兩個(gè)力學(xué)量對(duì)易表明這兩個(gè)物理量可以構(gòu)成力學(xué)量的完全集,取三個(gè)“兩兩對(duì)易”的力學(xué)量就可以構(gòu)成一組力學(xué)量完全集,在這個(gè)完全集的本征態(tài)可以表示全部希爾波特空間的量子態(tài),即對(duì)易的力學(xué)量構(gòu)成了整個(gè)世界。
兩個(gè)力學(xué)量如果不對(duì)易,則無(wú)法擁有共用的本征函數(shù)系,也就是說(shuō)這兩個(gè)算符對(duì)應(yīng)于不同的希爾伯特空間,當(dāng)一個(gè)態(tài)矢量放到其中一個(gè)空間時(shí),若為該空間的一個(gè)本征態(tài),即該態(tài)矢量的方向與其中一個(gè)單位矢量的方向相同,則對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的力學(xué)量。而這個(gè)態(tài)矢量放到另外的那個(gè)空間,則對(duì)應(yīng)的力學(xué)量需要投影到那個(gè)態(tài)的各個(gè)單位矢量上,看其在各個(gè)單位矢量上的分量,就是說(shuō)有很多個(gè)分量值。
不對(duì)易的量有速度與位置、能量與時(shí)間等。
以前“不確定性原理”也叫“測(cè)不準(zhǔn)原理”,但容易讓人誤解為是因?yàn)閮x器、手段落后而測(cè)不準(zhǔn),所以更正為“不確定性原理”。
速度與位置無(wú)法同時(shí)得到,并不是說(shuō)測(cè)量前速度和位置都是確定的量,只是自然法則不允許我們同時(shí)知道它們,不是的!而是它們根本就不確定!
其本質(zhì)區(qū)別在于:經(jīng)典物理的測(cè)量是去了解一個(gè)已經(jīng)存在在那里的確定了的量。而量子力學(xué)中,測(cè)量前并不存在一個(gè)確定的狀態(tài),測(cè)量實(shí)際上是“參與其中”,不同的測(cè)量方法會(huì)導(dǎo)致原先的“不確定狀態(tài)”變成某幾個(gè)可能的“確定狀態(tài)”之一,然后讓你觀察到。
不確定性原理時(shí)常會(huì)被解釋為:粒子位置的測(cè)量必然的擾亂了粒子的動(dòng)量(測(cè)量時(shí)光子對(duì)其撞擊改變其形式);反過(guò)來(lái)說(shuō)也對(duì),粒子動(dòng)量的測(cè)量必然地?cái)_亂了粒子的位置。換句話說(shuō),不確定性原理是一種觀察者效應(yīng)的顯示。
這解釋會(huì)導(dǎo)致一種錯(cuò)誤的想法,在概念上,似乎這擾亂是可以避免的;粒子的量子態(tài)可以同時(shí)擁有明確的位置和明確的動(dòng)量,問(wèn)題是我們所設(shè)計(jì)的最尖端實(shí)驗(yàn)儀器仍舊無(wú)法制備出這些量子態(tài)。但是,在量子力學(xué)里,明確位置與明確動(dòng)量的量子態(tài)并不存在。我們不能怪罪于實(shí)驗(yàn)儀器。所以,由于這方面的原因,我們最好稱它為不確定性原理,而不是測(cè)不準(zhǔn)原理。
海森堡并沒(méi)有專注于量子力學(xué)的數(shù)學(xué)部分,他主要的目標(biāo)是在建立一種事實(shí):不確定性是宇宙的一種特性;我們絕對(duì)無(wú)法比量子力學(xué)所允許的更精確地測(cè)量一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量。這事實(shí)的證明,海森堡的物理論點(diǎn)是以量子的存在為基礎(chǔ),而不是使用整個(gè)量子力學(xué)形式論。
海森堡這樣做的主要原因是,在那時(shí),量子力學(xué)尚未被物理學(xué)術(shù)界廣泛的接受。不確定性原理是個(gè)相當(dāng)詫異的結(jié)果。許多物理學(xué)家認(rèn)為,明確位置與明確動(dòng)量的量子態(tài)的不存在,是量子力學(xué)的一個(gè)瑕疵。海森堡試著表明這不是一個(gè)瑕疵,而是一個(gè)特色,宇宙的一個(gè)又深?yuàn)W微妙,又令人驚訝的特色。為了要達(dá)到這目的,他不能使用量子力學(xué)形式論,因?yàn)樗q護(hù)的正是量子力學(xué)形式論本身。
勢(shì)壘貫穿:打個(gè)比方,一塊石頭砸向一面墻,按照常理肯定是會(huì)被墻壁擋住,但是“勢(shì)壘貫穿”告訴我們,這塊石頭有可能出現(xiàn)在墻壁的后面,在量子領(lǐng)域中存在這種可能,并在現(xiàn)實(shí)中也被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。
嚴(yán)格來(lái)說(shuō),光子也具備一定量子特性,也就是說(shuō)光線不一定完全被一方通行反射,不過(guò)鑒于原作者河馬的物理水平以及各種能力中出現(xiàn)的大量漏洞,就當(dāng)做沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題吧。