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量子天文学：海森堡测不准原理
11.22 太空网
这是分别解释不同量子现象的文章系列的第二篇，共有四篇。每一篇对于理解我们所提出的量子天文试验的最终解释都是必不可少的。

在第一篇文章里，我们讨论了双缝试验及光的量子（光子）在被实际上侦测到之前如何以被想像成概率波。在这篇文章里，我们将考察量子物理学另一个对我们实际中所测量之物施加基本限制的特征，这个基本特性首先是由沃纳·海森堡发现的，因而被称做“海森堡测不准原理”。

在科学界，我们也许习惯将“原理”一词当成“秩序”，“必然”或“宇宙法则”。因此，“测不准原理”使人想到“巨大的小人”或“真实的谎言”之类话。然而，测不准原理这一量子物理的经典特性当初是通过某种经典的推理发现的。基于经典的逻辑仍被许多物理教师用于解释今天的测不准原理。这种经典方法是说，如果人们使用光去观察基本粒子，照亮粒子的光（哪拍只是一个光子）的行为就会使之改变路线，因而无人能够发现该粒子实际的位置。

动量是物理学的基本概念。其经典定义是粒子的质量乘以速度。不同质量的物体由于速度不同会有相同的动量。海森堡测不准原理宣称，如果人们开始准确地了解到基本粒子动量的变化（通常指粒子速度的变化），那么他就开始丧失对该粒子位置变化的认识。另一种使用相对性的陈述为测不准原理提供了另一版本：如果人们准确地了解到基本粒子的能量，他就无法同时准确知道（即测量）它实际上是在何时拥有这一能量的。其间是某种得之于此而失之于彼的关系。

爱因斯坦曾对量子物理学提出过许多质疑。其中之一是某些基本粒子由于量子效应能够以比光更快的速度通讯。爱因斯坦认为，如果承认这种效应，我们就无法正确理解物理学。这种比光速更快的通讯会否定相对论所设定的光速限制。对此，波尔及其同事对于量子物理学现实提出了“哥本哈根解释”：在基本粒子被观测到之前谈论基本粒子是无意义的，因为它根本就不存在，除非它被观测到。观测者决不能与观测分开。

玻恩将薛定谔的波方程用于量子粒子，他是第一位提出这些基本粒子波只不过是概率！因此，我们所看到的万物的构成成份是由人们所称的“存在倾向”所组成，这些倾向加上“观看”这一必不可少的成份而构成粒子。这些解释没有一种符合经典物理学所知道的任何一种客观现实。

欧洲核子研究所物理学家贝尔做了粒子间通讯的实验，的确发现有超过光速的行为。他将这一试验的基本思想归纳成“贝尔定理”，用他的话说：“现实就是非定域的”。换句话说，不仅构成我们身边万物的基本粒子在被观测到之前不存在（哥本哈根解释），而且根本上说无法将它们与任意远的其他这种粒子明确区分开。