5　不确定性关系 (3).ppt

南州中学唐乙然,1、了解不确定关系得出的过程,2.不确定性关系,4、物理的研究方法和观念的建立,3、不确定关系对物理学的意义,学习目标,一、德布罗意波的统计解释,1926年，德国物理学玻恩(Born,1882-1972)提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。,玻恩(M.Born.1882-1970)德国物理学家。1926年提出波函数的统计意义。为此与博波(W.W.GBothe.1891-1957)共享1954年诺贝尔物理学奖。,玻恩,M.Born.,二.经典波动与德布罗意波(物质波)的区别,经典的波动(如机械波、电磁波等)是可以测出的、实际存在于空间的一种波动。而德布罗意波(物质波)是一种概率波。简单的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。,光的单缝衍射,(1)光子在竖直方向有动量！,经典粒子：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。,微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率）。运动规律不遵守牛顿运动定律,一、不确定关系,1927年海森伯提出：,2、海森伯不确定关系,这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。,海森伯（19011976）,海森伯（19011976）,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。,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,宏观物体微观粒子具有确定的坐标和动量没有确定的坐标和动量可用牛顿力学描述。需用量子力学描述。有连续可测的运动轨道，可有概率分布特性，不可能分辨追踪各个物体的运动轨迹。出各个粒子的轨迹。体系能量可以为任意的、连能量量子化。续变化的数值。不确定度关系无实际意义遵循不确定度关系,微观粒子和宏观物体的特性对比,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)；2.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。,这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。由上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观规律,不是测量技术和主观能力的问题。不确定关系提供了一个判据：当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。,为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准?,小泽不等式及其验证随着科技进步，20世纪80年代以来，有声音开始指出该定律并不是万能的。日本名古屋大学教授小泽正直在2003年提出“小泽不等式”，认为“测不准原理”可能有其缺陷所在。为此，其科研团队对与构成原子的中子“自转”倾向相关的两个值进行了精密测量，并成功测出超过所谓“极限”的两个值的精度，使得小泽不等式获得成立，同时也证明了与“测不准原理”之间存在矛盾。日本名古屋大学教授小泽正直和奥地利维也纳工科大学副教授长谷川祐司的科研团队通过实验发现，大约在80年前提出的用来解释微观世界中量子力学的基本定律“测不准原理”有其缺陷所在。该发现在全世界尚属首次。这个发现成果被称作是应面向高速密码通信技术应用和教科书改换的形势所迫，于2012年1月15日在英国科学杂志自然物理学（电子版）上发表。,弱测量技术多伦多大学（theUniversityofToronto）量子光学研究小组的李罗泽马（LeeRozema）设计了一种测量物理性质的仪器，其研究成果发表在2012年9月7日当周的物理评论通讯（PhysicalReviewLetters）周刊上。为了达到这个目标，需要在光子进入仪器前进行测量，但是这个过程也会造成干扰。为了解决这个问题，罗泽马及其同事使用一种弱测量技术（weakmeasurement），让所测对象受到的干扰微乎其微，每个光子进入仪器前，研究人员对其弱测量，然后再用仪器测量，之后对比两个结果。发现造成的干扰不像海森贝格原理中推断的那么大。这一发现是对海森贝格理论的挑战。2010年，澳大利亚格里菲斯大学（GriffithUniversity）科学家伦德（A.P.Lund）和怀斯曼（HowardWise