu)(bu)確定(ding)性最(zui)初的(de)(de)(de)思考(kao)。據海(hai)(hai)森(sen)伯晚(wan)年回(hui)憶(yi),愛因斯(si)坦1926年的(de)(de)(de)一(yi)次(ci)談話啟發了(le)他(ta)。愛因斯(si)坦和海(hai)(hai)森(sen)堡討(tao)論可不(bu)(bu)(bu)可以(yi)考(kao)慮電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)軌(gui)(gui)道時(shi),曾(ceng)質問(wen)過海(hai)(hai)森(sen)堡:“難道說你(ni)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)認(ren)真相信只(zhi)(zhi)有(you)可觀(guan)察量才(cai)應當進入物理理論嗎?”對此(ci)海(hai)(hai)森(sen)堡答(da)復說:“你(ni)處(chu)理相對論不(bu)(bu)(bu)正(zheng)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)這(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)嗎?你(ni)曾(ceng)強調(diao)過絕(jue)對時(shi)間(jian)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)許可的(de)(de)(de),僅(jin)僅(jin)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)因為(wei)絕(jue)對時(shi)間(jian)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)能(neng)(neng)被(bei)觀(guan)察的(de)(de)(de)。”愛因斯(si)坦承認(ren)這(zhe)一(yi)點,但(dan)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)又說:“一(yi)個人把實際(ji)觀(guan)察到的(de)(de)(de)東西(xi)(xi)記在(zai)(zai)心里,會有(you)啟發性幫助的(de)(de)(de)……在(zai)(zai)原則上試圖(tu)單(dan)靠可觀(guan)察量來(lai)建立理論,那是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)完全錯誤(wu)的(de)(de)(de)。實際(ji)上恰恰相反(fan),是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)理論決定(ding)我們(men)(men)(men)能(neng)(neng)夠觀(guan)察到的(de)(de)(de)東西(xi)(xi)……只(zhi)(zhi)有(you)理論,即只(zhi)(zhi)有(you)關(guan)于(yu)(yu)自(zi)然規律的(de)(de)(de)知(zhi)識(shi),才(cai)能(neng)(neng)使(shi)(shi)我們(men)(men)(men)從感覺印(yin)象推論出基本(ben)現象。”
海森(sen)堡在1927年(nian)的(de)(de)論文一(yi)開頭就說:“如果誰想要(yao)闡明‘一(yi)個(ge)物體的(de)(de)位置(zhi)’(例(li)如一(yi)個(ge)電子的(de)(de)位置(zhi))這個(ge)短語的(de)(de)意義,那么他就要(yao)描述一(yi)個(ge)能夠測量‘電子位置(zhi)’的(de)(de)實驗,否則(ze)這個(ge)短語就根本沒有意義。”海森(sen)堡在談到(dao)諸如位置(zhi)與動量,或能量與時(shi)間這樣一(yi)些正則(ze)共軛量的(de)(de)不(bu)確定關系(xi)時(shi),說:“這種(zhong)不(bu)確定性正是量子力學中出現統(tong)計關系(xi)的(de)(de)根本原因(yin)。”
海(hai)森(sen)堡的(de)(de)(de)測不準原理(li)(li)得到了(le)玻(bo)(bo)(bo)爾(er)的(de)(de)(de)支持,但玻(bo)(bo)(bo)爾(er)不同意他(ta)的(de)(de)(de)推理(li)(li)方式,認(ren)為(wei)他(ta)建立測不準關系所用的(de)(de)(de)基本概念有問(wen)題(ti)(ti)。雙(shuang)方發(fa)生(sheng)過激烈的(de)(de)(de)爭論。玻(bo)(bo)(bo)爾(er)的(de)(de)(de)觀(guan)點是測不準關系的(de)(de)(de)基礎在于波粒二象(xiang)性(xing),他(ta)說(shuo):“這(zhe)才是問(wen)題(ti)(ti)的(de)(de)(de)核心。”而海(hai)森(sen)堡說(shuo):“我們已經(jing)有了(le)一個貫徹一致的(de)(de)(de)數(shu)學(xue)推理(li)(li)方式,它把觀(guan)察到的(de)(de)(de)一切告訴了(le)人們。在自然界中沒有什么東西是這(zhe)個數(shu)學(xue)推理(li)(li)方式不能(neng)描述(shu)的(de)(de)(de)。”玻(bo)(bo)(bo)爾(er)則說(shuo):“完備(bei)的(de)(de)(de)物(wu)理(li)(li)解釋(shi)應當絕對(dui)地高于數(shu)學(xue)形式體系。”
玻(bo)爾更著(zhu)重(zhong)于(yu)從哲學上考慮問(wen)題(ti)。1927年玻(bo)爾作了《量(liang)子公設和原子理(li)論的(de)(de)(de)(de)新(xin)進展》的(de)(de)(de)(de)演講,提出著(zhu)名(ming)的(de)(de)(de)(de)互(hu)(hu)(hu)補原理(li)。他指出,在物理(li)理(li)論中(zhong),平常大(da)家總是認為可以不(bu)必干涉所研究的(de)(de)(de)(de)對(dui)象,就可以觀(guan)(guan)(guan)測該對(dui)象,但從量(liang)子理(li)論看來卻不(bu)可能,因(yin)為對(dui)原子體(ti)系的(de)(de)(de)(de)任何觀(guan)(guan)(guan)測,都將涉及所觀(guan)(guan)(guan)測的(de)(de)(de)(de)對(dui)象在觀(guan)(guan)(guan)測過程中(zhong)已經有所改變,因(yin)此不(bu)可能有單一的(de)(de)(de)(de)定義,平常所謂的(de)(de)(de)(de)因(yin)果性(xing)不(bu)復存在。對(dui)經典理(li)論來說(shuo)是互(hu)(hu)(hu)相(xiang)排斥的(de)(de)(de)(de)不(bu)同性(xing)質,在量(liang)子理(li)論中(zhong)卻成了互(hu)(hu)(hu)相(xiang)補充的(de)(de)(de)(de)一些(xie)側面。波粒(li)二象性(xing)正是互(hu)(hu)(hu)補性(xing)的(de)(de)(de)(de)一個(ge)重(zhong)要表現。測不(bu)準原理(li)和其它量(liang)子力學結論也可從這里得到解釋。
科學理論,特別是牛頓引力論的成功,使得法國科學家拉普拉斯侯爵在19世紀初論斷,宇宙是完全被決定的。他認為存在一組科學定律,只要我們完全知道宇宙在某一時刻的狀態,我們便能依此預言宇宙中將會發生的任一事件。例如,假定我們知道某一個時刻的太陽和行星的位置和速度,則可用牛頓定律計算出在任何其他時刻的太陽系的狀態。這種情形下的宿命論是顯而易見的,拉普拉斯進一步假定存在著某些定律,它們類似地制約其他每一件東西,包括人類的行為。<續編:不確定原理實質是對因果論的一種更加肯定,可想而知,任何一種在微小的觀測都可以使對象的狀態發生改變,從而使原對象的體系進入一個新的狀態量,而在未對其干擾前他的狀態量卻會沿著一個自身作用的方向發展,(當然它的方向對我們來說是不確定的,這個不確定實質是對于我們的觀測而言的。),干擾(觀測)卻使他開始了一個“新的紀元”,而這個干擾結果對于對象而言卻是確定的,它會使對象開始一個新狀態,當然,這個新的結果又會作用于其他體系,從而影響整個宇宙。簡言之可以這么說:由于你的一個噴嚏,使氣流發生強運動,通過氣流之間力的作用,最終使美國的一朵云達到了降水的條件,由于你的一個噴嚏,使美國降了一場雨!而沒有你的噴嚏,那個云的運動也是一定的,降水就不可能了。所謂蝴蝶效應,其實也是這個道理,蝴蝶在太平洋那邊扇了下翅膀,另一邊可能因此刮起臺風。
妄想(xiang)通過物理(li)定(ding)律推算未來(lai)事(shi)件的(de)努(nu)力是(shi)(shi)可(ke)(ke)笑(xiao)的(de),從計算機學(xue)來(lai)看,這種推算是(shi)(shi)一(yi)種無限遞歸,終(zhong)止(zhi)遞歸的(de)條件是(shi)(shi)得到未來(lai)某(mou)一(yi)時刻(ke)的(de)狀態(tai),但算法(fa)需(xu)要(yao)知道自己得出(chu)(chu)結果后計算者對環(huan)境的(de)影(ying)響(必須考(kao)慮(lv))因(yin)而陷入遞歸,因(yin)為(wei)終(zhong)止(zhi)條件是(shi)(shi)無法(fa)達(da)成(cheng)的(de),故算法(fa)無法(fa)完成(cheng)。從可(ke)(ke)行性來(lai)看,我們生活的(de)世界好比一(yi)臺400mips的(de)電腦(nao)環(huan)境,它是(shi)(shi)不可(ke)(ke)能模擬(ni)出(chu)(chu)一(yi)臺500mips的(de)虛(xu)擬(ni)機的(de)。故未來(lai)不可(ke)(ke)知。
很(hen)多人強(qiang)烈(lie)地抵(di)制這(zhe)種(zhong)科學(xue)決(jue)定論,他們(men)感到這(zhe)侵犯了(le)“上帝”或神秘力量(liang)干(gan)涉世(shi)界的(de)(de)(de)(de)自由(you),直(zhi)到20世(shi)紀初,這(zhe)種(zhong)觀念(nian)(nian)仍被(bei)認為是(shi)科學(xue)的(de)(de)(de)(de)標準假定。這(zhe)種(zhong)信念(nian)(nian)必(bi)須被(bei)拋棄的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)最(zui)初的(de)(de)(de)(de)征兆(zhao),它是(shi)由(you)英國科學(xue)家瑞利(li)勛爵(jue)和(he)詹姆(mu)斯·金斯爵(jue)士所(suo)做的(de)(de)(de)(de)計算(suan),他們(men)指出(chu)(chu)(chu)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)熱的(de)(de)(de)(de)物體(ti)——例如(ru)恒(heng)星——必(bi)須以無(wu)限大(da)的(de)(de)(de)(de)速率(lv)輻射出(chu)(chu)(chu)能(neng)量(liang)。按照當時我們(men)所(suo)相信的(de)(de)(de)(de)定律,一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)熱體(ti)必(bi)須在所(suo)有(you)的(de)(de)(de)(de)頻段(duan)同等地發(fa)出(chu)(chu)(chu)電磁波(bo)(諸如(ru)無(wu)線電波(bo)、可見光或X射線)。例如(ru),一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)熱體(ti)在1萬(wan)(wan)億(yi)赫茲(zi)到2萬(wan)(wan)億(yi)赫茲(zi)頻率(lv)之間發(fa)出(chu)(chu)(chu)和(he)在2萬(wan)(wan)億(yi)赫茲(zi)到3萬(wan)(wan)億(yi)赫茲(zi)頻率(lv)之間同樣(yang)能(neng)量(liang)的(de)(de)(de)(de)波(bo)。而既然(ran)波(bo)的(de)(de)(de)(de)頻譜是(shi)無(wu)限的(de)(de)(de)(de),這(zhe)意(yi)味著(zhu)輻射出(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)總能(neng)量(liang)必(bi)須是(shi)無(wu)限的(de)(de)(de)(de)。
為(wei)(wei)了(le)避免這(zhe)顯(xian)然荒謬的(de)(de)結果,德(de)國(guo)科學(xue)家馬克斯·普(pu)朗(lang)克在1900年(nian)提出,光波、X射(she)線和其(qi)他波不能(neng)(neng)以任意的(de)(de)速(su)率輻(fu)射(she),而必須(xu)以某(mou)種稱為(wei)(wei)量(liang)(liang)子(zi)(zi)的(de)(de)形式發射(she)。并且,每個量(liang)(liang)子(zi)(zi)具(ju)有(you)確(que)定(ding)的(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang),波的(de)(de)頻(pin)(pin)率越高(gao),其(qi)能(neng)(neng)量(liang)(liang)越大。這(zhe)樣,在足夠高(gao)的(de)(de)頻(pin)(pin)率下,輻(fu)射(she)單獨量(liang)(liang)子(zi)(zi)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)比所(suo)能(neng)(neng)得到的(de)(de)還要(yao)多。因此(ci),在高(gao)頻(pin)(pin)下輻(fu)射(she)被(bei)減(jian)少了(le),物體喪失(shi)能(neng)(neng)量(liang)(liang)的(de)(de)速(su)率變成有(you)限的(de)(de)了(le)。
量(liang)(liang)(liang)子(zi)假(jia)設可以(yi)非常好地解(jie)釋所觀(guan)測(ce)(ce)到(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發射(she)率,直到(dao)(dao)1926年另一(yi)個(ge)(ge)(ge)德(de)國科學家威納·海森堡(bao)提(ti)出著名的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)確(que)(que)定性(xing)原理(li)之后(hou),它(ta)對宿(su)命(ming)論的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含義才被意識到(dao)(dao)。為了預言一(yi)個(ge)(ge)(ge)粒(li)子(zi)未(wei)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)和(he)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du),人們(men)必須能(neng)(neng)準(zhun)(zhun)確(que)(que)地測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)它(ta)現時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)和(he)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)。顯而易見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)辦法是(shi)將光(guang)(guang)照到(dao)(dao)這粒(li)子(zi)上,一(yi)部(bu)分光(guang)(guang)波(bo)被此粒(li)子(zi)散射(she)開來,由此指明它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)。然而,人們(men)不(bu)可能(neng)(neng)將粒(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)確(que)(que)定到(dao)(dao)比光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)兩(liang)個(ge)(ge)(ge)波(bo)峰之間距離更小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)程度(du)(du)(du)(du),所以(yi)必須用短波(bo)長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)來測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)粒(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)。測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)粒(li)子(zi)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi),可以(yi)通過“六方(fang)(fang)鏡(jing)(jing)”得(de)到(dao)(dao)。“六方(fang)(fang)鏡(jing)(jing)”,上下各(ge)(ge)一(yi)個(ge)(ge)(ge)觀(guan)測(ce)(ce)鏡(jing)(jing),左右各(ge)(ge)一(yi)個(ge)(ge)(ge)觀(guan)測(ce)(ce)鏡(jing)(jing),前后(hou)各(ge)(ge)一(yi)個(ge)(ge)(ge)觀(guan)測(ce)(ce)鏡(jing)(jing)。由普朗(lang)克(ke)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)假(jia)設,人們(men)不(bu)能(neng)(neng)用任意少的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)量(liang)(liang)(liang),至少要用一(yi)個(ge)(ge)(ge)光(guang)(guang)量(liang)(liang)(liang)子(zi)。這量(liang)(liang)(liang)子(zi)會擾動(dong)這粒(li)子(zi),并以(yi)一(yi)種不(bu)能(neng)(neng)預見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)式改變(bian)粒(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)。而且,位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)得(de)越(yue)準(zhun)(zhun)確(que)(que),所需的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)長(chang)就(jiu)(jiu)越(yue)短,單獨量(liang)(liang)(liang)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)就(jiu)(jiu)越(yue)大,這樣粒(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)就(jiu)(jiu)被擾動(dong)得(de)越(yue)厲害。換言之,你(ni)對粒(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)得(de)越(yue)準(zhun)(zhun)確(que)(que),你(ni)對速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)就(jiu)(jiu)越(yue)不(bu)準(zhun)(zhun)確(que)(que),反之亦然。海森堡(bao)指出,粒(li)子(zi)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)確(que)(que)定性(xing)乘上粒(li)子(zi)質量(liang)(liang)(liang)再乘以(yi)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)確(que)(que)定性(xing)不(bu)能(neng)(neng)小(xiao)于(yu)一(yi)個(ge)(ge)(ge)確(que)(que)定量(liang)(liang)(liang)——普朗(lang)克(ke)常數(shu)。并且,這個(ge)(ge)(ge)極限既不(bu)依賴(lai)于(yu)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)粒(li)子(zi)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)和(he)速(su)(su)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法,也不(bu)依賴(lai)于(yu)粒(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)種類(lei)。海森堡(bao)不(bu)確(que)(que)定性(xing)原理(li)是(shi)世界的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)(ge)基本的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)可回避(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)質。
不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)確(que)定(ding)(ding)(ding)性(xing)原理(li)(li)對我(wo)們世界觀有非常深遠(yuan)的(de)(de)影響(xiang)。甚(shen)至到了50多(duo)(duo)(duo)年之后,它還(huan)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)為(wei)(wei)許多(duo)(duo)(duo)哲學家所(suo)鑒賞,仍然是許多(duo)(duo)(duo)爭議的(de)(de)主題。不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)確(que)定(ding)(ding)(ding)性(xing)原理(li)(li)使(shi)拉(la)(la)普(pu)拉(la)(la)斯科學理(li)(li)論,即(ji)一(yi)個完全確(que)定(ding)(ding)(ding)性(xing)的(de)(de)宇(yu)(yu)宙模型的(de)(de)夢想壽終正寢:如(ru)果人們甚(shen)至不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)能(neng)準確(que)地(di)(di)測量宇(yu)(yu)宙當(dang)前(qian)的(de)(de)狀(zhuang)態(tai)(tai),那么就肯定(ding)(ding)(ding)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)能(neng)準確(que)地(di)(di)預言將來的(de)(de)事件(否(fou)認觀察(cha)者(zhe)可(ke)以確(que)定(ding)(ding)(ding)未來)!但客觀來說宇(yu)(yu)宙當(dang)前(qian)的(de)(de)狀(zhuang)態(tai)(tai)是確(que)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)無疑(承(cheng)認客觀未來的(de)(de)確(que)定(ding)(ding)(ding)性(xing))。我(wo)們仍然可(ke)以想像,對于(yu)一(yi)些(xie)超自然的(de)(de)生物(wu)(wu),存(cun)在一(yi)組(zu)完全地(di)(di)決定(ding)(ding)(ding)事件的(de)(de)定(ding)(ding)(ding)律,這些(xie)生物(wu)(wu)能(neng)夠不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)干擾宇(yu)(yu)宙地(di)(di)觀測它的(de)(de)狀(zhuang)態(tai)(tai)。然而,對于(yu)我(wo)們這些(xie)蕓(yun)蕓(yun)眾(zhong)生而言,這樣的(de)(de)宇(yu)(yu)宙模型并沒(mei)有太(tai)多(duo)(duo)(duo)的(de)(de)興趣,因為(wei)(wei)對于(yu)我(wo)們這些(xie)觀察(cha)者(zhe)來說未來的(de)(de)確(que)是不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)可(ke)預知的(de)(de)。看來,最(zui)好是采(cai)用稱為(wei)(wei)奧鏗(keng)剃刀的(de)(de)經濟(ji)學原理(li)(li),將理(li)(li)論中不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)能(neng)被觀測到的(de)(de)所(suo)有特征都割除(chu)掉。20世紀20年代(dai)。在不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)確(que)定(ding)(ding)(ding)性(xing)原理(li)(li)的(de)(de)基(ji)礎(chu)上(shang),海森堡(bao)、厄文·薛定(ding)(ding)(ding)諤和(he)保(bao)爾·狄拉(la)(la)克運(yun)用這種(zhong)手段將力學重新表達成(cheng)稱為(wei)(wei)量子(zi)力學的(de)(de)新理(li)(li)論。在此(ci)理(li)(li)論中,粒(li)子(zi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)再(zai)有分別被很好定(ding)(ding)(ding)義的(de)(de)、能(neng)被同時觀測的(de)(de)位(wei)置(zhi)和(he)速度,而代(dai)之以位(wei)置(zhi)和(he)速度的(de)(de)結合物(wu)(wu)的(de)(de)量子(zi)態(tai)(tai)。
一般而(er)言,量(liang)(liang)子力(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)并不(bu)(bu)對(dui)(dui)(dui)(dui)一次(ci)觀(guan)測(ce)預(yu)(yu)(yu)言一個單獨(du)的(de)(de)(de)確(que)定結果。代(dai)(dai)之,它預(yu)(yu)(yu)言一組(zu)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)可(ke)能發(fa)生的(de)(de)(de)結果,并告訴我(wo)(wo)們(men)每(mei)個結果出(chu)(chu)現(xian)(xian)的(de)(de)(de)概率。也(ye)(ye)就是說,如果我(wo)(wo)們(men)對(dui)(dui)(dui)(dui)大(da)(da)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)類似的(de)(de)(de)系統(tong)作同(tong)樣(yang)的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang),每(mei)一個系統(tong)以(yi)同(tong)樣(yang)的(de)(de)(de)方式(shi)起(qi)(qi)始(shi),我(wo)(wo)們(men)將會找(zhao)到(dao)測(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)結果為(wei)(wei)A出(chu)(chu)現(xian)(xian)一定的(de)(de)(de)次(ci)數(shu),為(wei)(wei)B出(chu)(chu)現(xian)(xian)另一不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)次(ci)數(shu)等等。人(ren)們(men)可(ke)以(yi)預(yu)(yu)(yu)言結果為(wei)(wei)A或B的(de)(de)(de)出(chu)(chu)現(xian)(xian)的(de)(de)(de)次(ci)數(shu)的(de)(de)(de)近似值,但不(bu)(bu)能對(dui)(dui)(dui)(dui)個別測(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)特定結果作出(chu)(chu)預(yu)(yu)(yu)言。因而(er)量(liang)(liang)子力(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)為(wei)(wei)科學(xue)(xue)(xue)引進了不(bu)(bu)可(ke)避(bi)免的(de)(de)(de)非預(yu)(yu)(yu)見性(xing)或偶然(ran)性(xing)。盡管愛因斯(si)坦在發(fa)展這(zhe)些(xie)(xie)觀(guan)念時起(qi)(qi)了很大(da)(da)作用,但他非常強烈地反對(dui)(dui)(dui)(dui)這(zhe)些(xie)(xie)。他之所以(yi)得到(dao)諾貝(bei)爾獎就是因為(wei)(wei)對(dui)(dui)(dui)(dui)量(liang)(liang)子理(li)(li)論的(de)(de)(de)貢獻(xian)。即使這(zhe)樣(yang),他也(ye)(ye)從不(bu)(bu)接(jie)受宇宙受機遇控制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)觀(guan)點;他的(de)(de)(de)感(gan)覺可(ke)表達(da)成(cheng)(cheng)(cheng)他著(zhu)名的(de)(de)(de)斷言:“上帝(di)不(bu)(bu)玩(wan)弄骰子。”然(ran)而(er),大(da)(da)多(duo)數(shu)其他科學(xue)(xue)(xue)家愿意接(jie)受量(liang)(liang)子力(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue),因為(wei)(wei)它和實驗符合(he)得很完(wan)美。它的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)確(que)確(que)成(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)(wei)一個極其成(cheng)(cheng)(cheng)功的(de)(de)(de)理(li)(li)論,并成(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)(wei)幾乎(hu)所有現(xian)(xian)代(dai)(dai)科學(xue)(xue)(xue)技術的(de)(de)(de)基礎。它制(zhi)(zhi)約著(zhu)晶體管和集成(cheng)(cheng)(cheng)電路的(de)(de)(de)行為(wei)(wei),而(er)這(zhe)些(xie)(xie)正是電子設備諸如電視(shi)、計算機的(de)(de)(de)基本元(yuan)件。它并且(qie)是現(xian)(xian)代(dai)(dai)化學(xue)(xue)(xue)和生物學(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)基礎。物理(li)(li)科學(xue)(xue)(xue)未讓量(liang)(liang)子力(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)進入的(de)(de)(de)唯一領域是引力(li)(li)(li)和宇宙的(de)(de)(de)大(da)(da)尺度結構。