5　不确定性关系

3-5第十七章第五课不确定关系Uncertaintyrelation滕保丽,薛定谔的猫,薛定谔的猫是奥地利著名物理学家薛定谔提出的一个思想实验，是指将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。根据量子力学理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。,二、不确定度关系（uncertaintyrelatoin）,有运动轨道直线打在缝后的屏上,光子是经典的粒子吗？,我们还能像经典力学那样，同时用位置和动量描述微观粒子的运动吗？,单缝,屏,激光,二、不确定度关系（uncertaintyrelatoin）,条纹具有什么特点？,形成这种特点的原因是什么？,单缝,屏,激光,二、不确定度关系（uncertaintyrelatoin）,在挡板左侧，入射粒子的动量我们能不能准确的测量出来？,某一个粒子打在挡板左侧的位置是随机的，那这个粒子的位置能不能确定下来？,单缝,屏,激光,二、不确定度关系（uncertaintyrelatoin）,通过狭缝时，粒子的位置确定吗？如果不确定，那他的不确定度怎么衡量？,通过狭缝时粒子的动量确定吗？如果不确定，他的不确定度怎么衡量？,狭缝变窄，位置和动量的不确定度怎么变化?,单缝,屏,激光,二、不确定度关系（uncertaintyrelatoin）,结论：1、微观粒子的位置测得越准确，动量就越不准确。动量测得越准确，位置就越不准确。,这个关系叫做不确定度关系由德国物理学家,量子力学矩阵形式的创建人,1932年获诺贝尔物理学奖获得者海森堡所提出。,(19011976),二、不确定度关系（uncertaintyrelatoin）,不确定关系式表明：微观粒子的坐标测得愈准确(x0)，动量就愈不准确(px)；微观粒子的动量测得愈准确(px0)，坐标就愈不准确(x)。但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。,2.微观本质：,是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。,我们知道，原子核的数量级为10-15m，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。,例1.一颗质量为10g的子弹，具有200ms-1的速率，若其动量的不确定范围为动量的0.01%(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大?,解:子弹的动量,动量的不确定范围,由不确定关系式(17-17)，得子弹位置的不确定范围,我们知道原子大小的数量级为10-10m，电子则更小。在这种情况下，电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几亿倍，可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。,例2.一电子具有200m/s的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大?,解:电子的动量为,动量的不确定范围,由不确定关系式，得电子位置的不确定范围,既然我们无法同时确定微观粒子的位置和动量，微观粒子具有不确定性，那是不是我们的研究就失去了意义？,自然科学并不是自然本身，它是人类和自然关系的一部分。海森堡,这些模型是不是真实的自然？,量子力学是我们百年来科技发展最大的支柱，毫不夸张地说，它改变了我们整个世界，从改变这个世界的深度和远度来讲，它一点都不逊色于1927年开的会，不逊色于这之前的第一次世界大战，更不会逊色于之后的第二次世界大战，因为直到现在它还在改变着我们的世界。半导体、计算机、激光互联网、量子卫星、原子核、核能，量子力学改变了如此多，对世界产生如此深远的影响，但是从量子力学诞生的第一天起，它的缔造者之一爱因斯坦，我们的老先生就开始在那反对量子力学，他说量子力学至少不是全部正确的。即便到现在，100年过去了，对于量子图景，物理解释和哲学意义，一直存在着严重的分歧和激烈的争论，就连爱因斯坦在晚年也只好承认：整整50年的有意识的思考，并没有使我更接近光量子是什么，这个问题的答案。我想也许是有一个更新的理论能够证实，更新的理论就像相对论替代牛顿力学一样，有一个更新、更全的理论可以替代量子力学。相信有一天薛定谔哪只可怜的猫能活着出来。,1、答：例如，火车以一定的速度在一定时刻经过某站，可以准确确定某位置和动量。2、答：电子在原子核外运动，其位置和动量具有不确定关系，牛顿运动定律不再成立。,3、答：这种说法不正确。虽然我们不能同时准确的知道某个粒子的位置和动