浅论微粒的不确定关系

段瑞

摘要：不确定关系是量子力学中的一个十分重要的内容，也是量子力学中较难理解的内容，通常会存在理解错误或者理解有偏差的现象。本文通过阐述不确定关系的定义、不确定关系的提出及其提出方法、不确定关系的严格证明、不确定关系的产生原因、不确定关系的哲学意义，让读者对不确定关系有一个更为深刻的正确理解。

关键词：量子力学；不确定关系；本质；理解

一、不确定关系的定义

二、不确定关系的提出及其提出方法

这个关系的具体表述，是海森堡通过一个理想实验论证提出的。

理想实验，亦称思想实验，就是在思想上运用理想模型，设想出与真实物质实验似的实验设备、实验条件和实验过程，进行严密的逻辑推理的过程。这种方法把形象思维和逻辑思维巧妙地结合在一起，比一般的逻辑推理更形象、更生动，但又比实际的物质实验更抽象，更概括。因此，这种方法在科学研究中曾得到了广泛应用，伽利略的惯性定律、卡诺的理想热机循环都是通过这种方法发现的。

三、不确定关系的严格证明

设有两个力学量A和B，考虑下列积分不等式：

四、不确定关系的产生原因

事实上，产生这个不确定关系的根本原因是是由于另一个不确定引起的，即粒子的“波粒二象性”，可以说“波粒二象性”是量子力学的灵魂，是微观粒子的根本属性。正因为如此，所以不确定关系与相互作用无关，是一个普适关系式：在任何量子力学试验中，都能分析出这一不确定关系。然而，随着研究对象向宏观领域趋近，不确定关系的作用消失，这样，即使两个算符对易，那么也能够同时确定了。

一方面来说，我们不能把日常用语宏观尺度物体的一般观测法则与方法用来观测原子层面的现象。在宏观世界里，我们总可以假设在观测任何现象并测量它的性质时，不致对所观测的现象产生显著的影响。但是在原子世界里，由于原子尺度的能量太小了，无论我们采取什么样的手段，总会对被观测的现象产生实质性的干扰。事实上，观测者及其仪器成了被观测现象的一个不可分割的部分。原则上说，观测者通过他的仪器与现象之间总存在着绝对不可避免的相互作用，使我们无法观察到一个绝对孤立存在的物理现象。

另一方面，这种不能同时测准是原则性的。不但实验上不能存在同时测准微观粒子位置和动量的实验方案，而且这个乘积本身客观上就有下限，并非任何实验方案欠周密、实验技术欠精密所致。关于不确定关系，通常会有三个层次的理解：只是实验误差，可以逐步改进；虽是实验误差，但不可能改进；并非实验误差，改进后，结果依然不确定。最后的理解才是到位的理解。

五、不确定关系的哲学意义

在量子力学被发现之前，按经典物理学的观点，宇宙就像一個完美的机器，一旦我们知道了它的部件在某一时刻的位置，那么这个部件就算永远被认识了。那么如果人类永远的存在下去，总有一天，人类会完美的了解宇宙，了解所有粒子的结构，以及他们的过去和未来。直到量子力学的发现，物理学家们意识到这种无所不知的观念在宇宙中是得不到证实的。即便是无所不知的智者也得用实验来证实其真知，而一旦他试图用实验来确定某一个物理量时，自然界这副牌中的其他牌就被随机的重新洗乱了，企图建立确定性行动这个本身就产生了不确定性。

波尔说；“如果认为物理学的任务是去发现宇宙是什么样的，那就错了。物理学所研究的是：关于宇宙我们能说些什么。”其实，上帝也和我们一样在掷色子，他也只知道偶然性。

参考文献

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[3] 殷正坤.探幽入微之路[M].人民出版社.1987（02）.

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